Obrázok 1. NAEOTOM Alpha - prvé "photon-counting"CT na svete. Zdroj: Siemens Healthineers
Počítačová tomografia (CT) je zobrazovacia metóda schopná pomocou röntgenových (RTG) lúčov vytvoriť snímky ľudského tela v priereze. Samotné slovo tomografia pochádza z gréckeho „tomos“ = rez a „grafó“ = písať, popísať. Využíva sa pri širokom spektre ochorení a akútnych stavov a je nenahraditeľnou diagnostickou modalitou modernej medicíny.
Od svojho vynájdenia v roku 1971 prešlo „CT-čko“ dramatickým vývojom - zvyšovanie kvality a rýchlosti skenovania pri stále menšej radiačnej záťaži na pacienta. V roku 2021 uviedla firma Siemens Healthineers na trh revolučný CT prístroj NAEOTOM Alpha, ktorý využíva jedinečnú technológiu photon-counting, komerčne známu ako Quantum. Táto technológia, ktorá je zatiaľ posledným veľkým skokom vo vývoji CT, ponúka kvalitnejšie snímky s vyššou diagnostickou hodnotou pri rovnakej alebo nižšej dávke RTG žiarenia. Podľa Stefana Ulzheimera, ktorý v Siemens Healthineers riadil vývoj nového CT, je prechod z konvenčného CT na NAEOTOM Alpha „ako prechod z klasickej televízie na HD a z čiernobielej na farebnú zároveň“.
Od februára 2022 je NAEOTOM Alpha inštalovaný aj v Klinike ORBIS v Nitre (jedna z prvých 50 inštalácii celosvetovo). V čase písania tohto článku (november 2024) je to jediný prístroj svojho druhu na Slovensku. Za dva roky svojej prevádzky na ňom bolo vyšetrených viac ako 12 tisíc pacientov.
Obrázok 2. NAEOTOM Alpha v Klinike ORBIS. Zdroj: JESSENIUS– diagnostické centrum a. s.
V tomto článku sa pozrieme bližšie na to, ako CT prístroj funguje, v čom sa NAEOTOM Alpha líši od bežných CT prístrojov a aké výhody ponúka pacientom.
Ako funguje CT prístroj?
Jednou z hlavných súčastí každého CT prístroja je systém röntgenovej (RTG) lampya detektora. RTG lampa produkuje röntgenové lúče, ktoré prechádzajú telompacienta a následne sú zaznamenávané na detektore. Celý systém okolopacienta rotuje, čím sa získavajú röntgenové projekcie v rôznych uhloch.Nasnímané dáta sa následne digitalizujú a pomocou počítačového algoritmurekonštruujú na výsledné snímky.
Ako funguje detektor CT prístroja
Detektor je jednou z kľúčových súčastí „CT-čka“. Slúži na zaznamenávanie RTG žiarenia, ktoré prešlo pacientom, a jeho premenu na elektrické signály, z ktorých je potom možné pomocou počítača rekonštruovať CT snímky.
Od kvality detektora do značnej miery závisí, aký kvalitný bude výsledný obraz a aká dávka RTG žiarenia sa na jeho získanie použije. Čím kvalitnejší detektor, tým menej žiarenia je potrebného na dosiahnutie požadovanej kvality obrazu. Práve v konštrukcii a fungovaní detektora spočíva hlavný rozdiel medzi bežným CT prístrojom a prístrojom NAEOTOM Alpha. Zatiaľ čo bežné CT prístroje používajú tzv. scintilačné detektory, ktoré RTG žiarenie najprv konvertujú na svetlo a následne na elektrické impulzy, NAEOTOM Alpha používa photon-counting detektory QuantaMax, ktoré sú schopné premeniť dopadajúce RTG lúče na elektrické impulzy priamo. Schopnosť priamej konverzie so sebou prináša viaceré výhody, na ktoré sa pozrieme v ďalšej časti.
Výhody detektorov QuantaMax
Oproti konvenčnýmdetektorom majú photon-counting detektory QuantaMax osadenév prístroji NAEOTOM Alpha štyri základné výhody:
Vyššie priestorové rozlíšenie pri zachovaní dávkyRTG žiarenia
Menej šumu v nasnímanom obraze
Lepší tkanivový kontrast, zvlášť pri použití kontrastnej látky
Schopnosť rozlišovať RTG lúče podľa ich energie otvára možnosti pre pokročilé aplikácie, ako napr. virtuálne bez-kontrastnésnímky, materiálovú dekompozíciu a ďalšie
Tieto výhody je možné využiť pri optimalizácii dávky RTG žiarenia. Aj súčasné konvenčné CT prístroje ponúkajú dostatočnú diagnostickú presnosť pri relatívne nízkych dávkach žiarenia. Vďaka photon-counting technológii však môžeme ísť ešte ďalej a dosiahnuť dodatočnú redukciu dávky RTG žiarenia až o 30%, pri niektorých vyšetreniach až o 50%.V ďalších odsekoch sa pozrieme na to, ako sa spomínané výhody uplatňujú v diagnostike konkrétnych ochorení.
Vyšetrenia srdcovo-cievneho systému
Vyšetrenie srdca a koronárnych tepien, ktoré zásobujú srdcový sval, je pre CT výzvou. Ak sa srdce počas skenovania hýbe, výsledné snímky budú obsahovať pohybové artefakty, ktoré sťažujú interpretáciu. Rýchlosť skenovania je preto pri zobrazovaní srdca kľúčová. Okrem toho sú koronárne tepny zásobujúce srdcový sval pomerne tenké (typický priemer 3 – 4 mm). Preto je na ich zobrazenie potrebné vysoké rozlíšenie a čo najtenšie rezy.
NAEOTOM Alpha v sebe kombinuje dve unikátne technológie, ktorými prekonáva tieto prekážky, a ktoré umožňujú vyšetrenia srdca s dosiaľ nevídanou kvalitou. Prvou z nich je technológia dual-source (dvojitý zdroj, pozn. preklad.). NAEOTOM Alpha nemá jeden, ale dva systémy RTG lampa + detektor, rotujúce okolo pacienta súčasne. Vďaka tomu je NAEOTOM Alpha schopný získať snímku celého srdca za menej ako dve desatiny sekundy. Ide o osvedčenú technológiu, ktorú Siemens Healthineers používa vo svojich CT prístrojoch už od roku 2005.
Druhou kľúčovou súčasťou sú spomínané QuantaMax detektory, ktoré v základnom režime Quantum umožňujú získať snímky s hrúbkou iba 0,4 mm. Pre porovnanie, klasické CT prístroje dosahujú hrúbku okolo 0,6 mm, tie z najvyššej rady 0,5 mm.
Vďaka unikátnej konštrukcii nových detektorov je však možné už beztak vysoké rozlíšenie ešte zdvojnásobiť prepnutím do režimu Quantum HD. V tomto režime (známom tiež ako ultra-vysoké rozlíšenie) môžeme získať rezy o hrúbke len 0,2 mm bez potreby významne zvyšovať radiačnú záťaž na pacienta.
Vďaka týmto technológiám môže rádiológ posúdiť priechodnosť ciev s dosiaľ nevídanou presnosťou. Pre pacientov to znamená menej falošne pozitívnych nálezov na CT a tým pádom menej indikácií na invazívnu selektívnu koronarografiu. U pacientov po implantácii stentov sa vieme pozrieť dovnútra stentu a určiť, či v ňom nedochádza k opätovnému upchatiu.
Navyše, vďaka nižšiemu šumu sme schopní vyšetrovať aj pacientov, u ktorých by bola CT koronarografia v minulosti nerealizovateľná, predovšetkým obéznejších pacientov (BMI nad 35), pacientov s veľkým množstvom kalcifikovaných plakov a pacientov s arytmiami.
Obrázok 3. 3D rekonštrukcia srdca získaná pomocou NAEOTOM Alpha. V strede je modrou farbou znázornený stent na prednej medzikomorovej vetve ľavej koronárnej tepny. Zdroj: Centre Cardio-Thoracique,Monako. Siemens Healthineers
Vyšetrenia pľúc
Vďaka vyššiemu rozlíšeniu a eliminácii elektronického šumu vieme pomocou prístroja NAEOTOM Alphalepšie rozlíšiť rôzne pľúcne patológie pri nižšej dávke RTG žiarenia. NAEOTOM Alpha je ideálny aj na ultra-nízkodávkové screeningové vyšetrenia.
Obrázok 4. Porovnanie snímok pľúc z konvenčného CT najvyššej rady (vľavo) a photon-counting CT NAEOTOM Alpha (vpravo).
Zdroj: Centre Hospitalier Universitaire de Lille, Lille, Francúzsko. Siemens Healthineers
Vyšetrenia s použitím kontrastnej látky
Photon-counting detektory QuantaMax ponúkajú výhody oproti konvenčným detektorom aj pri vyšetreniach s použitím kontrastnej látky. Tieto detektory sú citlivejšie na nízko energetické RTG žiarenie, ktoré nesie väčšinu informácie o tkanivovom kontraste, než konvenčné detektory. Vďaka tomu nízko energetické RTG lúče prispievajú väčšou mierou k tvorbe obrazu. Výsledkom sú snímky s lepším kontrastom medzi jednotlivými tkanivami. Tento efekt je ešte zvýraznený pri použití kontrastnej látky. Vďaka tomu môžeme podávať menšie množstvá kontrastnej látky, čo zase predstavuje menšiu záťaž pre obličky pacienta.
Obrázok 5. Vyšetrenie brucha na konvenčnom CT (vľavo) a NAEOTOM Alpha (vpravo). Zelená šípka ukazuje na cievu naplnenú kontrastnou látkou. Na snímke z NAEOTOM Alpha je cieva zobrazená zreteľnejšie, napriek tomu, že pacientovi bolo podané menšie množstvo kontrastnej látky ako na snímke z konvenčného CT. Oranžová šípka ukazuje na hypodenznú léziu, ktorá jetiež lepšie rozoznateľná na snímke z NAEOTOM Alpha. Zdroj: JESSENIUS –diagnostické centrum a. s.
Onkologické ochorenia
Pre pacientov s onkologickými ochoreniami, ktorí podstupujú CT vyšetrenia opakovane, je veľkou výhodou nižšia radiačná záťaž pri skenovaní s prístrojom NAEOTOM Alpha. Aj súčasné konvenčné CT prístroje sú schopné dosiahnuť vysokú presnosť s relatívne nízkou dávkou RTG žiarenia. Vďaka photon-counting technológii však vieme ísť ešte o krok ďalej a dosiahnuť dodatočnú redukciu dávky o viac ako 30%.
Obrázok 6. Ilustračná 3D rekonštrukcia vytvorená z CT snímok hrudníka, brucha a malej panvy u onkologického pacienta.
Zdroj: JESSENIUS –diagnostické centrum a. s.
Vyšetrenia stredného a vnútorného ucha
Sluchové kostičky (kladivko, nákovka a strmienok) sú najmenšími kosťami v ľudskom tele. Na ich zobrazenie je potrebné obzvlášť vysoké rozlíšenie.
Obrázok 7. Sluchové kostičky (kladivko, nákovka a strmienok) v porovnaní s prstom dospeléhočloveka. Zdroj: X, Dr. Eric Levi
NAEOTOM Alpha je vďaka technológii Quantum HD schopný získať snímky stredného a vnútorného ucha v rozlíšení a kvalite, ktoré prekonávajú doterajšie CT prístroje. V režime Quantum HD (tiež označovanom ako ultra-vysoké rozlíšenie) môžeme rekonštruovať snímky o hrúbke len 0,2 mm. Navyše, na rozdiel od konvenčných CT skenerov, bez významného navýšenia dávky RTG žiarenia.
Obrázok 8. Drobné anatomické štruktúry stredného a vnútorného ucha (hore strmienok – žlté šípky, dole slimák – červené šípky): naľavo snímky získané konvenčným CT prístrojom, vpravo pomocou NAEOTOM Alpha.Zdroj: Dr. A. Persson, Linköping University, Švédsko. Siemens Healthineers
Pokročilé aplikácie: materiálová dekompozícia, virtuálne bez-kontrastné snímky a ďalšie
Vďaka detektorom QuantaMax dokáže NAEOTOM Alpha rozlišovať medzi rôznymi tkanivami a materiálmi aj vtedy, keď majú rovnaké hodnoty RTG denzity (ktoré sa zobrazujú ako hodnoty pixelov v snímkach). Napríklad, zo snímok získaných po podaní jódovej kontrastnej látky je možné digitálne odčítať jód a vytvoriť tak virtuálne natívne snímky (t.j. snímky bez kontrastnej látky) bez potreby skutočnej natívnej akvizície, ktorá by znamenala navýšenie radiačnej záťaže pre pacienta. Inak povedané jedným ožiarením sme schopní dostať natívne aj post-kontrastné snímky. Odčítaný jód je navyše možné zobraziť ako tzv. jódovú mapu a sledovať tak jeho distribúciu v tkanivách.
Obrázok 9. Príklad virtuálnej natívnej snímky (vpravo) ajódovej mapy (v strede) získanej z jedinej post-kontrastnej akvizície(vľavo). Priečny rez bruchom pacienta. Šípky: modrá – obličky, zelená – žlčník, žltá – pečeň. Zdroj: JESSENIUS – diagnostické centrum a. s.
Ďalšou aplikáciou sú tzv. virtuálne monoenergetické snímky, ktoré simulujú obrazový kontrast, ktorý by sme dostali, ak by sme na zobrazovanie použili RTG žiarenie s určitou konkrétnou energiou. Vďaka tomu môžeme zvýrazniť tkanivový kontrast alebo minimalizovať artefakty pochádzajúce z umelých kĺbov alebo inýchkovových implantátov.
Záver
NAEOTOM Alpha od firmy Siemens Healthineers je prvý CT prístroj pre klinické použitie, ktorý využíva technológiu photon-counting. Vďaka jej výhodám možno v budúcnosti očakávať, že sa táto technológia rozšíri, a že v súčasnosti dominantnú technológiu scintilačných detektorov postupne nahradí. Samozrejme platí, že aj konvenčné CT prístroje ponúkajú dostatočnú presnosť a diagnostickú hodnotu – photon-counting však posúva hranice ešte o krok ďalej.
Vďaka výnimočnej spolupráci medzi firmami Siemens Healthineers a JESSENIUS – diagnostické centrum majú aj pacienti na Slovensku možnosť vyšetrenia na najmodernejšom CT prístroji na svete.
Autor: Mgr. Samuel Hollý
Medicínsky fyzik
JESSENIUS – diagnostické centrum a. s.
Recenzia:
MUDr. Dominik Juskanič, PhD, EDiNR
Rádiológ
JESSENIUS – diagnostické centrum a. s.
P.S.: Tí, ktorí by chceli vedieť viac o photon-counting technológii, si môžu pozrieť nasledujúce video od firmy Siemens:
