Výpočetní tomografie na cestě ke snižování radiační dávky

Ke kvalitní lékařské péči neodmyslitelně patří pokročilá diagnostika, která dokáže odhalit případný zdravotní problém hned v samém začátku. K nejúčinnějším diagnostickým metodám se již několik desetiletí řadí radiační zobrazování, které používá ke zhotovování tělových snímků pacienta ionizující záření. To je však nejen užitečné, ale i nebezpečné. Vítězem v tomto klání je tedy ten, kdo dokáže pořídit co nejlepší snímek s použitím co nejmenší dávky záření. Mezi největšími výrobci radiologických přístrojů se strhnul doslova boj o každý milisievert – jednotku, která udává množství radiační dávky. K největším světovým hráčům na poli výroby pokročilých CT přístrojů (počítačových tomografů) patří společnost Siemens, které v této oblasti patří dokonce prvenství z hlediska podílu na mezinárodním trhu. Je proto přirozené, že právě snižování radiační dávky patří k jejím největším prioritám. O nových CT přístrojích jsme měli možnost hovořit s produktovým specialistou sortimentu CT Ing. Lubošem Tůmou ze společnosti Siemens, sektor Healthcare JAK FUNGUJE CT Úplně zjednodušeně: základem počítačového (správněji výpočetního) tomografu je rentgenová lampa, která emituje fotony (paprsky X, rentgenové záření) o vhodné energii a vlnové délce, a detektory, které snímají intenzitu záření, jež prošlo tělem pacienta. Pacient se prosvěcuje v každé rovině ze všech úhlů (rentgenová lampa a detektor rotují kolem pacienta) a záření, které prošlo tělem, dopadá na tzv. scintilační detektor. Zde dochází ke konverzi pohlcené energie (paprsků X) na světelné fotony, jejichž množství se sleduje ve fotonásobiči (fotodioda). V dalším kroku se analogový signál z fotonásobiče digitalizuje. Ze získaných digitálních dat se poté rekonstruuje obraz sledovaného objektu. SNIŽOVÁNÍ RADIAČNÍ ZÁTĚŽE Z hlediska ochrany dávky je mimořádně důležitý detektor, kvalita materiálu na detektoru, rentgenová lampa, systém kolimace a vůbec celá technika snímání dat. Siemens pracuje na snižování dávky už celá léta. Již v roce 1994 začal s modulací dávky podle velikosti a tvaru pacienta, ta dovoluje snížit radiační zátěž až o 68 %. Od té doby se škála technik, jak snižovat dávku, rozrostla o řadu dalších položek, jejichž výčet jistě ještě zdaleka není ukončen. NENÍ LAMPA JAKO LAMPA I když je rentgenová lampa (rentgenka) již velmi staré a v podstatě jednoduché zařízení, na její konstrukci hodně záleží. V roce 2002 přišel Siemens s novým konceptem rentgenky s unikátně řešenou konstrukcí. Jde o unikátně provedené chlazení anody a o systém rozmítaného ohniska. Lampa STRATON, kterou jsou vybaveny všechny velké přístroje Siemens – celá řada SOMATOM Definition, má dva důležité aspekty. Prvním je chlazení anody. Anoda v klasické rtg lampě rotuje ve vakuové nádobě, z katody jsou emitovány elektrony dopadající na anodu, ze které následně vyzařuje rentgenové záření. Při emisi rentgenového záření ale vzniká teplo, to musí anoda pojmout. Toto teplo se mezi jednotlivými skeny vyzařuje přes vakuum. Anoda proto musí být tak velká, musí mít tak velkou teplotní kapacitu, aby dokázala během skenování, jež může trvat až 100 s, naakumulovat všechno teplo a potom ho mezi skeny nebo jednotlivými pacienty vyzářit ven. Velká a těžká anoda je ale nevýhodou, stejně tak jako velká těžká lampa. Protože Siemens plánoval realizaci dvouzdrojového CT (do gantry se musí vejít dvě lampy), celá lampa se tedy musela zmenšit. To byl v podstatě prvotní impulz vedoucí k nové konstrukci. Anoda nyní tvoří zadní stěnu lampy a lampa v tomto uspořádání rotuje celá (ne anoda v lampě). Zezadu je anoda celá chlazená olejem. Anoda tak může být malá, protože nemusí akumulovat tolik tepla. Tento typ chlazení je asi 4krátS účinnější než u klasické lampy. Druhým aspektem lampy je rozmítané ohnisko v ose x a v ose z, tedy ve směrech podélném a kolmém k detektoru. Díky tomu, že se ohnisko v obou těchto směrech vždy o kousek posune, vypadá to, jako by ho tvořily čtyři body. V důsledku toho pak vytváří stejný efekt, jako by se malinko posunul sám pacient. Protože tak de facto znásobujeme v obou směrech počet informací o pacientovi, výrazně tím zvyšujeme vlastní rozlišení detektoru. Přístroj tak dokáže například detekovat i maličké léze o velikosti neuvěřitelných 0,24 mm. To ale není všechno. Takové uspořádání nám rovněž umožňuje rychlejší pohyb stolu, takže pacient je vyšetřený rychleji, čímž jeS i méně ozářený. Přístroj Siemens SOMATON Definition Flash je například jako jediný na světě schopen nasnímat tlukoucí srdce v reálném čase, a to za 0,25 s, čili během jeho jediného stahu. RYCHLÁ KERAMIKA Z hlediska detektoru je nejdůležitější materiál, z něhož je vyroben. Používáme scintilační detektory, které si vyvíjíme sami – upřesňuje Luboš Tůma – vyrobené z UFC materiálu (Ultra Fast Ceramic), tzv. rychlé keramiky. Nejnovější typy detektorů STELLAR kombinují fotodiodu s konvertorem analogového signálu. To umožňuje dále snížit dávky, protože se podařilo výrazně eliminovat počet vodičů mezi analogovou a digitální částí. Vše se navíc podařilo umístit pod krystal a minimalizovat veškerou elektroniku. Nejsou zde tedy vodiče, na kterých by se indukoval šum. Tento nový detektor se k CT nedodává standardně, ale jako volitelná možnost. Moduly jsou ale výměnné, takže si zákazník může detektor STELAR dokoupit i dodatečně a my mu zajistíme dodatečný upgrade přímo na místě. ADAPTIVNÍ DÁVKOVÝ ŠTÍT Abychom získali při vyšetření pacienta na CT dostatek dat k výpočtu obrazu, celá rotující část gantry (hlavní část CT přístroje) nesoucí lampu a detektor musí vykonat minimálně půl otáčky kolem stolu, na kterém leží pacient a který se s pacientem při vyšetření plynule pohybuje. Kvůli pořízení prvního snímku požadované oblasti se tedy musíte rozjet o půl otáčky dopředu. Celý tento úsek se však ozáří zbytečně. Proto jsou dnes již všechny velké přístroje standardně vybaveny clonami, které zacloní okrajové části sledované oblasti těla pacienta na začátku i na konci snímkování. NA TĚLESNÉ KONSTITUCI ZÁLEŽÍ Další metoda redukce dávky, známé již poměrně dlouhou dobu, je založená na přizpůsobení potřebné dávky záření podle tělesného profilu pacienta. Hned první snímek, tak zvaný topogram, vypovídá o tom, jakou má pacient konstituci a objem v jednotlivých částech těla a slouží mimo jiné pro primární nastavení dávky. Po této první regulaci následuje další 3D regulace kolem pacienta a v reálném čase. Proto se této metodě souhrnně říká: regulace 4D. Každá část těla je tedy ozářena přesně takovou dávkou, která je nutná k pořízení kvalitního snímku. Ani milisievert navíc. POZOR NA MĚKKÁ X Lidskému tělu jsou nebezpečné fotony s takovou energií, že tělem neproletí, ale zachytí se ve tkáni a cestou v ní napáchají škody. Jsou to fotony s energií kolem 80 elektronvoltů, tedy takzvané měkké rentgenové záření. Tyto energie je proto potřeba eliminovat. U CT od firmy Siemens se nad pacientem přímo vysune štít, jenž tyto energie odřeže. Kromě toho Siemens nabízí službu X-Care, zajišťující, že se záření vypíná nad citlivými oblastmi těla, jako je štítná žláza, prsa, pohlavní orgány apod. Nedochází tedy k ozáření těchto partií přímým svazkem, ale pouze tím, který už prošel tělem pacienta. MALOVÁNÍ VÝPOČTEM Detektor záření, běžně používaný v CT, má několik tisíc kanálů. Při jedné otáčce se z nich provede více než tisíc odečtů. Aby z takto nasnímaných dat mohl vzniknout obraz v daném místě, musely by se spočítat tisíce rovnic s tisíci neznámými. A tento výpočet by se musel opakovat po každé otočce detektoru. Takovým výpočetním výkonem v reálném čase ale zatím počítače nedisponují. Našlo se však elegantní řešení – obrazy řezů se ze získaných dat spočítají s pomocí speciálního matematického postupu – takzvané zpětné projekce (založené na Furierově transformaci). Takto získaný obraz ale může postrádat drobné detaily, je v něm šum a nepřesnosti. Zvýšit kvalitu takového obrazu můžeme jedním ze dvou postupů – „zaostřit“ obraz zvýšením použité dávky nebo najít jinou, lepší metodu výpočtu obrazu. Zvyšování dávky není přijatelným řešením. Siemens se proto vydal cestou použití nové metody výpočtu obrazu – tzv. iterativní rekonstrukce. Ta spočívá ve dvou po sobě následujících krocích. V prvním se z obrazu spočítaného zpětnou projekcí vypočítají opačným postupem znovu „původní“ data. Ta se ve druhém kroku porovnají s daty skutečně načtenými detektorem a podle zjištěných odlišností se upraví parametry pro zpětnou projekci. Znovu se vypočítá obraz a celá operace se opakuje. Po několika opakováních získáme tímto postupem výrazně čistší, kvalitnější obraz. První generace tohoto řešení od firmy Siemens se jmenovala IRIS. Dnešní špičkové řešení SAPHIR je sice složitější, ale dokáže snížit dávku potřebnou k získání obrazu až o 60 % oproti výpočtu prostou zpětnou projekcí! ŠKOLENÍ ZÁKAZNÍKŮ Základní proškolení v práci s novým přístrojem a jeho programovým vybavením je součástí jeho dodávky. Pokud si zákazník koupí jakékoli vylepšení, je samozřejmě v jeho používání opět proškolen. Upgrady používaného softwaru se zákazníkům nabízejí automaticky, nové aplikace je možné zdarma zákazníkům nabídnout k tříměsíčnímu vyzkoušení. Jedenkrát za dva roky navíc pořádáme setkání uživatelů našich CT a MR přístrojů. Na něm si mohou vzájemně vyměnit zkušenosti a jsou seznámeni s aktuální nabídkou a trendy v oboru. CT se tak dnes stalo naprosto běžnou vyšetřovací metodou, s vynikající účinností a riziky, které se za posledních pár let výrazně minimalizovaly. Přestože bychom se mohli domnívat, že v některých vlastnostech CT přístrojů se blížíme k hranici technických možností a již je nelze dále zlepšovat, zdá se, že stále ještě nejsme na konci možného vývoje. Andrea Cejnarová