ЛУЧЕВАЯ ДИАГНОСТИКА

Под редакцией Б.Н. Сапранова

Авторский коллектив:

И.И. Желудова, А.А. Зеленин,

Н.П. Кузнецов, Н.М. Петров,

Б.Н.Сапранов

Учебное пособие к практическим занятиям

для студентов медвузов

Ижевск 2010 г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Часть I. Общие вопросы лучевой диагностики

Глава 1. Методы лучевой диагностки

Глава 2. Основы радиобиологии

Глава 3. Правила радиационной безопасности

Часть II. Частная лучевая диагностика

Глава 1. Радиология костно-суставной системы

Глава 2. Радиология дыхательной системы

Глава 3. Радиология сердечно-сосудистой системы

Глава 4. Радиология пищеварительной системы

Глава 5. Радиология мочеполовой системы

Глава 6. Радиология зубочелюстной системы

Глава 7. Радиология эндокринной системы

Глава 8. Радиология нервной системы

Часть Ш. Интервенционная радиология

Предисловие

Лучевая диагностика и лучевая терапия являются составными частями медицинской радиологии – областью медицины, изучающей диагностическое и терапевтическое применение проникающего излучения. Она сформировалась к началу 80-х годов прошлого века, возникнув на стыке многих наук: ядерная физика, квантовая электроника, биофизика, радиобиология, радиационная гигиена, нормальная и патологическая анатомия, нормальная и патологическая физиология. Кроме лучевой диагностики (медицинская визуализация) и лучевой терапии (радиационная терапия), мединская радиология включает в себя радиологическую анатомию, радиобиологию, радиационную гигиену и интервенционную радиологию – раздел медицины, занимающийся терапией заболеваний под контролем проникающего излучения;

В настоящее время мы являемся свидетелями нового этапа в развитии медицинской радиологии, связанной с ее техническим перевооружением, организацией диагностических центров на основе лучевых методов исследования, использованием компьютерных технологий в лучевой диагностике и лучевой терапии, внедрением новых методов лучевого исследования и лучевой терапии: ультразвуковая диагностика (УЗД), радиоиммунный анализ (РИА), компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ). Лучевые методы диагностики используются абсолютно во всех разделах клинической медицины, играя в некоторых из них ведущую диагностическу роль (травматология, пульмонология, уронефрология, маммология). В сочетании с другими методами клинического обследованиями лучевые методы существенно помогают врачу в дифференциальной диагностике различных заболеваний, осуществляют эффективное лечение многих из них, облегчают наблюдение за эффективностью проводимого лечения, и даже успешно применяются в профилактической медицине, помогая распозновать ряд заболеваний на доклиническом этапе.

Лучевая терапия сегодня располагает большим набором источников квантового и корпускулярного излучений, а лучевые методы воздействия на злокачественную опухоль с помощью ионизирующих лучей стали важнейшей составной частью комплексного лечения онкологических больных. Поэтому лучевые терапевты работают в тесном контакте с онкологами, хирургами, химиотерапевтами.

С учетом возрастающей роли медицинской радиологии в практической медицине, предъявляются новые требования и к уровню профессиональной подготовки врача общей практики. Именно это обстоятельство, а также отсутствие доступных для студентов современных учебников побудило авторов настоящего пособия изложить читателю в популярной форме и, вместе с тем, с достаточной научной точностью общие и частные вопросы лучевой диагностики и лучевой терапии.

Авторы надеются, что изложенные в данном учебном пособии сведения помогут и врачу любой специальности более квалифицированно использовать возможности лучевых методов исследования и терапии при диагностике и лечении заболеваний человеческого организма.

Часть I. Общие вопросы лучевой диагностики.

Глава 1.

Методы лучевой диагностики.

1. Рентгенодиагностика.

2. Радионуклидная диагностика (РНД).

3. Ультразвуковое исследование (УЗИ).

4. Рентгеновская компьютерная томография (КТ).

5. Магнитно-резонансная томография (МРТ).

6. Тест-вопросы.

7. Литература.

Лучевая диагностика занимается применением различных видов проникающих излучений, как ионизационных, так и не ионизационных, с целью выявления заболеваний внутренних органов.

Лучевая диагностика в настоящее время достигает 100% применения в клинических методах обследования больных и состоит из следующих разделов: рентгенодиагностика (РДИ), радионуклидная диагностика (РНД), ультразвуковая диагностика (УЗД), компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная томография (МРТ). Порядок перечисления методов определяет хронологическую последовательность внедрения каждого из них в медицинскую практику. Удельный вес методов лучевой диагностики по данным ВОЗ на сегодня составляет: 50% УЗД, 43% РД (рентгенография легких, костей, молочной железы – 40%, рентгенологическое исследование желудочно-кишечного тракта – 3%), КТ – 3%, МРТ –2%, РНД-1-2%, ДСА (дигитальная субтракционная артериография) – 0,3%.

1. Рентгенодиагностика.

1.1. Принцип рентгенодиагностики заключается в визуализации внутренних органов с помощью направленного на объект исследования рентгеновского излучения, обладающего высокой проникающей способностью, с последующей регистрацией его после выхода из объекта каким-либо приемником рентгеновских лучей, с помощью которого непосредственно или опосредственно получается теневое изображение исследуемого органа.

1.2. Рентгеновские лучи являются разновидностью электромагнитных волн (к ним относятся радиоволны, инфракрасные лучи, видимый свет, ультрафиолетовые лучи, гамма-лучи и др.). В спектре электромагнитных волн они располагаются между ульрафиолетовыми и гамма-лучами, имея длину волны от 20 до 0,03 ангстрем (2-0,003 нм, рис. 1). Для рентгенодиагностики применяются самые коротковолновые рентгеновские лучи (так называемое жёсткое излучение) с длиной от 0,03 до 1,5 ангстрем (0,003-0,15 нм). Обладая всеми свойствами электромагнитных колебаний – распространение со скоростью света

(300000 км/сек), прямолинейность распространения, интерференция и дифракция, люминесцентное и фотохимическое действие, рентгеновское излучение имеет и отличительные свойства, которые и обусловили применение их в медицинской практике: это проникающая способность – на этом свойстве базируется рентгенодиагностика, и биологическое действие – составляющее сущность рентгенотерапия.. Проникающая способность помимо длины волн («жёсткости») зависит от атомного состава, удельного веса и толщины исследуемого объекта (обратная зависимость).

1.3. Рентгеновская трубка (рис. 2) является стеклянным вакуумным баллоном, в котором встроены два электрода: катод в виде вольфрамовой спирали и анод в виде диска, который при работе трубки вращается со скоростью 3000 оборотов в минуту. На катод подается напряжение до 15 в, при этом спираль нагревается и эмиссирует элекроны, которые вращаются вокруг нее, образуя облако электронов. Затем подается напряжение на оба эектрода (от 40 до 120 кВ), цепь замыкается и электроны со скоростью до 30000 км/сек летят к аноду, бомбардируя его. При этом кинетическая энергия летящих электронов превращается в два вида новой энергии – энергию рентгеновских лучей (до 1,5%) и в энергию инфракрасных, тепловых, лучей (98-99%).

Получаемые рентгеновские лучи состоят из двух фракций: тормозной и характеристической. Тормозные лучи образуются вследствие сталкивания летящих от катода электронов с электронами наружных орбит атомов анода, вызывая перемещение их на внутренние орбиты, результатом чего и является освобождение энергии в виде квантов тормозного рентгеновского излучения малой жёсткости. Характеристическая фракция получается вследствие проникновения элетронов до ядер атомов анода, результатом чего является выбивание квантов характеристического излучения.

Именно эта фракция, в основном, и используется для диагностических целей, так как лучи этой фракции более жёсткие, то есть обладают большой проникающей способностью. Долю этой фракции увеличивают, подавая более высокое напряжение на рентгеновскую трубку.

1.4. Рентгенодиагностический аппарат или, как сейчас принято обозначать, рентгенодиагностический комплекс (РДК) состоит из следующих основных блоков:

а) рентгеновский излучатель,

б) рентгеновское питающее устройство,

в) устройства для формирования рентгеновских лучей,

г) штатив(ы),

д) приемник(и) рентгеновских лучей.

Рентгеновский излучатель состоит из рентгеновской трубки и системы охлаждения, которая необходима для поглощения тепловой энергии, в большом количестве образующейся при работе трубки (иначе анод быстро разрушится). В качестве охлаждающих систем используется трансформаторное масло, воздушное охлаждение с помщью вентиляторов, или их сочетание .

Следующий блок РДК - рентгеновское питающее устройство, куда входят низковольтный трансформатор (для разогрева спирали катода необходимо напряжение 10-15 вольт), высоковольтный трансформатор (для самой трубки необходимо напряжение от 40 до 120 кВ), выпрямители (для эффективной работы трубки нужен постоянный ток) и пульт управления.

Устройства для формирования излучения состоят из алюминиевого фильтра, который поглощает «мягкую» фракцию рентгеновских лучей, делая его более однородным по жёсткости; диафрагмы, которая формирует рентгеновский пучок по размеру снимаемого органа; отсеивающей решётки, которая отсекает рассеянные лучи, возникающие в теле пациента, с целью улучшения резкости изображения.

Штатив(ы) служат для расположения пациента, а в ряде случаев и рентгеновской трубки.. Выделяют штативы предназначенные только для рентгенографии - рентгенографические, и универсальные, на которых можно проводить и рентгенографию, и рентгеноскопию.. В рентгенодиагностический комплекс может входить разное количество штативов – один, два, три, что определяется комплектацией РДК в зависимости от профиля ЛПУ.

Приемник(и) рентгеновских лучей. В качестве приемников применяют флюоресцирующий экран для просвечивания, рентгеновскую плёнку (при рентгенографии), усиливающие экраны (плёнка в кассете располагается между двумя усиливающими экранами), запоминающие экраны (для люминисцентной s. компьютерной рентгенографии), усилитель рентгеновского изображения - УРИ, детекторы (при использовании цифровых технологий).

1.5. Технологии получения рентгеновского изображения в настоящее время существуют в трёх вариантах:

прямая аналоговая,

непрямая аналоговая,

цифровая (дигитальная).

При прямой аналоговой технологии (рис. 3) рентгеновские лучи, идущие от рентгеновской трубки и проходя через исследуемую область тела, неравномерно ослабляются, так как по ходу рентгеновского пучка встречаются ткани и органы с различным атомным

и удельным весом и различной толщины. Попадая на простейшие приемники рентгеновских лучей - рентгеновскую пленку или флюоресцирующий экран, они формируют суммационное теневое изображение всех тканей и органов, попавших в зону прохождения лучей. Это изображение изучается (интерпретируется) или непосредственно на флюоросцерующем экране или на рентгеновской плёнке после её химической обработки. На этой технологии основаны классические (традиционные) методы рентгенодиагностики:

рентгеноскопия (флюороскопия за рубежом), рентгенография, линейная томография, флюорография.

Рентгеноскопия в настоящее время используется, в основном, при исследовании желудочно-кишечного тракта. Её достоинствами явлется а) изучение функциоальных характеристик исследуемого органа в масштабе реального времени и б) полное изучение его топографических характеристик, так как больного можно установить в разные проекции, вращая его за экраном. Существенными недостатками рентгеноскопии является высокая лучевая нагрузка на пациента и малая разарешающая способность, поэтому она всегда сочетается с рентгенографией..

Рентгенография является основным, ведущим методом рентгенодиагностики. Её достоинствами является: а) высокая разрешающая способность рентгеновского изображения (на рентгенограмме можно обнаружить патологические очаги размером в 1-2 мм), б) минимальная лучевая нагрузка, так как экспозиции при получении снимка составляют, в основном, десятые и сотые доли секунды, в) объективность получения информации, так как рентгенограмма может анализироваться и другими, более квалифицированными специалистами, г) возможность изучения динамики патологического процесса по рентгенограммам, сделанным в разные периода болезни, д) рентгенограмма является юридическим документом. К недостаткам рентгеновского снимка относят неполные топографические и функциоальные характеристики исследуемого органа.

Обычно при рентгенографии применяются две проекции, которые называют стандартными: прямая (передняя и задняя) и боковая (правая и левая). Проекция определяется придлежанием кассеты с плёнкой к поверхности тела. Например, если кассета при рентгенографии грудной клетки располагается у передней поверхности тела (в этом случае рентгеновская трубка будет располагаться сзади), то такая проекция будет называться прямой передней; если же кассета располагается вдоль задней поверхности тела, получается прямая задняя проекция. Помимо стандартных проекций существуют дополнительные (атипичные) проекции, которые применяются в тех случаях, когда в стандартных проекциях вследствие анатомо-топографических и скиалогических особенностей мы не можем получить полное представление об анатомических характеристиках исследуемого органа. Это косые проекции (промежуточные между прямой и боковой), аксиальная (при этом рентгеновский луч направляется вдоль оси туловища или исследуемого органа), тангенциальная (в этом случае рентгеновский луч направляют касательно к поверхности снимаемого органа). Так, в косых проекциях снимают кисти, стопы, крестцово-подвздошные сосчленения, желудок, двенадцатиперстную кишку и др., в аксиальной – затылочную кость, пяточную кость, молочную железу, органы малого таза и др., в тангенциальной – кости носа, скуловую кость, лобные пазухи и др.

Помимо проекций при рентгенодиагностике используют разные позиции пациента, что определяется методикой исследования или состоянием больного. Основной позицией является ортопозиция – вертикальное положение пациента при горизонтальном направлении рентгеновских лучей (применяется при рентгенографии и рентгеноскопии легких, желудка, при флюорографии). Другими позициями являются трохопозиция – горизонтальное положение пациента при вертикальном ходе рентгеновского пучка (применяется при рентгенографии костей, кишечника, почек, при исследовании пациентов в тяжелом состоянии ) и латеропозиция - горизонтальное положение пацикнта при горизонтальном же направлении рентгеновских лучей (применяется при специальных методиках исследования).

Линейная томография (рентгенография слоя органа, от tomos – слой) применяется для уточнения топографии, размеров и структуры патологического очага. При этом методе (рис. 4) в процессе рентгенографии рентгеновская трубка двигается над поверхностью исследуемого органа под углом 30, 45 или 60 градусов в течение 2-3 сек., а кассета с плёнкой в это же время двигается в противоположном направлении. Центром их вращения является выбранный слой органа на определённой глубине от его поверхности, глубина это

а

а

б

б

Рис. 4. Схема линейной томографии: а – точка вне исследуемого среза; б – точка на уровне исследуемого среза.

го слоя указывается при маркировке снимка в сантиметрах. Обычно выполяют две-три томограммы с шагом (расстояние между слоями) в 1-2 см.

Флюорография как метод рентгенологического обследования применяется для массового обследования здорового контингента населения с целью выявления скрыто текущих заболеваий. Обычно речь идёт о туберкулёзе и раке лёгкого, являющихся серьёзными, в прогностическом плане, заболеваниями, и, как правило, протекающие в начальных стадиях скрытно или под маской других заболеваний. При флюорографии в качестве приёмника лучей используют флюоресцирующий экран, изображение с которого снимается на крупноформатную фотопленку (70х70 или 100х100 мм) – флюороплёнку. В настоящее время аналоговая флюорография заменяется цифровой, что позволяет при меньшей лучевой нагрузке увеличить пропускную способность флюорографа. За одну рабочую смену методом флюорографии можно обследовать до 100-140 человек, тогда как при обычной рентгенографии за одну смену можно обследовать не более 20-25 человек.

При непрямой аналоговой технологии (рис. 5) рентгеновские лучи попадают в другой приёмник рентгеновских лучей – УРИ. В УРИ рентгеновсие лучи создают на входном экране УРИ электронное изображение. Электроны, возникающие на этом экране, с помо-

щ

ТВ монитор

Пленка

ью электро-магнитных линз ускоряются и фокусируются, создавая на выходном флюоресцирующем экране УРИ уменьшенное, но резко усиленное по яркости изображение, которое передается на электронно-лучевую трубку монитора, на экране которого и рассматривается врачом. В свою очередеь на экране телемонитора также можно усилить яркость и контрастность изображения. Это позволяется врачу проводить рентгеноскопию в условиях дневого света, Другим достоинством рентгеноскопии по непрямой аналоговой технологии, то есть с помощью УРИ, является возможность использования меньшей мощности рентгеновского пучка, что ведет к уменьшению лучевой нагрузки на пациента. Про-

свечивание с помощью УРИ называют рентгенотелевизионной скопией, и, помимо

исследования ЖКТ, оно применяется при проведении интервенционных методов радиологии, так как часть интервенционных манипуляций проводятся под контролём рентгенотелевизионного просвечивания.

При дигитальной (цифровой) технологии (рис. 6) рентгеновские лучи, пройдя через тело пациента, улавливаются детекторами, где они превращаются в электрические сигна

л ы. В качестве детекторов применяют пьезоматрицы, твердотельные кристаллы, фософорсодержащие запоминающие экраны, селеновые барабаны и др. Эти сигналы с помощью блока усиления усиливаются, а затем, с помощью блока АЦП (аналого-цифровой преобразователь), отцифровываются. Каждая цифра отражает степень ослабления интенсивности рентгеновских лучей от какого-то небольшого объёма объекта исследования - волюмена. Далее строится цифровое изображение исследуемого объекта в виде цифровой матрицы, то есть в виде числовых рядов и числовых колонок, в каждой ячейке которой записывается цифровое обозначение усиленного детектором сигнала. Это и будет цифровое (дигитальное)

изображение исследуемого объекта. Чтобы получить видимое изображение исследуемого объекта, с помощью ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь) цифры из рядов и колонок цифр преобразуются в матрицу видимых элементов изображения - пикселов, в которой каждому пикселу присваивается один из оттенков серой шкалы в виде точки. Эти точки оттенков серой шкалы выводятся на экран монитора, где они создают в целом теневую картину исследуемого объекта. Цифровая технология имеет ряд существенных преимуществ. Это, прежде всего, большая пропускная способность, так как высокая чувствительность детекторов (в 10-50 больше рентгеновской плёнки) требует применения меньших экспозиций при рентгенографии и исключает затраты времени на фотохимическую обработку плёнок. Это отсутствие ошибок при получении рентгеновского изображения, которые низбежны при получении аналогового изображения (например, неправильно выбранные режимы рентгенографии, дефекты при фотообработке плёнки и др. субъетивные факторы). Это более высокая информативность получаемого изображения. Так, человевеческий глаз обычно различает до 120 градаций серой шкалы (воможности аналоговых технологий), а компьютерная система, например в 12 байт, уже 4096. Это большой динамический диапозон (плёнка отражает разницу в плотности теневых изображений 1:20, а цифровая система – 1:200), что позволяет на одном изображении выделять различные по плотности структуры (ткани). Это и возможность проведения различных манипуляций с полученным изображением: субтракцию (вычитание) ненужных элементов изображения; точное определение размеров элементов изображения (при налоговых технологиях размеры всегда несколько искажённые); изменение контрастности оттенков серой шкалы; определение интенсивности пикселов (денситометрия). Важным достоинством является возможность компактное архивирование изображений в цифровой форме, то-есть на магнитных или электронных носителях, возможность передавать информацию через компьютерную сеть (телефон, спутник) другим специалистам, консультантам и т.д. Учитывая высокую чувствительность детекторов, при дигитальных технологиях имеется возможность получать снимки в ультракороткие промежутки времени, что уменьшает лучевую нагрузкой на пациента и персонал. Ещё одно преимущецифровой технологии – её высокая экономичность, так как нет необходимости использовать дорогостоящие расходные материалы - рентгеновскую плёнку (серебро!), фотореактивы, фотолабораторную технику.

Единственным недостатком цифровых технологий является, пока, меньшая разрешающая способность получаемого изображения в сравнении с аналоговой рентгенографией.

Помимо дигитальной рентгенографии, эта технология является основой таких методов, как остеоденситометрия (метод определения минеральной плотности костей), маммография, дигитальная флюорография, люминисцентная (компьютерная) рентгенография.