Vytvořit PDF Výpočetní tomografie a magnetická rezonance v urologii


Výpočetní tomografie

Vývoj prvního přístroje pro výpočetní tomografii znamená jeden z největších pokroků v radiologii. Jeho autoři Hounsfield a McCormack obdrželi v roce 1979 za svůj objev Nobelovu cenu.

Výpočetní (počítačová) tomografie (computed tomography - CT) je od začátku 70. let 20. století první praktickou metodou digitálního zpracování rentgenového obrazu. Metoda je skutečně tomografickým postupem, neboť ostře zobrazuje pouze zvolenou vrstvu v hloubce těla, což dosahuje klasickým způsobem koordinovaného souhybu dvou ze tří prvků systému (pacient, zdroj záření, detektor) kolem nehybného třetího.

Základními konstrukčními prvky výpočetního tomografu jsou: 1. zobrazovací soustava, složená ze zdroje rentgenového záření a detekčního systému, uložená v gantry, 2. vyšetřovací stůl, 3. výpočetní systém a 4. zdroj vysokého napětí. Technické řešení systému se vyvíjelo od původního Hounsfieldova jednodetektorového, rotačně translačního systému (přístroj 1. generace, přes vícedetektorový rotačně translační systém (přístroj 2. generace) k plně rotačnímu systému rentgenka - sektor detektorů (přístroj 3. generace).

Dnes nejčastěji užívané helikální (spirální) přístroje jsou založeny na principu 3. generace. Umožňují takové vyšetření, kdy se nemocný uložený na vyšetřovacím stole pohybuje plynule v ose otáčení rotoru během kontinuálního načítání dat v detekčním systému. Geometrickým tvarem pomyslné trajektorie rentgenky kolem těla pacienta není spirála, ale prostorová křivka šroubovice (helix) - vhodnější název je tedy helikální CT než spirální.

Rozvoj helikálních výpočetních tomografů pokračoval od přístrojů, které pořízovaly jednu stopu dat během rotace (single - row detektor CT) přes přístroje se zdvojením detektorové řady až k přístrojům, které pořizují během rotace 16 i více datových stop (multidetektorový tomograf, MDCT). Zároveň s rozvojem detekčního systému se také zkrátila doba jedné otáčky rotoru. U počátečních přístrojů byla nejkratší perioda cca 4 sekundy, v polovině 90. let kolem 1 sekundy, v současné době je běžně využívána perioda rotace 500 milisekund.

Významným pokrokem je také používání vysoce citlivých keramických detektorů, což umožňuje výrazné snížení radiační dávky.

Společně s hardwarovým vývojem CT dochází k bouřlivému vývoji výpočetního systému. Tento systém zabezpečuje ovládání přístroje, záznam datových stop hrubých dat (raw data), rekonstrukci obrazových dat, archivaci obrazů, jejich vyhodnocení a event. komunikaci s jinými informačními systémy.


Magnetická rezonance

Vyšetřování magnetickou rezonancí (MR) se opírá o zjišťování magnetických momentů souboru jader některých atomů v tkáních nebo jiném materiálu po aplikaci radiofrekvenčního impulsu. Touto metodou lze za určitých podmínek získat obrazovou informaci (tomografie magnetickou rezonancí) a jinými postupy získat analytickou informaci o biochemické struktuře vyšetřované tkáně (spektroskopie magnetickou rezonancí).

Základem jsou vlastnosti jader atomu vodíku, která obsahují jediný proton. V lidském těle je více než 100 triliónů atomů vodíku a každý má vlastnosti spinu, tj. v magnetickém poli spontánně rotuje kolem své osy a to různými směry (izotropně). Různorodé směry magnetických momentů se navzájem ruší. Pokud jsou jádra atomu vodíku v silném magnetickém poli, dochází k jejich orientaci podle tohoto pole a spiny se orientují paralelně. Jsou-li současně stimulována krátkými radiofrekvenčními pulzy vysoké frekvence a určité vlnové délky, absorbují pak jejich energii a jsou elevována do stavu vyšší energie. Tento jev se nazývá rezonance jader. Po odeznění pulzu ustává příliv přídatné energie a nabuzené spiny se vrací různou rychlostí do své původní orientace v magnetickém poli. Přitom vydávají energii, dochází k relaxaci jader. Uvolněnou energii ve formě elektromagnetických vln lze změřit speciálními cívkami orientovanými kolmo ke spinu jader, ve kterých se indukuje slabý elektrický proud - MR signál. Tento jev se nazývá nukleární magnetická rezonance. Vydávaná energie rezonujících jader atomu vodíku je zaznamenávána a transformována výkonnými počítači do analogového obrazu vyšetřované tkáně. MR obrazy jsou dány hustotou protonu vodíku v různých tkáních, které jsou modifikovány buněčnými, fyzikálními, chemickými a dalšími vlastnostmi vyšetřovaných tkání. Obraz vzniká pod přímým vlivem a za využití nejméně tří faktorů (hustoty sledovaných atomových jader v daném tkáňovém objemu, relaxační doby T1 a relaxační doby T2). Obě relaxační doby jsou závislé na biologických vlastnostech a magnetických vazbách mezi sebou a okolím. MR přístroje umožní v obrazu buď zvýraznění či potlačení relaxační konstanty T1 (podélný relaxační čas) a T2 (příčný relaxační čas) a hustoty protonů. Na tomto základě získáváme tři základní obrazy, které zobrazují vlastnosti zachycené tkáně - T1 vážený obraz (T1W), T2 vážený obraz (T2W) a případně protonovou denzitu (PD). Zobrazené tkáně jsou buď izosignální, hypersignální (s vyšší signálovou intenzitou - zobrazen jako světlé okrsky), hyposignální (tmavé okrsky), až bez signálové intenzity (černé okrsky).

Princip MR je již znám delší dobu, spektroskopie se v laboratorních podmínkách studuje od 50. let 20. století. První MR obraz se podařilo sestavit v roce 1980 - s využitím nových technologických postupů (vhodné magnety, počítače, elektronika, zobrazovací technika) se magnetická rezonance rozšiřuje rychleji a dokonaleji než CT. Spektroskopie in vivo se teprve propracovává a do budoucnosti jsou do ní vkládány velké naděje pro možnost diagnostikovat vybrané patologické stavy včetně problémů biochemických a patofyziologických.