14.02.2018
Компьютерная томография высокого разрешения в оценке заболеваний легких
В течение двух последних десятилетий компьютерная томография высокого разрешения(КТВР) установилась как совершенная техника для оценки диффузных изменений легочной паренхимы. В наиболее простом варианте КТВР – это методика, которая позволяет комбинировать срезы с коллимацией 0,5–2 мм и алгоритм реконструкции высокого разрешения, что дает возможность получать изображения, отражающие мельчайшие детали легочной ткани.
В течение двух последних десятилетий компьютерная томография высокого разрешения(КТВР) установилась как совершенная техника для оценки диффузных изменений легочной паренхимы. В наиболее простом варианте КТВР – это методика, которая позволяет комбинировать срезы с коллимацией 0,5–2 мм и алгоритм реконструкции высокого разрешения, что дает возможность получать изображения, отражающие мельчайшие детали легочной ткани.Основы КТВР были заложены работами японских ученых H. Itoh, S. Tokunaga,H. Asamoto, M. Furuta, Y. Funamoto,
M. Kitaichi, K. Torizuka, начатыми в 1975 году.
Они изучали радиологопатологические корреляции при выполнении КТВР на мертвом раздутом легком и опубликовали в 1978 году статью, посвященную исследованию мелких узелковых образований в легких [1].
Методика КТВР при диффузных заболеваниях легких была впервые описана в 1982 году радиологами G. Todo et al. из японского университета в Киото на основании исследования 21 пациента с диффузным панбронхиолитом, лимфангитным распространением рака, саркоидозом и туберкулезом [2]. Их статья представляла точное описание связи изменений, выявляемых при КТВР и видимых на гистологических препаратах. Опубликованные материалы, привлекли внимание радиологов, но настоящий подъем интереса к КТВР начался в 1985 году вслед за публикацией статьи E.A. Zerhouni et al. [3] в первом номере Journal of Thoracic Imaging. В этой статье исследователи обобщили свой трехлетний опыт использования КТВР. До сегодняшнего дня их данные по интерпретации мельчайших анатомических изменений одновременно с их распределением относительно структур легочной дольки и элементов легочного интерстиция остаются основным подходом к дифференциальной диагностике диффузных легочных заболеваний.
В 1990 году группа исследователей под руководством радиолога N.L. Müller и патолога R.R. Miller опубликовали в American Review of Respiratory Disease материалы, посвященные использованию КТВР при хронических диффузных инфильтративных заболеваниях легких [4, 5]. Интерес к использованию КТВР стремительно увеличивался; два номера Journal of Thoracic Imaging в 1993 году были полностью посвящены этой теме [6].
Работы,опубликованные в этих двух журналах, по сей день остаются лучшими по этой проблеме.Среди них следует указать на словарь “Стандартизированных терминов для описания КТВР легких” [7], позже вошедший как иллюстрированный словарь терминов КТВР в руководство по КТВР легких, изданное W.R. Webb, N.L. Müller, D.P. Naidich в 2001 году [8].
В России впервые метод КТВР был представлен в диссертационной работе И.Е. Тюрина в 1996 году [9], затем в публикации В.В. Китаева в журнале “Медицинская визуализация”в 1997 году [10]. Однако, несмотря на его очевидные преимущества в диагностике много противников. Кафедра лучевой диагностики РГМУ является активным сторонником метода КТВР. А.Л. Юдин посвятил использованию КТВР в диагностике заболеваний легких “Мастеркласс”, проведенный в Московском Объединении Медицинских Радиологов в 2003–2004 гг. Многие диссертационные работы, выполняемые на кафедре,также посвящены использованию КТВР в диагностике различных заболеваний легких [21,22]. В целом же в 2005 году мы отмечали 30 лет с момента первого использования метода.
Технические параметры метода КТВР
Незначительная техническая модификация традиционной компьютерной томографии (КТ), а именно использование тонких срезов,с величиной коллимации 1–2 мм, и жесткого(костного) алгоритма реконструкции дают поразительное повышение пространственного разрешения при исследовании органов с сильным различием в плотности тканей (кости,легкие).
Благодаря повышению пространственного разрешения при использовании КТВР для визуализации легких стали доступными оценке мелкие анатомические структуры легочной ткани и такие едва уловимые изменения, как утолщение междольковых перегородок, стенки кист, мелкие узелки, бронхо и бронхиолоэктазы [23]. Все это значительно повысило возможности КТ в диагностике легочных заболеваний.
С учетом размеров оцениваемых структур исследование должно проводиться с величиной коллимации, соизмеримой с этими размерами. Как показали работы основателей метода, толщина слоя 3 мм и более не дает достаточного пространственного разрешения для анализа строения структур вторичной дольки ввиду возникающего эффекта объемного усреднения плотностей. Незначительное изменение плотности и структуры легочной ткани наиболее точно оценивается при величине коллимации 1,0 и 1,5 мм. В то же время уменьшение коллимации менее 1,0 мм не дает улучшения визуализации легочных структур за счет значительного уменьшения соотношения сигнал/шум. Таким образом, КТВР проводится с величиной коллимации 1,0; 1,5 и 2,0 мм (рис. 1).
Второй компонент методики – алгоритм высокого пространственного разрешения –подчеркивает границы слабо различимых структур, уменьшает сглаженность изображения, характерную для стандартного или мягкотканного алгоритмов реконструкции. Поскольку первоначально подобный алгоритм реконструкции был предложен для построения изображений костной ткани, его нередко обозначают как “костный” (bony) или детальный (detail) [8].
В современных аппаратах алгоритм реконструкции, предназначенный для исследования грудной клетки (сhest) является высокоразрешающим и учитывает особенности, необходимые для построения изображения легочной ткани при проведении КТВР.
Реконструкция изображения предполагает также уменьшение поля зрения до 13–15 см,что значительно повышает пространственное разрешение. Однако, изображение, отражающее на экране только одно легкое, часто не удовлетворяет исследователя, так как увеличивается количество изображений и соответственно время, которое затрачивается на их просмотр, поэтому радиологи предпочитают поле зрения 23–25 см, позволяющее отразить на экране оба легочных поля, что особенно удобно при двухсторонних процессах [8].
Все эти хитрости, направленные на повышение пространственного разрешения, приводят к повышению зашумленности изображения и искажению денситометрических показателей [23, 26]. Известно, что зашумленность изображения может быть компенсирована увеличением силы тока на трубке. Так, в классическом варианте методика КТВР предполагала высокие значения силы тока на трубке 170–240 мА при напряжении 140 кВ, или более 250 мА при напряжении 120 кВ. Совершенствование компьютерных томографов, повышение скорости вращения трубки и систем цифровой обработки данных дало возможность использовать более низкие значения силы тока и напряжения на трубке. Современная тенденция развития компьютерной томографии направлена на снижение радиационной нагрузки пациентов и использование возможных вариантов низкодозовых техник сканирования.
Поэтому сегодня много публикаций посвящено низкодозовой КТВР. Так, C.V. Zwirewichet al. [27] показали, что КТВР при величине тока 40 мА дает такую же диагностическую информацию о патологических изменениях в легочной ткани, как и при использовании 400 мА, без значительной потери пространственного разрешения или ухудшения качества изображения за счет линейных артефактов.
M.M. Ambrosino et al. [28] продемонстрировали на большом материале высокие значения чувствительности и специфичности КТВР, выполненной с 40 и 80 мА, при оценке большинства легочных заболеваний у детей.
H. Rusinek et al. [29] использовали низкодозовую КТВР для первичного скрининга легочных узлов; в их исследовании чувствительность метода была не ниже, чем при стандартной КТВР. Еще несколько исследователей показали, что низкодозовая КТВР грудной клетки при скрининговых исследованиях не уступает в чувствительности стандартной КТВР в выявлении узловых образований в легких при снижении силы тока на 10–30% [30, 31].
Однако в некоторых статьях было отмечено,что при низкодозовой КТ возрастает процент потенциальных ошибок и вероятность пропустить изменения [27, 32–34]. Другие исследователи приводят данные, что для идентификации изменения плотности по типу “матового стекла” и субплевральных линий необходимо использование силы тока как минимум 160 мА,и что матовое стекло и эмфизема при низкодозовой технике едва видимы [27].
Кроме этого, по данным ряда авторов, снижение силы тока на трубке значительно влияет на изображение структур средостения изза их низкой естественной контрастности .
Таким образом, выбор технических параметров исследования – это компромисс между качеством изображения и дозой облучения,который определяется индивидуально каждым врачом на основании опыта, особенностей прибора, анамнеза и конституции пациента.
Методика проведения исследования
Величина интервала между срезами до сих пор остается спорным вопросом при проведении КТВР [5]. По данным разных авторов,при КТВР может выполняться от 1–2 до 6–8 сканов на установленных анатомических уровнях (таких как дуга аорты, бифуркация и сразу над диафрагмой) либо возможно выполнение по одному скану с интервалом 10 мм через все легкое [40]. Целый ряд исследований был посвящен выбору частоты срезов. В статьеA.N. Leung et al. [41] сравнивается точность КТВР и традиционного КТ исследования у 75 пациентов с хронической диффузной инфильтративной болезнью легких. Два исследователя интерпретировали три отдельные серии КТ изображений каждого пациента в смешанном порядке. Данные серии включали КТВР сканы на уровне дуги аорты, бифуркации и на один см выше правой половины купола диафрагмы, три 10 мм скана, выполненные на тех же уровнях, и полное традиционное КТ исследование толстыми срезами через все легкие.
Точный уверенный диагноз был достигнут в 49% КТВР исследований, 31% исследований на трех уровнях с 10 мм коллимацией и в 43% традиционных КТ исследований. Таким образом, КТВР даже на ограниченном количестве сканов имеет определенные преимущества.
E.A. Kazerooni et al. [40] оценивали выраженность и распространение изменений плотности легочной ткани по типу матового стекла и сетчатое уплотнение интерстиция у 25 пациентов с идиопатическим фиброзом. Изменения рассматривались в двух сериях: КТВР, выполненная на трех уровнях, и КТВР, проведенная с 10 мм интервалом через все легкое.
Оценка изображений в обеих сериях полностью коррелировала с результатами гистологического исследования образцов, полученных при открытой биопсии легких. C.I. Henschke[42] представил в своей работе методологические аспекты выбора необходимого числа срезов для КТВР, используя простые и доступные данные, которые могут позволить уменьшить число срезов на основании анамнеза, результатов рентгенографии грудной клетки, исследования легочной функции, радиоизотопных исследований и клинических данных.
Подход к вопросу меняется при использовании мультидетекторных томографов, которые за время одной задержки дыхания дают возможность провести исследование всей грудной клетки с толщиной коллимации 1–2 мм и получить изображение всех отделов легочной ткани с качеством КТВР не только в аксиальной, но и в любой другой проекции[43, 44] (рис. 2).
При выполнении одиночных срезов через значительные интервалы возможны неправильная интерпретация точечных изображений мелких сосудов как мелкоочаговых изменений или затруднения при различении мелких сосудов и милиарных узелков. Избежать данной ошибки можно при выполнении серии последовательных тонких срезов с последующим использованием при анализе изображений программы сложения тонких фрагментов (Sliding Thin Slabs, STS) и преобразованием плотностей по программе “проекции максимальной интенсивности” (Maximum Intensity Projection, MIP) (все вместе – STS MIP). Данная программа при сложении тонких срезов воссоздает нормальную архитектонику сосудов и помогает оценить расположение патологических образований по отношению к ним[45].
Данные виртуальные преобразования изображения делают диагностическую информацию более демонстративной и доступной восприятию. Например, сложение тонких фрагментов с использованием программы “проекции минимальной интенсивности” дает возможность оценить распределение эмфиземы в целом объеме легкого. Данные трехмерные модели используются для количественной оценки эмфиземы [45].
Важным методическим аспектом проведения КТВР является необходимость одновременной оценки экспираторной и инспираторной картины [46–48]. Традиционно исследование выполняется на высоте вдоха.
Экспираторное исследование проводится обычно на полном максимальном выдохе, с расстоянием в 2 см между сканами. Плотность нормальной легочной ткани на выдохе равномерно повышается, легкие становятся меньше, задняя стенка трахеи представляется вогнутой по сравнению с прямой или выпуклой ее конфигурацией на вдохе (рис. 3).
В основном КТВР проводится в положении пациента на спине. Однако в некоторых случаях требуется полипозиционное исследование, включающее в себя и дополнительные сканы в положении пациента на животе.
Необходимость этого обусловлена снижением прозрачности ниже лежащих отделов легочной паренхимы за счет гипостатического эффекта, который может симулировать начальные проявления фиброза. Мы не раз отмечали, как при повороте пациента на живот гипостатический эффект исчезает, в то время как фиброзные изменения не зависят от перемены положения тела (рис. 4).
Немаловажное значение в методике КТВР имеет правильное документирование результатов исследования. Для сохранения изображения мелких деталей КТВР изображения на пленке должны быть крупнее, чем стандартные КТ изображения. На пленке стандартного формата желательно расположение шести или не более девяти кадров [8].
При КТВР могут формироваться некоторые специфичные артефакты, о которых необходимо знать, чтобы избежать ошибок, связанных с интерпретацией изображения. Так, различные движения в процессе сканирования формируют ложные изображения: псевдо бронхоэктазы, псевдоматовое стекло и удвоение междолевой щели [51–53].
Псевдобронхо эктазы появляются изза движения сосудов в виде двух параллельных изображений одного сосуда, что симулирует тень стенок расширенного бронха. Данный артефакт наиболее част в областях, прилежащих к левому желудочку или к дуге аорты. Дифференциальный диагноз ложных и истинных бронхоэктазов может быть затруднен, так как бронхоэктазы – это чаще фокальные изменения.
Однако псевдо бронхоэктазы визуализируются обычно только на одной картинке, в то время как истинные бронхоэктазы на серии последовательных изображений. Кроме того, мы обратили внимание на то, что при отображении таких двух параллельных линий рядом с левым желудочком или с дугой аорты такое же удвоенное изображение имеет на данном кадре граница левого сердца или дуги аорты, а расстояние между этими удвоенными границами такое же, как и ширина псевдобронхоэктаза.
Дыхательные движения во время сканирования вызывают нечеткость всего изображения и делают его нечитаемым.
КТВР – анатомия легочной паренхимы.
Анатомической единицей легкого, изучаемой на изображениях при КТВР, является вторичная долька. Обычно она имеет поперечный размер от 2 до 20 мм и полигональную форму.
Наименьшие структуры, которые можно визуализировать с помощью КТВР, составляют от 0,3 до 0,5 мм.
Видимость мельчайших анатомических структур на КТВР обусловлена в большинстве случаев не только размерами,но и ориентацией относительно исследуемогоскана. Поэтому иногда можно различить и структуры размером до 0,1 мм. Нормальные междольковые перегородки, имея толщину 0,1мм, являются нижним пределом разрешения для КТВР и видны не всегда [24]. Внутридольковая интерстициальная ткань, образующая стенки альвеол, в норме не определяется. Диаметр легочной артерии, снабжающей дольку кровью, 1,0 мм, диаметр внутрилобулярной,ацинарной артерии 0,5 мм; обе эти структуры легко выявляются при КТВР. Бронхи и бронхиолы, как правило, определяются только на расстоянии 2 см от плевральной поверхности.
Отображение бронхов связано с толщиной их стенки (1,0 мм); бронхиола, входящая в дольку, имеет толщину стенки около 0,1 мм и в норме не видна на изображениях [24, 25].
Плотность легочной паренхимы при исследовании, выполненном на высоте вдоха, у здоровых пациентов колеблется от –700 до –900 HU с градиентом плотности, направленным спереди назад и от верхушек к основаниям.
При экспираторной КТВР показатель плотности легочной паренхимы повышается на 100–200 HU (см. рис. 3).
КТВР – симптоматика изменений легочной паренхимы.
Легочный ответ на повреждающее воздействие во многих случаях неспецифичен и характеризуется сходными морфологическимиреакциями. Поэтому основные КТВР проявления являются общими для большого количества совершенно разных патологических процессов.
В литературе имеется большая путаница в описании КТВР симптоматики поражения легких. Поэтому мы считаем необходимым осветить свою точку зрения на основные термины и понятия.
Одним из изменений легочной паренхимы,визуализируемых при помощи КТВР, является диффузное повышение прозрачности легочной ткани. Зоны относительно повышенной прозрачности, имеющие различную протяженность и соответствующие долькам, сегментам или долям легкого, получили название мозаичного легкого. Уменьшениие кровотока по легочным сосудам, обусловленное как морфологическими, так и функциональными изменениями у пациентов с поражением мелких дыхательных путей и сосудистыми болезнями легких, обусловливает мозаичное изменение плотности легочной ткани – симптом “мозаичной перфузии”. Симптом “воздушной ловушки”возникает при выраженном сужении терминальной бронхиолы и выявляется при исследовании на выдохе, что свидетельствует о задержке воздуха в участках легкого, их избыточном растяжении без нарушения структуры.
Экспираторные изображения могут быть особенно полезны при попытке разграничить причины мозаичного изменения плотности легочной ткани и связать ее с заболеванием мелких дыхательных путей, сосудистым заболеванием или инфильтративным заболеванием легких. Чаще всего воздушные ловушки могут иметь место при облитерирующем бронхиолите, но возможны при астме, гиперчувствительном пневмоните и кистозных заболеваниях легкого [48, 52–54] (рис. 5).
Внутридольковая эмфизема средней степени выраженности при КТВР характеризуется наличием множественных небольших округлых зон патологически низкой плотности, размерами до нескольких миллиметров в диаметре.
Эти участки могут выявляться на протяжении обоих легочных полей, однако их излюбленной локализацией являются верхние доли легких. Названные зоны повышенной прозрачности чаще всего группируются около центра вторичных долек и окружены веточками внутридольковой артерии. В большинстве случаев эмфизематозные участки не имеют видимой стенки.
Наличие скольконибудь различимых стенок наиболее вероятно связано с сопутствующим фиброзом. Иногда может наблюдаться “слияние” очагов деструкции; такая эмфизема носит название сливной внутридольковой. По своей компьютернотомографической картине сливная внутридольковая эмфизема напоминает панацинарную, но практически всегда кроме участков сливной эмфиземы имеются зоны и типичной внутридольковой эмфиземы [16] (рис. 6).
В противоположность снижению плотности легочной ткани, повышение плотности происходит при утолщении альвеолярного интерстиция, как за счет инфильтрации, так и за счет фиброзных изменений, или при скоплении жидкости, клеток или другого материала в альвеолярных пространствах [55]. Увеличение плотности легочной ткани может быть выявлено при КТВР на самых ранних стадиях в виде двух разных симптомов: “матового стекла” и “консолидации’.
Симптом “матового стекла”возникает при минимальном утолщении альвеолярного интерстиция и/или частичном заполнении альвеолярных пространств. При этом на фоне снижения прозрачности легочной паренхимы можно проследить элементы легочного рисунка (рис. 7).
Если же альвеолы практически полностью заполнены содержимым или происходит резкое утолщение межальвеолярных перегородок при минимальном содержании воздуха в альвеолах,то изображение легочного рисунка теряется.
Такое состояние более выраженного повышения плотности легочной паренхимы обусловливает симптом консолидации(рис. 8).