Принципы получения медицинского диагностического изображения

    Лучевая диагностика (ЛД) - медицинская специальность и научная дисциплина, основанная на использовании с диагностической целью различных электромагнитных, ультразвуковых и корпускулярных излучений. В целом сегодня ЛД  дает современной клинике более 90% всего объема диагностической информации. Современная ЛД включает в себя следующие методы:

    (1). Рентгенодиагностика (РД), (2). рентгеновская компьютерная томография (РКТ) основаны на применении рентгеновских лучейтормозного электромагнитного излучения с малой длиной волны, (3).Радионуклидная диагностика (РНД) – базируется на применении гамма излучения, некоторых видов корпускулярных лучей, (4). Магнитно-резонансная томография (МРТ) использует электромагнитное излучение радиочастотного спектра (радиоволны), (5), медицинская термография (МТГ) основана на использовании теплового инфракрасного электромагнитного излучения,  в основе (6). ультразвукового диагностического исследования (УЗИ) лежит применение ультразвуковых колебаний.

    Рентгенодиагностическое исследование в целом дает сегодня до 60-65% объема диагностической информации, получаемой с помощью ЛД (Рис. 1.1.). В некоторых областях значение этого метода имеет решающий характер (остеология, пульмонология, гастроэнтерология), в некоторых минимальное (эндокринология, гепатология). Рентгеновская компьютерная томография значительно расширяет возможности применения рентгеновского излучения и дает сегодня в среднем около 15% диагностической информации (Рис. 1.2). Это значение в последние годы существенно возросло за счет применения мультиспиральной компьютерной томографии (МСКТ). Ультразвуковое диагностическое исследование также активно развивается и расширяет сферу своего использования, уже сегодня давая около 20% всего объема информации, являясь во многих областях главным методом исследования (гепатопанкреатобилиарная система, сердечнососудистая система и др.) (Рис. 1.6.). Радионуклидная диагностика нацелена главным образом на изучение функции различных органов и систем и дает в целом около 5-6% диагностической информации (Рис. 1.3.). К интенсивно развивающимся методам относится также магнитно-резонансная томография, роль которой сегодня существенно возрастает и, безусловно, будет возрастать в будущем (Рис. 1.4.). Применение медицинской термографии в настоящее время недостаточно, хотя этот метод мог бы давать на практике много важной диагностической информации о различных органах и системах.  

    Таким образом, методы лучевой диагностики основаны на применении различных электромагнитных излучений (рентгеновское, гамма, инфракрасное излучения, радиоволны), некоторых корпускулярных (бета-излучение) и ультразвуковых волн с определенными физическими характеристиками.

    На рисунке №2 представлена шкала электромагнитных волн. Обратите внимание на те ее части, излучение которых используется с диагностической целью – радиоволны (МРТ), инфракрасное излучение (МТГ), рентгеновское излучение (РД и РКТ), гамма-излучение (РНД).

    Вопрос: Что общего и в чем отличия у этих видов электромагнитных излучений?

    На рисунке №3 даны основные характеристики корпускулярных излучений. Обратите внимание на их основные физические особенности - заряд частиц, проникающую способность, размеры частиц.

 

Частица

Скорость

Энергия

Величина пробега в воздухе

Величина пробега в тканях

Плотности ионизации

Альфа

(Ядра атомов гелия)

20-25 тыс. км/сек

9 Мэв

3-7 см

1 мм

3-4 тыс. пар ионов на 1 мк

Бета

(электроны)

87-298 тыс. км. Сек.

3 Мэв

20 м

10 мм

50-70 пар ионов на 1 мк

 

Рис. 3. Характеристика некоторых корпускулярных излучений.

    Вопрос:  В чем особенности тех ультразвуковых волн, которые  используются с диагностической целью?

 

    Излучения, применяемые для лучевой диагностики, обладают рядом общих свойств, без которых использование их с диагностической целью было бы невозможно.

    1. Проникающая способность. Все используемые в лучевой диагностике излучения в той или иной степени обладают способностью проникать в глубину тканей. Механизм проникающей способности у разных излучений отличается друг от друга, он зависит от физических характеристик лучей и особенностей строения тканей. В некоторых случаях проникающая способность сопровождается ионизацией, в других не связана с этой особенностью.

    Вопрос: Какое из применяемых излучений имеет наибольшую проникающую способность?

   Вопрос: Какие излучения являются ионизирующими и почему?

    2. Способность изменяться при взаимодействии с тканями или условие, при котором сами ткани становятся источником излучения.

    Рентгеновское излучение при прохождении через ткани становится неоднородным в зависимости от их плотности (РД, РКТ). Ультразвуковые волны по-разному отражаются в зависимости от звукопроводности тканей (УЗИ).  При РНД  используются радиофармацевтические препараты (РФП) которые включаются в функцию того или иного органа и делают его на определенное время источником гамма или бета излучения. В определенных физических условиях некоторые атомы веществ, входящие в состав тканей могут быть источником электромагнитного излучения радиочастотного спектра (МРТ). Тепловое, инфракрасное излучение является собственным излучением тела (МТГ).

Вопрос: Какие из методов ЛД основаны на изменении характера излучения при его проникновении в ткани, а при каких методах сами ткани становятся источником излучения?

    3. Наличие соответствующей регистрирующей системы (приемник излучения) - возможность зарегистрировать и проанализировать характер изменений излучения при прохождении через ткани или излучение, испускаемое тканями. Для регистрации прошедшего через ткани рентгеновского излучения используется рентгеновская пленка, люминисцирующий  экран, или газоразрядные детекторы (РД, РКТ), для фиксации отраженных ультразвуковых волн – ультразвуковой датчик (УЗИ), гамма или бета излучения регистрируется сцинтилляционным детектором (РНД),  радиоволны – приемником электромагнитного излучения радиочастотного спектра (МРТ), тепловое излучение – инфракрасной оптикой (МТГ). Почти во всех случаях для обработки и анализа полученных данных используется компьютерная техника.

Вопрос: Почему видимый свет не используется для лучевой диагностики?

Вопрос: Почему альфа излучение (корпускулярное) не может быть использовано для лучевой диагностики?

 

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

к заданию №2 по теме:

«Принципы получения медицинского диагностического изображения»

 

     При выполнении предыдущего задания нами были сделаны следующие выводы:

   1. Для лучевой диагностики применяются различные излучения, имеющие ряд общих свойств, позволяющих использовать их с диагностической целью.

    2. Все применяемые излучения обладают существенными отличиями в свойствах, благодаря которым они имеют уникальные, только для них свойственные диагностические возможности.

 

    Как вам известно, при всех заболеваниях возникает комплекс определенных нарушений нормальных анатомических и физиологических параметров, связанных с этиологией и патогенезом болезни.

    Диагностика это – выявление морфологических и функциональных изменений органа или системы органов, возникающих в результате заболевания.

   Морфологические изменения представляют собой нарушение одного, нескольких или всех следующих показателей: нормальных размеров,  формы, положения и структуры органа или их системы. Наиболее сложным и многогранным понятием является структура. Она может быть относительно простой (структура поверхности органа) или более сложной (тканевая, клеточная, молекулярная, атомарная, субатомарная структура и др.).

    Функциональные изменения разнообразны и специфичны для различных органов и систем. Они могут быть прямыми (непосредственное нарушение той или иной функции органа – ослабление или усиление ее) и косвенными или опосредованными (нарушение функционирования системы органов).

     Цель настоящего задания – определение принципиальных отличительных особенностей и диагностических возможностей различных методов ЛД при выявлении морфологических и функциональных изменений.

    Выполняя это задание, обращайте внимание на то, в какой мере тот или иной лучевой диагностический метод отображает особенности морфологии и функции органов и их систем.

   1.  Возьмите диагностическое изображение №1. Перед вами обзорная рентгенограмма органов грудной клетки (РД). Обратите внимание на то, как на снимке  отображаются ткани с различной плотностью. Найдите на снимке тени ребер, тень средостения, отметьте, как на рентгенограмме выглядит структура легочной ткани. Легкие, содержащие воздух в меньшей степени задерживают рентгеновские лучи и выглядят светлыми (на рентгенограмме, которая является негативом – темными). Ребра и ключицы, состоящие из плотного костного вещества, задерживают рентгеновские лучи значительно больше и выглядят темными (на рентгенограмме-негативе – светлыми). Большое по объему средостение также интенсивно задерживает рентгеновские лучи. Мягкие ткани, занимающие по плотности среднее положение между ребрами и легкими, выглядят на снимке серыми.

    Возьмите диагностическое изображение №2. Это рентгенограмма черепа в боковой проекции (РД). Определите на снимке известные вам анатомические образования. Обратите внимание на то, как выглядит на снимке костная структура и  структура мягких тканей.

    Вопрос: Почему на этих рентгенограммах хорошо видна костная структура и плохо определяется структура мягких тканей?

    Вопрос: Можно ли по рентгенограмме  точно определить размеры и форму кости?

    Вопрос: Какие патологические процессы, на ваш взгляд, лучше всего могут быть диагностированы с помощью рентгенодиагностического метода?

 

    2. Возьмите диагностическое изображение №3. Перед вами рентгеновская компьютерная томограмма головного мозга (РКТ). Отметьте ее основные отличия от рентгеновского снимка черепа. Обратите внимание на то, каким образом при этом визуализируется структура головного мозга. Можно ли по данным этого исследования оценить размеры, форму, положение и структуру анатомических образований? Найдите на компьютерных томограммах, представляющих собой изображение поперечного среза, те же анатомические структуры, что и на рентгенограмме черепа. Обратите внимание на то, что благодаря большей чувствительности приемника рентгеновского излучения, этот метод дает возможность визуализировать те анатомические образования, которые минимально отличаются по плотности и поэтому не видны на рентгенограммах.

    Вопрос: В чем общая особенность всех рентгенодиагностических изображений?

 

3. Изображение №4 – это сцинтиграмма щитовидной железы – радионуклидное диагностическое изображение, полученное в результате накопления тканью железы введенного радиофармацевтического препарата.

В чем принципиальные отличия этого изображения от предыдущих? Обратите внимание на то, как при этом исследовании визуализируются размеры, форма, положение органа, его структура, правая и левая доли железы, перешеек. Отметьте, что различные участки щитовидной железы, в которых отличается степень накопления радиофармацевтического препарата, имеют на скенограмме разный цвет и частоту штриховки.

    Вопрос: Какие патологические процессы на ваш взгляд можно диагностировать с помощью этого метода?

    Вопрос: В чем принципиальное отличие отображения структуры органа от предыдущих методов?

    Вопрос: Для оценки, какой составляющей патологических изменений (морфологии или функции) рассчитана радионуклидная диагностика?

 

4. Возьмите диагностическое изображение №5. Перед вами ультрасонограмма почки (изображение, полученное при ультразвуковом исследовании почек (УЗИ). Определите на этом изображении знакомые вам анатомические детали строения почки, оцените ее форму, размеры, капсулу, корковое и мозговое вещество, чашечно-лоханочный комплекс. Ткани, имеющие большее акустическое сопротивление в большей степени отражают ультразвуковые волны и имеют на сонограмме более яркое, чем окружающие ткани изображение. Таким образом, при УЗИ отображаются те структуры, которые отличаются не по плотности, а по звукопроводности. Благодаря этому можно получить изображение тех органов, которые не видны на рентгенограммах (щитовидная железа, поджелудочная железа, печень, сердечнососудистая система и др.).

Вопрос:  В чем его принципиальное отличие ультразвукового изображения от рентгеновского и радионуклидного?

 

5. Диагностическое изображение №6 представляет собой магнитно-резонансную томограмму (МРТ). Это изображение получено за счет того, что в определенных физических условиях, под воздействием внешнего магнитного поля, атомы, входящие в состав тканей и имеющие нечетное количество протонов и электронов становятся источником электромагнитного излучения радиочастотного спектра. Это явление называется ядерно-магнитный резонанс (ЯМР). Обратите внимание на то, как на этом изображении определяются мягкие ткани головного мозга, других структур ЦНС, мягкие ткани другого происхождения. Оцените возможность определения с помощь этого метода размеров, формы, положения и структуры органов. Сравните изображение № 6 с рентгеновской компьютерной томограммой и рентгенограммой черепа. В чем различия этих изображений?

    Вопрос: Чем отличается отображение структуры при МРТ?

    Вопрос: Почему при этом методе хорошо визуализируются мягкие ткани и хуже костная структура?

6. Диагностическое изображение №7 – медицинская термограмма. Изображение построено на основе регистрации собственного инфракрасного излучения тела. Определите, какой орган отображен на термограмме, и оцените состояние температурной структуры этого органа (термотопографии).

     Вывод: Таким образом, отличия физических свойств излучений, используемых при лучевой диагностике, определяют особенности каждого из методов ЛД, делая их уникальными и незаменимыми в полной мере. Исходя из этого, становится ясно, что диагностические возможности различных методов ЛД необходимо использовать в комплексе, на основе закономерного сочетания. Закономерности комплексного использования методов лучевой диагностики зависят как от их диагностических возможностей, которые, как вы уже поняли, основаны на физических свойствах излучений,  так и от морфологических и функциональных особенностей того или иного заболевания. 

ПРЕДМЕТЫ

О НАС

«Dendrit» - портал для студентов медицинских ВУЗов, включающий в себя собрание актуальных учебных материалов (учебники, лекции, методические пособия, фотографии анатомических и гистологических препаратов), которые постоянно обновляются по ходу учебного процесса в ЯГМУ.