Физика КТ
Если упростить: КТ - это вращающийся вокруг человека рентген, который делает много изображений за один раз.
Компьютерный томограф - это рентген в традиционном его понимании. В нём есть рентгеновский излучатель (трубка) и приёмник изображения (детектор). Представим себе, что человек пришёл сделать флюорографию, но вместо того, чтобы поставить ровно, его заставили вращаться вокруг собственной оси и сделали не один снимок, а пятьсот - приблизительно так и работает компьютерная томография. Конечно, никто не заставляет человека вращаться - он спокойно лежит на подвижном столе, пока за него вращаются излучатель и детектор, расположенные друг напротив друга. За счёт движения излучателя с детектором и стола получается множество отдельных изображений (срезов). При этом компьютерный томограф облучает не сильнее, чем обычная флюорография.
Чем больше у компьютерного томографа срезов, тем точнее будет реконструирована информация. На сегодняшний день популярнее всего 16-срезовые томографы, поскольку ценники на новые аппараты невысоки относительно аналогичной сложной техники - десятки миллионов, но не сотни. Диапазон цен на 16-срезовый томограф приблизительно 20-40 миллионов.Физика МРТ
Если упростить: МРТ - это магнитный счётчик воды в организме.
С МРТ история куда интереснее. Это смесь электротехники и квантовой физики. Начнём издалека и с наглядными примерами.
У любого круглого тела при движении есть направление движения, а есть момент движения. Момент движения - это сила, умноженная на плечо. Например, если тело вращается по часовой стрелке, момент движения всегда будет направлен под углом 90 градусов к самому телу - по правилу правой руки или правилу буравчика.Предположим, что ребёнок крутит волчок - юла не падает из-за высокой скорости вращения.
Предположим, у нас есть два обыкновенных круглых магнита и проволока, завязанная в круг и внесённая между ними под углом, не параллельно им. Как три бублика подряд, и средний из них стоит криво. Так вот, если мы проволочный бублик вносим между бубликами-магнитами, магнитное поле его поворачивает по направлению магнитного поля, от минуса к плюсу. В теле человека искали такой же бублик, который будет поворачиваться при воздействии магнитного поля, чтобы можно было понять, сколько бубликов повернулось и где они располагаются. И такой бублик нашли! По счастливой случайности им оказался атом водорода.У атома водорода одна-единственная молекула с одним протоном, одним электроном, и направление вращения, пока он не в магнитом поле, хаотично и непостоянно. Как только мы вносим человека в магнитное поле, они поворачиваются вдоль одной оси. Грубо говоря, мы считаем, сколько атомов водорода в теле человека. Поскольку водород присутствует во всех жидкостях, условно говоря, мы считаем количество жидкости и её распределение. Потом уже при помощи компьютерных систем, зная, сколько жидкости в каких тканях находится, мы можем распознать, что находится перед нами - жир, кровь, лимфа и так далее.
МРТ делятся на несколько видов. Есть МРТ, в которых поле создаётся постоянными магнитами, как в нашем примере с бубликами. Но постоянные магниты не дают напряжённости поля больших величин. Поле там слабое, и мы можем посчитать атомы водорода очень грубо. Самые ходовые МРТ построены на сверхпроводниках, с охлаждением гелием.
Внешне МРТ выглядит как КТ: устройство с отверстием, в которое заезжает лежащий на столе человек. В КТ вокруг этого отверстия ездит трубка и детектор, в МРТ не ездит ничего. Там залит жидкий гелий, который охлаждает множество медных проводов, создающих магнитное поле.
Если охладить проводник примерно до абсолютного нуля по Кельвину, -273 градуса, у проводника полностью пропадает сопротивление. Например, у меди сопротивление на метр проволоки примерно полтора Ома, и это хорошо, а если ту же самую проволоку залить жидким гелием и охладить почти до нуля по Кельвину, сопротивление будет ноль.
Что придумали в связи с этим физики? Они придумали подавать маленькое напряжение на сверхпроводящие катушки. Поскольку там нет сопротивления - моментально появляется гигантский ток. Ему некуда деваться, и он создаёт гигантское поле.
Чтобы создать большое поле, хотя бы в 1Т, нужно использовать сверхпроводящие катушки. По такой же технологии создаются магнитно-резонансные томографы на 3Т, которые обычно ставят в онкоцентры и мощности которых хватает, чтобы рассмотреть нейроны в мозге - конечно, не каждый, но многие. И существуют экспериментальные - на 7Т, 12Т. Вопрос в том, что чем больше напряженность поля, тем больше энергопотребление. Не каждая энергосеть, помимо специализированных научных, может выдержать такое энергопотребление. Это нецелесообразно и очень дорого.
От напряженности поля зависит качество изображения, чем больше Тесла, тем чётче картинка. Но существенен финансовый вопрос. Обычно МРТ покупаются под поиск онкологии. Как правило, онкоцентры приобретают несколько МРТ по 1,5Т и один - 3Т, на который ведут самых сложных пациентов, чтобы подробно их рассмотреть.
Скорость исследования КТ и МРТ
Для пациента основное отличие между КТ и МРТ - скорость исследования. КТ делается всего за 4 минуты, МРТ - от 40 минут. Поэтому если ситуация экстренная, например, подозрение на инсульт, на МРТ везти пациента нельзя, в то время как КТ покажет результат за пару минут.
Экономичность
КТ экономичнее в закупке в 3-4 раза. Тем не менее, затраты клиники на закупку МРТ также окупаются достаточно быстро из-за высокого количества пациентов с онкологическими заболеваниями и невозможности найти многое, что обнаруживает МРТ, при помощи КТ.
Визуализация КТ и МРТ
На рентгене лучше видно плотные ткани, на МРТ - мягкие ткани. Например, даже если на КТ можно будет увидеть опухоль лёгких, какая она точно - будет неясно. В таком случае МРТ даст значительно больше информации.
Для диагностики коронавируса используют КТ:
- высокая скорость исследования позволяет проводить больше исследований;
- рентгенологам привычнее смотреть изменения в лёгких при помощи рентгеновских снимков.
При этом нужно учитывать, что КТ при ковиде позволяет только определить наличие пневмонии у человека, а причины пневмонии следует определять лабораторно - это может быть как SARS-CoV-2, так и что-либо ещё.
Сводная таблица
|
|
КТ | МРТ |
| Скорость исследования | около 4 минут | около 40 минут |
| Лучше показывает | плотные ткани | мягкие ткани |
| Примеры применения |
- в экстренных ситуациях - для диагностики пневмоний, в т.ч. при коронавирусе |
- для диагностики онкологических заболеваний |
| Экономичность | стоимость ниже в 3-4 раза | достаточно быстро окупается |
