Лекции по ветеринарной рентгенологии. Лекционный курс рентгенология. Лекция 1 принципы и методы лучевой диагностики
 Скачать 352.34 Kb.
|
|
Методы регистрации движения Методы данной группы использовались при аналоговых технологиях для исследования сердца, мочевыводящей системы, пищевода, желудка и др. В настоящее время практически все аппараты лучевой диагностики имеют системы записи исследований в цифровом формате, что позволяет воспроизводить исследования для более детальной оценки функций органов и систем как в кабинете врача, так и на персональном компьютере. Лекция №5-6 ПРОЧИЕ ЛУЧЕВЫЕ МЕТОДЫ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКИ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДИАГНОСТИКА Ультразвуковая диагностика (УЗД, сонография, ультрасонография) – метод лучевой диагностики, при котором используются высокочастотные звуковые (ультразвуковые) волны для получения изображения внутренних органов. В основе метода лежит регистрация отраженных от внутренних структур ультразвуковых волн – эхо (по аналогии с отражением обычным отражением волн звукового диапазона). Для обозначения данного метода иногда используют название ультразвуковая томография или сонотомография, т.к. изображения получают в определенных плоскостях или срезах. УЗИ широко используется в клинической практике. За последние несколько десятилетий метод стал одним из наиболее распространенных и важных, который обеспечивает диагностику многих заболеваний. Методика не имеет противопоказаний, безопасна, ее отличает достаточно высокая диагностическая эффективность (точность диагностики в ряде заболеваний в сравнении с патологоанатомическими данными достигает более 80%), простота, отсутствие лучевой нагрузки (позволяет исследовать беременных и детей), неинвазивность, возможность многократного исследования, а также то, что она проводится в режиме реального времени. Ультразвуковую аппаратуру можно доставить в любое лечебное учреждение для обследования тяжелых, нетранспортабельных больных. Еще одним достоинством является одномоментное исследования многих органов и систем, что особенно важно при сложной клинической картине. Существенным преимуществом по сравнению с другими методами лучевой диагностики является экономичность метода. Так, стоимость ультразвукового исследования в несколько раз меньше, чем традиционного рентгеновского метода, и в десятки раз меньше, чем РКТ и МРТ. Поэтому УЗИ может применяться в качестве скриннингового метода для исследования многих органов и систем. Вместе с тем ультразвуковому методу присущи некоторые недостатки: – существенные ограничения в исследовании ряда органов и систем (легкие, внутренняя костная структура, головной мозг у взрослых, кишечник, заполненный газом); – зависимость качества получаемого изображения от класса аппарата; – субъективность в интерпретации получаемых изображений, т.е. зависимость точности диагностики от квалификации врача; – плохая демонстративность застывших изображений, и, соответственно, относительно низкие возможности в документировании изображений. Тем не менее, УЗИ в настоящее время стало методом, наиболее часто применяемым в клинической практике. В диагностике заболеваний ряда органов и систем данный метод может рассматриваться как предпочтительный или основной метод диагностики. В клинически сложных случаях результаты УЗИ позволяют наметить план дальнейшего обследования больных с использованием более эффективных лучевых методов. УЗИ широко применяется для диагностики заболеваний различных органов и систем. Особенно метод обладает высокой диагностической эффективностью при исследовании пищеварительной системы (печени, желчного пузыря, желчевыводящих протоков, поджелудочной железы), сердечно-сусудистой системы, мочеполовой (почек, матки, яичников, простаты), в акушерстве (пренатальной диагностике), исследовании поверхностно расположенных органов (молочных желез, щитовидной железы, лимфатических узлов) и др. Задачи, которые решает врач УЗД при проведении ультразвукового исследования, следующие: – оценить положение органа, его отношение к другим органам и системам; – оценить его размеры, форму, контуры; – оценить структуру органа (эхогенность), поиск очагов, зон патологической эхогенности (нарушений структуры); – оценить функцию органа или системы; – оценить кровоток исследуемого органа, области; – сопоставить полученную ультразвуковую картину с клиническими, лабораторными и др. данными для составления ультразвукового заключения. Физические основы УЗД. Ультразвуковые волны обладают определенными свойствами, которые позволяют их использовать для диагностики: – распространяются прямолинейно – поэтому имеется возможность получать изображения исследуемых органов практически без искажений, при сохранении их линейных размеров и формы; – способны фокусироваться; – проникают внутрь органов; – по-разному отражаются от границ различных плотностей как наружных контуров биологических тканей, так их внутренней структуры – способны нести определенную информацию о внутреннем строении и функции органов. Известно, что звук – механическая продольная волна, в которой колебания частиц находятся в той же плоскости, что и направление распространения энергии. Частота от 16 Гц до 20 кГц – зона слышимости для человека, частота звуковых волн менее 16 Гц относится к инфразвуку (звуковые колебания при землетрясениях, звуки, издаваемые двигателями корабельных машин, самолетов). Ультразвук – звуковые колебания с частотой более 20 кГц. Частоту в диапазоне 25-500 кГц используют живые организмы в природе – летучие мыши, дельфины и некоторые породы китов. Как и звук зоны слышимости человека ультразвук также распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и разрежения молекул вещества, которые совершают колебательные движения (рис. 15). Основными характеристиками ультразвуковых волн являются период колебания (Т) – время, за которое молекула или частица вещества совершает одно полное колебание, частота (ν) – число колебаний в единицу времени, длина (λ) – расстояние между точками одной фазы и скорость распространения (с). Длина волны обратно пропорциональна ее частоте. Скорость распространения ультразвука (с) – скорость, с которой волна перемещается в среде. Ед. измерения – м/с. Скорость распространения ультразвука определяется только свойствами среды (ткани), главным образом, плотностью и упругостью (эластичностью). Ткань с (м/с) Мозг 1510 Печень 1550 Почки 1565 Мышцы 1580 Жировая ткань 1450 Кости 4080 Кровь 1570 Мягкие ткани (усредненно) 1540 Воздух 330 Усредненная скорость распространения ультразвука в тканях тела человека составляет 1540 м/с – на эту скорость запрограммировано большинство ультразвуковых диагностических приборов. При распространении ультразвуковой волны происходит передача энергии (интенсивность волны I). Интенсивность передаваемого ультразвука постепенно уменьшается с прохождением через ткани тела. Общая потеря интенсивности (или мощности) называется ослаблением и происходит за счет затухания, поглощения и рассеяния. Непоглощенная часть ультразвука может быть рассеяна или отражена тканями назад к датчику в виде эха. Легкость прохождения ультразвука через ткани частично зависит от массы частиц (которая определяет плотность ткани) и частично – от сил эластичности, притягивающих частицы друг к другу. Скорость прохождения ультразвука через ткань в значительной мере определяется ее эластичностью. Плотность и эластичность ткани вместе определяют ее так называемое акустическое сопротивление или импеданс (Z = ρc, где Z – акустическое сопротивление, ρ – плотность, c – скорость распространения ультразвука в ткани). Чем больше разница акустических сопротивлений, тем больше отражение ультразвука. Крайне большое различие в акустическом сопротивлении существует на границе мягкая ткань – газ, и почти весь ультразвук от нее отражается. Этим объясняется применение в качестве прослойки между кожей пациента и преобразователем геля для устранения воздуха, который может полностью задержать ультразвуковую волну. Поэтому ультрасонография не может отобразить скрытые кишечным газом области или заполненную воздухом легочную ткань. Существует также и относительно большое различие в акустическом сопротивлении между мягкой тканью и кортикальной костью. Костные структуры создают помехи или полностью исключают возможность проведение ультразвукового исследования (ребра - при исследовании сердца, правой доли печени, селезенки, почек, кости черепа не дают возможность исследовать головной мозг у взрослых и т.д.). При этом, чем выше частота (соответственно меньше длина волны), тем выше разрешающая способность ультразвукового аппарата, т.е. способность увидеть более мелкие детали на изображении. С другой стороны – чем выше частота, тем меньше проникающая способность или глубинна сканирования. В ультразвуковой диагностике используют диапазон 2-15 МГц. Данный диапазон обусловлен физическими особенностями ультразвука (зависимостью глубины сканирования от частоты) и диагностическими задачами УЗД (получением изображения по возможности с бόльшим разрешением). Соотношения частоты и глубины проникновения ультразвука в мягких тканях организма приблизительно составляют: 1 МГц – до 50 см 3,5 МГц – 30 см 5 МГц – 15 см 7,5 МГц – 7 см 10 МГц – 5 см Устройства для генерации и приема ультразвуковых волн. Рождением ультразвукового метода можно считать создание эхолота или сонара (гидролокатора) во время первой мировой войны. В период второй мировой войны развитие теории ультразвука продолжалось, а на практике совершенствовался гидролокатор. Гидролокатор – прибор, который посылает звуковые волны через воду к погруженным объектам и воспринимает отраженные от них эхосигналы. В последующем эти концепции нашли применение и дальнейшее развитие в медицинской диагностике. Основой получения ультразвуковых волн явился открытый в 1881 году братьями Кюри пьезоэлектрический эффект. Сущность пьезоэлектрического эффекта состоит в том, что существуют химические соединения (кварца, титаната бария, сернокислого кадмия и др.), которые обладают определенными физическими свойствами. Так, при внешнем механическом воздействии, которое вызывает деформацию монокристаллов, на их гранях возникают противоположные по знаку электрические заряды. Это – прямой пьезоэлектический эффект. Примером использования прямого пьезоэлектрического эффекта в быту является пьезозажигалка – при нажатии на нее происходит деформация пьезокристалла и образование электрического заряда, с помощью искры которого зажигается топливный компонент. Кроме того, имеется еще одно (обратное) свойство пьезоэлементов – при подаче на эти монокристаллы переменного электрического заряда происходит их механические колебания, которые могут при определенных параметрах электрического тока генерировать ультразвуковые волны. Это – обратный пьезоэлектрический эффект (рис. 17). Эти свойства пьезоэлементов нашли применение в ультразвуковых аппаратах, поскольку один и тот же пьезокристалл может быть попеременно как приемником, так и источником ультразвуковых волн. Данная часть ультразвукового аппарата называется акустическим преобразователем или трансдьюссером (англ. transducer – преобразователь), наиболее частое название – ультразвуковой датчик. Преобразователь переводит одну форму энергии в другую – электрическую энергию в энергию ультразвуковых колебаний и наоборот. В современных ультразвуковых аппаратах существует несколько основных типов ультразвуковых датчиков, отличающихся рабочей частотой (соответственно глубиной сканирования и качеством получаемого изображения или разрешением), а также величиной и формой сканирующей поверхности. Основными типами ультразвуковых датчиков являются: 1. Линейный датчик – высокочастотный датчик с частотой 5-15 Мгц, чаще 7,5 МГц, используется, главным образом, для исследования поверхностно расположенных органов (щитовидной железы, молочной железы, лимфатических узлов, поверхностных сосудов и т.д.). Обладает минимальным искажением получаемого изображения, поскольку положение самого трансдюссера на поверхности тела полностью соответствует размерам исследуемого органа. Линейные датчики за счет большей частоты позволяют получать изображение исследуемой зоны с высоким разрешением, но ограничены небольшой глубиной сканирования (не более 8-10 см). Кроме того, недостатком линейных датчиков является сложность обеспечения равномерного прилегания поверхности трансдьюссера к коже пациента, что часто приводит к появлению воздушных прослоек между кожей и датчиком и, соответственно, помех на получаемом изображении. 2. Конвексный датчик (англ. convex – выпуклый) – обладает выпуклой рабочей поверхностью, что обеспечивает лучший контакта с кожей в исследуемой области; частота 1,8-7,5 МГц, чаще – 3,5 МГц. Однако при использовании конвексных датчиков получаемое изображение несколько больше по ширине и может быть искажена форма исследуемого объекта. Для уточнения анатомических ориентиров врач обязан учитывать это несоответствие. За счет меньшей частоты глубина сканирования достигает 25-30 см, используется для исследования глубоко расположенных органов брюшной полости, забрюшинного пространства, малого таза и др. 3. Секторный датчик – обладает небольшой рабочей поверхностью, генерируемые ультразвуковые волны имеют форму сектора, имеется еще большее несоответствие между размерами трансдюссера и получаемым изображением. Работает на частоте 2-5 МГц. Применяется в тех случаях, когда необходимо с небольшого участка поверхности тела получить в несколько раз больше обзор на глубине, например, когда через межреберные промежутки проводят исследование сердца при эхокардиаграфии. Для получения изображения в ультразвуковой диагностике используется ультразвук, излучаемый в виде коротких импульсов (импульсный). Он генерируется при приложении к пьезоэлементам коротких электрических импульсов. Продолжительность импульса составляет 1 мкс. Этот же датчик в перерыве между генерацией волн воспринимает отраженные сигналы и транформирует их обратно в электрические. То есть за время работы датчик только 0,001 часть времени генерирует УЗ-волны (1мкс), а оставшиеся 0,999 (999 мкс) – воспринимает отраженные волны (работает как приемник). Итак, весь процесс ультразвукового сканирования можно разделить на следующие этапы: – генерация ультразвуковых волн (обратный пьезоэлектрический эффект); – проникновение ультразвуковых волн в ткани; – взаимодействие ультразвука с тканями, отражение от границ раздела сред в виде различной силы «эха»; – преобразование отраженных сигналов в электрический сигнал (прямой пьезоэлектрический эффект); – регистрация электрического сигнала с помощью различных видов регистрации отраженных сигналов или различных видов развертки изображения. Способы регистрации отраженных эхосигналов или режимы работы УЗ-аппаратов. Отраженный эхосигнал может быть представлен на экране в следующих режимах: – А-режим; – В-режим; – М-режим; – допплеровские режимы; – комбинированные режимы (одновременное использование двух и более режимов); – режимы с построением объемного изображения (3D и 4D); – эластография. Простейшим и исторически самым первым одномерным режимом является отображения отраженного эха – так называемый дисплей с А- режимом (амплитудный режим). В данном формате эхо с различной глубины отображаются в виде вертикальных пиков на горизонтальной линии, отображающей глубину (или реальное время). Сила эха определяет высоту или амплитуду каждого из получаемых пиков, отсюда и термин: амплитудный режим или А-режим. А-режимный формат дает только одномерное изображение акустического сопротивления вдоль линии прохождения ультразвукового луча и в настоящее время редко используется для диагностики, так как точность метода невысока. Существует также метод регистрации отраженного УЗ-сигнала в виде М-режима, M-mode (М – англ. motion – движение, двигаться). Это также одномерный режим, он широко используется в настоящее время. На таком изображении ось глубины на мониторе ориентируется вертикально, а временная развертка – в горизонтальном направлении. Таким образом получают кривые, которые предоставляют детальную информацию о перемещениях расположенных вдоль ультразвукового луча отражающих структур. Широко применяется данный режим при исследовании сердца, когда можно проследить перемещение створок клапанов сердца, оценить изменение размеров полостей сердца при его сокращениях, изучать особенности сокращения крупных сосудов и др. В настоящее время наиболее часто в клинической практике находит применение так называемый В-режим (от англ. brightness – яркость). Данный термин означает, что эхо изображается на экране в виде ярких точек, и яркость определяется силой эха. Это привычное для нас томографическое изображение органов и тканей в режиме реального времени. Формирование изображения определяется тем, что различные ткани по-разному проводят УЗ-волны: некоторые ткани полностью отражают их, другие – рассеивают. Если УЗ-волна свободно проходит через ткань, не отражаясь от нее, на экране это место будет черным, «эхопрозрачным». Если ткань умеренно поглощает УЗ-волны, а часть их отражает, то эта ткань «средней эхогенности», на экране она выглядит серой. Если же ткань полностью отражает УЗ-волны, то на экране визуализируется только граница такого объекта в виде линии «высокой эхогенности» белого цвета, глубжележащие органы и ткани рассмотреть нельзя. Соответственно ткани, отражающие УЗ-волны называются эхоплотными, ткани, пропускающие – эхопрозрачными, или анэхогенными. Чем более светлым выглядит объект, тем выше его эхогенность – способность отражать ультразвуковой сигнал. Современные ультразвуковые аппараты могут регистрировать до 1024 оттенков серого цвета, что позволяет получить очень реалистичное изображение органов. Основные термины, используемые при описании исследования в В- режиме: – эхонегативная (анэхогенная, гипоэхогенная) структура – структура хорошо проводящая УЗ – волны, на экране монитора выглядит черной или темной (любая жидкость – кровь, моча, выпот, отек, а также хрящевая ткань); |