Kompuutertomograaf

Kompuutertomograaf (edaspidi KT, inglise keeles "computed tomography" (CT)), algselt ka "computed axial tomography" (CAT) on kompuuteruuringuteks ja piltdiagnostikaks kasutatav meditsiiniseade, mis kombineerib mitme nurga all tehtud röntgenipildid. Hiljem töödeldakse pilte arvutiprogrammidega, et saada ristlõiked luudest, veresoontest ja pehmetest kudedest inimese kehas. Kompuutertomograafi eelis on, et pildid edastavad üksikasjalikumat teavet kui tavaline röntgenipilt.
Mõistet "kompuutertomograaf" (KT) kasutatakse sageli röntgenikiirte kompuutertomograafiale viitamisel. Leidub eri kompuutertomograafia tüüpe, nagu näiteks positronemissioontomograafia (PET) ja üksiku footoni emissiooni kompuutertomograafia (SPECT). Röntgentomograafia, mis on kompuutertomograafia eelkäija, on üks vorm radiograafiast koos paljude teiste tomograafia ja mittetomograafia vormidega.
Kompuutertomograafide kasutamine on paljudes riikides rohkesti kasvanud viimase kahe aastakümne jooksul. 2007. aastal tehti Ameerika Ühendriikides hinnanguliselt 72 miljonit skaneeringut. Ühes uuringus hinnati, et 0,4% vähktõve põdejatest USA-s on tingitud kompuutertomograafi skaneeringust ning see arv võib tõusta kuni 2%-ni, arvestades 2007. aasta statistikat. Paraku see hinnang vaidlustati, kuna pole jõutud üksmeelele madalate kiirgustasemetega kahjustuste olemasolule. Samas võivad mõningates uuringutes kasutusel olnud intravenoosse kontrastaadi kõrvaltoimete hulka kuuluda neerukahjustused.
Kompuutertomograafil on eri kasutusviise, kuid see on eelkõige mõeldud selleks, et võimalikult kiiresti tuvastada inimeste sisemisi vigastusi, mis on põhjustatud avariidest või muudest traumadest. Kompuutertomograafi võib kasutada peaaegu kõikide kehaosade visualiseerimiseks. Lisaks haiguste ja vigastuste diagnoosimisele on see kasutusel ka kirurgilise või kiiritusravi planeerimiseks.
Tänapäeval on maailmas kasutusel ligikaudu 30 000 kompuutertomograafi.
Ajalugu.
1900. aastate alguses pakkus Itaalia radioloog Alessandro Vallebona välja fokaaltasandi tomograafia, et kujutada radiograafilisel filmil keha üksikut viilu. Idee põhines projektiivgeomeetria lihtsatel põhimõtetel: liigutada röntgenitoru ja kilet, mis on ühenduses vardaga, mille pöördepunkt on fookus, sünkroonselt vastassuunas. Fokaaltasandi punktidega loodud pilt muutus teravamaks, samal ajal kui teised punkti eemaldusid müraga. See oli väheefektiivne meetod, kuna hägustumine toimus ainult x-tasandil. Tomograafiliste piltide omandamine, kasutades mehaanilist tehnikat, arenes alles 20. sajandi keskpaiku. Selle tulemusel saadi pildid järjest teravamaks ning uurida sai ka paksemaid ristlõikeid. See saavutati keerukate ja mitmesuunaliste seadmete kasutuselevõtuga, mis said liikuda enam kui ühel tasandil ja võimaldasid efektiivsemat hägustumist.
Vaatamata fokaaltasandi tomograafia järjest suurenevale keerukusele, jäi see pehmete kudede kujutiste tootmiseks ebaefektiivseks.
1960. aastate lõpus töötasid ameerika füüsik Allan Cormack ja inglise elektriinsener Godfrey Hounsfield välja tehnoloogia, mille abil oli võimalik teha kolmemõõtmelisi kujutisi inimese kehaosadest, kombineerides erinevaid röntgeniristlõikeid. Kompuutertomograafi leiutamist peeti niivõrd oluliseks verstapostiks teaduse arengus, et 1979. aasta Nobeli meditsiiniauhind anti just neile kahele teadlasele.
Cormack ehitas esimesena masina, mis väljastas kahemõõtmelist pilti, kujutades ristlõiget kolmemõõtmelisest objektist. Tema esimene mudel kasutas röntgenikiiri, mis olid suunatud inimese kehale eri nurga alt. Paraku polnud tal sellist süsteemi, mis töötleks kõiki andmeid, mida kompuutertomograaf väljastab. Selle probleemi lahenduseks oli arvuti olemasolu. Hounsfield hakkas 1967. aastal samuti kompuutertomograafi ehitama. Tema süsteem oli analoogne Cormackiga, kuid ta kasutas kohe ka arvuti abi. Arvuti abil oli võimalik sorteerida kogu röntgeni andmeid ning luua sellest pilt. Esimese arvuti abil oli võimalik saada täiuslik pilt säilinud inimajust, kuid selle visualiseerimiseks kulus üheksa päeva. Enne seda, kui aparaati sai kasutada patsientide peal, tuli Hounsfieldil seda täiustada. Hilisemad mudelid vajasid tööks üheksa tundi ning lõpuks üheksa minutit. Viimane aparaat vajas tööks pildi kokkupanemiseks vaid viis minutit.
Esimene kliiniline kompuutertomograafiauuring toimus Inglismaal Londonis 1. oktoobril 1971 Atkinson Morley haiglas. Patsiendil kahtlustati otsmikusagara kasvajat. Teda skaneeriti prototüüpse tomograafiga, mille olid välja töötanud Godfrey Hounsfield ja tema meeskond Lääne-Londonis Hayesi EMI keskteaduslaboris (EMI Central Research Laboratories). Tomograaf tootis pildi 80 × 80 maatriksiga ning skaneerimiseks kulus ligikaudu viis minutit. Umbes sama kaua aega kulus ka kujutise töötlemiseks.
Tänapäeva kompuutertomograaf skaneerib paari minutiga ja saab toota pilte 1024 × 1024 maatriksiga, hõivates andmeid vähem kui 0,3 sekundiga. Umbes 30 minuti jooksul on võimalik kogu uuring salvestada arvuti kõvakettale. Kompuutertomograafi skaneeritud andmed saab nüüdistehnika abil edastada teistesse meditsiiniasutustesse. Selle abil on eriarstidevaheline infovoog muudetud suhteliselt lihtsaks ja kiireks.
KT kasutamine meditsiinis.
Koonuskiirtevihuga KT.
Koonuskiirtevihuga kompuutertomograafi kasutatakse eriolukordades, kus harilikust röntgeniaparaadist ei piisa. Seda tüüpi kompuutertomograafi kasutatakse võimalikult harva, kuna kiirituse tase on oluliselt kõrgem võrreldes hariliku röntgeniga. Koonuskiirtevihuga KT kasutab spetsiaalset tehnoloogiat, et luua ühe skaneeringuga kolmemõõtmelised (3D-) pildid hamba struktuurist, pehmetest kudedest, närviteedest ja näo piirkonna luudest. Pildid, mis on tehtud koonuskiirtevihuga kompuutertomograafiga, võimaldavad patsiendi ravi paremini planeerida.
Koonuskiirtevihuga kompuutertomograafi kasutatakse ka keerulistemaks juhtumiteks, näiteks:
Selgroo KT.
Selgroo kompuutertomograafia uuring on diagnostiline test, mida kasutatakse, et välistada või diagnoosida lülisamba kahjustust patsientidel. See on kiire, valutu ja skaneerimisel ei tungita kudedesse. Hädaolukorras on sellega võimalik kiiresti paljastada sisemisi vigastusi ja verejookse, mis lõpptulemusena võib päästa patsientide elusid.
Selgroo kompuutertomograafia uuringut viiakse läbi ka selleks, et:
KT koloskoopia/kolograafia.
Kompuutertomograafia kolograafia või koloskoopia uuringul kasutatakse erilisi röntgeniseadmeid, et uurida jämesoole vähki ja kasvajaid, mida nimetatakse polüüpideks. Vähesed polüübid võivad kasvada ja muutuda vähiks. Uuringu ajal sisestatakse väike toru pärasoolde. Seejärel lastakse pärasoolde väike kogus õhku ning samal ajal tehakse ka pildid käärsoolest ja pärasoolest.
Uuringu eesmärgiks on leida kasvaja varajases staadiumis, et seda oleks võimalik varakult eemaldada. Sellega saab välistada olukorda, kus kasvaja on nii kaugele arenenud, et selle meditsiiniline eemaldamine ei ole enam võimalik.
Südame KT.
Südame kompuutertomograafia ehk südame KT on valutu test, mille käigus tehakse detailseid pilte südamest röntgeniaparaadiga. Protseduuri ajal liigub röntgeniaparaat ümber patsiendi keha ringi. Uuringu käigus tehakse iga nurga all südamest pilte. Seejärel pakib arvuti need pildid kokku ning loob kolmemõõtmelise (3D-) pildi südamest. Aeg-ajalt süstitakse veeni joodi baasil kontrastvärvi, mis kuvab pärgartereid röntgenipildil. Seda tüüpi uuringut kutsutakse ka kompuuterangiograafiaks.
Südame kompuutertomograafiaga võib tuvastada või hinnata:
Kõhu- ja vaagnapiirkonna KT.
Kõhu- ja vaagnapiirkonna kompuutertomograafia on diagnostiline uuring, mille abil on võimalik avastada haigusi peensooles, jämesooles ja muudes siseelundites, mis põhjustavad valu. See on kiire, valutu ja skaneerimisel ei tungita kudedesse.
See uuring tehakse selleks, et diagnoosida järgmisi nähtusi:
KT eelised.
Meditsiiniliste uuringute järgi on kompuutertomograaf viie kõige parema meditsiinilise avastuse hulgas viimase 40 aasta jooksul. Kompuutertomograaf suudab pakkuda detailseid andmeid, et diagnoosida haigusi, planeerida ravi ning hinnata täiskasvanute või laste siseelundite, luude jms seisundit. Lisaks sellele võib KT uuringu abil välistada mõningaid operatsioone.
Kiirus.
Osaliseks skaneerimiseks kulub mõni sekund ning keha täielikuks skaneerimiseks umbes 30 minutit. See kiirus aitab leida sisemisi vigastusi ja sisemist verejooksu piisavalt operatiivselt, et päästa elusid.
Piirangud.
MRT.
Kompuutertomograafil on vähem piiranguid kui magnetresonantstomograafil (MRT). KT skaneeringu käigus on võrreldes MRT-ga liikumine küll piiratud, kuid mitte keelatud. Samuti ei ole erinevalt MRT-st keelatud siiratud meditsiiniseadmed.
Röntgen.
Kõige suurem eelis kompuutertomograafil röntgeniaparaadi ees on andmete kogus. Nimelt kompuutertomograafi abil on ühe kuvastuse abil võimalik saada uuritavast esemest kolmemõõtmeline (3D-) vaade. Röntgeni puhul on selleks vaja teha mitu eri võttenurgaga kuvastust.
KT puudused.
Kiirgus.
Kompuutertomograafid kiirgavad röntgenikiirgust. Eri tüüpi koed neelavad röntgenikiirgust eri koguses. Neeldunud kiirgus võib lõhkuda keemilisi sidemeid kudedes ning vabastada laetud ioone, mis võivad kahjustada DNA-d ja toota vähirakke.
Kompuutertomograafist saadud kiiritusdoos on igal patsiendil erinev. Kõik sõltub uuritava kehaosa suurusest, protseduuri tüübist ning tehnikast, mida uuringu käigus kasutatakse.
Kontrastaine.
Kompuutertomograaf teeb pildid hallides toonides ning aeg-ajalt on need toonid sarnased, mis muudab probleemsed alad raskesti uuritavaks. Probleemi lahendamiseks kasutatakse kontrastainet. Seedetrakti uurimiseks kasutatakse baariumit. Veenisisest kontrastainet kasutatakse arterite kujutamiseks pildil. Viimasel on aga oht, et võib tekkida anafülaksia ja süvenenud neerukahjustus, kuna kontrastaine on joodi baasil.
KT kiirgusdoos.
Kiiritusdoosi ehk kiirgusdoosi ühik on millisiivert (mSv). Kasutusel ka muid ühikudi, nagu rad, rem, röntgen, siivert ja gray. Siiverti ühikut kasutatakse efektiivdoosi mõõtmisel. KT skaneeringute puhul ei vasta siiverti ühik tegelikule kiirgusdoosile, mida skaneeritav kehaosa omastab. Sageli on kiirgusdoos palju suurem, kui efektiivdoos seda väidab.
Suurust, mida nimetatakse kompuutertomograafi doosiindeksiks (CTDI), kasutatakse tihtipeale skaneeritava piirkonna kudede kiirgusdoosi omastamise hinnangu teadasaamiseks. Seda teevad kompuutertomograafid protseduuri käigus.
Kiirgusdoos, mida mõõdetakse gray või mGy ühikutega, on võrreldav energiakogusega, mida kiiritatud kehaosa eeldatavalt omastab.
Kuna kudedel ja elunditel on eri tundlikkus kiirguse suhtes, siis erineb neil ka tegelik kiirgusoht.
Tavalise röntgenikiirguse kiiritusdoos on 0,01–0,15 mGy. Kompuutertomograafi kiiritusdoos on oluliselt kõrgem ning jääb konkreetsetel elunditel 10–20 mGy vahemikku. Teatud KT skaneeringute kiiritusdoos võib ulatuda isegi 80 mGy-ni. Tabelis on välja toodud keskmised kiirgusdoosid. Võrdluseks saab tuua maailma keskmise kiirgusdoosi eri taustakiirguse allikatest. See on aastas 2,4 mSv ning on praktilisel eesmärgil võrdne 2,4 mGy-ga aastas. 
Mõistet "efektiivne doos" kasutatakse üle terve keha oleva kiirgusriski viitamisel. Efektiivne doos arvestab kudede suhtelist tundlikkust ning võimaldab riski kvantifitseerimist ja võrdlust teadaolevate kokkupuuteallikatega. Need ulatuvad looduslikest taustakiirgustest radiograafiliste meditsiiniliste protseduurideni.
Alates 2007. aastast moodustab meditsiiniline kujutamine pool Ameerika Ühendriikide elanike kiiritusest, kus KT skaneeringud moodustavad kaks kolmandikku sellest. Ühendkuningriigis moodustab meditsiiniline kujutamine 15% kiiritusest. Meditsiiniliste allikate keskmine kiirgusdoos on alates 2007. aastast kogu maailmas umbes 0,6 mSv inimese kohta. Ameerika Ühendriikide tuumatööstuses töötavad inimesed piirduvad 50 mSv-ga aastas ja 100 mSv-ga iga viie aasta tagant. Radiograafia töötajad kasutavad hajutatud röntgenikiirguse eest kaitsmiseks pliiga varustatud veste.
Kuna loodetel on suurenenud tundlikkus kiiritusele, siis KT skaneeringutel on väga oluline kaalutlus meditsiinilise kujutamise valimisel raseduse ajal.
KT tüübid.
Elektronkiir-kompuutertomograafia.
Elektronkiir-kompuutertomograafiat esitles 1980. aastate alguses meditsiinifüüsik Andrew Castagnini kui meetodit, mille abil on võimalik parandada kompuutertomograafide lahutusvõimet. Kuna röntgenitoru tuleb pildistamiseks pöörata 180 kraadi, ei suuda tehnika jäädvustada dünaamilisi sündmusi, mis on kiiremad kui pöörlemise kiirus.
Selle asemel et pöörelda ümber patsiendi, on elektronkiir-kompuutertomograafil suur vaakumtoru. Torus olevad elektronkiired on elektromagnetiliselt suunatud volframi röntgenikiirte anoodide hulga poole. Need paiknevad ringikujuliselt ümber patsiendi. Iga anood saab löögi elektronkiirelt ja kiirgab röntgenikiiri, mis on paralleelsed. Konventsionaalne kompuutertomograaf võib neid tuvastada. Liikuvate osade puudumise tõttu on võimalik teha kiireid skaneeringuid. Üks viil saadakse 50–100 ms-ga ning see muudab meetodi ideaalseks südame pildistamiseks. Elektronkiir-kompuutertomograafi kasutatakse eelkõige pärgarteri kaltsiumi sisalduse hindamiseks. Selle abil on võimalik prognoosida pärgarteri haigusi.
Kahe röntgenitoruga kompuutertomograaf.
Siemens tutvustas 2005. aastal Radiological Society of North America (RSNA) meditsiinilisel koosolekul kompuutertomograafi, mis oli kahe röntgenitoruga ning 32 andurist koosneva kahekordse massiiviga. Kaks röntgenitoru suurendasid ajalist lahutusvõimet, vähendades kogu pildiks vajalikku pöördenurka. See võimaldas viia läbi südame uuringuid ilma südame löögisagedust vähendavate ravimiteta, lubades süstolis oleva südame kujutamist. Kahe röntgenitoru kasutamine võimaldas kahe energiaga röntgenkuvamise. Selle abil sai eristada kaltsiumit joodist või titaanist, mis muul juhul oleks olnud võimatu. Samuti edendab see ka kudede kirjeldust, mis võimaldab paremini eristada kasvajat.
Spiraalkompuutertomograafia.
1990. aastate lõpuni saadi kompuutertomograafi pilte ühe viilu kaupa korraga, samal ajal kui patsiendilaud liikus läbi "gantry". Selline uuring võttis aega 30–45 minutit ning iga viilu tegemisel pidi patsient hinge kinni hoidma. Tänapäeval tehakse kogu protseduur ühe hingetõmbega ja saadakse koed, mis on läbinud röntgeni samal hetkel kui patsiendilaud läbib "gantry". Kogu uuring tehakse ära alla viie minutiga. Spiraalkompuutertomograafi ja kiire pildihõive tulekuga on kompuutertomograafist saanud peamine diagnostiline vahend radioloogia osakonnas.
Konventsionaalne kompuutertomograafia.
Konventsionaalse kompuutertomograafia käigus suunatakse röntgenikiiri kõhule mitme nurga all ja mitmel tasemel. Selleks, et elundid oleksid röntgenifilmil nähtavad, antakse patsiendile veenisiseselt või suu kaudu kontrastainet. Seejärel töötleb arvuti röntgenilt saadud informatsiooni ning koostab KT pilte kõhust, tavaliselt umbes ½-tollise ristlõikega. Tänu spiraalkompuutertomograafiale ja täiustatud pilditöötlusmeetoditele on nüüd võimalik toota detailseid kolmemõõtmelisi pilte. Kui patsient on õigesse asendisse paigutatud, siis kasutades seda meetodit lülitatakse paariks sekundiks röntgenikiired sisse. Pärast seda muudetakse patsiendilaua asendit ning lülitatakse röntgenikiired uuesti sisse. Kuna see meetod on suhteliselt aeglane, on raske ajastada, millal kontrastaine on pildistamiseks optimaalne. Paraku ei pruugi saadud pilt olla adekvaatne.
Etümoloogia.
Sõna "tomograafia" pärineb kreeka sõnadest "tome" ('viil') ning "graphein" ('kirjutama'). Kompuutertomograafi tunti algselt EMI-skannerina, kuna see töötati välja 1970. aastate alguses EMI teadusasutuses. Tänapäeval on EMI tuntud muusika ja salvestusäri poolest. EMI-skanner oli hiljem tuntud kui kompuutertomograafia (KT või CAT) ja kehaosa röntgenograafia. Mõistet "kompuutertomograafia" võib kasutada positronemissioontomograafia või üksiku footoni emissiooni kompuutertomograafia (SPECT) kirjeldamiseks. Tavapraktikas viitab see tavaliselt tomograafia arvutamisele röntgenipildist, eriti vanemas meditsiinilises kirjanduses.