Качество изображения в КТ

Пространственное разрешение

Пространственное разрешение в КТ определяет способность системы визуализировать мелкие детали и различать близко расположенные объекты. Этот параметр особенно важен для диагностики мелких структур, таких как сосуды, узелки в легких или микропереломы в костях.

Пространственное разрешение выражается в линиях на миллиметр (lp/mm) или в миллиметрах (мм), соответствующих минимальному расстоянию между двумя объектами, при котором они могут быть распознаны как отдельные. Оно зависит от множества факторов, включая:

Размер детекторов. Чем меньше шаг между элементами матрицы детектора, тем выше пространственное разрешение.
Фокусное пятно рентгеновской трубки. Меньшее фокусное пятно снижает эффект размытия (penumbra), повышая четкость изображения.
Алгоритмы реконструкции. Использование высокочастотных реконструкционных фильтров (например, «костного» алгоритма) позволяет повысить четкость границ и мелких структур.
Толщина среза. Меньшая толщина среза повышает разрешение в осевом направлении, однако увеличивает шум изображения.

Современные КТ-аппараты способны достигать пространственного разрешения до 0,25 мм и менее, что обеспечивает высокую диагностическую точность.

Контрастное разрешение

Контрастное разрешение отражает способность системы различать ткани, имеющие незначительную разницу в линейном коэффициенте ослабления. Это особенно важно при визуализации мягкотканевых структур (печень, головной мозг, надпочечники), где контраст между органами может составлять менее 1%.

Контрастное разрешение определяется следующими параметрами:

Шум изображения. Основной фактор, ограничивающий способность различать ткани с близкими плотностями. Снижение шума достигается за счёт увеличения дозы облучения, усреднения сигналов (биннинга), а также использованием итеративной реконструкции.
Разрядность детектора. Современные КТ-системы используют 12-16-битную шкалу (от 4096 до 65536 градаций серого), что обеспечивает высокую чувствительность к контрасту.
Алгоритмы фильтрации. Гладкие реконструкционные фильтры (например, «головной мозг») увеличивают контрастное разрешение, но при этом снижают пространственное.

Контрастное разрешение обычно составляет около 0,5–1% при стандартной дозе, что позволяет выявлять патологические изменения в мягких тканях, даже при незначительной разнице плотностей.

Шум изображения

Шум — это случайные флуктуации яркости на изображении, не обусловленные анатомической или патологической структурой. Он проявляется в виде зернистости и существенно влияет на контрастное разрешение.

Основные источники шума:

Квантовый шум. Возникает из-за статистической природы формирования рентгеновского излучения. Чем ниже число фотонов, тем выше относительный шум.
Шум детекторов. Связан с электроникой приёмников, флуктуациями в системе сбора и передачи сигнала.
Алиасинг. Возникает при недостаточной частоте дискретизации в условиях высокого пространственного разрешения.

Снижение шума достигается:

Повышением дозы облучения (увеличением mAs).
Применением итеративных алгоритмов реконструкции.
Использованием фильтров низких частот при реконструкции.
Биннингом пикселей.

Глубина и толщина среза

Толщина среза — это важнейший параметр аксиального разрешения, определяющий, насколько точно объект воспроизводится в продольном направлении. Меньшая толщина среза улучшает разрешение в аксиальной плоскости и позволяет выявлять небольшие структуры.

Однако уменьшение толщины среза сопровождается:

Увеличением шума.
Ростом объёма данных и времени реконструкции.
Необходимостью большего объёма памяти.

Современные многосрезовые КТ-системы позволяют получать изображения толщиной от 0,5 до 1 мм, обеспечивая высокое качество реконструкций в мультипланарных и трёхмерных проекциях.

Артефакты изображения

Артефакты — это искажения изображения, не соответствующие реальной анатомии. Они могут имитировать патологические структуры или, наоборот, маскировать их.

Основные типы артефактов:

Лучевые (beam hardening). Возникают при прохождении рентгеновского пучка через плотные структуры, например кость. Вызывают эффект «чаши» или гиподенсивные полосы.
Движения пациента. Приводят к размытию границ и «двоению» изображений.
Артефакты от металла. Плотные металлические импланты вызывают искажения изображения в виде полос высокой плотности.
Парциальный объём. Возникает при захвате в один срез нескольких тканей с различной плотностью, что приводит к искажённым значениям плотности (HU).
Алиасинг и ринг-артефакты. Связаны с особенностями работы детекторов и систем сбора данных.

Минимизация артефактов достигается правильным выбором параметров съёмки, использованием специальных алгоритмов реконструкции (например, MAR — Metal Artifact Reduction), а также тщательной подготовкой пациента.

Модуляция дозы и её влияние на качество

Автоматическая модуляция тока трубки (mA) позволяет адаптировать дозу облучения в зависимости от толщины и плотности исследуемой области. Это обеспечивает:

Поддержание постоянного уровня шума.
Снижение дозы при сохранении качества изображения.
Компромисс между пространственным и контрастным разрешением.

Модуляция может быть:

Угловой. Изменение тока трубки в зависимости от угла вращения.
Продольной. Изменение тока вдоль оси Z в зависимости от плотности участков тела.
Комбинированной. Использование одновременно продольной и угловой модуляции.

Правильная реализация модуляции позволяет снизить эффективную дозу на 20–40%, не ухудшая качество визуализации.

Алгоритмы реконструкции и их влияние на изображение

Метод реконструкции существенно влияет на итоговое изображение. Классическая фильтрованная обратная проекция (FBP) постепенно заменяется более современными итеративными алгоритмами.

Сравнительная характеристика:

FBP (Filtered Back Projection): быстрое получение изображений, но высокая чувствительность к шуму и артефактам.
ASIR, MBIR, iDose и др.: итеративные методы, улучшающие контрастное разрешение, снижающие шум, эффективно уменьшающие дозу.
Гибридные методы: объединяют преимущества FBP и итеративных подходов.

Выбор алгоритма зависит от клинической задачи: при необходимости высокой пространственной точности используют высокочастотные фильтры, при акценте на мягкотканевые структуры — сглаженные или итеративные.

Гистограмма Хаунсфилда и шкала плотностей

Численные значения пикселей в КТ выражаются в единицах Хаунсфилда (HU), которые отражают относительную плотность тканей:

Воздух: -1000 HU
Жир: ~ -100 до -50 HU
Вода: 0 HU
Мышечная ткань: ~+40 HU
Кость: +400 до +1000 HU
Металл: >+2000 HU

Анализ распределения HU по объёму интереса (ROI) позволяет количественно оценивать плотность тканей, степень накопления контрастного вещества, и проводить дифференциальную диагностику между тканями с близкими морфологическими признаками.

Окна визуализации (windowing)

Окна визуализации определяют диапазон HU, отображаемый на экране. Подбор ширины (WW) и уровня (WL) окна критически важен для корректной интерпретации:

Окно мягких тканей: WW ~ 350, WL ~ 40
Окно костей: WW ~ 2000, WL ~ 500
Окно легких: WW ~ 1500, WL ~ -600
Окно мозга: WW ~ 80, WL ~ 40

Неправильно подобранное окно может скрыть важные детали или привести к ошибочной диагностике. Возможность интерактивного изменения параметров окна — неотъемлемая часть современного анализа КТ-изображений.

Трёхмерная реконструкция и мультипланарная реконструкция (MPR)

Современные КТ-установки позволяют получать объёмные данные, которые могут быть реконструированы в различных плоскостях:

MPR (Multiplanar Reconstruction): отображение данных в коронарной, сагиттальной, аксиальной и произвольной плоскостях.
MIP (Maximum Intensity Projection): усиление отображения гиперденсных структур (сосудов, кальцинатов).
VR (Volume Rendering): полноцветная 3D-визуализация, использующая прозрачность и окраску в зависимости от HU.
SSD (Shaded Surface Display): визуализация поверхностей на основе заданного порога HU.

Эти технологии повышают диагностическую ценность исследования, особенно в ангиографии, ортопедии, онкологии и хирургическом планировании.