Post Scriptum - по поводу вопроса пресловутой точности и разрешающей способности МРТ. Лицам эмоционально впечатлительным и гуманитарно озадаченным - большая просьба не читать-))
(По опыту работы в «МРТ-Эксперт» г. Костромы)
Литература: Петер А. Ринкк "Магнитный резонанс в медицине" Издательство Гэотар-Мед, М. 2003 год; Эверетт Блинк, «Физика МРТ», издание от 2004 года.
Коллеги, после ваших многочисленных вопросов и сомнений повторяю одну из своих статей, с выкладками всемирно известного голландского учёного Эверта Блинка, из его книги «Физика МРТ», издание от 2004 года (стр. 55—59), Которая давно стала таким же бестселлером в теории МРТ, как и «Магнитный резонанс в медицине» Петера А. Ринкка. Повторяю исключительно для пытливых умов, со склонностью к точным наукам, поэтому снова немного высшей математики – да простят меня прирождённые гуманитарии, но без этого не понять весь смысл написанного в упомянутой классике жанра! То есть, забегая вперёд, поясню ещё раз: реальные размеры единичного пиксела/воксела – и соответственно, разрешение любого современного МРТ-аппарата на средних режимах – как правило, не превышает 1 мм. (для примера: разрешение качественной Ro-плёнки типа «Retina» в 2 раза выше – не более 0,5 мм.). А всё остальное, что вы якобы видите на готовых сканах, включая десятые и даже сотые доли миллиметра в описаниях, не более чем работа самой программы просмотрщика. Которую можно смело считать неким практическим симбиозом 3D-мультиков и продвинутого фотошопа, что для статичных изображений никакой технической сложности не представляет. А вот высокоумные ссылки в учебной литературе на преобразования Фурье, k-пространство и прочие математические тонкости к практической медицинской науке вряд ли имеют вообще какое-либо конкретное отношение.
Не верите? Откройте Википедию и убедитесь сами: месье Жан-Батист Фурье в своём родном позапрошлом веке, когда никто не слышал про МРТ-диагностику, разрабатывал сугубо теоретическую проблему математики, а именно метод разделения переменных, он же метод отыскания частных решений дифференциальных уравнений. Иначе говоря – цитата: «в более общем виде, рядом Фурье элемента некоторого пространства функций называется разложение этого элемента по полной системе ортонормированных функций или другими словами по базису, состоящему из ортогональных функций. В зависимости от используемого вида интегрирования говорят о рядах Фурье — Римана, Фурье — Лебега и т. п. Существует множество систем ортогональных многочленов и других ортогональных функций (например, функции Хаара, Уолша и Котельникова), по которым может быть произведено разложение функции в ряд Фурье.... Разложение функции в ряд Фурье является мощным инструментом при решении самых разных задач благодаря тому, что ряд Фурье прозрачным образом ведёт себя при дифференцировании, интегрировании, сдвиге функции по аргументу и свёртке функций. Существуют многочисленные обобщения рядов Фурье в различных разделах математики. Например, любую функцию на конечной группе можно разложить в ряд, аналогичный ряду Фурье, по матричным элементам неприводимых представлений этой группы (теорема полноты)...»
Вам всё уже понятно, правда ведь?))
То есть, говоря русским языком, для МРТ-диагностики или, по-другому, Фурье-интроскопии, взяли за основу возможность восстановления и усреднения данных, независимо от их частотно-временных характеристик, часто записанных с помехами, искажениями сигнала или частичной потерей информации. Причём априори со многими теоретическими выкладками и допущениями (как, например, т.н. «электронно-дырочная проводимость» в радиотехнике), которые подразумевают лишь удобство в математическом изложении, а отнюдь не точность представления реальных процессов. Именно поэтому нигде (!!) в описаниях прямого или обратного метода Фурье не указано, что он способен повышать точность изначальных данных – то есть, читай, повысить пространственное разрешение объекта – нет; он является всего лишь удобной математической моделью для его цифровой обработки, и не более того! И, естественно, уменьшения в итоге времени на все процедуры.
Собственно говоря, даже в классике жанра в лице того же Петера А. Ринкка подчёркивается тот факт, что любая МРТ является, большей частью, не просто продуктом компьютерной реконструкции, но и результатом произвольно восстановленных (сказать точнее – скомпилированных) «сырых» данных.
Цитата из книги – стр. 80: «Для уменьшения времени сканирования можно пропустить несколько шагов фазового кодирования, а недостающие данные восстановить, исходя из уже полученных, учитывая зеркальную симметрию данных... В идеальных условиях требовалось бы получить только половину массива данных, однако дефекты неоднородности магнитного поля и эффекты кровотока приводят к появлению фазовых ошибок. Для устранения влияния этих ошибок на изображение необходимо получить немного больше половины массива данных, а затем произвести фазовую коррекцию оставшихся данных. А если получено 70% или более «сырых» данных, вычислять фазовую коррекцию необязательно... При использовании этого метода со спин-эхо-импульсной последовательностью, для точной реконструкции изображений достаточно провести 55% шагов фазового кодирования, тогда как градиентные последовательности требуют большего объёма данных, т.к. в градиентном эхо-сигнале влияния неоднородностей магнитного поля не устраняются, что и становится причиной большего количества фазовых ошибок...»
Легко подсчитать: любая МРТ является, по крайней мере, на 30—45% подобной компьютерной реконструкцией, или удобной моделью для последующей обработки в виде отфотошопливания уже самой программой-просмотрщиком. То есть становится понятно в итоге, что весь этот миллиметраж на конечных сканах, в виде десятых-сотых долей миллиметра – такая же компьютерная абстракция, как и почти всё остальное. Я надеюсь, после этого вывода уже ни для кого не будет секретом, что высокопольная МРТ, основанная на тех же закономерностях (читай – допущениях и математических моделях), не привнесла ничего принципиально нового в эту науку, а лишь усугубила во многом уже существующие проблемы. Но об этом – далее, во второй серии данной статьи.
Возвращаясь к практике: как я убеждаюсь на недавнем собственном опыте, теоретическое образование МРТ-шников в сетевых центрах часто ограничивается только основными Т1 – Т2-интенсивностями, и где можно сэкономить на них в реальном времени (например, что такое «среднее» количество программ на головной мозг – мы уже проходили в статье про мошенничество). Но на самом деле всё намного интереснее и сложнее: например, в физике МРТ есть достаточно много тонких и очень взаимосвязанных параметров, над которыми редко кто-то задумывается всерьёз:
Отношение сигнал-шум (SNR).
Толщина среза (ST)
Поле наблюдения (FOV)
Матрица (MX)
Количество повторных проходов (NA), и так далее.
Например, поле наблюдения – стр.55: увеличение FOV увеличивает размер воксела, увеличение сигнала, но при этом снижает разрешение и увеличивает уровень шума, но уже в квадратичной зависимости. Запомните этот момент далее, где говорится о матрице сбора данных.
Или например, толщина среза (ST) – стр.58: те же самые побочные эффекты с увеличением сигнала и снижением разрешения; плюс ещё появление эффекта «частичного объёма» с искажением реальных размеров, когда край органа с высоким сигналом попадает в срез.
Далее о матрице (сбора данных) – стр.56: «определяет пространственное разрешение нашего изображения. Матрица имеет две стороны, MXPE и MXRO. Обычно размер матрицы можно увеличивать с шагом 32.
Не путайте матрицу сбора данных с матрицей дисплея! Матрица дисплея может быть двух размеров 256 или 512. Матрица сбора данных может быть любого размера от 32 до 1024 с шагом 32. При сканировании матрицы сбора данных 192x256, она будет восстановлена и выведена на экран с размером матрицы 256x256. Следовательно, когда сканируется матрица сбора данных 192x320, она будет восстановлена и выведена на экран с размером матрицы 512x512».
То есть, расшифровываю: готовая картинка на МРТ выходит по умолчанию уже искусственно увеличенная, с цифровой растяжкой, как на дешёвых китайских смартфонах пишут на камерах 8 Мпс., когда там в реальности только 5 Мпс., но «растянутых» точно таким же образом. Естественно, что качество самого изображения от этого никак увеличиться не сможет – квадратично увеличивается только количество шума на единицу площади, так как каждый объёмный пиксель будет занимать большее место в памяти.
Но самое главное начинается дальше, цитата из книги – стр. 58:
«Матрица (MX), FOV и ST вместе определяют размер воксела (пространственное разрешение). Крайне важно подобрать значения для всех трех параметров, которые приведут к достаточному SNR. Например:
Сканирование SE последовательностью с TR 500, MX 256x256, FOV 30x30, ST 6 и NA 1.
Размер воксела 30÷256 = 1.17 мм x 1.17 мм x 6 мм.
Время сканирования (500 x 256 x 1) ÷ 60000 ≈ 02:08 минуты.
Результирующее SNR нормируется относительно 1.
Для сравнения произведем сканирование с тем же TR 500 и ST 6 мм. Удвоим MX до 512x512 и уменьшим FOV наполовину до 15x15.
Теперь размер воксела 15÷512 = 0.29 мм x 0.29 мм x 6 мм, что в 4 раза меньше.
Однако (прочитайте, это забавно) для поддержания того же количества сигнала необходимо увеличить NA до 64, что увеличит время сканирования до 273:04 минут!!! (4 часа, 33 минуты и 4 секунды)».
То есть, задумайтесь над примером автора: ему-то забавно, а нам как раз совсем наоборот. Ибо выходит, при самом оптимальном соотношении размера сканируемого поля, уровня сигнал/шум, размера матрицы и количества повторных проходов, размер объёмного пиксела (воксела) на изображении составляет чуть более 1мм. на 2-минутном сканировании, и 0,29мм. при 4-часовом сканировании. Разумеется, это чисто теоретически и на том же самом срезе в 6мм. Значит, если мы хотим создать реальную картинку 512х512 на выходе, на тех же самых режимах, но без цифровой растяжки; то для сохранения того же сигнала, даже на вдвое меньшем поле 15х15см., придётся увеличить количество проходов в 64 раза, и соответственно, время сканирования до 4,5 часов. При этом разрешение возрастет всего в 3—4 раза, вместе с уменьшением размеров реального воксела!
Основной вывод: таким образом, детали менее 1мм. при подобном раскладе, ни на какой реальной МРТ мы не увидим – соответственно размерам единичного воксела в первом примере. Хотя, для сравнения, повторю снова: разрешение современной Ro-плёнки по зернистости не более 0,5мм. А значит, все ухищрения с классификациями и точностью до сотых долей (например, с грыжами м/п дисков и их разделением по размерам в 0,05cм. = 0,5мм.) это не просто диагностический фейк в МРТ, но и какое-то нарочитое надругательство над её физическими основами. Видимо в надежде, что книги читают далеко не все, даже из числа своих сотрудников, не говоря уже про пациентов...
А в реальности ситуация примерно такова: за компьютером МРТ будет сидеть оператор, как правило, человек без высшего образования, который этих книг тем более не читал. Который тем более не будет, без крайней необходимости, лезть в настройки программы сканирования и менять интервалы возбуждение - релаксация, как предлагает автор книги с его гнилой западной демократией. Ибо рядом с нашим оператором будет сидеть совсем другой доктор, занятый на 2 ставки по удалёнке, пребывая мыслью сразу в двух городах (то есть, как говорил летописец, "растекашеся мысию по древу"), и повторять что-то вроде: "Давай план, контра, конкуренты не дремлют!". А потому, чем скорее они закончат обследование, тем скорее возьмут следующего пациента. Значит, сканировать 2 минуты им гораздо выгоднее, чем 4,5 часа, и готов побиться об заклад - там дорого бы дали, чтобы все программы сканирования продолжались именно столько времени. Разумеется, независимо от размера воксела и конечного результата...
То есть: сам оператор должен всего лишь выбрать укладку пациента плюс рабочее поле, да зычно прикрикнуть в микрофон, чтобы он не шевелился во время исследования - большего от него никто и не требует. А компьютер будет на автомате отрабатывать программу, "строгать и шинковать" очередного пациента, и вряд ли бездушная машина задумается, какой там уровень сигнал/шум на выходе, и нет ли заметных артефактов на сканах. И точно ли поставил срезы тот самый оператор, над которым сидит тот самый доктор; который почти всегда мыслью в 2-х городах, и у которого никогда не дремлют конкуренты - естественно в обоих из них. Собственно, надо ли это всё объяснять специально, чтобы вы представили себе эту картину вживую?-))
Продолжение следует...
А. Копёнкин, врач-маммолог-рентгенолог, заведующий рентгенслужбой Окружного военно-клинического госпиталя (г. Кострома) – филиал №3 ФГКУ «422 ВГ» Минобороны России
Мои ссылки:
МРТ позвоночника: ДДЗП, как извечная тема диагностики-3
Следующая тема Предыдущая тема
Вы не можете начинать темы Вы не можете отвечать на сообщения Вы не можете редактировать свои сообщения Вы не можете удалять свои сообщения Вы не можете голосовать в опросах
•
•
•
•
•
•
Войти и проверить личные сообщения
•
Вход
Вся информация на сайте имеет ознакомительный характер. Не используйте данную информацию для самолечения. Возможны противопоказания. Обязательно проконсультируйтесь с врачом.
