Матеріали підготовки до лекції №1
Тема: «Радіологічна діагностика в клінічній медицині»
Фізичні і технологічні основи променевих методів діагностики з використанням іонізуючого і неіонізуючого випромінювання.
Визначення дисципліни
Дисципліна має дві особливості
Перша – полягає в тому, що вивчає діагностику усіх без винятку хвороб, тобто є універсальною. А це означає, що у якій би галузі медицини у майбутньому Ви не працювали, знання, набуті при вивченні цієї дисципліни, будуть Вам вкрай необхідні.
Другою особливістю є те, що дисципліна об’єднує кілька медичних спеціальностей, а саме: рентгенодіагностику (рентгенологію), ультразвукову діагностику, радіонуклідну діагностику і променеву терапію.
Розпочнемо вивчення дисципліни з визначення понять “променева діагностика” і “променева терапія”. Ви вже знаєте, що термін діагностика захворювань означає їх виявлення, а терапія – лікування. Термін променева означає застосування для цього методів, в основі яких лежить використання різного роду випромінювань, які існують у природі.
1.2. Фізичні основи променевої діагностики і променевої терапії
Випромінювання, які застосовуються в променевій діагностиці і променевій терапії умовно можна розділити на дві групи: іонізуючі та неіонізуючі.
Іонізуючими називаються випромінювання, які проходячи через середовище, викликають збудження та іонізацію атомів, з яких складається це середовище.
Неіонізуючі випромінювання такого ефекту не спричиняють.
За своїми фізичними властивостями іонізуючі випромінювання поділяються на фотонні або квантові і корпускулярні.
Властивості іонізуючих випромінювань:
1. Іонізуюча дія
2. Проникаюча дія
3. Флуоресцуюча дія
4. Фотохімічна дія
5. Біологічна дія
Умовно в групу неіонізуючих випромінювань включені ультразвукові хвилі, що являють собою потік механічних, звукових коливань.
Таким чином, сучасна променева діагностика вивчає п’ять методів:
1) магнітно-резонансний;
2) термографічний;
3) ультразвуковий;
4) рентгенологічний;
5) радіонуклідний
Рентгенологічний та радіонуклідний методи належать до іонізуючих,
інші – до неіонізуючих методів променевої діагностики .
.Фізичні та технологічні основи рентгенодіагностики.
Механізм утворення рентгенівських променів
На катод через знижуючий трансформатор подається змінний струм напругою 12 В, який нагріває нитку розжарення (подібно, як в електричній лампочці). Внаслідок нагрівання, навколо нитки розжарення утворюється так званна “електронна хмаринка”. Далі, через систему випрямлячів (кенотрон) з генератора високої напруги на трубку подається постійний струм напругою
10-150 КВ. При цьому починається направлене переміщення (емісія) електронів у напрямку від катода до анода. При взаємодії електронів з атомами речовини анода утворюється гальмівне та характеристичне рентгенівське випромінювання.
Процес утворення рентгенівських променів є керованим.
Проникаюча здатність рентгенівських променів прямо пропорційна прикладеній напрузі.
Будова комп’ютерного томографа.
Сучасна конструкція рентгенівського комп’ютерного томографа складається з таких основних вузлів:
1) Штатива у який вмонтовані рентгенівська трубка, газорозрядні або сцинтиляційні дозиметричні детектори, система зібрання, передачі імпульсів на ЕОМ. Всередині штатива є отвір, у якому переміщується стіл з пацієнтом. Знімки робляться перпендикулярно поздовжній осі тіла, або під нахилом до 150.
2) Стола для сканування, оснащеного приводом-транспортером для переміщення пацієнта, яке здійснюється в горизонтальному положенні автоматично по сигналу ЕОМ.
3) Пульта управління до якого підключений монітор для спостереження, система запису і обробки інформації.
4) Комп’ютера, в якому крім збору, обробки сигналів і реконструкції зображення відбувається збереження і передача інформації на пульт управління і штатив. Інформація з ЕОМ видається на телемонітор, камеру для фотографування, магнітофон чи флопідисковод.
5) Додаткового мінікомп’ютера: для аналізу даних, виділення зон зацікавлення, реконструкції зображення, тобто одержання зображення в сагітальній чи фронтальній площині, визначення точних розмірів патологічного вогнища, вимірів щільності вогнища.
Переваги комп’ютерної томографії
перед звичайним рентгенологічним дослідженням
1. Висока чутливість КТ, що дозволяє віддиференціювати окремі органи і тканини по щільності в межах 0,5 %. На рентгенограмах цей показник складає 10-20 %.
2. На відміну від звичайної томографії, КТ дає можливість отримати зображення у площині досліджуваного зрізу товщиною 1-2мм без нашарування тканин, що лежать вище і нижче.
3. КТ дає можливість отримати точну кількісну інформацію про розміри і щільність як окремих органів, так і патологічних процесів.
4. КТ дає можливість оцінити не тільки сам процес, але і його взаємовідношення з оточуючими тканинами, наприклад, інвазію пухлини в сусідні органи.
5. КТ дає можливість отримати топограми, тобто поздовжні зображення обстежуваної області подібно до рентгенограм шляхом зміщення пацієнта вздовж нерухомої трубки (слайд 37). Топограми використовуються для встановлення поширення патологічного процесу і визначення кількості зрізів.
Методики інтервенційної рентгенології
Слід відмітити, що КТ, як і традиційна (конвенційна) рентгенодіагностика, застосовується не тільки для виявлення захворювань. Під контролем рентгенологічного дослідження здійснюється контроль за ефективністю лікування, проводиться планування променевої терапії злоякісних пухлин, виконуються деякі хірургічні втручання – пункції органів і патологічних процесів, прицільна біопсія (слайд 38), здійснюються деякі операції на кровоносних судинах та хірургічні втручання на органах черевної порожнини і малого тазу. Цей розділ – застосування методів рентгенодіагностики для лікувальних міроприємств, носить назву рентгенодіапевтики чи інтервенційної рентгенології. Основні напрямки розвитку інтервенційної рентгенології подані в таблиці
Ультразвукова діагностика (УЗД).
Ультразвукова діагностика – метод візуалізації органів і тканин за допомогою ультразвукових хвиль. У силу своєї простоти, нешкідливості й ефективності широко застосовується в медицині – особливо на ранніх стадіях діагностичного процесу.
Звук – це механічна поздовжня хвиля, що поширюється в пружних середовищах (твердих, рідких, газоподібних), у якій коливання часток перебувають у тій же площині, що й напрямок поширення енергії. Звукові коливання із частотою понад 20 000 у секунду (20 КГц) називаються ультразвуком. З діагностичною метою застосовують ультразвук із частотою від 2 до 20 Мгц. На відміну від електромагнітних хвиль (до яких ставиться й рентгенівське випромінювання), для поширення звуку необхідна середовище, тобто хвиля переносить енергію, але не матерію, у вакуумі ультразвук не поширюється. Енергія діагностичного ультразвуку не перевищує 0,05 Вт/див2, він практично не викликає біологічних ефектів. Високочастотний діагностичний ультразвуковий сигнал гаситься повітрям, тому зона дослідження покривається гелем, що створює повноцінне середовище для передачі сигналу з датчика в тканині.
Для поліпшення якості зображення в ультразвуковій діагностиці використовують так звані акустичні вікна – тканини й структури, розташовані між ультразвуковим датчиком досліджуваним об’єктом. Вони повинні відповідати ряду вимог:- висока звукопровідність; оптимальна речовина для акустичного вікна – гомогенна рідина, класичний приклад акустичного вікна – огляд органів малого таза через наповнений сечовий міхур;- тканини не повинні значно розсіювати ультразвук;- мала відстань між датчиком і досліджуваним об’єктом (крім усього іншого, це дозволяє використовувати високочастотні датчики з більшою роздільною здатністю);- ширина акустичного вікна повинна бути більше досліджуваного об’єкта або хоча б порівнянна з нею. Гарними акустичними вікнами можуть бути печінка або м’язи. У противному випадку акустичне вікно можна створити – наповнити, наприклад, шлунок рідиною для огляду підшлункової залози або змістити датчиком петлі кишечника для цих же цілей.
Основні методи УЗД.
Методи ультразвукового дослідження зі способу генерування, обробки сигналу й побудови ультразвукового зображення можна розділити на 4 групи:
одномірну эхографию ( А-Режим або метод і М-Режим),
двомірну эхографию ( В-Режим), 3-х і 4-мірну реконструкцію зображення (3Д и 4Д режими),
допплерография в різних варіантах
Найбільше поширення одержали ледующие способи реконструкції:
поверхнева реконструкція (зручна для дослідження личка плода й суглобної поверхні);
«рентгенівський» метод (після наскрізного сканування об’єму в досліджуваному блоці інформація перетвориться в площинну, як при рентгенологічному дослідженні); метод використовується в артрології.
об’ємний режим (дозволяє одержувати виборчі сигнали тільки від найбільш щільних структур або тільки від рідинних утворень і дає можливість, наприклад, вивчати кістяк плода або об’ємно реконструювати чашечно-лоханочный комплекс бруньки при гидронефротической трансформації ).
Дослідження в 3 Д–Режимі застосовується для одержання об’ємних зображень плода в різний термін вагітності для виявлення вроджених пороків розвитку, у гінекології для вивчення особливостей будови матки й придаткових утворень, в онкологічній і хірургічній практиці для детального вивчення об’ємних утворень черевної порожнини й заочеревинного простору, виміру об’єму щитовидної залози й т.д.
4Д режим – real time 3Д – тривимірний ультразвук у реальному масштабі часу, і він дозволяє проводити тривимірну реконструкцію рухливих об’єктів. Метод використовується, в основному, у фетальной эхокардиографии для більше точної пренатальной діагностики вроджених пороків серця плода. Являє собою складні сполучення 3Д реконструкції рухів серця плода з різними модифікаціями допплеровских режимів.
Допплерография – метод ультразвукового дослідження об’єктів, що рухаються, заснований на застосуванні ефекту, описаного австрійським астрономом Кристианом Допплером в 1842 році й носящем його ім’я. К.Допплер звернув увагу на різні фарбування галактик і зміг зрозуміти, що зміна кольору залежить від напрямку їхнього руху. Спочатку допплеровский ефект був описаний для електромагнітного хвильового випромінювання, але виявився загальним для будь-якого хвильового процесу – у тому числі й для акустичного. Методика ґрунтується на виявленні так званого частотного допплеровского зрушення – зміни довжини хвилі й частоти відбитого акустичного сигналу – залежно від напрямку руху досліджуваного об’єкта. Існує дві основні модифікації допплеровских режимів роботи: постійно-хвильовий і імпульсно-хвильовий допплеровский режими. Вони різняться способом випромінювання діагностичного сигналу датчиком – у першому випадку сигнал випромінюється безупинно, а в другому – у переривчастому режимі. Постійно-Хвильовий допплер застосовується тільки в кардіології, тому що дозволяє працювати з високошвидкісними потоками крові, але не дає можливості визначити глибину залягання досліджуваного об’єкта. Імпульсно-хвильовий допплер застосовується практично у всіх інших областях. Виявлене частотне зрушення обраховується комп’ютером ультразвукового сканера, і отримана інформація може бути представлена в різних варіантах – спектральний допплеровский аналіз, колірні допплеровские модифікації.
У першому випадку інформація підносить у вигляді так званого «допплеровского спектра» – діаграми або кривій. Це дозволяє визначити як якісні, так і кількісні характеристики кровотока в досліджуваній посудині.
Колірні допплеровские модифікації представляють в основному якісні характеристики кровотока й, у свою чергу діляться на ряд режимів: – колірне допплеровское картирование (ЦДК) – при ньому відбувається картирование (фарбування) різними квітами крові, що рухається в посудинах. Це дозволяє визначити швидкість і напрямок потоку (від датчика – до датчика). Застосовується в кардіології, ангіології, терапії, акушерстві для виявлення аномально спрямованих потоків крові, диференціації артеріальних і венозних потоків;
– енергетичне допплеровское картирование (ЭД або ЭДК) – об’єкти, що рухаються, картируются переливом одного кольору, метод не дає можливості судити про напрямок потоку, але дозволяє оцінити його енергію. Інша назва методики – ультразвукова ангіографія – тому що на екрані добре видні навіть дрібні посудини обстежуваної зони, і можна якісно оцінити архітектоніку судинного русла периферії. Широко застосовується для оцінки особливостей кровопостачання об’ємного утворення в онкологічній практиці, гінекології, терапії, урології;
– конвергентний допплер (ЦДК+ЭДК) – сполучить у собі перераховані методики, поліпшуючи кожну з них. Застосовується у вище перерахованих областях.
– тихорєцької допплер або тихорєцьке допплеровское зображення (оцінка локальної скоротності міокарда) – метод дозволяє отконтрастировать міокард від потоків, що рухаються, крові й поліпшити візуалізацію його структур, а значить із високою точністю оцінити скорочувальну здатність міокарда.
– тривимірна реконструкція судинного дерева при ЭДК – сполучення режиму 3-Д і ЭДК, дозволяє більш точно оцінити взаємне розташування об’ємного утворення й судинного русла в зоні обстеження. Найбільше застосування методика знайшла в онкології.
Крім перерахованих методів ультразвукової діагностики нерідко використовуються їхні сполучення: дуплексний режим – сполучення В-Режиму й одного з допплеровских режимів у масштабі реального часу; триплексный режим – сполучення серошкального зображення з колірним і спектральним допплеровскими режимами. Застосовуються у всіх напрямках ультразвукової діагностики, де потрібна точна оцінка особливостей судинного русла.
Контрастні речовини, застосовувані в ультразвуковій діагностиці, засновані на принципі посилення интраваскулярного контрастування тканин за рахунок пухирців, що втримуються в контрасті, газу. Найпоширеніші контрастні речовини для УЗИ це эховист і левовист. УЗИ з використанням контрастныъ речовин застосовують при кардіологічних і онкологічних дослідженнях (уточнення типу васкуляризации об’ємних утворень – найчастіше печінки), у гінекології (методика контрастування порожнини матки й маткових труб – эхогистеросальпингоскопия).
МАГНІТНО-РЕЗОНАНСНА ТОМОГРАФІЯ
Принцип МРТ.
При МРТ відбувається побудова серії пошарових зображень досліджуваного органа в трьох проекціях (фронтальна, сагиттальная, поперечна) на основі видозміни власного магнітного поля тканин і органів під воздествием зовнішніх статичних магнітних і змінного електромагнітного полів з наступною комп’ютерною обробкою одержуваного зображення.
Технологія візуалізації при МРТ.
Ядра атомів елементів, у яких є непарне число нуклонів (1Н1, 13С6, 19Fe9, і т.д.), є диполями, тобто магнітами із двома полюсами – північним і південним. Сучасні Мр-Томографи настроєні на ядра, точніше на протони Н (ядра водню містять один протон), тому Мр-Томографическое зображення представляє картину просторового розподілу молекул води, що містять, як відомо, атоми Н. Протони перебувають у постійному обертанні навколо своєї осі, внаслідок чегосоздается певне магнітне поле даного атома або молекули, називане спином. При Мрт-Дослідженні досліджуваний орган міститься усередину сильного магніту, і всі протони атомів водню встановлюються в напрямку зовнішнього сильного магнітного поля, як стрілки компаса (мал. 14), при цьому вони починають обертатися навколо своєї осі волчкообразно – таке обертання називається прецесією, а частоту цього обертання – частотою Лармора. Однак, на відміну від компасних стрілок, прецессирующие протони не всі орієнтовані в одному напрямку. Більша частина з них орієнтована на Північний полюс, і їх називають «паралельні протони», інші прецессируют убік Південного полюса, їх називають «антипаралельні протони». У результаті прецесії й появи паралельних і антипаралельних протонів спин всіх протонів видозмінюється й у тканинах створюється магнітний момент – «М», величина якого визначається надлишком паралельних протонів і кількістю всіх протонів в одиниці об’єму тканин, тобто щільністю протонів. Тому що в тканинах кількість протонів велика (наприклад, в 1мол води їх майже 1022), що виник «М» индуцирует електричний струм певній величині в применых котушках, розташованих поза пацієнтом. Магнітно-резонансне дослідження базується на здатності ядер деяких атомів поводитися як магнітні диполі. Ці властивості мають ядра, які містять непарне число нуклонів: водню, вуглецю, фтору, фосфору. Сучасні Мр-Томографи настроєні на ядра водню, тобто на протони. Протони перебувають у постійному русі. Відповідно навколо них існує магнітне поле, що має момент або спин.
Додаткове радіочастотне поле ( змінне магнітне опромінення) застосовується у двох варіантах:
n – тривалого, поворот протона на 180°.- визначає спин-ґратчасту релаксацію що дає Т1 зважене зображення;
n – короткого, поворот протона на 90° – визначає зважене зображення спин-спінову релаксацію, що дає Т2 зважене зображення
У Т1 зваженому зображенні чим коротше MP-Сигнал тим світліше зображення. Жирова тканина в Т1 режимі біла дає гіперінтенсивний сигнал, менш світле зображення дають головний і спинний мозок, щільні внутрішні органи, судинні стінки й м’язи. Повітря, кості, кальцій практично не дають MP-Сигналу, тому їхнього зображення чорного кольору- гипоинтенсивный сигнал.
У Т2 зваженому зображенні чим коротше сигнал тим нижче яскравість світіння екрана дисплея, зображення мають протилежне фарбування Т1 зображенням
Яскравість зображення залежить від 3 параметрів:
щільності протонів Н, час T1 – спин-ґратчастої, або поздовжньої, релаксації, Т2 – спин-спінової, або поперечної релаксації.
При МРТ можна застосовувати штучне контрастування тканин. Із цією метою використовують парамагнетики, вони змінюють час релаксації води й тим самим підсилюють контрастність зображення на Мр-Томограммах ( сполука гадолиния ).
МРТ -дає зображення тонких шарів тіла людини в будь-якому перетині — фронтальному, сагиттальном, аксіальному, абсолютно нешкідливо, не викликає ускладнень
Схема одержання медичного зображення
n Джерело випромінювання: протони водню обстежуваного в постійному магнітному полі; – опромінення зовнішнім змінним магнітним полем – припинення опромінення, виділення енергії атомами Н (водню)
n Детектор – магнітна котушка МР томографа сприймає радіосигнал від протонів Н (реєстрація радіосигналу )
n Блоки апарата для побудови медичного зображення
Магнітно-резонансний томограф складається з потужного магніту, радиоппреобразователя, приймальної радіочастотної котушки, комп’ютера й консолі керування й діагностики.
Застосовують 3 типи магнітів: постійний, електромагнітний і надведучий. Останній є найбільш зробленим Він дозволяє виконувати складні дослідження завдяки значній силі й рівномірності магнітного поля. Сила магнітного поля визначається в теслах (Т). У клінічній діагностиці найбільш часте використовують магнітне поле, сила якого від 0,1 до 1,5 Т. Воно в десятки тисяч разів більше сильне за магнітне поле Землі. Основним у створенні зображення є аналіз часу релаксації, а не протонної щільності.
Існує два методи одержання Мр-Томограм.
Підготовка до обстеження. Спеціальної підготовки хворого не потрібно. Пацієнтові необхідно зняти із себе й залишити поза процедурною кімнатою всі предмети, до складу яких входять феромагнітні метали (ґудзика, гачки, пряжки, металеві прикраси, годинники, ключі, монети) і магнітні носії (касети, дискети, кредитні картки) а також необхідно змити косметику. Хворого попереджають, що обстеження займає 30-40 хвилин і він повинен лежати нерухомо в плині всього обстеження, оскільки від цього залежить якість одержуваного зображення.
Термінологія й семіотика опису МРТ зображень.
Зображення при МРТ характеризуються інтенсивністю сигналу. Розрізняють: гіперінтенсивний, гипоинтенсивный сигнали. При патології в паренхімі органів ці сигнали дають пухлини, метастази, кисты, абсцеси
Магнітно-резонансні контрастні засоби. Застосування МР контрастних засобів з парамагнітними властивостями дозволяє значно підвищити інформативність методу. До цієї групи препаратів ставляться: Магневист, Омнимскан, Проханс.
Переваги і недоліки МРТ.
МЕДИЧНА ТЕРМОГРАФІЯ
Безконтактна (дистанційна) термографія
Суть методу полягає в тому, що теплове випромінювання, що поширюється з поверхні тіла, уловлюється на відстані дзеркал, які направляють інфрачервоні промені до детектора
Показаннями до проведення термографії є наявність у хворого патологічного стану, що змінює розподіл температури на поверхні досліджуваного органа або ділянки тіла.
Протипоказань до застосування дистанційної термографії не існує. Дослідження можна повторювати багаторазово.
Контактна рідкокристалічна термографія
Поруч із безконтактною термографією існує контактна термографія, що проводять за допомогою рідкокристалічних термоіндикаторів (ЖКТ).
Протипоказаннями до проведення термографії за допомогою жидкокристалических плівок є захворювання шкіри, опіки, обмороження.
Джерела інформації:
Основні:
1. Линденбратен Л.Д., Королюк И.П. Медицинская радиология и рентгенология.- М.: Медицина, 1993.- С.3-80.
2. Линденбратен Л.Д., Наумов Л.Б. Медицинская рентгенология.- М.: Медицина, 1984.- С.3-72, 76.
3. Рентгенология / Под ред.В.И.Милько.- К.: Вища школа, 1983.-С. 3-21
Додаткові:
1. Власов П.В. Беседы о рентгеновских лучах.- М.: Молодая гвардия, 1977
2. Кишковский А.Н., Тютин Л.А. Методика и техника электрорентгенографии.-
3. М.: Медицина, 1982.
4. Лучевая диагностика: Сборник тестовых вопросов и ответов/ Под ред.Г.Ю.Коваль.- К.: Дзвін, 1994
5. Общее руководство по радиологии в 2-х томах/ Под ред. H. Petersson та Л.С.Розенштрауха.- Серия по медицинской визуализации. – Институт NICER, 1996
6. Основы медицинской рентгенотехники и методики рентгенологического
7. исследования в клинической практике/ Под ред.Г.Ю.Коваль.- К.: Здоров’я, 1991
8. Основы рентгенологической семиотики/ Под ред.А.И.Позмогова.- К.: Здоров’я,1978
9. Променева діагностика: в 2-х томах / Коваль Г.Ю., Сиваченко Т.П., Загородська М.М. та ін.; За ред. Г.Ю.Коваль.– К.: Орбіс, 1998.– Т.1.
10. Рабкин И.Х., Матевосов А.Л., Готман Л.Н. Рентгеноэндоваскулярная хирургия.– М.: Медицина, 1987
11. Технические средства рентгенодиагностики/ Под ред. И.А.Переслегина.- М.: Медицина, 1981
12. Тодуа Ф.И., Федоров В.Д., Кузин М.И. Компьютерная томография органов брюшной полости: Атлас.- М.: Медицина, 1991
Підготував проф. Жулкевич І.В.
асист.Ваврух Г.П.
