2020-10-10
992
К основным методам относятся рентгеноскопия, рентгенография и флюорография.
Рентгеноскопия (греч. scopeo – рассматривать, наблюдать) – метод рентгенологического исследования, при котором изображение объекта получают на флюоресцирующем экране. При данном исследовании пучок рентгеновских лучей, генерируемых рентгеновской трубкой, проходит через тело пациента, попадает на флюоресцирующий экран и формирует на нем позитивное теневое изображение (рис. 5).
| 1 |
| 3 |
| 5 2 |
| 4 |
Рис. 5. Схема рентгеноскопии, где 1 – рентгеновская трубка, 2 – исходящий пучок рентгеновских лучей, 3 – пациент, 4 – рентгеновские лучи, прошедшие через пациента, 5 – флюоресцирующий экран.
Данное исследование еще называют просвечиванием. В основном применяется для исследования грудной полости и брюшной полости.
Достоинствами метода является простота и экономичность, возможность многоосевого и полипозиционного исследования, т.е. проводить исследования в различных проекциях и положениях пациента, возможность оценки анатомо-морфологических и функциональных особенностей изучаемых органов в режиме реального времени.
К основным недостаткам рентгеноскопии относятся относительно высокая лучевая нагрузка и относительно низкая разрешающая способность (трудности в дифференциации мелких структур и небольших изменений).
Свечение флюоресцентного экрана достаточно слабое, поэтому раньше рентгеноскопию проводили в темноте. При этом качество получаемого изображения было довольно низким.
В настоящее время в качестве усовершенствованного метода рентгеноскопии применяют метод рентгенотелевидения – просвечивание с помощью системы электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и телевизионной системы. В ЭОП видимое изображение на флюоресцирующем экране усиливается и преобразуется в электрический сигнал, который отображается на телевизионном мониторе. Такое рентгеновское изображение можно изучать в обычном освещенном помещении. Лучевая нагрузка на пациента и персонал при применении ЭОП значительно меньше. Телесистема позволяет записать проводимое исследование, что особенно важно для изучения движений органов.
Для лучшей оценки мелких деталей, объективизации результатов исследования и динамического наблюдения за пациентом рентгеноскопия часто дополняют серией снимков.
Необходимо отметить, что в последнее время появились новые технологии, которые дали возможность заменить флюоресцирующий экран на систему цифровых детекторов (матрицу) и позволили применить цифровые технологии в данном виде исследования. О них мы будем говорить несколько позже.
Рентгенография (греч. greapho – писать, изображать) – метод рентгенологического исследования, при котором получают изображение исследуемого объекта на пленке (прямая или аналоговая рентгенография) или на специальных цифровых устройствах (цифровая рентгенография). Изображение статическое – в отличие от рентгеноскопии, где получают динамическое изображение в режиме реального времени.
Рентгеновская пленка состоит из нитроацетатной основы, покрытой тонким слоем эмульсии – желатина, который содержит мелкие частицы кристалликов галогенида серебра в невозбужденном (незасвеченном) состоянии. Хранят рентгеновскую пленку в специальной светонепроницаемой коробке, которую вскрывают в полной темноте, т.к. эмульсия чувствительна не только к рентгеновским лучам, но и к дневному свету. Перед проведением исследования в затемненной лаборатории (которую имеет каждый рентгеновский кабинет), пленку помещают в специальную кассету.
Кассета (рис. 6) представляет собой плоскую коробку, к внутренним сторонам которой прикреплены картонные пластины, покрытые флюоресцирующим веществом. Они называются усиливающими экранами и служат для лучшего «засвечивания» пленки, которая находится между ними – это позволяет значительно снизить количество рентгеновского излучения, необходимого для получения изображения исследуемого объекта и таким образом уменьшить дозу облучения на пациента.
1
Рис. 6. Кассета (1) и
рентгеновская пленка (2), которая помещается между двумя 3
усиливающими экранами (3).
2
Итак, при рентгенографии рентгеновские лучи проходят через пациента, попадают на рентгеновскую пленку, где возбуждают кристаллики галогенита серебра и образуют скрытое изображение.
Затем пленку достают из кассеты и подвергают химической обработке. Это так называемый «ручной» процесс. Следует отметить, что в настоящее время в большинстве учреждений применяются автоматические системы для
химической обработки рентгеновской пленки – проявочные машины. Они позволяют значительно ускорить процесс получения снимка и повысить качество изображения.
Изображение на рентгенограмме позволяет оценить форму, положение и размеры анатомических органов, а также оценить их структуру.
Можно выделить следующие преимущества рентгенографии перед рентгеноскопией:
– бόльшая разрешающая способность;
– объективность рентгенограммы, возможность длительного хранения;
– возможность оценки многими специалистами;
– сопоставление нескольких изображений, т.е. возможность динамического наблюдения;
– относительная небольшая лучевая нагрузка на пациента;
К недостаткам рентгенографии можно отнести относительно большие материальные затраты (рентгеновская пленка, химреактивы).
Методика рентгенографии может применяться во всех лечебных учреждениях и в настоящее время является самым доступным методом. Рентгеновские аппараты могут использоваться как в условиях рентгеновского кабинета, так и в палате, реанимации, в операционной, а также в особых условиях вне лечебных учреждений.
Флюорография – методика рентгенологического исследования, при которой производят фотографирование изображения с флюоресцирующего экрана на пленку различного формата (70х70, 100х100 и 110х110 мм). Таким образом, при флюорографии изображение всегда уменьшено (рис. 7).
Основным назначением флюорографии является массовое (профилактическое) обследования населения для выявления скрыто протекающих заболеваний легких – профилактическая флюорография. Основными преимуществами флюорографии перед рентгенографией является экономия дорогостоящей рентгеновской пленки и быстрота выполнения, т.е. большая пропускная способность – на выполнение одной
флюорограммы тратится в 3 раза меньше времени, чем на выполнение одной рентгенограммы. Недостаток – меньшая разрешающая способность и, соответственно, меньшая информативность.
| 3 |
| 4 |
| 1 |
| 5 |
| 2 |
Рис. 7. Схема флюорографии, где 1 – рентгеновская трубка, 2 – пучок рентгеновских лучей, 3 – пациент, 4 – флюороресцирующий экран, 5 – аппарат для фотографирования с экрана.
Флюорографические аппараты достаточно компактны, их можно монтировать на кузов грузового автомобиля. Это делает возможным массовое обследование населения в местах, где рентгенодиагностическая аппаратура отсутствует.
Хотя по информативности флюорография уступает рентгенографии, но при использовании крупнокадровых флюорограмм различия между методиками становится менее существенными. Поэтому в лечебных учреждениях у пациентов с заболеваниями органов дыхания, особенно при повторных исследованиях, часто рентгенографию заменяют флюорографией. Такую флюорографию называют диагностической.
В последнее время пленочную флюорографию все больше вытесняет цифровая флюорография. Название «цифровой флюрограф» является в достаточной мере условным, т.к. в этих аппаратах не производится фотографирование изображения с флюоресцирующего экрана на пленку, здесь экран заменен детекторами – цифровой матрицей. По сути эти флюрографы представляют собой цифровые рентгенографические аппараты
лишь с той разницей, что предназначены преимущественно для исследования органов грудной полости.
Особенности рентгеновского изображения
Изображение при рентгенографии имеет следующие особенности:
– изображение на рентгеновском снимке негативное – плотные структуры (кости) имеют более светлые тона, мягкотканые образования, воздух – темные (в противоположность рентгеноскопии, где изображение позитивное) (рис.8);
– изображение черно-белое;
– изображение плоскостное и суммационное;
– изображение несколько увеличенное, так как рентгеновские лучи имеют расходящийся характер, а исследуемые органы всегда удалены на некоторое расстояние от кассеты с пленкой или другого приемника изображения.
| а |
| b |
Рис. 8. Негативное (а) и позитивное (b) рентгеновское изображение органов грудной полости.
| 1 |
| 2 4 |
| 3 |
| 5 |
| 9 6 |
| 7 |
| 8 |
| 7 6 |
| 9 |
Рис. 9. Схема дифференцированного рентгеновского изображения анатомических структур, имеющих различную плотность (поперечное сечение бедра, негативное изображение). 1 – рентгеновский излучатель; 2 – мягкие ткани; 3 – корковое вещество бедренной кости; 4- костномозговая полость; 5 – приемник рентгеновского изображения; 6 – рентгеновское изображение мягких тканей; 7 – рентгеновское изображение коркового вещества; 8 – рентгеновское изображение костномозговой полости, 9 – рентгеновское изображение воздушной среды
Рентгеновский луч, проходя через объект исследования, пересекает множество точек, и все образования по ходу луча как бы складываются в одну точку на приемнике изображения, т.е. они «суммируются». В этом заключается эффект суммации рентгеновского изображения.
Плоскостной характер рентгеновского изображения характеризуется тем, что разноудаленные точки на плоскости выглядят равноудаленными.
Учитывая эти особенности рентгеновского изображения, необходимо выполнять одно из важнейших правил рентгенологического исследования:
– для получения раздельного изображения всех анатомических структур исследуемой области нужно стремиться делать снимки как минимум в двух взаимно перпендикулярных проекциях: прямой и боковой, либо при проведении рентгеноскопии – поворачивать пациента за экраном просвечивающего устройства.
Цифровые технологии получения рентгеновского изображения
Развитие компьютерных технологий дало возможность применения цифрового способа получения и обработки изображения – дигитальная или цифровая рентгенология (англ. digit – цифра).
В настоящее время существует три основных технологии цифрового способа получения рентгеновского изображения: рентгенография с использованием аналого-цифрового преобразователя (АЦП), рентгенография на запоминающих люминофорах и прямая цифровая рентгенография (рентгенография с использованием цифровой матрицы).
В цифровых рентгеновских аппаратах с АЦП рентгеновское изображение с ЭОП поступает в систему АЦП, в котором аналоговый электрический сигнал преобразуется в цифровой, затем поступает в компьютер, обрабатывается и выводится на монитор. В настоящее время данная методика используется мало, так как появились более современные технологии.
Второй видом цифровой рентгенологии является рентгенография на запоминающих люминофорах. Основными ее элементами являются запоминающие люминофорные пластины, считывающее устройство (сканер) и рабочая станция. При данной технологии вместо обычной кассеты с экранами и рентгеновской пленкой используется кассета со специальной люминофорной пластиной. На пластине во время экспозиции формируется скрытое изображение, схожее на скрытое изображение на рентгеновской
пленке при традиционной, аналоговой рентгенографии. Люминофорные пластины могут использоваться многократно, данные о пациенте вводятся через специальный штрих-код.
После экспонирования кассета с люминофорной пластиной помещается в считывающее устройство, далее пластина автоматически извлекается из кассеты и скрытое изображение считывается лазером. Затем сигнал оцифровывается, что позволяет в дальнейшем его обрабатывать, просматривать и распечатывать. В последующем изображение стирается, пластина вставляется обратно в кассету и может опять использоваться. Весь процесс занимает от 20 сек до нескольких минут.
Рабочая станция включает в себя системный блок компьютера, штриховое считывающее устройство, монитор для воспроизведения изображения и клавиатуру с мышью (или трекболом) для управления параметрами изображения.
После этого изображение либо архивируется, либо распечатывается на специальном принтере и пленке. Важным достоинством рентгенографии на запоминающих люминофорах является возможность использования данной системы на обычном оборудовании для аналоговой рентгенографии – пленочно-экранные кассеты можно заменить кассетами с люминофорными пластинами и наоборот.
При прямой цифровой рентгенографии используется детекторы, непосредственно преобразующий рентгеновское изображение в цифровой формат. В этих системах используются так называемые плоские панели, детекторы большой площади (до 43х43см), которые созданы на базе матриц из аморфного кремния или селена. Указанная система не требует использования кассет, что ускоряет процесс рентгенографии.
Таким образом, цифровая рентгенология обладает рядом преимуществ
перед аналоговой или традиционной рентгенологией:
– значительное снижение лучевой нагрузки на пациента (в несколько
раз);
– возможность компьютерной обработки и коррекции полученного изображения – постпроцессинг – коррекция яркости и контрастности, подавления «шума», что практически исключает получение некачественных снимков, возможность увеличения изображения зоны интереса, преимущественное выделение определенных структур и др.;
– высокая производительность (отсутствует химическая обработка);
– отсутствие контакта с химреактивами у медперсонала;
– отсутствие пленочного архива;
– отсутствие ошибок с идентификацией рентгенограмм и их повреждений;
– быстрый поиск изображений в архиве;
– возможность быстрой передачи изображения на значительные расстояния без потери качества, в том числе и другие учреждения, организация консультаций специалистов, которые находятся на значительном удалении (телемедицина).
Недостатком цифровых систем является высокая стоимость и ремонт оборудования (особенно дорогостоящей является цифровая матрица).
Специальные рентгенологические методы исследования
Специальные рентгенологические методы исследования удобно разделять на однотипные по своему назначению группы:
1. Методы искусственного контрастирования (прямое и непрямое контрастирование).
2. Методы, регулирующие размеры получаемого изображения (телерентгенография и прямое увеличение рентгеновского изображения).
3. Методы пространственного исследования (линейная и компьютерная томография, панорамная томография, панорамная зонография).
4. Методы регистрации движений.
Методы искусственного контрастирования
При обычном рентгенографическом исследовании легко получить изображение органов, которые в разной степени поглощают рентгеновское излучение, такие органы обладают естественной контрастностью. Например, кости, которые хорошо определяются при обычной рентгенографии. Однако обычная рентгенография не может обеспечить различного изображения органов и тканей, обладающие приблизительно одинаковой способностью поглощать рентгеновское излучение. Так, на обзорном снимке грудной полости видны контуры сердца, но нельзя различить его камеры, заполненные кровью, поскольку кровь и сердечная мышца в одинаковой степени задерживают рентгеновские лучи. Это относится ко всем мягкотканым структурам организма. Для того чтобы дифференцировать ткани, обладающие одинаковыми способностями задерживать рентгеновские лучи, применяют искусственное контрастирование. В организм вводят вещества, способные поглощать рентгеновское излучение сильнее или слабее, чем мягкие ткани, что позволяет достичь необходимого контраста исследуемых органов.
Различают 2 группы искусственного контрастирования: методы
прямого и непрямого контрастирования.
Прямое контрастирование основано на введении контрастного вещества непосредственно в полость исследуемого органа или в окружающую его полость, ткань. Например – методы исследования органов желудочно-кишечного тракта, сосудов, матки, слюнных желез, свищевых ходов и др.
Непрямое контрастирование основано на способности некоторых органов избирательно улавливать из крови контрастное вещество, концентрировать его и выводить со своим физиологическим секретом. Например – печень, желчный пузырь, почки. После введения таких веществ через определенное время при рентгенологическом исследовании можно
различить у пациента желчные протоки, желчный пузырь, полостную систему почек, мочеточники, мочевой пузырь.
Методики искусственного контрастирования значительно расширили возможности рентгенологических методов исследования в различных областях медицины.
Методы искусственного контрастирования используются:
в гастроэнтерологии – исследование различных отделов органов пищеварения (пищевод, желудок, 12-перстная кишка, тонкая и толстая кишка; желчевыводящие пути – холангиография операционная, чресдре- нажная, ретроградная эндоскопическая, внутривенная холеграфия и др.);
ангиологии – все виды сосудистых исследований (артериография, флебография, лимфография и др.);
кардиологии (ангиокардиография);
пульмонологии (бронхография, ангиопульмонография); гинекологии (гистеросальпингография, пневмопельвиография); урологии (экскреторная урография, ретроградная урография); неврологии (миелография, каротидная артериография); оториноларингологии (гайморография и др.);
остеологии (артрография, фистулография и др.).
Рентгеноконтрастные вещества (РКВ)
РКВ подразделяются на рентгенопозитивные (тяжелые) и рентгенонегативные (газообразные). К рентгенопозитивным РКВ относятся вещества с высокой молекулярной массой и поглощающие рентгеновское излучение в значительно большей степени, чем ткани организма. Из них наиболее широкое применение получили следующие препараты: сульфат бария и йодированные препараты на различной основе.
Сульфат бария предназначен исключительно для исследования же- лудочно-кишечного канала и используется в виде водной взвеси (суспензии)
различной консистенции. Тонкодисперстная водная взвесь, приготовленная с помощью электро- или ультразвукового миксера, создает наиболее благоприятные условия для исследования мелких структур слизистой оболочки пищеварительного канала. Эффективно также использование комбинированных методов исследования, например двойного (введение в желудок (кишку) водной взвеси сульфата бария в сочетании с газообразными веществами) или тройною (с дополнительным наложением пневмоперитонеума) контрастирования. Нередко комбинированное контрастирование сочетается с линейной или компьютерной томографией (КТ).
Иодированные РКВ на водной основе предназначены для контра- стирования преимущественно артериальных и венозных сосудов. Из ор- ганических соединений йода на водной основе в качестве РКВ применяют производные некоторых ароматических кислот (бензойной, фенилпро- пионовой, адипиновой и др.), содержащие атомы йода. Выпускаются в ампулах по 10-20 мл различной концентрации – 30-70 %.
РКВ для внутрисосудистых исследований подразделяются на ионные и неионные.
К ионным мономерам относятся водные растворы, такие как кардио- траст, триотраст, уротраст, верографин, гипак, билигност, урографин и др.
При внутрисосудистых введениях ионных РКВ возможны побочные реакции различной степени тяжести (слабые, выраженные, тяжелые), ко- торые проявляются в виде болевых ощущений (в груди, животе, сосудах), чувства жара, головокружения, головной боли, озноба. Может появиться зуд кожных покровов, крапивница, сыпь, насморк, чихание, покраснение и набухание слизистых оболочек, отек лица, охриплость голоса, кашель, затруднение дыхания, тошнота, рвота, диспептические расстройства, та- хикардия, брадикардия, аритмия, повышение (понижение) артериального давления, удушье, потеря сознания. Тяжелые реакции встречаются редко.
Учитывая возможность возникновения побочных реакций, перед ис- следованием (за 1-2 дня) обязательно производится проба на чувстви- тельность путем внутривенного введения 1-2 мл препарата. Кроме того, в целях предупреждения или ослабления побочных реакций, рекомендуется использование антигистаминных препаратов.
К неионным мономерам относятся ультрависг-иопромид и омниопак- иогексол, к неионным димерам – визипак-иоди-ксанол и иомерон, а также изовист-иотролан, иопамирон (иопамидол), оптирей (иоверон).
Применение неионных препаратов сопровождается значительно меньшим риском развития побочных реакций (в 3-5 раз). Неионные препа- раты отличаются низкой осмолярностью и минимальным воздействием на биологические мембраны, что обуславливает их незначительную токсич- ность и хорошую переносимость при ангиографии. Неионные препараты используются при необходимости болюсного внутриартериального и ве- нозного введения, при пиелографии, а также для исследования лиц с при- знаками аллергизации организма, при бронхиальной астме, гиперфункции щитовидной железы, почечной недостаточности, сахарном диабете и др.
Йодированные РКВ на жировой основе применяют для бронхографии, лимфографии, метросальпингографии, фистулографии, для выявления врожденных пороков пищевода у новорожденных и др. К ним относятся: йодолипол, липиодол, йодатол, сверхжидкий липиодол и др. Препараты выпускаются в ампулах по 10 мл (стерильно).
Йодированные РКВ таблетированной формы используются для холе- цистографии (холевид, йопагност, билимин и др.).
Газообразные вещества (ГВ) относятся к рентгенонегативным кон- трастным веществам, например, атмосферный воздух, молекулярный кислород, углекислый газ и закись азота.
ГВ используются для введения в различные отделы пищеварительного канала: плевральную полость (диагностический пневмоторакс), брюшную полость (диагностический пневмоперитонеум), забрюшинное пространство
(ретропневмоперитонеум), средостение (пневмомедиастинум) – при двойном контрастировании и др.
Методы пространственного исследования
К методам пространственного исследования относятся линейная и компьютерная томографии, панорамная томография, панорамная зонография.
| А |
| В |
| 2 |
| Исследуемая |
| 1 |
| плоскость |
| С |
| 2 |
| 1 |
| 1 |
| 2 |
Рис. 12. Линейная томография (схема), где А – рентгеновская трубка, В – пациент, в котором исследуются точки 2 и 1, С – дека рентгеновского стола с кассетоприемником и рентгеновской пленкой. При качании рентгеновской трубки (30-50°) происходит перемещение Р-пленки и изображений точек 2 и 1, при этом положение точки 1 на пленке
не меняется, а изображение точки 2 перемещается из одного конца пленки в другой, этим достигается ее эффект «размазывания», а точка 1 изображается четко.
Толщина исследуемого слоя зависит от амплитуды поворота системы - чем больше амплитуда, тем меньше толщина получаемого среза. При амплитуде 30-50° она составляет 2-3 мм. Линейная томография широко используется для исследования органов дыхания, сердечно-сосудистой системы, органов брюшной полости, костно-суставного аппарата, как более дешевая альтернатива компьютерным томографам.
Если же устанавливают малый угол перемещения (8-10°), то получают изображения более «толстого» слоя. Данная разновидность линейной томография называется линейной зонографией – послойное исследование при амплитуде поворота системы 8-10°. Толщина среза – 10-12 мм, томографический шаг-1-2 см.
Панорамная зонография – послойного исследование лицевого черепа с помощью специального панорамного аппарата, при включении которого рентгеновская трубка совершает движение вокруг лицевой области головы, при этом изображение объекта записывается узким рентгеновским лучом на изогнутую по форме лица кассету с пленкой (верхняя и нижняя челюсти, пирамидки височных костей, верхние шейные позвонки).
Рентгеновская компьютерная томография
Основы метода рентгеновской компьютерной томографии были разработаны математиком из ЮАР Аланом МакКормаком. В кейптаунской больнице Хорте Схюр им овладела идея усовершенствования технологии исследования головного мозга. В 1963 г. он опубликовал статью с математическими расчетами, которые позволяли реконструировать изображение после его сканирования узким пучком рентгеновских лучей. Изучив эти материалы группа инженеров английской фирмы электромузыкальных инструментов EMI под руководством Годфри Хаунсфилда занялось созданием компьютерного томографа для
исследования головного мозга (поэтому первые системы РКТ и назывались EMI-сканерами). Через 7 лет в 1972 году впервые в клинической практике с помощью РКТ было выполнено исследование головного мозга. Именно возможность исследования структур головного мозга, которые нельзя визуализировать при обычной рентгенографии, впервые нашла свое применение с помощью РКТ. Исследование других органов и систем началось несколько позже. Но уже с этого момента начинается бурное развитие метода РКТ. Ведущие фирмы по производству медицинской техники начинают работать в данной области и налаживают производственный выпуск компьютерных томографов уже в 1973 году. В 1975 году был создан РКТ для исследования всего тела. За создание метода РКТ Годфри Хаунсфилду и Алану МакКормаку в 1979 году была присуждена Нобелевская премия в области медицины.
Рентгеновская компьютерная томография (РКТ) может быть определена как рентгенологическое исследование, при котором изображение слоя исследуемого объекта получают путем компьютерной обработки результатов многократного просвечивания узким пучком рентгеновского излучения слоя, когда рентгеновская трубка совершает движение по окружности.
Проходя через ткани исследуемого пациента рентгеновское излучение ослабляется соответственно плотности и атомному составу тканей. При этом пучок рентгеновских лучей фиксируется специальной системой детекторов, которые преобразуют энергию излучения в электрические сигналы (по принципу цифровой рентгенологии).
Получаемое при РКТ изображение изначально является цифровым. Рентгеновская трубка, вращаясь вокруг пациента, с помощью узкого пучка рентгеновских лучей просвечивает (сканирует) его тело под разными углами, проходя за полный оборот 360°. К концу оборота в память компьютера вводятся сигналы от всех детекторов, затем с помощью компьютерной обработки создается плоскостное изображение – срез. После получения
одного среза переходят к получению следующего, для чего стол пациента продвигается на 0,3-10мм (на «шаг») – в зависимости от задач исследования. На это требуется определенное время (5-15 сек), необходимое для перемещения стола для следующего сканирования. Поэтому данные КТ- системы еще называют «пошаговыми» (рис. 13).
| 1 |
| 2 |
| 3 |
| 4 |
Рис. 13. Схема рентгеновской компьютерной томографии, где 1 – рентгеновская трубка, 2 – узкий пучок рентгеновских лучей, 3 – объект исследования, 4 - ряд детекторов.
Участки среза, которые ослабляют рентгеновское излучение, выглядят светлыми, а участки, пропускающие рентгеновские лучи – темными (по принципу обычной рентгенографии). Программное обеспечение РКТ также позволяет произвести масштабные измерение полученного изображения, выделить зоны интереса и т.д, т.е. полный постпроцессинг изображения, свойственный для цифровых технологий. Но особенно важным является возможность получения количественной характеристики плотности тканей, которая измеряется в условных единицах – единицах Хаунсфилда HU (в честь Годфри Хаунсфилда, первого создателя РКТ). За нулевую отметку принимается плотность воды – 0 HU. Плотность воздуха составляет -1000 UH, плотность костной ткани +1000 HU. Остальные ткани человеческого тела занимают промежуточные значения. Поскольку все зоны плотности
нельзя одновременно отобразить на дисплее, во время исследования врач выбирает определенный диапазон по шкале Хаунсфилда, так называемое
«окно». Выбирается «окно» в зависимости от планируемой зоны осмотра и предполагаемой патологии.
Со времени начала внедрения технологий РКТ в клиническую практику (с начала 1970-х годов) их развитие прошло несколько этапов, которые называют поколениями. Каждое новое поколение имело бόльшее количество детекторов, тем самым сокращалось время исследования.
Исследователи постоянно работали над техническим совершенствованием аппаратов, которое заключалось в стремлении уменьшить продолжительность исследования.
В 1990-х годах был разработан новый тип сканеров, которые были названы спиральными КТ (СКТ). В СКТ рентгеновская трубка с детекторами постоянно вращается вокруг непрерывно движущегося стола с пациентом. Это позволило не только сократить время исследования, но и устранить ограничения «пошаговой» методики – пропуска участков, которые
«не попали в срез», а также участков, которые пропускались из-за разной глубины задержки дыхания пациентом (рис. 14).
Рис. 14. Схема спиральной компьютерной томографии
Специальная компьютерная программа позволяет реконструировать полученные данные в любой плоскости или воспроизвести трехмерное изображение органа или группы органов. СКТ позволяет значительно ускорить процесс сканирования, и, соответственно – сократить время исследования, снизить лучевую нагрузку и получить более качественные
реконструкции изображений как в различных плоскостях, так и при 3D реконструкции.
В 1998 г. появилась мультиспиральная КТ (МСКТ), когда были созданы системы не с одним (как при СКТ), а 4 рядами цифровых детекторов. В последующем были созданы МСКТ с 16 рядами, а в 2003 г. – количество рядов достигло 64. В 2007 г. появились МСКТ с 256 и 320 рядами детекторных элементов. На таких томографах можно получить сотни и тысячи томограмм всего лишь за несколько секунд с толщиной среза 0,5-0,6 мм. Кроме уменьшения времени обследования и улучшения качества изображения была создана возможность исследования коронарных сосудов и полостей сердца с помощью МСКТ.
Для улучшения дифференцировки органов друг от друга, нормальных и патологических структур, в РКТ используются методики контрастного усиления, чаще всего, с применением йодсодержащих контрастных препаратов. Основной способ введения контрастного препарата является внутривенный. Контрастное исследование при КТ позволяет уточнить характер выявляемых патологических изменений, в том числе с высокой диагностической эффективностью указать наличие опухолей на фоне окружающих их мягких тканей, а также визуализировать изменения, не выявляемые при обычном или «нативном» исследовании. Внутривенное контрастирование может проводиться двумя способами: «ручное» внутривенное контрастирование и болюсное контрастирование. При первом способе контраст вводится вручную рентгенлаборантом или процедурной медсестрой, время введения и скорость не регулируется, исследование начинается после введения контрастного вещества. Этот способ применяется на «медленных» (пошаговых) аппаратах, при МСКТ «ручное» введение контрастного препарата уже не соответствует значительно возросшим возможностям метода. При болюсном контрастном усилении контрастный препарат вводится внутривенно шприцем-инжектором с установленными
скоростью и временем подачи вещества. Целью болюсного контрастного усиления является разграничение фаз контрастирования.
Преимущества РКТ перед традиционной рентгенографией:
1. Изображение органов не накладывается друг на друга (отсутствует эффект суммации);
2. Информация о внутренней строении исследуемой части тела может быть представлена в трехмерной виде по результатам суммирования серии тонких срезов исследуемой области (устранение недостатков плоскостного изображения);
3. КТ белее чувствительна к плотности тканей: Р-графия может отобразить ткани, имеющие разницу в плотности ткани не менее 10%, при КТ – 1% и менее;
4. Возможность обрабатывать и настраивать изображение после завершения сканирования (постпроцессинг): регулировка яркости, контрастности, масштабирования, регулировка градации серой шкалы – регулировка окна (windowing) для лучшей визуализации анатомии интереса.
К недостаткам РКТ можно отнести:
1. Относительно высокую (по сравнению с рентгенографией) лучевую нагрузку на пациента – это обстоятельство диктует жесткую необходимость использования РКТ исключительно по строгим показаниям (беременным противопоказано);
2. Появление артефактов от плотных структур, особенно металлических – протезов суставов, инородных тел и т.д.
3. Относительно невысокое мягкотканое контрастное разрешение.
Методы регистрации движения
Методы данной группы использовались при аналоговых технологиях для исследования сердца, мочевыводящей системы, пищевода, желудка и др.
В настоящее время практически все аппараты лучевой диагностики имеют системы записи исследований в цифровом формате, что позволяет
воспроизводить исследования для более детальной оценки функций органов и систем как в кабинете врача, так и на персональном компьютере.
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДИАГНОСТИКА
Ультразвуковая диагностика (УЗД, сонография, ультрасонография) – метод лучевой диагностики, при котором используются высокочастотные звуковые (ультразвуковые) волны для получения изображения внутренних органов человеческого тела. В основе метода лежит регистрация отраженных от внутренних структур ультразвуковых волн – эхо (по аналогии с отражением обычным отражением волн звукового диапазона). Для обозначения данного метода иногда используют название ультразвуковая томография или сонотомография, т.к. изображения получают в определенных плоскостях или срезах.
УЗИ широко используется в клинической практике. За последние несколько десятилетий метод стал одним из наиболее распространенных и важных, который обеспечивает диагностику многих заболеваний. Методика не имеет противопоказаний, безопасна, ее отличает достаточно высокая диагностическая эффективность (точность диагностики в ряде заболеваний в сравнении с патологоанатомическими данными достигает более 80%), простота, отсутствие лучевой нагрузки (позволяет исследовать беременных и детей), неинвазивность, возможность многократного исследования, а также то, что она проводится в режиме реального времени. Ультразвуковую аппаратуру можно доставить в любое лечебное учреждение для обследования тяжелых, нетранспортабельных больных. Еще одним достоинством является одномоментное исследования многих органов и систем, что особенно важно при сложной клинической картине. Существенным преимуществом по сравнению с другими методами лучевой диагностики является экономичность метода. Так, стоимость ультразвукового исследования в несколько раз меньше, чем традиционного рентгеновского метода, и в десятки раз меньше, чем РКТ и МРТ. Поэтому
УЗИ может применяться в качестве скриннингового метода для исследования многих органов и систем.
Вместе с тем ультразвуковому методу присущи некоторые недостатки:
– существенные ограничения в исследовании ряда органов и систем (легкие, внутренняя костная структура, головной мозг у взрослых, кишечник, заполненный газом);
– зависимость качества получаемого изображения от класса аппарата;
– субъективность в интерпретации получаемых изображений, т.е. зависимость точности диагностики от квалификации врача;
– плохая демонстративность застывших изображений, и, соответственно, относительно низкие возможности в документировании изображений.
Тем не менее, УЗИ в настоящее время стало методом, наиболее часто применяемым в клинической практике. В диагностике заболеваний ряда органов и систем данный метод может рассматриваться как предпочтительный или основной метод диагностики. В клинически сложных случаях результаты УЗИ позволяют наметить план дальнейшего обследования больных с использованием более эффективных лучевых методов.
УЗИ широко применяется для диагностики заболеваний различных органов и систем. Особенно метод обладает высокой диагностической эффективностью при исследовании пищеварительной системы (печени, желчного пузыря, желчевыводящих протоков, поджелудочной железы), сердечно-сусудистой системы, мочеполовой (почек, матки, яичников, простаты), в акушерстве (пренатальной диагностике), исследовании поверхностно расположенных органов (молочных желез, щитовидной железы, лимфатических узлов) и др.
Задачи, которые решает врач УЗД при проведении ультразвукового исследования, следующие:
– оценить положение органа, его отношение к другим органам и системам;
– оценить его размеры, форму, контуры;
– оценить структуру органа (эхогенность), поиск очагов, зон патологической эхогенности (нарушений структуры);
– оценить функцию органа или системы;
– оценить кровоток исследуемого органа, области;
– сопоставить полученную ультразвуковую картину с клиническими, лабораторными и др. данными для составления ультразвукового заключения.
Физические основы УЗД. Ультразвуковые волны обладают определенными свойствами, которые позволяют их использовать для диагностики:
– распространяются прямолинейно – поэтому имеется возможность получать изображения исследуемых органов практически без искажений, при сохранении их линейных размеров и формы;
– способны фокусироваться;
– проникают внутрь органов;
– по-разному отражаются от границ различных плотностей как наружных контуров биологических тканей, так их внутренней структуры – способны нести определенную информацию о внутреннем строении и функции органов.
Известно, что звук – механическая продольная волна, в которой колебания частиц находятся в той же плоскости, что и направление распространения энергии.
Частота от 16 Гц до 20 кГц – зона слышимости для человека, частота звуковых волн менее 16 Гц относится к инфразвуку (звуковые колебания при землетрясениях, звуки, издаваемые двигателями корабельных машин, самолетов). Ультразвук – звуковые колебания с частотой более 20 кГц.
Частоту в диапазоне 25-500 кГц используют живые организмы в природе – летучие мыши, дельфины и некоторые породы китов.
Как и звук зоны слышимости человека ультразвук также распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и разрежения молекул вещества, которые совершают колебательные движения (рис. 15).
Рис. 15. Схема распространения звуковой (ультразвуковой) волны в среде при генерации ее источником.
Основными характеристиками ультразвуковых волн являются период колебания (Т) – время, за которое молекула или частица вещества совершает одно полное колебание, частота (ν) – число колебаний в единицу времени, длина (λ) – расстояние между точками одной фазы и скорость распространения (с). Длина волны обратно пропорциональна ее частоте.
Скорость распространения ультразвука (с) – скорость, с которой волна перемещается в среде. Ед. измерения – м/с. Скорость распространения ультразвука определяется только свойствами среды (ткани), главным образом, плотностью и упругостью (эластичностью).
| Ткань | с (м/с) |
| Мозг Печень Почки Мышцы Жировая ткань Кости Кровь Мягкие ткани (усредненно) Воздух | 1510 1550 1565 1580 1450 4080 1570 1540 330 |
Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях тела человека составляет 1540 м/с – на эту скорость запрограммировано большинство ультразвуковых диагностических приборов.
При распространении ультразвуковой волны происходит передача энергии (интенсивность волны I). Интенсивность передаваемого ультразвука постепенно уменьшается с прохождением через ткани тела. Общая потеря интенсивности (или мощности) называется ослаблением и происходит за счет затухания, поглощения и рассеяния.
Непоглощенная часть ультразвука может быть рассеяна или отражена тканями назад к датчику в виде эха. Легкость прохождения ультразвука через ткани частично зависит от массы частиц (которая определяет плотность ткани) и частично – от сил эластичности, притягивающих частицы друг к другу. Скорость прохождения ультразвука через ткань в значительной мере определяется ее эластичностью. Плотность и эластичность ткани вместе определяют ее так называемое акустическое сопротивление или импеданс (Z = ρc, где Z – акустическое сопротивление, ρ – плотность, c – скорость распространения ультразвука в ткани).
Чем больше разница акустических сопротивлений, тем больше отражение ультразвука. Крайне большое различие в акустическом сопротивлении существует на границе мягкая ткань – газ, и почти весь ультразвук от нее отражается. Этим объясняется применение в качестве прослойки между кожей пациента и преобразователем геля для устранения воздуха, который может полностью задержать ультразвуковую волну. Поэтому ультрасонография не может отобразить скрытые кишечным газом области или заполненную воздухом легочную ткань. Существует также и относительно большое различие в акустическом сопротивлении между мягкой тканью и кортикальной костью. Костные структуры создают помехи или полностью исключают возможность проведение ультразвукового исследования (ребра - при исследовании сердца, правой доли печени,
селезенки, почек, кости черепа не дают возможность исследовать головной мозг у взрослых и т.д.).
При этом, чем выше частота (соответственно меньше длина волны), тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата, т.е. способность увидеть более мелкие детали на изображении. С другой стороны
– чем выше частота, тем меньше проникающая способность или глубинна сканирования. В ультразвуковой диагностике используют диапазон 2-15 МГц. Данный диапазон обусловлен физическими особенностями ультразвука (зависимостью глубины сканирования от частоты) и диагностическими задачами УЗД (получением изображения по возможности с бόльшим разрешением).
Соотношения частоты и глубины проникновения ультразвука в мягких тканях организма приблизительно составляют:
1 МГц – до 50 см
3,5 МГц – 30 см
5 МГц – 15 см
7,5 МГц – 7 см
10 МГц – 5 см
Устройства для генерации и приема ультразвуковых волн. Рождением ультразвукового метода можно считать создание эхолота или сонара (гидролокатора) во время первой мировой войны. В период второй мировой войны развитие теории ультразвука продолжалось, а на практике совершенствовался гидролокатор. Гидролокатор – прибор, который посылает звуковые волны через воду к погруженным объектам и воспринимает отраженные от них эхосигналы. В последующем эти концепции нашли применение и дальнейшее развитие в медицинской диагностике.
Основой получения ультразвуковых волн явился открытый в 1881 году братьями Кюри пьезоэлектрический эффект. Сущность пьезоэлектрического эффекта состоит в том, что существуют химические соединения (кварца, титаната бария, сернокислого кадмия и др.), которые обладают
определенными физическими свойствами. Так, при внешнем механическом воздействии, которое вызывает деформацию монокристаллов, на их гранях возникают противоположные по знаку электрические заряды. Это – прямой пьезоэлектический эффект (рис. 16). Примером использования прямого пьезоэлектрического эффекта в быту является пьезозажигалка – при нажатии на нее происходит деформация пьезокристалла и образование электрического заряда, с помощью искры которого зажигается топливный компонент.
| давление |
| Пьезоэлемент |
| нет давления |
| V |
| 50 100 |
| 0 |
| V |
| 50 100 |
| 0 |
Рис. 16. Схема прямого пьезоэлектрического эффекта.
| Источник |
| Пьезоэлемент |
| Источник |
| Деформация |
Рис. 17. Схема обратного пьезоэлектрического эффекта.
Эти свойства пьезоэлементов нашли применение в ультразвуковых аппаратах, поскольку один и тот же пьезокристалл может быть попеременно как приемником, так и источником ультразвуковых волн. Данная часть ультразвукового аппарата называется а кустическим преобразователем или трансдьюссером (англ. transducer – преобразователь), наиболее частое название – ультразвуковой датчик. Преобразователь переводит одну форму энергии в другую – электрическую энергию в энергию ультразвуковых колебаний и наоборот.
В современных ультразвуковых аппаратах существует несколько основных типов ультразвуковых датчиков, отличающихся рабочей частотой (соответственно глубиной сканирования и качеством получаемого изображения или разрешением), а также величиной и формой сканирующей поверхности. Основными типами ультразвуковых датчиков являются:
1. Линейный датчик (рис. 18, А) – высокочастотный датчик с частотой 5-15 Мгц, чаще 7,5 МГц, используется, главным образом, для исследования поверхностно расположенных органов (щитовидной железы, молочной железы, лимфатических узлов, поверхностных сосудов и т.д.). Обладает минимальным искажением получаемого изображения, поскольку положение самого трансдюссера на поверхности тела полностью соответствует размерам исследуемого органа. Линейные датчики за счет большей частоты позволяют получать изображение исследуемой зоны с высоким разрешением, но ограничены небольшой глубиной сканирования (не более 8-10 см). Кроме того, недостатком линейных датчиков является сложность обеспечения равномерного прилегания поверхности трансдьюссера к коже пациента, что часто приводит к появлению воздушных прослоек между кожей и датчиком и, соответственно, помех на получаемом изображении.
2. Конвексный датчик (англ. convex – выпуклый) (рис. 18, В) – обладает выпуклой рабочей поверхностью, что обеспечивает лучший контакта с кожей в исследуемой области; частота 1,8-7,5 МГц, чаще – 3,5
МГц. Однако при использовании конвексных датчиков получаемое изображение несколько больше по ширине и может быть искажена форма исследуемого объекта. Для уточнения анатомических ориентиров врач обязан учитывать это несоответствие. За счет меньшей частоты глубина сканирования достигает 25-30 см, используется для исследования глубоко расположенных органов брюшной полости, забрюшинного пространства, малого таза и др.
3. Секторный датчик (рис. 18, С) – обладает небольшой рабочей поверхностью, генерируемые ультразвуковые волны имеют форму сектора, имеется еще большее несоответствие между размерами трансдюссера и получаемым изображением. Работает на частоте 2-5 МГц. Применяется в тех случаях, когда необходимо с небольшого участка поверхности тела получить в несколько раз больше обзор на глубине, например, когда через межреберные промежутки проводят исследование сердца при эхокардиаграфии. Кроме того, он применяется при исследовании головного мозга у детей до года – доступ через большой и малый роднички.
<
