Компьютерная томография с подсчетом фотонов (PCCT) представляет собой совершенно новый вид компьютерной томографии, новое технологическое достижение и быстрое решение множества таких медицинских проблем, о которых до сих пор мы не могли даже и мечтать. Если мы хотим понять, что представляет собой данная технология, необходимо хорошо понимать специфику сердечно-сосудистых заболеваний и то, насколько важна хорошая, качественная визуализация сердца и его структур.
Вместе с этой темой читатель «Медскриптум» также ознакомится с комментарием руководителя Будапештского центра медицинской визуализации и заведующего кафедрой радиологии Университета Земмельвайса Пауля Мауровича-Хорвата, который считается одним из ведущих специалистов по этой технологии во всем мире.
Сердечно-сосудистые заболевания
Сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) являются ведущей причиной смертности и ухудшения качества жизни в современном мире, унося ежегодно жизни около 19,8 миллиона человек. Главной причиной этого глобального бремени является ишемическая болезнь сердца (ИБС / CAD / IHD), которая характеризуется атеросклеротическим бляшкообразованием, блокированием и стенозированием просвета основных коронарных артерий сердца. Сужение внутреннего диаметра сосуда угрожает адекватной перфузии миокарда, ограничивает кислородный обмен на клеточном уровне и клинически проявляется стабильной стенокардией, острым коронарным синдромом (ОКС) или бессимптомной («немой») ишемией миокарда. Стоит отметить, что у пациентов, перенесших инфаркт миокарда, риск повторных ишемических событий в 6 раз выше.
На этом фоне радиологическая диагностика, а именно компьютерно-томографическая коронароангиография (КТ-ангиография / CCTA), приобретает решающее значение для выбора оптимальной стратегии лечения. Однако компьютерная томография, работающая на базе традиционных энергоинтегрирующих детекторов (Energy-Integrating Detectors — EID), часто сталкивается с фундаментальными физическими ограничениями. Таковыми являются так называемые «артефакты свечения» (Blooming Artefacts), возникающие вокруг кальцинированных бляшек, что приводит к завышенной оценке степени стеноза. Именно в ответ на эти вызовы в области радиологии был совершен огромный технологический скачок в виде компьютерной томографии с подсчетом фотонов (Photon-Counting Computed Tomography — PCCT), которая радикально меняет стандарты медицинской визуализации.
Физико-технические аспекты: от традиционной КТ к PCCT
История компьютерной томографии берет свое начало в 1963 году с теоретических работ Аллана Кормака и создания Годфри Хаунсфилдом первого клинического EMI-сканера в 1971 году, за что они были удостоены Нобелевской премии. С тех пор аппаратура непрерывно развивалась, однако принцип работы детекторов долгое время оставался неизменным. Традиционные сканеры используют двухэтапный процесс на основе энергоинтегрирующих детекторов (EID): рентгеновские фотоны сначала попадают на сцинтиллятор, где преобразуются в видимый свет, а затем фотодиоды превращают этот свет в электрический сигнал. Этот подход суммирует всю поступающую энергию и, соответственно, не обладает способностью дифференцировать энергетический уровень отдельных фотонов.
Профессор Пауль Маурович-Хорват отмечает: «Компьютерная томография с подсчетом фотонов на сегодняшний день является самой передовой среди существующих томографических технологий. Главное отличие от традиционных КТ-сканеров заключается в технологии детектора. Детекторы способны подсчитывать отдельные фотоны рентгеновской энергии, что позволяет нам получать значительно лучшее пространственное разрешение при использовании более низких доз облучения для пациента».
В отличие от традиционных систем, PCCT полностью исключает сцинтилляционный слой. В ней используются полупроводниковые материалы (например, теллурид кадмия – CdTe), где рентгеновские фотоны напрямую преобразуются в электрические импульсы. Каждый индивидуальный фотон регистрируется отдельно с указанием его точной энергетической характеристики, что уменьшает или полностью устраняет электронный шум (вариабельность артефактов) и обеспечивает нулевую потерю фотонов. Сортировка фотонов по энергии (Energy Binning) позволяет одновременно получать мультиэнергетические данные без дополнительного облучения, что делает возможным характеризацию тканей на молекулярном и атомном уровнях.
Сравнительные преимущества и клиническое разрешение по сравнению с конвенциональной томографией
Компьютерная томография с подсчетом фотонов обладает несколькими критически важными преимуществами по сравнению с традиционными мультиспиральными КТ-сканерами. Прежде всего, это выражается в ультравысоком пространственном разрешении. Поскольку дизайн пикселей в детекторах PCCT не требует наличия отражающих перегородок, которые используются в конвенциональных устройствах для изоляции пикселей, стало возможным резко уменьшить элементы детектора. Профессор Пауль Маурович-Хорват уделяет этому достижению особое внимание и подчеркивает, что с помощью этой технологии возможно добиться уменьшения толщины среза изображения менее чем до 0,2 миллиметра, что является огромным шагом вперед по сравнению с конвенциональными КТ-системами, имеющими полумиллиметровое разрешение.
На протяжении почти двух десятилетий пространственное разрешение КТ-сканеров оставалось относительно стабильным, поэтому это новое поколение детекторов является просто повседневностью будущего в развитии всей отрасли. Вторым важным фактором является устранение артефактов свечения. В традиционной КТ структуры высокой плотности, такие как небольшие кальциевые бляшки или металлические стенты, из-за рассеивания света размываются и кажутся увеличенными. Высокое разрешение и спектральная фильтрация PCCT уменьшают этот эффект, что позволяет радиологу реалистично оценить стеноз просвета артерии и избежать ложноположительных диагнозов. К этому добавляется драматическое снижение радиационной дозы. Оптимизация ионизирующего излучения является главным приоритетом для безопасности пациента. Исследования показали, что дозовая эффективность PCCT позволяет, например, в протоколах определения коронарного кальция (Coronary Calcium Scoring) снизить радиационную дозу до 77%.
Также стоит отметить возможность виртуальной бесконтрастной визуализации (Virtual Non-Contrast — VNC). Благодаря спектральным данным с помощью специальных алгоритмов на этапе постпроцессинга возможно цифровое вычитание йодного контраста из изображения. Это сокращает количество необходимых фаз сканирования и снижает радиационную дозу еще на дополнительные 19%.
Патомеханизмы коронарной болезни сердца (ИБС) и роль PCCT в анализе бляшек
Понимание патофизиологии атеросклероза необходимо для оценки клинической ценности PCCT. Процесс начинается с повреждения интимы сосуда, миграции моноцитов в субэндотелиальный слой и накопления окисленных липопротеинов низкой плотности (ЛПНП / LDL), что формирует так называемые «пенистые клетки» (Foam Cells). В результате хронической воспалительной реакции, выделения цитокинов и пролиферации гладкомышечных клеток формируется атеросклеротическая бляшка, состоящая из некротического липидного ядра и фиброзной капсулы. Со временем фиброзная капсула кальцинируется.
С клинической точки зрения огромную угрозу представляют не только стабильные, но и так называемые уязвимые бляшки, или бляшки высокого риска (High-Risk Plaque — HRP), разрыв которых и последующий тромбоз становятся непосредственной причиной острого инфаркта.
Традиционная коронарная КТ-ангиография (CCTA) часто не может точно дифференцировать внутреннюю структуру бляшки. С помощью же PCCT возможно четкое различие липидного ядра, фиброзной ткани и микрокальцификатов на основе их уникального спектрального ослабления (Hounsfield Units — HU). Это позволяет адекватно оценить коронарный риск и избежать нецелесообразного или, наоборот, запоздалого инвазивного лечения. Это особенно важно, например, у пациентов с сахарным диабетом 2 типа, где из-за автономной нейропатии ишемия часто протекает бессимптомно и проявляется сразу фатальным кардиальным событием.
Профессор Пауль Маурович-Хорват подтверждает, что в клинической практике эти возможности дают революционные результаты. По его словам, поскольку КТ с подсчетом фотонов автоматически обеспечивает спектральную визуализацию, специалисты могут получать беспрецедентно точную визуализацию коронарных бляшек. Вместе с тем появляется возможность обнаруживать такие ранее скрытые патологии, как микрокровоизлияния или очень мелкие переломы, идентификация которых иначе была бы практически невозможной и крайне сложной.
Доступность технологии, ценообразование и клинический опыт
Несмотря на то, что эта технология чрезвычайно мощная, ее широкое внедрение в реальную медицинскую практику все еще связано с определенными барьерами. Как отмечает профессор Пауль Маурович-Хорват, система в настоящее время достаточно дорогая и доступна только в специализированных, крупных медицинских учреждениях. В Будапеште, в их ведущем учреждении, в настоящее время функционируют три КТ-сканера с подсчетом фотонов, которые являются основными системами визуализации. Аналогично в Австрии, в департаменте радиологии города Инсбрук, говоря об этой же технологии, ведущий профессор Гудрун Фейхтнер сказала нам то же самое: что это дорогое удовольствие и во всем мире их можно увидеть лишь в нескольких центрах, включая Инсбрук.
Несмотря на то, что они используются для многих видов исследований, в том числе особенно эффективно для кардиологической визуализации и неотложной диагностики, существующие ресурсы пока позволяют проводить только научные исследования и рассматривать особо сложные клинические случаи. Профессор выражает твердую надежду, что в ближайшем будущем ситуация изменится. По его прогнозу, чем больше производителей создадут собственные системы подсчета фотонов, тем сильнее конкуренция снизит цену. Он уверен, что в течение пяти лет эта технология станет намного более доступной для широкой сети клиник, что позволит радиологии отказаться от старых энергоинтегрирующих стандартов.
Я также имею привилегию очень близкого личного взаимодействия с этой технологией, что дает мне возможность самому сравнивать изображения, полученные с помощью конвенциональной КТ-ангиографии и технологии подсчета фотонов. Разница действительно поразительная. PCCT представляет собой действительно безальтернативный шаг вперед не только в радиологии, но и в клинической медицине в целом. Преодолевая физические барьеры традиционной КТ — даже путем уменьшения толщины слоя до 0,2 миллиметра — мы получаем возможность приобретать изображения с гораздо большей частотой кадров.
Благодаря минимизации артефактов, резкому снижению радиационной нагрузки на пациента и возможности использования гораздо меньшего объема контрастного вещества, нам дается возможность еще больше избавить пациентов от риска летального исхода и снижения качества жизни. Эта технология закладывает основу для персонализированной кардиологии. Ранняя диагностика ишемической болезни сердца, своевременная идентификация уязвимых бляшек высокого риска и точное планирование интервенционного лечения с использованием PCCT существенно снизят глобальную смертность и улучшат качество жизни миллионов людей.
