Диссертация (Цифровой томосинтез в диагностике и контроле эффективности лечения туберкулеза органов дыхания), страница 4

Различают два видабронхостеноза:1) обтурационный − развивается в результате закрытия просвета бронхаизнутри;2) компрессионный – при сдавлении бронха снаружи, чаще всегоувеличенными бронхиальными лимфатическим узлами.Нарушение бронхиальной проходимости на рентгенограммах проявляетсявесьма разнообразно, как обширное и ограниченное затемнение или какпросветление, выступая под маской других рентгенологических синдромов [32].1.4.

История развития ЦТНа протяжении многих лет, после открытия рентгеновских лучей в1895 г., происходило постепенное совершенствование диагностических методик,основанных на данном феномене [53, 54, 159].Идея послойного рентгенологического исследования человеческого тела(томография) с целью получения изолированного изображения отдельных20органов и структур имеет продолжительную и увлекательную историю [26]. Так,в 1914 г.

польский ученый Karol Mayer предложил перемещать рентгеновскуютрубку параллельно тела больного при неизменном положении кассеты [103]. Ужев 1915 г. Carlo Baese в своей работе описал и запатентовал усовершенствованныйметод визуализации, с одновременным движением трубки и кассеты [96]. Приэтом появилась возможность сделать снимок слоя, локализующегося наопределенной глубине исследуемого объекта. Далее в 1921 г. Bocage A. и Ziedsesdes Plantes B. независимо друг от друга, разработали новую методику, котораябыла названа «планиграфия».

Данный метод базировался на единовременномпараллельном движении рентгеновской трубки и приемника во время экспозиции,что приводило к тому, что анатомический объект, располагающийся в плоскостицентрального луча, получался в фокусе, а остальные слои размывались [7, 134].Новый метод дал возможность более точно исследовать те изменения, которыеранее не могли быть оценены в результате перекрытия анатомическимиструктурами. За один проход трубки получался снимок с необходимой зонойинтереса.

Таким образом, при необходимости получить серию снимковопределенного объекта на разной глубине, в соответствии с ростом числатребуемых срезов увеличивалось количество проходов трубки над обследуемымпациентом, что приводило к возрастанию суммарной дозы облучения [29].Идея единовременного получения нескольких слоев (томограмм) заданногоанатомического объекта впервые была предложена Ziedses des Plantes B. в1931 г. и выражалась в создании метода пленочной симультанной томографии[35, 177].

Позднее, в 1938 г. он писал о возможном способе уменьшения лучевойнагрузкинапациентаиуменьшенииразмытостиизображений[177].Исследователь утверждал, что разные слои объекта могут быть сформированы заодин проход рентгеновской трубки за счет сложения нескольких рентгенограммобъекта, сделанных под разными углами.

В результате суммации одна плоскость(плоскость интереса) объекта будет в фокусе, а все остальные будут размыты. Присдвиге рентгенограмм относительно друг друга перед их сложением, эффектразмытия будет устранен.21В 1941 г., через несколько месяцев после начала Великой Отечественнойвойны, в блокадном Ленинграде выходит первая в мире монография Кевеша Е.Л.,посвященная томографии легких и по существу положившая начало применениюв нашей стране этого важного рентгенологического метода исследования [26].В 1965 г.

польский ученый Гладыш Б. в своей фундаментальной работе«Томография в клинической практике», затрагивая вопросы теоретической иклинической томографии, указывает, что томографическое исследование имеетособенно большое значение для клиники тогда, когда позволяет выявить детали,не видимые даже на хороших обзорных рентгенограммах [13].Затем в 1970-х гг. Grant D. et al. и Miller E. et al. опубликовали результатыэкспериментов по получению произвольного числа слоев необходимого объекта[7]. Именно Grant D. в 1972 г. впервые употребил термин «томосинтез» (tomos +synthesis = сечение + помещение вместе), где в своей работе описал даннуюметодику [7, 115].ЦТпредставляетсобойрентгенологическийметодисследования,позволяющий проводить послойную визуализацию выбранной анатомическойобласти с произвольными параметрами количества, толщины реконструируемыхслоев и расстояния между ними.

К середине 80-х гг. некоторым исследователямудалось повысить четкость полученных слоев при данном методе исследования,благодаря уменьшению размывания изображения, используя специальныеалгоритмы обработки [91, 148]. Ситуация значительно изменилась в конце 1990-х– начале 2000-х гг., когда были созданы первые плоскопанельные цифровыедетекторы.Cпомощьюнихудалосьполучитьчеткиеизображения,обеспечивающие низкий уровень шума и уменьшение геометрических искажений[29].Таким образом, благодаря изобретению плоских цифровых детекторов,сложных методов реконструкции изображений, а также появлению современныхвысокопроизводительных компьютеров, на данный момент цифровой томосинтезстал высшей ступенью развития принципа линейной томографии [98, 100].221.5. Принципы реконструкции изображения при ЦТСущность ЦТ заключается в получении серии цифровых рентгенограмм подразными углами с заданным шагом при поворачивании рентгеновской трубки вограниченном угловом диапазоне (например ± 20°) [35].

Ряд авторов акцентируютвнимание на возможных траекториях движения рентгеновской трубки и детектораотносительно обследуемого объекта при ЦТ [14, 138]. На сегодняшний день, чащевсего выделяют три основных способа перемещения. Первый способ заключаетсяв том, что трубка движется в плоскости, параллельной плоскости детектора, приэтом сам детектор может перемещаться в своей плоскости.

Как правило,параллельный способ перемещения используется для проведения ЦТ брюшнойили грудной полости [100, 138]. Другой, изоцентрический способ движениябазируется на том, что трубка и детектор жестко крепятся на траверсе ивращаются как единое целое вокруг больного. Этот подход нашел применение дляаппаратов на основе С-дуг для исследования позвоночника, черепа. Известно, чточастично изоцентрическая траектория перемещения является комбинацией двухописанных выше.

При этом трубка движется по окружности, а детектор можетдвигаться в своей плоскости или находиться в покое. Так, данный подход сегоднянашел широкое применение для ЦТ молочной железы [14, 169].Благодаря активному развитию медицинских технологий, было разработаномножество различных методов реконструкции изображений, в том числе для ЦТ[100].

Упоминается, что наиболее распространенным на сегодняшний деньалгоритмом реконструкции, используемым при ЦТ, является метод сдвига исложения (shift and add - SAA). При параллельном движении трубки и детекторапроисходит сдвигание проекции каждого изображения на заданную величину,которые потом собираются в единое изображение и на определенной заданнойглубине объект может быть выведен в фокус [29].

Современные специальныеперемещающиемеханизмыобеспечиваютдостаточнуюмеханическуюстабильность, которая дает возможность выполнить алгоритм SAA надлежащимобразом, что основано исключительно на известных положениях рентгеновскойтрубки во время ее движения.23Стоит отметить, что простая реконструкция SAA в общих чертахнапоминает метод обратного проецирования без фильтрации и составляет сегодняоснову большинства алгоритмов реконструкции при ЦТ из-за своей простоты иудобства. Однако, использование SAA в одиночку для высококачественнойреконструкций при ЦТ недопустимо в связи с перекрытием изображенияразмытыми анатомическими структурами, расположенными вне плоскостиинтереса [140].Сегодня при ЦТ повсеместно применяются алгоритмы дополнительногоустранения нечеткости, которые обеспечивают коррекцию размытия изображенийвне плоскости интереса.

Наибольшее распространение получили два алгоритмареконструкции изображения и устранения размытия – метод фильтрованныхобратных проекций (filtered backprojection - FBP) и алгоритм матриксногоинверсионного томосинтеза (matrix inversion tomosynthesis - MITS). Известно, чтоMITS был разработан Dobbins J.T. et al. и позволяет устранить нечеткость вфокусе исследования с использованием известных функций размытия всех другихплоскостей в момент, когда интересующая плоскость реконструируется [112, 113,167]. Данный метод довольно быстро обрабатывается компьютерной программой,и интересующий объект представляется состоящим из конечного числаплоскостей.

Таким образом, алгоритм MITS формирует точное изображение приотсутствии шума. Следует учитывать, что реальные пациенты не являются простонабором плоскостей, а представляют собой трехмерные структуры. Однако MITSхорошо зарекомендовал себя в работе со структурами, расположенными в разныхплоскостях [111].Метод итерационного восстановления, подобный MITS был разработанRuttimann U.E. et al.

(1984) [148]. Он позволяет устранить нечеткость изображенийв каждой из плоскостей, используя известные функции размытия, но в отличие отMITS, этот алгоритм решает уравнения итерационно в прямом направлении, а непри помощи матричной алгебры. Преимущество восстановления изображениясостоит в том, что оно может содержать все элементы системы обработкиизображений, включая усечение структур по краю детектора в широких углах24[109, 110].