O Autorach

Autorami książki Tomografia komputerowa i rezonans magnetyczny - sekrety odtajnione są fizyk medyczny i inżynier elektronik ze specjalnością inżynierii biomedycznej. Jeden z rozdziałów został napisany również przez elektroradiologa z wieloletnim doświadczeniem w zakresie MR.

Dr hab. Maria Anna Staniszewska jest profesorem Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, gdzie od wielu lat opracowuje programy studiów na kierunku elektroradiologia oraz prowadzi liczne zajęcia dydaktyczne z przedmiotów kierunkowych dla studentów. Autorka jest fizykiem, specjalistą fizyki medycznej i ochrony radiologicznej. Ma wieloletnie doświadczenie w zakresie badań naukowych i testów aparatury rentgenowskiej, ze szczególnym uwzględnieniem CT i angiografii. Przez wiele lat pełniła funkcję konsultanta wojewódzkiego w dziedzinie fizyki medycznej dla województwa łódzkiego oraz kierownika Zakładu Medycznych Technik Obrazowania na Uniwersytecie Medycznym w Łodzi. Obecnie jest promotorem sześciu doktoratów oraz licznych prac magisterskich.

Mgr inż. Adam Gałązka jest absolwentem Politechniki Warszawskiej, gdzie w latach 1998-2004 studiował na Wydziale Elektroniki i Technik Informacyjnych. Uzyskał tytuł magistra inżyniera elektronika ze specjalnością Inżynieria Biomedyczna. Swoje kompetencje merytoryczne poszerzał podczas licznych zagranicznych szkoleń technicznych i aplikacyjnych w takich krajach jak: Niemcy (VISUS Transfer Technologies, Konica Minolta Medical & Graphics), Holandia (ROGAN-DELFT B.V.), Włochy (TECHNIX S.p.a.), Francja (APELEM) oraz Kanada (CPI). Programy te obejmowały zakres serwisowy i produktowy urządzeń medycznych oraz systemów RIS/PACS. W obszarze MRI ma unikalne doświadczenie, łącząc informacje o architekturze technicznej systemu - od budowy, poprzez infrastrukturę krytyczną, aż po systemy nadzoru - z szeroką wiedzą na temat protokołów badawczych i poprawy jakości obrazowania w codziennej pracy klinicznej.

Mgr Maciej Rachalewski jest elektroradiologiem z wieloletnim doświadczeniem zawodowym w zakresie rezonansu magnetycznego. Pracuje w Zakładzie Diagnostyki Obrazowej i Radiologii Interwencyjnej Uniwersyteckiego Szpitala Klinicznego nr 2 w Łodzi. Jest autorem rozdziału 15 Znaczenie doboru parametrów badania MR w praktyce - skutki dobre i złe.

Przedmowa

Książka Tomografia komputerowa i rezonans magnetyczny - sekrety odtajnione to kompendium wiedzy na temat fizycznych zasad obrazowania metodą tomografii komputerowej oraz działania i wszechstronnie pojętych zastosowań magnetycznego rezonansu jądrowego. Potrzeba powstania tej publikacji jest konsekwencją doświadczeń zgromadzonych podczas kilkunastu lat kształcenia studentów elektroradiologii na Uniwersytecie Medycznym w Łodzi w zakresie metod obrazowania medycznego, a także doświadczeń związanych z edukacją użytkowników skanerów rezonansu magnetycznego prowadzoną przez specjalistę produktowego firmy CANON.

Trudności w zdobyciu wiedzy o fizycznych i technicznych aspektach CT, a zwłaszcza MR, sygnalizują nie tylko elektroradiolodzy, lecz także absolwenci kierunków lekarskich, którzy nie mają takiej wiedzy, kończąc studia, choć niewątpliwie jest ona potrzebna do zrozumienia innych niż kliniczne aspektów metod obrazowania diagnostycznego.

Dostępne na rynku typowe opracowania radiologiczne omawiają głównie niuanse obrazowania przypadków klinicznych, podczas gdy fizyczne i techniczne aspekty procedur obrazowania są zazwyczaj skromnym dodatkiem do treści wprowadzenia.

Książka koncentruje się zatem na zasadach tworzenia obrazów wraz z możliwościami sterowania ich zawartością i jakością w dwóch najszybciej rozwijających się metodach obrazowania medycznego, czyli CT i MR.

Zgodnie z tytułem Tomografia komputerowa i rezonans magnetyczny - sekrety odtajnione praca jest podzielona na dwie części. Część I dotyczy tomografii komputerowej. Natomiast część II opisuje rezonans magnetyczny. Jest ona znacznie obszerniejsza, ponieważ bezpieczne i efektywne korzystanie ze skanerów MR wiąże się z koniecznością posiadania zdecydowanie większej wiedzy niż w przypadku CT, która - mimo pozornej prostoty - również wymaga zaawansowanej znajomości jej licznych możliwości.

W rozdziałach obu części omówiono praktyczne znaczenie doboru parametrów badań istotnych dla zwartości i jakości obrazów. Książka jest bogato ilustrowana, a poszczególne obrazy opatrzono komentarzami wskazującymi zarówno korzystne, jak i niekorzystne skutki stosowania poszczególnych rozwiązań praktycznych.

Mamy nadzieję, że przedstawione informacje pomogą wszystkim użytkownikom systemów MR i CT w optymalizacji ich działań poprzez lepsze wykorzystanie wiedzy specjalistów firm sprzętowych, a także zacieśnienie współpracy lekarzy (nie tylko radiologów), elektroradiologów i fizyków medycznych.

Maria Anna Staniszewska,Adam Gałązka

Podziękowania

Autorzy serdecznie dziękują Panu mgr Marcinowi Jasiewiczowi oraz Panu mgr Pawłowi Kołdrasowi za dostarczone obrazy CT i MT, a także Pani Joannie Siermontowskiej za ogromny wkład pracy włożony w profesjonalne techniczne opracowanie tekstu.

1Wprowadzenie

Tomografia komputerowa (ozn. CT) to metoda obrazowania warstwowego z wykorzystaniem promieniowania X o najwyższych energiach (spośród tych stosowanych w diagnostyce). Obrazowane są warstwy poprzeczne, tj. prostopadłe do osi długiej ciała pacjenta, co odróżnia CT od znanej od dawna, a obecnie coraz częściej stosowanej tomografii konwencjonalnej, w której tworzone są obrazy podłużnych warstw o znacznej grubości. Dawniej badanie to odbywało się przy użyciu konwencjonalnego aparatu RTG wyposażonego w specjalną przystawkę przytwierdzaną do boku stołu. Obecnie znane jest ono pod nazwą tomosyntezy i wykonywane z cyfrowym zapisem obrazu.

Przymiotnik "komputerowa" (w CT) ma za zadanie zwracać uwagę na rolę komputera w tej metodzie obrazowania. Obrazy poszczególnych warstw konstruowane są przy użyciu algorytmu matematycznego "zaszytego" w oprogramowaniu komputera z sygnałów zarejestrowanych przez detektory.

W odróżnieniu od konwencjonalnych zestawów RTG lampa w CT emituje promieniowanie w trakcie wykonywania obrotów wokół ciała pacjenta. Wychodzące z lampy wiązki promieniowania X "ostrzeliwują" wybraną do skanowania warstę ("slice") ciała pacjenta; są to tzw. projekcje. Po przejściu przez obiekt są one rejestrowane przez detektory ułożone w łuk, znajdujące się naprzeciwko (vis a vis) lampy RTG.

Zarówno lampa RTG oraz generator, jak i detektory są rozmieszczone w tzw. gantry i synchronicznie wirują.

Przez środek gantry przesuwa się stół z pacjentem. W rezultacie tworzony jest obraz poprzecznej warstwy ciała pacjenta.

Wynikiem skanowania warstwy jest tzw. surowy obraz (raw data), będący w rzeczywistości dwuwymiarową mapą rozkładu współczynników osłabienia promieniowania X w analizowanej warstwie.

W tym miejscu kryją się dwie kolejne różnice pomiędzy tomografią komputerową a konwencjonalną radiografią:

- współczynniki osłabienia zależą od energii, a nie od gęstości, której rozkład jest wizualizowany w konwencjonalnej radiografii. Oznacza to, iż zawartość obrazu TK danej warstwy zmienia się wraz z energią promieniowania X (czyli wartością napięcia w kV). W konwencjonalnej radiografii zmiana napięcia powoduje jedynie zmianę jakości obrazu;

- nie można obejrzeć "surowych" obrazów w CT, ponieważ istnieją one jedynie w pamięci komputera i służą za podstawę wszelkich wersji obrazów przetworzonych według potrzeb użytkownika. W radiografii konwencjonalnej obraz "surowy" utworzony w detektorze jest tożsamy z obrazem oglądanym.

W ostatnich latach technika CT rozwija się niezwykle dynamicznie. Celem konstruktorów jest gromadzenie jak największej ilości informacji w możliwie jak najkrótszym czasie - najlepiej nieprzekraczającym jednego cyklu oddechowego.

Tomografia komputerowa jest uważana za metodę obrazowania powodującą obciążenie pacjenta dużymi dawkami promieniowania. Jest to prawdą głównie wówczas, gdy użytkownicy bezkrytycznie korzystają z ustawionych automatycznie (wysokich) wartości parametrów prądowo-napięciowych. Jeśli parametry ekspozycji są optymalnie dobrane do potrzeb pacjenta, wysokie dawki są aplikowane sporadycznie, zazwyczaj tylko wtedy, gdy jest to niezbędne z przyczyn klinicznych.

2Historia rozwoju tomografii komputerowej

Rozwój rentgenowskiej tomografii komputerowej (CT) jako techniki obrazowania rozpoczął się we wczesnych latach 70. XX wieku, otwierając tym samym nowe i szerokie możliwości diagnozowania medycznego.

Fascynacja tą techniką nieco osłabła wraz z wprowadzeniem na początku lat 80. obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI), które - podobnie jak ultradźwięki - wydawało się eliminować potrzebę stosowania nieodzownego w CT promieniowania jonizującego. Nie zmieniło tego znacząco nawet wprowadzenie dwuwarstwowych (dual-slice) skanerów pracujących w trybie spiralnym.

Dopiero pojawienie się w 1998 roku pierwszych czterorzędowych (four-slice) skanerów spiralnych rozszerzyło na tyle możliwości techniki CT, że ponownie zwróciło to uwagę klinicystów (na ówczesnym etapie zamiennie stosowano określenie "warstwa" i "rząd" w odniesieniu do detektorów). Radykalną zmianę poziomu zainteresowania spowodowało wprowadzenie techniki wielorzędowej (multidetector-row technology), której towarzyszyło wynikające z oprogramowania skanerów (zarówno hardware, jak i software) rozbudowanie możliwości zastosowania. Najnowsze skanery (z wieloma rzędami detektorów) umożliwiają zebranie submilimetrowych obrazów rozległych obszarów ciała w ciągu zaledwie kilku sekund, a następnie przetworzenie ich w dowolnej płaszczyźnie z zadaną dokładnością. Chociaż istnieją pewne minusy w porównaniu z techniką MRI (promieniowanie jonizujące, nieco niższy kontrast tkanek miękkich), to jednak mniejsze wymagania instalacyjne skanerów CT, krótkie czasy trwania badań, szersza dostępność oraz łatwiejsza interpretacja obrazów sprawiają, że technika ta znajduje znacznie powszechniejsze zastosowanie (funkcjonują nawet przewoźne skanery CT).

Należy także wspomnieć o zmianach, jakie technologiczny postęp techniki CT wprowadził do metod pracy. Obecnie zebranie danych obrazowych jest jedynie niewielką częścią procedury badania, gdyż o możliwościach skanera (a zatem także o wartości wyniku) decyduje jego oprogramowanie i umiejętne wykorzystanie w procesie interpretacji zgromadzonych obrazów (często bardzo czasochłonne i wymagające profesjonalnego doświadczenia).