1. Природа и свойства ионизирующих и других электромагнитных и упругих колебаний в лучевой диагностике и лучевой терапии
 Скачать 386.5 Kb.
|
|
16.Ультразвуковое диагностическое исследование. Ультразвуковые волны относятся к числу неионизирующих излучений и в диапазоне, применяемом в диагностике, не вызывают существенных биологических эффектов. По средней интенсивности энергия их не превышает при использовании коротких импульсов 0,01 Вт/см2. Поэтому противопоказаний к исследованию не имеется. Сама процедура ультразвуковой диагностики непродолжительна, безболезненна, может многократно повторяться. Ультразвуковая установка занимает мало места, не требует никакой защиты. Она может быть использована для обследования как стационарных, так и амбулаторных больных. Таким образом, ультразвуковой метод — это способ дистантного определения положения, формы, величины, структуры и движений органов и тканей, а также патологических очагов с помощью ультразвукового излучения. Он обеспечивает регистрацию даже незначительных изменений плотности биологических сред. В ближайшие годы он, по всей вероятности, станет основным способом визуализации в диагностической медицине. В силу своей простоты, безвредности и эффективности он, в большинстве случаев, должен применяться на ранних этапах диагностического процесса. Для генерирования УЗ используются устройства, называемые УЗ-излучателями. Наибольшее распространение получили электромеханические излучатели, основанные на явлении обратного пьезоэлектрического эффекта. Обратный пьезоэффект заключается в механической деформации тел под действием электрического поля. Основной частью такого излучателя является пластина или стержень из вещества с хорошо выраженными пьезоэлектрическими свойствами (кварц, сегнетова соль, керамический материал на основе титаната бария и др.). На поверхность пластины в виде проводящих слоев нанесены электроды. Если к электродам приложить, переменное электрическое напряжение от генератора, то пластина благодаря обратному пьезоэффекту начнет вибрировать, излучая механическую волну соответствующей частоты. Источник и приемник ультразвукового излучения Ультразвуковую диагностику осуществляют с помощью ультразвуковой установки. Она представляет собой сложное и вместе с тем достаточно портативное устройство, выполняется в виде стационарного или передвижного аппарата. Для генерирования УЗ используют устройства, называемые УЗ-излучателями. Источник и приемник (датчик) ультразвуковых волн в такой установке — пьезокерамическая пластинка (кристалл), размещенная в антенне (звуковом зонде). Эта пластинка — ультразвуковой преобразователь. Переменный электрический ток меняет размеры пластинки, возбуждая тем самым ультразвуковые колебания. Применяемые для диагностики колебания обладают малой длиной волны, что позволяет формировать из них узкий пучок, направляемый в исследуемую часть тела. Отраженные волны воспринимаются той же пластинкой и преобразуются в электрические сигналы. Последние поступают на высокочастотный усилитель и далее обрабатываются и выдаются пользователю в виде одномерного (в форме кривой) или двухмерного (в форме картинки) изображения. Первое называют эхограммой, а второе — ультрасонограммой (сонограммой) или ультразвуковой сканограммой. Все ультразвуковые установки, кроме основанных на эффекте Допплера, работают в режиме импульсной эхолокации: излучается короткий импульс и воспринимается отраженный сигнал. В зависимости от задач исследования употребляют различные виды датчиков. Часть из них предназначена для сканирования с поверхности тела. Другие датчики соединены с эндоскопическим зондом, их используют при внутриполостном исследовании, в том числе в комбинации с эндоскопией (эндосонография). Эти датчики, а также зонды, созданные для ультразвуковой локации на операционном столе, допускают стерилизацию. По принципу действия все ультразвуковые приборы делят на две группы: эхоимпульсные и допплеровские. Приборы первой группы служат для определения анатомических структур, их визуализации и измерения. Приборы второй группы позволяют получать кинематическую характеристику быстро протекающих процессов — кровотока в сосудах, сокращений сердца. Однако такое деление условно. Существуют установки, которые дают возможность одновременно изучать как анатомические, так и функциональные параметры. Объект ультразвукового исследования Благодаря своей безвредности и простоте ультразвуковой метод может широко применяться при обследовании населения во время диспансеризации. Он незаменим при исследовании детей и беременных. В клинике он используется для выявления патологических изменений у больных людей. Для исследования головного мозга, глаза, щитовидной и слюнных желез, молочной железы, сердца, почек, беременных со сроком более 20 нед. специальной подготовки не требуется. Больного исследуют при разном положении тела и разном положении ручного зонда (датчика). При этом врач обычно не ограничивается стандартными позициями. Меняя положение датчика, он стремится получить возможно полную информацию о состоянии органов. Кожу над исследуемой частью тела смазывают хорошо пропускающим ультразвук средством для лучшего контакта (вазелином или специальным гелем). Методы ультразвукового исследования Наибольшее распространение в клинической практике нашли три метода ультразвуковой диагностики: одномерное исследование (эхография), двухмерное исследование (сканирование, сонография) и допплерография. Все они основаны на регистрации отраженных от объекта эхосигналов. 1) Эхография одномерная В свое время термином "эхография" обозначали любое ультразвуковое исследование, но в последние годы им называют главным образом способ одномерного исследования. Различают два его варианта: А-метод и М-метод. При А-методе датчик находится в фиксированном положении для регистрации эхосигнала в направлении излучения. Эхосигналы представляются в одномерном виде, как амплитудные отметки на оси времени. Одномерный метод дает информацию о расстояниях между слоями тканей на пути ультразвукового импульса. А-метод завоевал прочные позиции в диагностике болезней головного мозга, органа зрения, сердца. В клинике нейрохирургии его используют под названием эхоэнцефалографии для определения размеров желудочков мозга и положения срединных диэнцефальных структур. Смещение или исчезновение пика, соответствующего срединным структурам, свидетельствует о наличии патологического очага внутри черепа (опухоль, гематома, абсцесс и др.). Тот же метод под названием "эхоофтальмография" применяют в клинике глазных болезней для изучения структуры глазного яблока, помутнения стекловидного тела, отслойки сетчатки или сосудистой оболочки, для локализации в орбите инородного тела или опухоли. В кардиологической клинике с помощью эхокардиографии оценивают структуру сердца. Но здесь используют разновидность А-метода — М-метод (от англ. motion — движение). При М-методе датчик тоже находится в фиксированном положении. Амплитуда эхосигнала при регистрации движущегося объекта (сердца, сосуда) меняется. Если смещать эхограмму при каждом последующем зондирующем импульсе на малую величину, то получается изображение в виде кривой, называемое М-эхограммой. Принцип М-метода состоит в том, что возникающие в датчике импульсы электрического тока передаются в электронный блок для усиления и обработки, а затем выдаются на электронно-лучевую трубку видеомонитора (эхокардиоскопия) или на регистрирующую систему — самописец (эхокардиография). 2) Ультразвуковое сканирование (сонография) Ультразвуковое сканирование позволяет получать двухмерное изображение органов. Этот метод известен также под названием В-метод (от англ. bright -яркость). Сущность метода заключается в перемещении ультразвукового пучка по поверхности тела во время исследования. Этим обеспечивается регистрация сигналов одновременно или последовательно от многих точек объекта. Получаемая серия сигналов служит для формирования изображения. Оно возникает на экране индикатора и может быть зафиксировано на поляроидной бумаге или пленке. Это изображение можно изучать глазом, а можно подвергнуть математической обработке, определяя размеры: площадь, периметр, поверхность и объем исследуемого органа. Большинство ультразвуковых установок позволяет производить сканирование пучком волн относительно большого диаметра и с большой частотой кадров в секунду, когда время перемещения ультразвукового луча намного меньше периода движения внутренних органов. Это обеспечивает прямое наблюдение по экрану индикатора за движениями органов (сокращениями и расслаблениями сердца, дыхательными перемещениями органов и т. д.). Про такие исследования говорят, что их проводят в режиме реального времени (исследование "в реальном масштабе времени"). 3) Допплерография Допплерография - метод ультразвукового диагностического исследования, основанный на эффекте Допплера. Эффект Допплера - это изменение частоты ультразвуковых волн, воспринимаемых датчиком, происходящее вследствие перемещения исследуемого объекта относительно датчика. Существует два вида допплерографических исследований -непрерывный и импульсный. При первом генерация ультразвуковых волн осуществляется непрерывно одним пьезокристаллическим элементом, а регистрация отраженных волн выполняется другим. В электронном блоке прибора производится сравнение двух частот ультразвуковых колебаний: направленных на больного и отраженных от него. По сдвигу частот этих колебаний судят о скорости движения анатомических структур. Анализ сдвига частот может производиться акустическим способом или с помощью самописцев. Непрерывная допплерография — простой и доступный метод исследования. Он наиболее эффективен при высоких скоростях кровотока, которые возникают, например, в местах сужения сосудов. Однако у этого метода имеется существенный недостаток. Изменение частоты отраженного сигнала происходит не только из-за движения крови в исследуемом сосуде, но и из-за любых других движущихся структур, которые встречаются на пути падающей ультразвуковой волны. Таким образом, при непрерывной допплерографии определяется суммарная скорость движения этих объектов. От указанного недостатка свободна импульсная допплерография. Она позволяет измерять скорость в заданном врачом участке контрольного объема. Размеры этого объема невелики - всего несколько миллиметров в диаметре, а его положение может произвольно устанавливаться врачом в соответствии с конкретной задачей исследования. В некоторых аппаратах скорость кровотока можно определять одновременно в нескольких контрольных объемах - до 10. Такая информация отражает полную картину кровотока в исследуемой зоне тела пациента. Укажем, кстати, что изучение скорости кровотока иногда называют ультразвуковой флюориметрией. Результаты импульсного допплерографического исследования могут быть представлены врачу тремя способами: в виде количественных показателей скорости кровотока, в виде кривых и аудиально, т. е. тональными сигналами на звуковом выходе. Звуковой выход позволяет на слух дифференцировать однородное, правильное, ламинарное течение крови и вихревой турбулентный кровоток в патологически измененном сосуде. При записи на бумаге ламинарный кровоток характеризуется тонкой кривой, тогда как вихревое течение крови отображается широкой и неоднородной кривой. Наибольшими возможностями отличаются установки для двухмерной допплерографии в реальном времени. Они обеспечивают выполнение особой методики, которая получила название ангиодинографии. В этих установках путем сложных электронных преобразований добиваются визуализации кровотока в сосудах и в камерах сердца. При этом кровь, движущаяся к датчику, окрашена в красный цвет, а от датчика — в синий. Интенсивность цвета возрастает с увеличением скорости кровотока. Маркированные (кодированные) цветом двухмерные сканограммы получили название ангиодинограмм. Допплерографию используют в клинике для изучения формы, контуров и просветов кровеносных сосудов. Фиброзная стенка сосуда является хорошим отражателем ультразвуковых волн и поэтому четко видна на сонограммах. Это позволяет обнаружить сужения и тромбоз сосудов, отдельные атеросклеротические бляшки в них, нарушения кровотока, определить состояние коллатерального кровообращения. Особое значение в последние годы приобретает сочетание сонографии и допплерографии (так называемая дуплексная сонография). При ней получают как изображение сосудов (анатомическая информация), так и запись кривой кровотока в них (физиологическая информация). Возникает возможность прямого неинвазивного исследования для диагностики окклюзионных поражений различных сосудов с одновременной оценкой кровотока в них. Таким образом следят за кровенаполнением плаценты, сокращениями сердца у плода, за направлением кровотока в камерах сердца, определяют обратный ток крови в системе воротной вены, вычисляют степень стеноза сосуда и т. д. 19. Ультразвуковое диагностическое исследование (источник излучения, объект, приемник излучения). Ультразвуковые допплеровские методы исследования. Физико-технические основы в предыдущих вопросах Допплерография: основана на эффекте Допплера (по имени австрийского физика). Этот эффект состоит в изменении длины волны (или частоты) при движении источника волн относительно принимающего их устройства. Характерен для любых волн. При приближении к приемнику длина волны уменьшается, при удалении – увеличивается. Непрерывная допплерография – проста, доступна. Эффективна при высоких скоростях движениях крови, н-р в местах сужения сосудов. Недостаток: частота отраженного сигнала изменяется не только вследствие движения крови, но и из-за любых других движущихся структур, которые встречаются на пути падающей УЗ-волны. Т.е. при такой допплерографии определяется суммарная скорость движения этих объектов. Импульсная ДГ – позволяет измерить скорость в заданном участке контрольного объема. Основана на периодическом излучении серий импульсов ультразвуковых волн, которые, отразившись от эритроцитов, последовательно воспринимаются тем же датчиком. Размеры контрольного объема – несколько мм в d, положение можно установить произвольно. Результаты – 3 способами: в виде количественных показателей скорости кровотока, в виде кривых и аудиально. Цветное допплеровское картирование (УЗ-ангиорафия) – основано на кодировании в цвете среднего значения допплеровского сдвига излучаемой частоты. Кровь к датчику – красная, от датчика – синяя. Чем больше скорость кровотока, тем больше интенсивность. Иногда для усиления контрастирования – в кровь перфузат с микрочастицами, имитирующими эритроциты. Ограничение методики - невозможность получения изображения мелких кровеносных сосудов с малой скоростью кровотока. Энергетический допплер – в цвете кодируется интеграл амплитуд всех эхосигналов допплеровского спектра. Можно получить изображение сосуда на большем протяжении, визуализировать сосуды небольшого диаметра. На ангиограммах отражается плотность эритроцитов в заданном объеме. По энергетическимдопплерограммам невозможно судить ни о направлении, ни о характере, ни о скорости кровотока. Возможности цветового допплеровского картирования и энергетического допплера объединены в методике конвергентной цветовой допплерографии. Тканевыйдопплер – основан на визуализации тканевых нативных гармоник. Они возникают как доп. Частоты при распространении волнового сигнала в матер.среде, являются составной частью этого сигнала и кратны его основной частоте. Дуплексная сонография = допплер + сонография. Получают изображение сосудов и запись кривой тока в них. Возникает возможность прямого неинвазивного исследования с целью диагностики окклюзионных поражений различных сосудов с одновременной оценкой кровотока в них. Трехмерное допплеровское картирование и трехмерная энергетическая допплерография- это методики, дающие возможность наблюдать объемную картину пространственного расположения кровеносных сосудов в режиме реального времени в любом ракурсе, что позволяет с высокой точностью оценивать их соотношение с различными анатомическими структурами и патологическими процессами, в том числе со злокачественными опухолями. 20. Ультразвуковое диагностическое исследование (источник излучения, объект, приемник излучения). Современные УЗ-методы исследования. Физико-технические основы в предыдущих вопросах Эндоскопическая сонография: УЗ-датчик закрепляют на конце световода, вводимого в полость исследуемого органа. Предварительно вводят 100 мл воды для улучшения визуализации стенки органа. Удается получить изображение стенки органа на всю ее глубину, установить наличие в ней пат.изменений, в первую очередь опухолей, и степень их распространения. Допплеровские методы - выше 21. Магнитно-резонансный способ лучевого исследования (источник излучения, объект, приемник излучения). Основан на явлении ядерно-магнитного резонанса. Если тело в постоянном магнитном поле облучить внешним переменным магн.полем, частота которого равна частоте перехода между энергетическими уровнями ядер атомов, то ядра начнут переходить в вышележащие квантовые состояния. При прекращении воздействия переменного электромагнитного поля возникает резонансное выделение энергии. МР-исследование основано на способности ядер некоторых атомов вести себя как магнитные диполи (1Н, 13С, 19F и 31Р). Современные МР-томографы настроены на атомы водорода. Протон постоянно вращается, поэтому вокруг него тоже создается магнитное поле, имеющее магнитный момент = спин. При помещении вращающегося протона в магнитное поле возникает прецессирование протона (движение оси вращения протона , при котором она описывает круговую коническую поверхность наподобие оси волчка). Дополнительное радиочастотное поле действует в виде импульса (более короткий поворачивает протон на 90град., более длинный – на 180). Когда импульс заканчивается, протон возвращается в исходное положение ( наступает его релаксация), ч то сопровождается излучением порции энергии. Каждый элемент объема исследуемого объекта за счет релаксации в нем протонов возбуждает МР-сигналы в приемной катушке вне объекта. МР-характеристики: Плотность протонов – характеризуется амплитудой зарегистрированного сигнала Время Т1 = спин-решетчатая = продольная релаксация Время Т2= спин-спиновая = поперечная релаксация 2 и 3 зависят от многих факторов (молек.структуры вещества, температуры, вязкости и т.д.) Система для МРТ состоит из сильного магнита, создающего статическое магн.поле. Магнит полый, в нем туннель , где лежит пациент. Для радиоволнового возбуждения ядер водорода допонительно устанавливают высокочастотную катушку, которая одновременно служит для приема сигнала релаксации. С помощью спец. Градиентных катушек накладывается доп.магн.поле, кот. служит для кодирования МР-сигнала от пациента, в частности оно задает уровень и толщину выделяемого слоя. При воздействии радиочастотных импульсов на прецессирующие в магн.поле протоны происходят их резонансное возбуждение и поглощение энергии. Приэтот резонансная частота пропорциональна силе приложенного статического поля. После окончания импульса происходит релаксация импульса, сопровождающаяся выделением энергии в виде МР-сигнала. Этот сигнал подается на ЭВМ для анализа. МР-томографы по напряженности статич.магн.поля: С ультраслабым полем – ниже 0,02 Т Со слабым полем 0,1-0,5 Т Средним полем – 0,5-1 Т С сильным полем – свыше 1 Т |