Лекции по ветеринарной рентгенологии. Лекционный курс рентгенология. Лекция 1 принципы и методы лучевой диагностики
 Скачать 352.34 Kb.
|
|
Лекция №1 ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ Лучевая диагностика – наука о применении различного вида излучений, а также звуковых колебаний высокой частоты для изучения структуры и функции внутренних органов в норме и при патологии. Лучевая диагностика включает в себя рентгенодиагностику или рентгенологию (сюда относиться и рентгеновская компьютерная томография – РКТ), магнитно-резонансную томографию (МРТ), ультразвуковую диагностику (УЗД), радионуклидную диагностику, а такжеинтервенционную радиологию. Рентгенодиагностика (рентгенология) основана на применении рентгеновского излучения; в основе использования магнитно- резонансной томографии находятся электромагнитные волны радиочастотного диапазона и постоянное магнитное поле; ультразвуковая диагностика (сонография) – в основе – использование ультразвуковых волн. К методам лучевой диагностики относится также радионуклидная диагностика, основанная на принципе регистрации излучений от введенных в организм препаратов, содержащий определенный радионуклид (радиофармацевтических препаратов – РФП). К лучевым методам примыкает интервенционная радиология, которая включает в себя выполнение диагностических и лечебных манипуляций с использованием лучевых методов. Далее будут рассмотрены основы всех методов лучевой диагностики. ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ Методы рентгенодиагностики получили наибольшее распространение среди всех лучевых методов и до настоящего времени занимают лидирующие позиции по количеству исследований. Именно они по- прежнему являются основой для диагностики травматических повреждений и заболеваний скелета, болезней легких, пищеварительного тракта и др. Это связано с относительно небольшой стоимостью рентгеновских аппаратов, простотой, надежностью и уже давно сложившейся традиционной школой рентгенологии. Практически все специалисты в той или иной степени сталкиваются с необходимостью интерпретации рентгеновских снимков. Ультразвуковые, магнитно-резонансные и изотопные исследования развились до уровня полезных для медицинской практики методов диагностики в 70-80 годах XX ст., в то время как рентгеновское излучение было открыто и нашло применение в медицине еще в конце XIX века. Вильгельм Конрад Рентген и его Х-лучи В 1894 году профессор физики Вюрцбургского университета Вильгельм Конрад Рентген приступил к экспериментальным исследованиям электрического заряда в вакуумных трубках. В этой области уже много было сделано другими исследователями (этим вопросом занимались французский физик Антуан-Филибер-Массон, английский физик Уильям Крукс и немецкий физик Филипп фон Ленард. 8 ноября 1985 года В.К. Рентген работал в своей лаборатории с электровакуумной трубкой, на которую подавался ток высокого напряжения. Чтобы облегчить наблюдения, Рентген затемнил комнату и обернул трубку плотной непрозрачной черной бумагой. К своему удивлению, он увидел на стоявшем на некотором удалении экране, покрытом платиноцианистым барием, полосу флюоресценции. Удивление его было связано с тем, что на тот момент уже было известно, что катодные лучи были короткодействующими и могли вызывать свечение вещества только вблизи трубки. В данном же случае речь шла о воздействии на расстоянии околодвух метров. Рентген тщательно проанализировал и проверил возможность ошибки и убедился, что источником излучения является именно вакуумная трубка, а не часть цепи или индукционная катушка. Флюоресценция появлялась всякий раз только при включении трубки. Тогда В.К. Рентген предположил, что свечение экрана связано не с катодными лучами, а другим видом лучей, ранее неизвестными, которые способны воздействовать на значительном расстоянии. Эти лучи он так и назвал – Х-лучи (неизвестные лучи). Последующие семь недель Рентген не выходил из своей лаборатории, проводя исследования с новым видом неизвестных или Х-лучей. Широкую известность приобрела выполненная Рентгеном с помощью Х-лучей фотография кисти жены Берты Рентген, выполненная 22 декабря 1895 года. На ней отчетливо видны кости на фоне изображения мягких тканей (задерживающих Х-лучи в меньшей степени) и тень от кольца на пальце. Фактически это была первая рентгенограмма в истории. За очень короткий отрезок времени Рентген изучил и описал все основные свойства новых Х-лучей. Рентген стал первым (1901 г.) лауреатом Нобелевской премии по физике «в знак признания необычайно важных заслуг перед наукой, выразившихся в открытии замечательных лучей, названных впоследствии в его честь». Решением I Международного съезда по рентгенологии в 1906 г. Х-лучи были названы рентгеновскими. Основные свойства рентгеновского излучения. Рентгеновская аппаратура Рентгеновское излучение представляет собой электромагнитные волны (поток квантов, фотонов), которые в общеволновом спектре расположены между ультрафиолетовыми лучами и γ-лучами. Они отличаются от радиоволн, инфракрасного излучения, видимого света и ультрафиолетового излучения меньшей длиной волны. Длина волны рентгеновских лучей (λ) составляет от 10 нм до 0,005 нм (10 -9 - 10 -12 м). Поскольку рентгеновские лучи являются электромагнитными волнами, помимо длины волны, они могут быть описаны частотой и энергией, которые несет каждый квант (фотон). Фотоны рентгеновского излучения имеют энергию от 100 эВ до 250 кэВ, что соответствует излучению с частотой от 3х10 16 Гц до 6х10 19 Гц. Скорость распространения рентгеновских лучей равна скорости света – 300 000 км/с. Основными свойствами рентгеновских лучей являются: 1) высокая проникающая способность; 2) поглощение и рассеивание; 3) прямолинейность распространения – рентгеновское изображение всегда точно повторяет форму исследуемого объекта; 4) способность вызывать флюоресценцию (свечение) при прохождении через некоторые вещества – эти вещества называются люминофорами и они используются при проведении рентгеноскопии и флюорографии; 5) фотохимическое действие – как и видимый свет рентгеновские лучи, попадая на фотографическую эмульсию, способны воздействовать на нее, вызывая химическую реакцию восстановления серебра – на этом основана регистрация изображения на фоточувствительных материалах; 6) ионизация веществ – способность вызывать распад нейтральных атомов на положительные и отрицательные ионы; 7) биологическое действие – связано с ионизирующим действием рентгеновских лучей на ткани организма, этим определяется нежелательное, отрицательное воздействие на пациента, врача-рентгенолога и рентгенлаборанта; 8) невосприимчивость органами чувств – в этом заключается скрытая опасность, поскольку человек не чувствует момента воздействия рентгеновского излучения (как и любого другого излучения). Любая рентгенодиагностическая система состоит из трех основных компонентов: рентгеновской трубки, объекта исследования (пациента) и приемника рентгеновского изображения. Рентгеновская трубка представляет собой вакуумную стеклянную колбу, в которую впаяны с двух противоположных концов два электрода – анод и катод. Катод представляет собой тонкую спираль, анод – диск со скошенной поверхностью в месте попадания на него электронами. Получение рентгеновских лучей можно разделить на следующие этапы: 1) термоэлектронная эмиссия на спирали катода – происходит при включении тока низкого напряжения (цепь U1, напряжение всего лишь 614 вольт), при этом нить катода нагревается и вокруг него образуются свободные электроны или «электронное облако»; 2) подача на электроды тока высокого напряжения (цепь U2, напряжение десятки и сотни киловольт) – в этот момент свободные электроны устремляются к аноду и с большой силой ударяются о его поверхность и происходит их торможение, при этом кинетическая энергия этих электронов преобразуется большей частью в тепловое излучение (более 95%); для того, чтобы предохранить анод от перегревания (расплавления), он вращается с большой скоростью; 3) получение пучка рентгеновских лучей - лишь несколько процентов от всего количества энергии, образовавшейся вследствие торможения электронов об анод, преобразуется в рентгеновское излучение. Длина волны полученных рентгеновских лучей зависит от скорости электронов – чем больше скорость, тем длина волны меньше, при этом проникающая способность лучей будет увеличиваться. Если изменять напряжение трансформатора, можно регулировать скорость электронов и получать либо сильно проникающие коротковолновые лучи (их называют еще жесткими), либо слабо проникающие длинноволновые (мягкие). Рентгеновское излучение, полученное при торможении электронов на поверхности анода, называется тормозным или первичным. Существует еще другой вид рентгеновского излучения – характеристическое или вторичное. Характеристическое излучение возникает в результате изменений во внутренних электронных слоях атомов. В целях диагностики характеристическое излучение не используется, во- первых – данное излучение находится в диапазоне «мягкого» рентгеновского излучения, во-вторых – его нельзя изменять, а в рентгенодиагностике необходимо в каждом конкретном случае задавать определенные параметры рентгеновским лучам в зависимости от задач исследования. При взаимодействии рентгеновского излучения и объекта исследования (пациента) излучение изменяется качественно и количественно. Как уже было сказано, проникающая способность рентгеновских лучей определяется, прежде всего, энергией квантов или длиной волны (жесткое и мягкое излучение). Степень поглощения рентгеновских лучей тканями различна и зависит от показателей плотности и атомного веса элементов, составляющих объект. Чем больше плотность и атомный вес вещества, из которого состоит исследуемый объект (орган), тем больше поглощаются (т.е. «задерживаются») рентгеновские лучи. В теле человека имеются органы и ткани различной плотности, такие как кости, мягкие ткани, легкие и др., что и объясняет различное поглощение рентгеновских лучей. Кроме того, степень поглощения лучей также определяется и объемом (толщиной) органа (т.е. проходимым расстоянием в тканях рентгеновских лучей). В качестве приемника рентгеновского изображения используются: – флюоресцентный экран; – рентгеновская пленка; – специальные детекторы – цифровые электронные панели (при цифровой рентгенографии). Среди методов рентгенологического исследования выделяют основные (общие) и специальные (вспомогательные). Лекция №2 Лучевые методы исследования. Основные рентгенологические методы исследования К основным методам относятся рентгеноскопия, рентгенография и флюорография. Рентгеноскопия (греч. scopeo – рассматривать, наблюдать) – метод рентгенологического исследования, при котором изображение объекта получают на флюоресцирующем экране. При данном исследовании пучок рентгеновских лучей, генерируемых рентгеновской трубкой, проходит через тело пациента, попадает на флюоресцирующий экран и формирует на нем позитивное теневое изображение. Данное исследование еще называют просвечиванием. В основном применяется для исследования грудной полости и брюшной полости. Достоинствами метода является простота и экономичность, возможность многоосевого и полипозиционного исследования, т.е. проводить исследования в различных проекциях и положениях пациента, возможность оценки анатомо-морфологических и функциональных особенностей изучаемых органов в режиме реального времени. К основным недостаткам рентгеноскопии относятся относительно высокая лучевая нагрузка и относительно низкая разрешающая способность (трудности в дифференциации мелких структур и небольших изменений). Свечение флюоресцентного экрана достаточно слабое, поэтому раньше рентгеноскопию проводили в темноте. При этом качество получаемого изображения было довольно низким. В настоящее время в качестве усовершенствованного метода рентгеноскопии применяют метод рентгенотелевидения – просвечивание с помощью системы электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и телевизионной системы. В ЭОП видимое изображение на флюоресцирующем экране усиливается и преобразуется в электрический сигнал, который отображается на телевизионном мониторе. Такое рентгеновское изображение можно изучать в обычном освещенном помещении. Лучевая нагрузка на пациента и персонал при применении ЭОП значительно меньше. Телесистема позволяет записать проводимое исследование, что особенно важно для изучения движений органов. Для лучшей оценки мелких деталей, объективизации результатов исследования и динамического наблюдения за пациентом рентгеноскопия часто дополняют серией снимков. Необходимо отметить, что в последнее время появились новые технологии, которые дали возможность заменить флюоресцирующий экран на систему цифровых детекторов (матрицу) и позволили применить цифровые технологии в данном виде исследования. О них мы будем говорить несколько позже. Рентгенография (греч. greapho – писать, изображать) – метод рентгенологического исследования, при котором получают изображение исследуемого объекта на пленке (прямая или аналоговая рентгенография) или на специальных цифровых устройствах (цифровая рентгенография). Изображение статическое – в отличие от рентгеноскопии, где получают динамическое изображение в режиме реального времени. Рентгеновская пленка состоит из нитроацетатной основы, покрытой тонким слоем эмульсии – желатина, который содержит мелкие частицы кристалликов галогенида серебра в невозбужденном (незасвеченном) состоянии. Хранят рентгеновскую пленку в специальной светонепроницаемой коробке, которую вскрывают в полной темноте, т.к. эмульсия чувствительна не только к рентгеновским лучам, но и к дневному свету. Перед проведением исследования в затемненной лаборатории (которую имеет каждый рентгеновский кабинет), пленку помещают в специальную кассету. Кассета (рис. 6) представляет собой плоскую коробку, к внутренним сторонам которой прикреплены картонные пластины, покрытые флюоресцирующим веществом. Они называются усиливающими экранами и служат для лучшего «засвечивания» пленки, которая находится между ними – это позволяет значительно снизить количество рентгеновского излучения, необходимого для получения изображения исследуемого объекта и таким образом уменьшить дозу облучения на пациента. Итак, при рентгенографии рентгеновские лучи проходят через пациента, попадают на рентгеновскую пленку, где возбуждают кристаллики галогенита серебра и образуют скрытое изображение. Затем пленку достают из кассеты и подвергают химической обработке. Это так называемый «ручной» процесс. Следует отметить, что в настоящее время в большинстве учреждений применяются автоматические системы для химической обработки рентгеновской пленки – проявочные машины. Они позволяют значительно ускорить процесс получения снимка и повысить качество изображения. Изображение на рентгенограмме позволяет оценить форму, положение и размеры анатомических органов, а также оценить их структуру. Можно выделить следующие преимущества рентгенографии перед рентгеноскопией: – бόльшая разрешающая способность; – объективность рентгенограммы, возможность длительного хранения; – возможность оценки многими специалистами; – сопоставление нескольких изображений, т.е. возможность динамического наблюдения; – относительная небольшая лучевая нагрузка на пациента. К недостаткам рентгенографии можно отнести относительно большие материальные затраты (рентгеновская пленка, химреактивы). Методика рентгенографии может применяться во всех лечебных учреждениях и в настоящее время является самым доступным методом. Рентгеновские аппараты могут использоваться как в условиях рентгеновского кабинета, так и в палате, реанимации, в операционной, а также в особых условиях вне лечебных учреждений. Флюорография – методика рентгенологического исследования, при которой производят фотографирование изображения с флюоресцирующего экрана на пленку различного формата (70х70, 100х100 и 110х110 мм). Таким образом, при флюорографии изображение всегда уменьшено. Основным назначением флюорографии является (профилактическое) обследование для выявления скрыто протекающих заболеваний легких – профилактическая флюорография. Основными преимуществами флюорографии перед рентгенографией является экономия дорогостоящей рентгеновской пленки и быстрота выполнения, т.е. большая пропускная способность – на выполнение одной флюорограммы тратится в 3 раза меньше времени, чем на выполнение одной рентгенограммы. Недостаток – меньшая разрешающая способность и, соответственно, меньшая информативность. Хотя по информативности флюорография уступает рентгенографии, но при использовании крупнокадровых флюорограмм различия между методиками становится менее существенными. Поэтому у пациентов с заболеваниями органов дыхания, особенно при повторных исследованиях, часто рентгенографию заменяют флюорографией. Такую флюорографию называют диагностической. В последнее время пленочную флюорографию все больше вытесняет цифровая флюорография. Название «цифровой флюрограф» является в достаточной мере условным, т.к. в этих аппаратах не производится фотографирование изображения с флюоресцирующего экрана на пленку, здесь экран заменен детекторами – цифровой матрицей. По сути эти флюрографы представляют собой цифровые рентгенографические аппараты лишь с той разницей, что предназначены преимущественно для исследования органов грудной полости. Особенности рентгеновского изображения Изображение при рентгенографии имеет следующие особенности: – изображение на рентгеновском снимке негативное – плотные структуры (кости) имеют более светлые тона, мягкотканые образования, воздух – темные (в противоположность рентгеноскопии, где изображение позитивное); – изображение черно-белое; – изображение плоскостное и суммационное; – изображение несколько увеличенное, так как рентгеновские лучи имеют расходящийся характер, а исследуемые органы всегда удалены на некоторое расстояние от кассеты с пленкой или другого приемника изображения. Рентгеновский снимок – своего рода теневое изображение. Разная интенсивность теней на рентгеновском снимке обусловлена различной степенью поглощения и рассеяния лучей, проникающих сквозь объект, что обеспечивает визуализацию его внутренней структуры. Там, где рентгеновские лучи задерживаются больше, формируются участки затемнения (на негативе – светлые тона); где меньше – участки просветления (на негативе – темные тона). Рентгеновский луч, проходя через объект исследования, пересекает множество точек, и все образования по ходу луча как бы складываются в одну точку на приемнике изображения, т.е. они «суммируются». В этом заключается эффект суммации рентгеновского изображения. Плоскостной характер рентгеновского изображения характеризуется тем, что разноудаленные точки на плоскости выглядят равноудаленными. Учитывая эти особенности рентгеновского изображения, необходимо выполнять одно из важнейших правил рентгенологического исследования: – для получения раздельного изображения всех анатомических структур исследуемой области нужно стремиться делать снимки как минимум в двух взаимно перпендикулярных проекциях: прямой и боковой, либо при проведении рентгеноскопии – поворачивать пациента за экраном просвечивающего устройства. Цифровые технологии получения рентгеновского изображения Развитие компьютерных технологий дало возможность применения цифрового способа получения и обработки изображения – дигитальная или цифровая рентгенология (англ. digit – цифра). В настоящее время существует три основных технологии цифрового способа получения рентгеновского изображения: рентгенография с использованием аналого-цифрового преобразователя (АЦП), рентгенография на запоминающих люминофорах и прямая цифровая рентгенография (рентгенография с использованием цифровой матрицы). В цифровых рентгеновских аппаратах с АЦП рентгеновское изображение с ЭОП поступает в систему АЦП, в котором аналоговый электрический сигнал преобразуется в цифровой, затем поступает в компьютер, обрабатывается и выводится на монитор. В настоящее время данная методика используется мало, так как появились более современные технологии. Второй видом цифровой рентгенологии является рентгенография на запоминающих люминофорах. Основными ее элементами являются запоминающие люминофорные пластины, считывающее устройство (сканер) и рабочая станция. При данной технологии вместо обычной кассеты с экранами и рентгеновской пленкой используется кассета со специальной люминофорной пластиной. На пластине во время экспозиции формируется скрытое изображение, схожее на скрытое изображение на рентгеновской пленке при традиционной, аналоговой рентгенографии. Люминофорные пластины могут использоваться многократно, данные о пациенте вводятся через специальный штрих-код. После экспонирования кассета с люминофорной пластиной помещается в считывающее устройство, далее пластина автоматически извлекается из кассеты и скрытое изображение считывается лазером. Затем сигнал оцифровывается, что позволяет в дальнейшем его обрабатывать, просматривать и распечатывать. В последующем изображение стирается, пластина вставляется обратно в кассету и может опять использоваться. Весь процесс занимает от 20 сек до нескольких минут. Рабочая станция включает в себя системный блок компьютера, штриховое считывающее устройство, монитор для воспроизведения изображения и клавиатуру с мышью (или трекболом) для управления параметрами изображения. После этого изображение либо архивируется, либо распечатывается на специальном принтере и пленке. Важным достоинством рентгенографии на запоминающих люминофорах является возможность использования данной системы на обычном оборудовании для аналоговой рентгенографии – пленочно-экранные кассеты можно заменить кассетами с люминофорными пластинами и наоборот. При прямой цифровой рентгенографии используется детекторы, непосредственно преобразующий рентгеновское изображение в цифровой формат. В этих системах используются так называемые плоские панели, детекторы большой площади (до 43х43см), которые созданы на базе матриц из аморфного кремния или селена. Указанная система не требует использования кассет, что ускоряет процесс рентгенографии. Таким образом, цифровая рентгенология обладает рядом преимуществ перед аналоговой или традиционной рентгенологией: – значительное снижение лучевой нагрузки на пациента (в несколько раз); – возможность компьютерной обработки и коррекции полученного изображения – постпроцессинг – коррекция яркости и контрастности, подавления «шума», что практически исключает получение некачественных снимков, возможность увеличения изображения зоны интереса, преимущественное выделение определенных структур и др.; – высокая производительность (отсутствует химическая обработка); – отсутствие контакта с химреактивами у персонала; – отсутствие пленочного архива; – отсутствие ошибок с идентификацией рентгенограмм и их повреждений; – быстрый поиск изображений в архиве; – возможность быстрой передачи изображения на значительные расстояния без потери качества, в том числе и другие учреждения, организация консультаций специалистов, которые находятся на значительном удалении (телемедицина). Недостатком цифровых систем является высокая стоимость и ремонт оборудования (особенно дорогостоящей является цифровая матрица). Лекция №3 Специальные рентгенологические методы исследования Специальные рентгенологические методы исследования удобно разделять на однотипные по своему назначению группы: 1. Методы искусственного контрастирования (прямое и непрямое контрастирование). 2. Методы, регулирующие размеры получаемого изображения (телерентгенография и прямое увеличение рентгеновского изображения). 3. Методы пространственного исследования (линейная и компьютерная томография, панорамная томография, панорамная зонография). 4. Методы регистрации движений. |