Медицинская радиология. Л. Д. Линденбратена защищено 20 докторских и кандидатских диссертаций
 Скачать 10.64 Mb.
|
Рве. 11.42. Цветное картирование нормальной почки в режиме энергетического допплера- 132 PHC. 11.43. Ультразвуковая ангиограмма (цветная допплерограмма) подчелюстного лимфатического узла, пораженного метастазом рака. Четко видны сосуды опухоли. Рис. И. Изображение сердца в фазах диастолы (аи систолы (б) при исследовании в режиме тканевого допплера. дополнительные частоты при распространении волнового сигнала в материальной среде, являются составной частью этого сигнала и кратны его основной (фундаментальной) частоте. Регистрируя только тканевые гармоники (без основного сигнала, удается получить изолированное изображение сердечной мышцы без изображения содержащейся в полостях сердца крови. Подобная визуализация сердечной мышцы, выполненная в фиксированные фазы сердечного цикла — систолу и диастолу, позволяет неинва- зивным путем оценить сократительную функцию миокарда (рис. 11.44). 133 Рис. 11.41. Допплсрограмма брюшной аорты (поперечное сканирование. Аневризма аорты. Рис. 11.42. Цветное картирование нормальной почки в режиме энергетического допплера. 132 Рис. 11.43. Ультразвуковая ангиограмма (цветная допплерограмма) подчелюстного лимфатического узла, пораженного метастазом рака. Четко видны сосуды опухоли. Рис. 11.44. Изображение сердца в фазах диастолы (аи систолы (б) при исследовании в режиме тканевого долплера. дополнительные частоты при распространении волнового сигнала в материальной среде, являются составной частью этого сигнала и кратны его основной (фундаментальной) частоте. Регистрируя только тканевые гармоники (без основного сигнала, удается получить изолированное изображение сердечной мышцы без изображения содержащейся в полостях сердца крови. Подобная визуализация сердечной мышцы, выполненная в фиксированные фазы сердечного цикла — систолу и диастолу, позволяет неинва- зивным путем оценить сократительную функцию миокарда (рис. 11.44). 133 Большие диагностические возможности открываются перед ультразвуковым методом исследования при сочетанном применении соногра- фии и допплерографии — так называемая дуплексная сонография. При ней получают как изображение сосудов (анатомическая информация), так и запись кривой тока в них (физиологическая информация. Возникает возможность прямого неинвазивного исследования с целью диагностики окклюзионных поражений различных сосудов с одновременной оценкой кровотока в них. Таким образом следят за кровенаполнением плаценты, сокращениями сердца у плода, направлением кровотока в камерах сердца, определяют обратный ток крови в системе воротной вены, вычисляют степень стеноза сосуда. Логическим итогом совместного развития двух методов исследования ультразвукового и эндоскопического — стала эндоскопическая сонография (рис. 11.45). При ней ультразвуковой датчик закрепляют на конце световода, вводимого в полость исследуемого органа, например желудка или кишечника. Предварительно в исследуемую полость вводят около 100 мл воды, что улучшает визуализацию стенки органа. При этом удается не только получить изображение стенки органа на всю ее глубину, но и установить наличие в ней патологических изменений, в первую очередь опухолей, и степень их распространения. Данные ультразвукового исследования (сонография) анализируют с учетом анамнеза и клинической картины болезни ив соответствии с общей схемой изучения лучевых изображений (см. с. 159). Что же касается конкретных деталей, то первоначально определяют тип сканограммы (линейная, секторная) и положение датчика (оно указано на сонограмме специальной меткой. Затем устанавливают проекцию, в которой выполнено исследование, и элементы сканограммы: координатную сетку, изображение различных структур. Потом тщательно оценивают положение, форму и размеры исследуемого органа. Большинство мягкотканных органов (щитовидная железа, печень, почки и т.д.) вырисовываются на сканограммах как темные поля, в которых в виде светлых полосок выделяются сигналы от элементов стромы (кровеносных сосудов, желчных протоков и др.). При развитии в органе неоднородных по отношению к паренхиме структур на сонограммах появляются светлые сигналы от них в виде штрихов, очагов, разнообразных полос. Весьма демон- Рис. П. Эндоскопическая сонограмма желудка слизистая оболочка (эхогенная); 2 глубокий слой слизистой оболочки (гипо- эхогенный); 3 — подслизистый слой (эхо- генный 4 — мышечная оболочка (гипоэхо- генная 5 — серозная оболочка и адвснти- циальный слой (эхогенный). 134 стративна картина кисты, заполненной жидкостью она обусловливает округлое однородное темное поле, окруженное светлым ободком плотной ткани. Если содержимое полости неоднородно (например, абсцесс с обрывками некротизировавшей ткани в гное, тона темном фоне полости обнаруживают светлые участки. Воспалительный инфильтрат выделяется как светлый участок неправильной формы с расплывчатыми контурами. Опухолевое образование, наоборот, чаще имеет более правильную форму и более резкие очертания. Самые яркие светлые очаги соответствуют конкремен- там. За ними иногда прослеживается длинная темная полоса — симптом кометы. При диффузных поражениях органа (распространенная инфильтрация, полнокровие, разрастание соединительной ткани) изображение его становится неоднородным — темные и светлые участки чередуются враз- личных сочетаниях. Чем плотнее ткань, тем светлее ее отображение. МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ Иногда физические принципы некоторых технологий, используемых человеком с большой эффективностью, настолько запутаны и туманны, что проходят многие годы, прежде чем люди четко осознают законы и npaeuiia, на которых эти технологии основаны. М.Х. Мескон, М. Альберт, ф. Хедоури (Основы менеджмента М Дело, История создания магнитно-резонансной томографии (МРТ) весьма любопытна. В 1946 г. группы исследователей в Стэндфордском и Гарвардском университетах независимо друг от друга открыли явление, которое было названо ядерно-магнитным резонансом (ЯМР. Суть его состояла в том, что ядра некоторых атомов, находясь в магнитном поле, под действием внешнего электромагнитного поля способны поглощать энергию, а затем испускать ее в виде радиослгнала. За это открытие F.BIoch ив г. были удостоены Нобелевской премии. Новый феномен вскоре научились использовать для спектрального анализа биологических структур (ЯМР-спектроскопия). В 1973 г. Пауль Лаутербур впервые показал возможность получать изображения с помощью ЯМР-сигналов: он представил изображение двух наполненных водой капиллярных трубочек. Так родилась ЯМР-томография, которая в дальнейшем получила название МРТ. Первые томограммы были продемонстрированы в 1982 г. на Международном конгрессе радиологов в Париже. МРТ основана на явлении ядерно-магнитного резонанса. Если тело, находящееся в постоянном магнитном поле, облучить внешним переменным магнитным полем, частота которого точно равна частоте перехода между энергетическими уровнями ядер атомов, то ядра начнут переходить в вышележащие по энергии квантовые состояния. Иными словами, наблюдается избирательное (резонансное) поглощение энергии электромагнитного поля. При прекращении воздействия переменного электромагнитного поля возникает резонансное выделение энергии (рис 11.46). 135 Рнс. 11.46. Принцип магнитно-резонансной томографии. Магнитно-резонансное исследование основано на способности ядер некоторых атомов вести себя как магнитные диполи Этими свойствами обладают ядра, которые содержат нечетное количество нуклонов и обладают магнитным моментом, в частности Ή, Си" Р Современные МР-томографы настроены на ядра водорода те. на протоны. Протон постоянно вращается. Следовательно, вокруг него тоже образуется магнитное поле, которое имеет магнитный момент, или спин. При помещении вращающегося протона в магнитное поле возникает прецесси- рование протона. Прецессией называется движение оси вращения протона, при котором она описывает круговую коническую поверхность наподобие оси вращающегося волчка. Например, в магнитном поле напряженностью Τ (тесла) резонансная частота протона равна 42,57 МГц. Обычно дополнительное радиочастотное поле действует в виде импульса, причем в двух вариантах более короткого, который поворачивает протон наиболее продолжительного, поворачивающего протон на Когда радиочастотный импульс заканчивается, протон возвращается вис- ходное положение (наступает его релаксация, что сопровождается излучением порции энергии. Каждый элемент объема исследуемого объекта (те. каждый воксел — от англ. volume — объем, cell — клетка) за счет релаксации распределенных в нем протонов возбуждает электрический ток («МР-сигналы») в приемной катушке, находящейся вне объекта Магнитно-резонансными характеристиками объекта служат 3 параметра плотность протонов, время Τι и время Т называют спин-решетчатой, или продольной, релаксацией, а Т — спин-спи- новой, или поперечной Амплитуда зарегистрированного сигнала характеризует плотность протонов или, что тоже самое, концентрацию элемента вис- следуемой среде. Что же касается времени Т, то они зависят от многих факторов (молекулярной структуры вещества, температуры, вязкости и др.). В принципе для МРТ можно использовать не только ядра водорода, но и ядра других атомов, способные генерировать МР-сигналы. Однако их концентрация в тканях значительно ниже, вследствие чего чувствительность метода и качество изображения ухудшаются. МРТ позволяет получить изображение любых слоев тела человека. Система для МРТ состоит из сильного магнита, создающего статическое магнитное поле. Магнит полый, в нем имеется туннель, в котором располагается пациент (рис. 11.47). Стол для пациента имеет автомати- 136 Рис. 11.47. Подготовка к исследованию на магнитно-резонансном томографе. ческую систему управления движением в продольном и вертикальном направлениях Для радиоволнового возбуждения ядер водорода дополнительно устанавливают высокочастотную катушку, которая одновременно служит для приема сигнала релаксации. С помощью спешишь- ных градиентных катушек накладывается дополнительное магнитное поле которое служит для кодирования МР-сигнала от пациента, в частности оно задает уровень и толщину выделяемого слоя полями 0.5 Τ и выше создаются на основе сверхпроводяших магнитов, работающих в условиях глубокого охлаждения жидким гелием. Добавим, что к размещению высокопольного МР-томографа в лечебном учреждении предъявляются очень строгие требования. Необходимы отдельные помещения, тщательно экранированные от внешних магнитных и радиочастотных полей. Обычно процедурная комната, где находится МР-томограф, заключена в металлическую сетчатую клетку (клетка Фарадея, поверх которой нанесен отделочный материал (пола, потолка, стен). Характер Μ Р-изображений определяется тремя факторами плотностью протонов (те. концентрацией ядер водорода, временем релаксации Τι (спин- решетчатой) и поперечной релаксации Τι (спин-спиновой). При этом основной вклад в создание изображения вносит анализ времени релаксации, а не протонной плотности. Так, серое и белое вещества головного мозга по концентрации воды различаются всего на 10 %, в то время как по продолжительности релаксации протонов в них — в 1,5 раза. Существует несколько способов получения МР-томограмм, различающихся порядком и характером генерации радиочастотных импульсов, методами компьютерного анализа МР-сигналов. Наибольшее распространение получили два способа. При использовании одного из них анализируют главным образом время релаксации Τι (взвешенное изображение. Различные ткани (серое и белое вещества головного мозга, цереброспинальная жидкость, опухолевая ткань, хрящ, мышцы и т.д.) имеют в своем составе протоны с разным временем релаксации Т. От продолжительности Т, зависит величина МР-сигнала: чем короче Τι, тем сильнее МР-сигнал и светлее данное место изображения на дисплее. Жировая ткань на МР-томограммах белая, менее светлое изображение дают головной и спинной мозг, плотные внутренние органы, сосудистые стенки и мышцы. Воздух, кости, кальцификаты практически не дают МР-сигнала, поэтому их (ШораженИя"черного цвета. Т, мозговой ткани также неоднородное белого и серого веше'ства'шчо""разное. Τι опухолевой ткани отличается от Τι одноименной нормальной ткани. Указанные различия во времени релаксации Т, создают предпосылки для визуализации нормальных и измененных тканей на МР-томограммах. При другом способе МРТ интенсивность ответного сигнала зависит от продолжительности Т (Т 2 -взвешенное изображение чем короче Тг, тем слабее сигнал и, следовательно, ниже яркость свечения экрана дисплея (рис. При МРТ можно применять искусственное контрастирование тканей. С этой целью используют химические вещества, обладающие магнитными свойствами и содержащие ядра с нечетным числом протонов и нейтронов, например соединения фтора, или же парамагнетики, которые изменяют время релаксации воды и тем самым усиливают контрастность изображения на МР-томограммах. Одним из наиболее распространенных контрастных веществ, используемых в МРТ, является соединение гадолиния GdDTPA. МРТ — исключительно ценный метод исследования. Она позволяет получать изображение тонких слоев тела человека в любом сечении (рис. 11.49) фронтальном, сагиттальном, аксиальном (как известно, при рентгеновской компьютерной томографии, за исключением спиральной КТ, может быть использовано только аксиальное сечение. Исследование необременительно для больного, абсолютно безвредно, не вызывает осложнений На МР-томограммах лучше, чем на рентгеновских компьютерных томограммах, отображаются мягкие ткани мышцы, хрящи, жировые прослойки. При МРТ можно получать изображение сосудов, не вводя в них контрастное вещество. С помощью специальных алгоритмов и подбора радиочастотных импульсов современные высокопольные МР-томогра- фы позволяют получать двухмерное и трехмерное (объемное) изображения сосудистого русла — магнитно-резонансная ангиография (рис. 11.50, Крупные сосуды и их разветвления среднего калибра удается достаточно четко визуали- зировать на МР-томограммах без дополнительного введения контрастного вещества. Для получения изображения мелких сосудов дополнительно вводят препараты гадолиния. Разработаны ультравысокоско- ростные МР-томографы, позволяющие наблюдать движение сердца и крови в его полостях и сосудах и получать матрицы повышенной разрешающей способности для визуализации очень тонких слоев. С целью предотвращения развития у пациентов клаустрофобии (боязни закрытых пространств) освоен выпуск так называемых открытых МР- томографов (рис. 11.52). В них нет длинного магнитного туннеля, а постоянное магнитное поле создается путем размещения магнитов сбоку от больного. Подобное конструктивное решение не только позволило избавить пациента от необходимости длительное время находиться в относительно замкнутом пространстве, но и создало предпосылки для проведения инструментальных вмешательств под контролем МРТ (см. следующий раздел). При направлении на МРТ следует учитывать некоторые ограничения применения этого метода. В частности, препятствием для проведения дан- 139 Рнс. П. Магнитно-резонансные томограммы головного мозга, выполненные на основе измерения Τι аи. Большая опухоль в правой теменной области. a б Рис. 11.49. Магнитно-резонансные томограммы различных органов Рис. 11.50. Магнитно-резонансная ангиограмма головного мозга. ного исследования служит наличие металлических инородных тел в тканях пациента (металлические клипсы после операции, водители сердечного ритма, электрические нейростимуляторы). Кроме того, МРТ не проводят впервые мес беременности. МР-спектроскопия, как и МРТ, основана на явлении ядерно-магнитного резонанса. Обычно исследуют резонанс ядер водорода, реже — углерода, фосфора и других элементов. Сущность метода состоит в следующем. Исследуемый образец ткани или жидкости помешают в стабильное магнитное поле напряженностью около 10 Т. На образец воздействуют импульсными радиочастотными колебаниями. Изменяя напряженность магнитного поля, создают резонансные условия для разных элементов в спектре магнитного резонанса. Возникающие в образце МР- сигналы улавливаются катушкой приемника излучений, усиливаются и передаются в компьютер для анализа. Итоговая спектрограмма имеет вид кривой, для получения которой по оси абсцисс откладывают доли (обычно миллионные) напряжения приложенного магнитного поля, а по оси ординат — значения амплитуды сигналов. Интенсив- 141 Рис. 11.51. Магнитно-резонансная ангиограмма дуги аорты и брахи- цефальных сосудов (трехмерная реконструкция изображения Рис. 11.53. Магнитно-резонансная спектрограмма головного мозга и схема к ней. 142 Рис. И. Открытый магнитно-резонансный томограф ность и форма ответного сигнала зависят от плотности протонов и времени релаксации. Последняя определяется местоположением и взаимоотношением ядер водорода и других элементов в макромолекулах Разным ядрам свойственны различные частоты резонанса поэтому МР-спектроскопия позволяет получить представление о химической и пространственной структуре вещества. С ее помощью можно определить структуру биополимеров, липидный состав мембран и их фазовое состояние, проницаемость мембран. По виду МР-спектра удается дифференцировать зрелые и незрелые опухолевые клетки, оксигенированные и гипоксические ткани, свободную и связанную воду в протоплазме клеток, получить другие важные для биологии и медицины сведения. Исключительный интерес представляет прижизненная МР-спектроско- пия (МР-спектрография) тканей человеческого тела. Для ее проведения используют сложные высокопольные МР-установки с напряженностью магнитного поляне менее 1,5 Т. Анализ получаемых на таких аппаратах спектрограмм дает возможность определить содержание ряда элементов в органах и тканях живого человека (рис. 11.53). 5. ТЕРМОГРАФИЯ И в какой части тела является жарили холод, там и бо- лезнь. Гиппократ Холодно... холодно. тепло. горячо! (Из детской игры) Все тела, температура которых выше абсолютного нуля, испускают радиоволны сплошного спектра частот (тепловое радиоизлучение. Интенсивность теплового излучения пропорциональна температуре тела. Медицинская термография — метод регистрации естественного теплового излучения тела человека в невидимой инфракрасной области электромагнитного спектра. При термографии определяется характерная тепловая картина всех областей тела. У здорового человека она относительно постоянна, но при патологических состояниях меняется. Термография объективный, простой и абсолютно безвредный метод, к применению которого нет противопоказаний. Подготовка пациента предусматривает отмену лекарственных средств, влияющих на кровообращение и метаболические процессы. На поверхности тела не должно быть мазей и косметики. Пациенту запрещают курить зач до исследования. Это особенно важно при изучении периферического кровотока. Термографию органов брюшной полости проводят натощак. В кабинете поддерживают постоянную температуру (18—20 Си влажность %). Исследуемую часть тела обнажают, после чего пациент адаптируется к температуре помещения 10-15 мина при исследовании кистей и стоп — 30 мин. В зависимости от задач исследования термографию выполняют в разных положениях пациента и проекциях. Термография позволяет точно и быстро оценить интенсивность ПК-из- лучения от поверхности тела человека, обнаружить изменения теплопро- |