Компьютерная томография. Установлен мировой рекорд по скорости получения 3D-томографических изображений
 
2018/08/17 09:01:58

Компьютерная томография

Компьютерная томография (КТ) - современный метод лучевой диагностики, позволяющий получить послойное изображение любой области человека толщиной среза от 0,5 до 10 мм, оценить состояние исследуемых органов и тканей, локализацию и распространенность патологического процесса. Компьютерный томограф был изобретен в 1972 году в США для нейрохирургических исследований, с тех пор спектр его применения значительно расширился.

Содержание

2018

Установлен мировой рекорд по скорости получения 3D-томографических изображений

В августе 2018 года был установлен мировой рекорд по скорости получения 3D-томографических изображений – системе BESSY II компании Helmholtz-Zentrum Berlin требуется всего лишь 40 миллисекунд на один снимок. Система используется для оценки формирования металлической пены.

Создав ультрастабильный поворотный стол, который вращается вокруг своей оси с постоянной скоростью, исследователи разработали систему, способную генерировать 25 3D-томографических изображений в секунду. Обычно подобные системы стоят несколько сотен тысяч долларов, причем самые современные устройства способны производить всего лишь 20 изображений в секунду.

Был установлен мировой рекорд по скорости получения 3D-томографических изображений – системе BESSY II компании Helmholtz-Zentrum Berlin требуется всего лишь 40 миллисекунд на один снимок

Использование специализированной оптики для быстрой CMOS-камеры на предварительных этапах работы позволяет записывать приблизительно 2000 проекций в секунду, из которых можно создать в общей сложности 25 трехмерных томографических изображений.

В качестве демонстрации инженеры исследовали гранулы алюминиевых сплавов, которые при нагревании становятся металлической пеной. Для этого специалисты смонтировали мощную инфракрасную лампу над металлическим гранулятом и нагрели образец примерно до 650°C. Полное трехмерное томографическое изображение с пространственным разрешением 2,5 микрометра (размер пикселя) генерировалось каждые 40 миллисекунд.

Ведущий исследователь и заместитель главы Института прикладных материалов HZB Франсиско Гарсиа-Морено (Francisco Garcia-Moreno) отметил, что целью исследования была оценка формирования пор в гранулах и степени вариабельности данного процесса. Этот вопрос имеет прикладное значение и представляет особый интерес для промышленности. Получение почти 400 томографических 3D-изображений позволило исследователям провести подробный анализ технологии.[1]

Крупнейшая в мире база данных КТ-снимков с отмеченными патологиями доступна всем желающим

В июле 2018 года стала публично доступна база данных КТ-снимков DeepLesion. Разработавшая ее команда из клинического центра Национального института здравоохранения США отмечает, что DeepLesion является самой крупной базой данных КТ-изображений, доступной для всех желающих. В нее вошли более 32 000 аннотированных снимков из более чем 10 000 клинических случаев. Такие обширные аннотированные коллекции рентгенологических изображений абсолютно необходимы для глубокого обучения алгоритмов на основе искусственного интеллекта, которые должны научиться распознавать различные поражения. Подробнее здесь.

Компьютерная томография вызывает рак

В июле 2018 года голландскими учеными была доказана связь между компьютерной томографией и развитием онкологических заболеваний. Причем в группе повышенного риска находятся дети. Подробнее здесь.

2017

Выявление древнейшего случая рака у египетских мумий

В декабре 2017 года международная команда ученых, включая группу специалистов под руководством профессора физической антропологии Мигеля Сесилио Ботеллы Лопеса (Miguel Cecilio Botella Lopez) из университета Гранады, Испания, выявила древнейшие известные случаи рака.

Признаки онкологических заболеваний были обнаружены по результатам компьютерной томографии (КТ) двух мумий, найденных в некрополе Куббет эль-Хава в египетском городе Асуан, сообщает ScienceDaily.

Компьютерная томография выявила древнейший случай рака у египетских мумий

КТ-сканирование обеспечивает лучшие результаты, чем традиционные методы исследования мумий, при которых теряется значительная часть оберточного материала и тканей самой мумии. Кроме того, компьютерная томография позволяет получить более точные сведения о внутреннем строении мумии и детальную информацию об убранстве усопших и методах бальзамирования.

Компьютерная томография показала, что у одной из мумий — женщины, умершей примерно в 2000 году до нашей эры — рак молочной железы, а у второй мумии — мужчины, который скончался приблизительно в 1800 году до н.э. — множественная миелома (разновидность рака, поражающая костный мозг). По данным ученых, оба умерших принадлежали к правящему классу или, по крайней мере, были выходцами из богатых семей древнеегипетского города Элефантина.

По состоянию на конец 2017 года это древнейшие случаи рака, выявленные учеными. Сделанные специалистами открытия подтверждают, что люди страдали от онкозаболеваний и в древности.

Исследование мумий проводилось в отделении радиодиагностики больницы Асуанского университета (Aswan University Hospital). Для сканирования был использован КТ-сканер Toshiba последнего поколения, позволяющий получать 124 томографических среза одновременно.

С его же помощью ученные исследовали еще две мумии Позднего периода Древнего Египта - 9-летнего мальчика и девочки-подростка. Сканирование не показало у них следов заболеваний, из чего ученые предположили, что смерть наступила в результате инфекций.[2]

Различия в дозах облучения в разных странах

В сентябре 2017 года было опубликовано исследование, показавшее различие в дозах облучения, используемых в компьютерных томографах, в разных странах. Свои выводы в онлайн-издании American Journal of Roentgenology представили швейцарские ученые.

Для мониторинга доз ионизирующего облучения в КТ-сканерах, установленных в американских и европейских медицинских учреждениях, было использовано специальное программное обеспечение. С его помощью планируется стандартизировать для всех учреждений объем дозы облучения без ущерба качеству диагностики и здоровью пациентов.

Автор доклада доктор Себастьян Шиндера (Sebastian Schindera) в интервью изданию AuntMinnie.com рассказал о случае, когда 46-летней женщине с острым панкреатитом провели 14 КТ-сканирований за полгода. Несколько из этих процедур могли быть заменены на методы визуализации, которые используют неионизирующую радиацию, однако доктора просто не осознавали, какому суммарному облучению подвергался пациент.

«
Многие годы мы понимали отсутствие и необходимость автоматизированных решений, которые помогли бы медучреждениям визуализировать свои типовые практические методы в легко интерпретируемой форме», — отметил Шиндера.
»

Исследование, охватившее более 85 тыс. процедур компьютерной томографии, показало, что в калифорнийских больницах и учреждениях, подконтрольных Американскому колледжу радиологии (American College of Radiology), радиационная доза в среднем на 240% выше, чем в Университетской больнице Базеля (Швейцария).

Дозы облучения при КТ-сканировании в разных странах и городах

Объемный взвешенный КТ-индекс дозы (CTDIvol) в оборудовании, применяемом в Калифорнии для обследования головы, составляет 62, что больше, чем в Великобритании (60) и Базеле (40), но меньше по сравнению с Португалией (75) и Швейцарией (65). Более подробно об этом можно узнать из таблицы выше.[3]

Автоматический анализ КТ-снимков брюшной полости

На симпозиуме Международного общества компьютерной томографии, который прошел с 4 по 7 июня 2017 года в Сан-Франциско (США) был представлен доклад, посвященный стремительному прогрессу в области автоматизированного анализа в компьютерной томографии (КТ) брюшной полости.

Эту тему затронул доктор Рональд Саммерс (Ronald Summers), который является старшим исследователем и радиологом лаборатории биомаркерного анализа и компьютерной диагностики в американском Национальном институте здоровья (National Institutes of Health). По его словам, к середине 2017 года наблюдается быстрое развитие систем компьютерной диагностики для КТ различных органов брюшной полости, лимфатических узлов, жировой ткани и других областей, а также для выявления патологических изменений.

Пример автоматической маркировки КТ-изображений при помощи глубинного обучения
«
В чем же трудность разработки компьютерной программы, которая сможет в полной мере интерпретировать абдоминальную компьютерную томографию? — задался вопросом Саммерс в ходе своего выступления на конференции. — Итак, есть сложная анатомия и патология, есть много ненормальных изменений и случаев симуляции болезней. Однако методично узнавая каждое заболевание, диагностируемое при помощи КТ-сканирования, мы можем решить эти проблемы одну за другой.
»

Развитие технологий в медицине позволило добиться высокой степени автоматизации в различных областях. К примеру, созданы программы для автоматической маркировки позвонков на КТ-снимках, автоматического определения и анализа тонкой кишки, сегментации и объемного анализа жизненно важных органов, поиска отклонений в почках и лимфатических узлов в забрюшинном пространство, а также полипов. Однако к середине 2017 года не создана универсальная программа, которая нажатием на одну кнопку сможет предоставить полную информацию обо всех органах, рассказал Саммерс в интервью изданию AuntMinnie.com.

Автоматизированная сегментация поджелудочной железы. Красным выделена ручная идентификация, зеленым - автоматизированная

По его словам, он и его коллеги создают различные варианты для использования радиологических снимков, хранящихся в системах PACS, чтобы затем разработать специальное программное обеспечение для автоматизированной интерпретации КТ-снимков брюшной полости. В своем проекте ученые задействуют радиологические отчеты и механизмы глубинного обучения для обнаружения и оценки отклонений в области живота. Авторы разработки надеются, что она позволит избежать обработки миллионов медицинских изображений вручную. При этом Рональд Саммерс затруднился сказать, сколько времени может потребоваться для создания такого софта.

Около 10-15 лет исследователи трудились над написанием высокоточных алгоритмов, способных выявлять полипы по медизображениям. В этом направлении было написано более 50 работ. К 2010 году такая диагностическая система была выведена на коммерческий уровень, что указывает на жизнеспособность используемых методов, говорит Саммерс.

«
Было доказано, что эти методы являются надежными при выявлении органомегалии и распространении метастазов, — отметил он, добавив, что подобные технологии все еще не нашли широкого распространения, хотя полуавтоматические системы объемного анализа печени и селезенки используются в больницах.
»

Слева: оригинальное КТ-изображение брюшной полости; справа: автоматизированная сегментация кальцинированной аортальной бляшки

В 2013 году ученые создали программу для точного автоматического обнаружения камней в почках и проведения количественного анализа. Специалисты показали, как выявляются экзофитные поражения с помощью анализа выпуклости в почечной коре. Та же самая техника применяется для поиска неэхофитных поражений через усиленную контрастом компьютерную томографию.[4]

КТ-сканирование увеличивает риск развития рака у детей

Компьютерная томография (КТ) повышает риск развития рака у детей сильнее, чем прежде предполагалось, утверждают австралийские ученые. Об этом специалисты сообщили на Всемирном конгрессе здравоохранения, проходящем в Мельбурне с 4 по 7 апреля, передает ABC Online.

КТ-сканирование позволяет врачам получить трехмерное изображение самых недоступных уголков организма и выявить суть проблемы. Однако ионизирующее излучение, которому подвергается пациент во время КТ, может повреждать клетки.

Исследование показало, что рак развился у 3100 детей, которым ранее проводили компьютерную томографию.

Изучив медицинские карты и случаи онкологических заболеваний почти 11 млн жителей Австралии в возрасте до 19 лет, профессор Джон Мэттьюс (John Mathews) и его команда из Мельбурнского университета пришли к выводу, что радиационные риски КТ серьезнее, чем думали раньше, особенно в раннем возрасте.

Выяснилось, что большая часть избыточных раковых заболеваний, возникших спустя более двух лет после КТ, была вызвана излучением от сканирования.

Исследование показало, что рак развился у 3100 детей, которым ранее проводили компьютерную томографию. Случаи онкологии среди таких детей регистрировались на 24% чаще, чем среди детей, которые не подвергались КТ.

Также специалисты установили, что риск развития рака увеличивался на 16% с каждой последующей процедурой КТ.

«
Мы обнаружили, что чем младше были дети во время проведения компьютерной томографии, тем больше у них был риск в дальнейшем заболеть раком, — рассказал профессор Мэттьюс в интервью изданию.
»

Он также добавил, что если КТ-исследование проводилось в подростковом возрасте, то риски возрастали не так сильно.

Ученые полагают, что это каким-то образом связано с процессом обновления клеток в молодом организме.

«
Похоже, они более чувствительны к вредному воздействию ионизирующего излучения, которое, в итоге, и может привести к развитию онкологии, — пояснил специалист.[5]
»

КТ помогла выявить близнеца-паразита у 10-месячного младенца

25 марта 2017 года в Индонезии прошла успешная операция, в ходе которой из брюшной полости 10-месячного младенца был извлечен близнец-паразит, обнаруженный с помощью компьютерной томографии (КТ). Подробнее здесь.

2016: Воссоздание облика девушки из Древнего Египта

В конце августа 2016 года стало известно о том, что австралийские исследователи, используя компьютерную томографию, 3D-печать и другие современные технологии, смогли реконструировать голову одной из высокопоставленных женщин в Древнем Египте, которая жила во время правления фараонов.

Ученые Мельбурнского университета просканировали череп мумии, которая хранилась в музее ВУЗа, при помощи 3D-сканера и напечатали его точную копию на трехмерном принтере. На компьютере были воссозданы мускулы, кожа, глаза, рот и другие части головы. В результате получился бюст 25-летней египтянки, которую назвали Меритамун (любимая богом Амуном).

При помощи КТ и 3D-печати воссоздали облик мумифицированной древней египтянки

Отмечается, что компьютерная томография стала практически идеальным методом исследования человеческих останков благодаря высокой детализации и отсутствию прямого контакта с объектом. Во время сканирования не пострадал ни один бинт на голове мумии. Компьютерные снимки позволили изучить структуру лицевых костей черепа, измерить величину и угол наклона челюсти, снять параметры глазных впадин и т.п.

По мнению ученых, девушка могла жить около 3500 лет назад. По тому, что мумия была обернута в полотно высокого качества, сделан вывод, что Меритамун принадлежала к высшему сословию и происходила из богатой семьи. Она умерла в возрасте от 18 до 25 лет. Причины смерти Меритамун в столь молодом возрасте пока остаются загадкой для ученых.

Судя по припухлости костного мозга, девушка страдала от анемии. Кости черепа были тонкими и усыпаны маленькими углублениями, которые могли оставить малярийные паразиты.

Обнаруженные у Меритамун проблемы с зубами могли указывать на чрезмерное употребление сахара, который в то время был ввезен в Древний Египет после завоевания Александром Македонским в 331 году до нашей эры. Также известно, что египтяне научились добывать мед. [6]

Примечания