Лекция № 12 Принципы и методы радионуклидной диагностики. Радионуклидные
advertisement
Лекция № 12 Принципы и методы радионуклидной диагностики. Радионуклидные методы исследований в биологии. Общие принципы регистрации. Понятие радиофармпрепарата. Радионуклиды и методы получения меченых соединений. Методы получения меток и РФП. Особенности регистрации ИИ в биологическом эксперименте. Радиоиндикаторные методы: жидкостная сцинтилляционная радиометрия, радиоавтография, РИА (радиоиммунный анализ). Клиническая и лабораторная радиометрия. Радиография Сканирование и сцинтиграфия. Радионуклидная томография (ОФЭТ, ПЭТ). Нормы радиационной безопасности в биологическом эксперименте. Радионуклидная (радиоизотопная) диагностика – это самостоятельный раздел лучевой диагностики и радиологии в частности. Радионуклидная диагностика предназначена для распознавания патологических процессов в органах и тканях с помощью радиоактивных атомов или молекул их содержащих. Первое применение радиоактивных индикаторов относят к 1911 году и связывают с именем Дьердя де Хевеши. Молодой ученый, живший в дешевом пансионе, начал подозревать, что остатки пищи, которые он не доел, подавали ему вновь на следующий день. Он добавил радиоизотопный индикатор к не съеденной порции и с помощью детектора излучения доказал своей хозяйке, что дело обстояло именно так. Хозяйка выгнала молодого ученого из пансиона. Он же продолжал начатую работу, результатом которой стала Нобелевская премия за использование радионуклидов в качестве индикаторов в биологии. Радионуклидная (радиоизотопная) диагностика охватывает все виды применения открытых радиоактивных веществ в диагностических и лечебных целях. Еще в 1903 г. Крукс и другие показали, что если рассматривать экран из сернистого цинка, облучаемый α-частицами, через увеличительное стекло в темном помещении, то на нем можно заметить появление отдельных кратковременных вспышек света – сцинтилляций. Было установлено, что каждая из этих сцинтилляций создается отдельной α-частицей, попадающей на экран. Круксом был построен простой прибор, названный спинтарископом Крукса, предназначенный для счета α-частиц. Визуальный метод сцинтилляций был использован в дальнейшем в основном для регистрации α-частиц и протонов с энергией в несколько миллионов электронвольт. Отдельные быстрые электроны регистрировать не удалось, так как они вызывают очень слабые сцинтилляции. Иногда при облучении электронами сернисто-цинкового экрана удавалось наблюдать вспышки, но это происходило лишь тогда, когда на один и тот же кристаллик сернистого цинка попадало одновременно достаточно большое число электронов. Гамма-лучи никаких вспышек на экране не вызывают, создавая лишь общее свечение. Это позволяет регистрировать α-частицы в присутствии сильного γ-излучения. Визуальный метод сцинтилляций позволяет регистрировать очень небольшое число частиц в единицу времени. Радионуклидные методы исследования это методы визуализации функционального и, отчасти, анатомического состояния органов и тканей, при помощи излучения, 1 полученного от введенного внутрь радиофармацевтического препарата. Таким образом, отличие этой группы методов от остальных методов лучевой диагностики состоит в том, что для визуализации используется не проходящее через тело (трансмиссионное) пациента (рентгеновские методы) и не отраженное от тканей (ультразвуковые методы), а исходящее изнутри (эмиссионное) излучение. Клиническое применение радиоиндикаторов вошло в практику в 50-х годах. Развиваются методы, позволяющие детектировать наличие (радиометрия), кинетику (радиография) и распределение (сканирование) радиоиндикатора в исследуемом органе. Принципиально новый этап радиоизотопной визуализации связан с разработкой устройств широкого поля зрения (сцинтилляционные гамма-камеры) и метода визуализации – сцинтиграфии. Радионуклиды и их соединения подбираются таким образом, чтобы их поведение в организме человека не отличалось от поведения естественных веществ, а значит, отличие будет только в возможности давать излучение, т.е. «выдавать» свое местонахождение, количество и динамику содержания. Радиофармацевтические препараты – это химические вещества, содержащие в составе своей молекулы радиоактивные изотопы, т.н. "меченые" изотопом вещества. В зависимости от цели исследования применяют либо метаболические радиофармацевтические препараты (т.е. молекула РФП является одним и звеньев того или иного метаболического процесса) – для изучения метаболизма, либо радиофармацевтические препараты перфузионного типа распределения (молекула РФП не является частью метаболической цепочки, и имеет определённые размерные характеристики, т.е. распределение РФП зависит большей частью от перфузии того или иного органа; как правило, применяются меченные макроагрегаты альбумина). Также, в лабораторной практике используют меченные антитела для проведения радиоиммунных анализов. Используют, как правило, препараты для внутривенного введения. Для исследования функции лёгких применяют газообразный РФП для ингаляции (Xe133). Идеальный радиофармацевтический препарат должен распространяться только в пределах заинтересованной анатомической области, период полураспада радиоактивного компонента РФП должен быть равен примерно 1/3 продолжительности исследования, период полувыведения препарата должен быть минимальным, энергия испускаемого излучения должна быть достаточна для получения читабельной картины, но не слишком большой, чтобы не накладывать на больного чрезмерную лучевую нагрузку. Наиболее оптимальная энергия излучения – 50–300 кэВ (150 кэВ). Используются изотопы, испускающие при распаде γ-кванты, т.к. это излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Для регистрации излучения используют газоразрядные (счётчик Гейгера) или сцинтилляционные (сцинтилляционная пластина; гамма-камера) датчики с последующей компьютерной обработкой информации. Лучевая нагрузка определяется физическими характеристиками радиоиндикатора (период полураспада) и количеством введенного РФП. Сегодняшний день радионуклидной диагностики – использование короткоживущих радионуклидов. Наиболее популярным из них является технеций-99m (период полураспада – 6 часов). Этот искусственный радионуклид получают непосредственно перед исследованием из специальных устройств (генераторов) в форме пертехнетата и используют для приготовления различных РФП. Величины радиоактивности, вводимые для проведения одного сцинтиграфического исследования, создают уровни лучевой нагрузки в пределах 0,5-5% допустимой дозы. Важно подчеркнуть – длительность 2 сцинтиграфического исследования, количество получаемых изображений или томографических срезов уже не влияют на «заданную» дозу облучения. Благодаря большому разнообразию радионуклидов и меченных ими препаратов в настоящее время можно изучать практически любую физиологическую и морфологическую системы организма человека: сердечно-сосудистую и кроветворную, мочевыделительную и водно-солевого обмена, дыхательную и пищеварительную, костную и лимфатическую и т.п. С помощью органотропных препаратов можно выявить объемные процессы (опухоли и метастазы, воспалительные очаги и глистную инвазию) в печени, почках, костях, легких, головном и спинном мозге. Радиоактивный нуклид, который тем или иным способом был введен в структуру препарата, выполняет роль его маркера. Например – в питательную среду к микроорганизмам (обычно это водоросли типа хлореллы) добавляют 14CО2 в качестве единственного источника углерода. После выращивания из биомассы выделяют равномерно меченые 14Cсоединения. Таким путем получают аминокислоты, нуклеозиды, сахара, липидные компоненты и другие природные соединения. Иногда 14C-биомассу водорослей используют как источник углерода (своего рода меченый пептон) для выращивания штамма-продуцента какого-нибудь важного соединений. Излучения радионуклида становятся переносчиками координированной информации от исследуемого пациента к информационно-измерительному комплексу. Физическая характеристика излучений радионуклида решающим образом предопределяет объем и глубину залегания подлежащего исследованию участка тела. В этом случае радиоактивное излучение, исходящее из организма пациента, в неявном виде несет сведения о функциональном состоянии различных физиологических механизмов и структурно-топографических особенностях различных органов и систем. Наблюдая за особенностями распределения радиоактивного препарата во времени (динамику распределения), либо в выбранном объеме тела (органа), или в целом организме, мы получаем возможность судить о функциональном состоянии органов и систем. Изучая же характер пространственного распределения, мы приобретаем сведения о стуктурно-топографических особенностях той или иной части тела, органа или системы. Поэтому, по своим функциональным свойствам РПФ могут быть разделены на физиологически тропные и инертные. Из чего следует, что первые являются оптимальным средством для проведения структурнотопографических исследований, каждое из которых проводится, начиная с момента установления более или менее стабильного распределения РФП в исследуемом органе или системе. Вторые, которые часто называют индикаторами ”транзита”, используются главным образом для исследования методами гамма-хронографии. При этом высокая удельная активность препарата и приемлемая энергия гамма квантов, испускаемых радионуклидом меткой, гарантирует хорошее пространственное разрешение, а быстрый распад радионуклидов позволяет проводить серию динамических наблюдений через минимальный интервал времени при отсутствии органного фона от предшествовавшего радионуклидного обследования. Основу радионуклидной диагностики в клинике составляет способность радиофармацевтического препарата накапливаться в разных тканях в разной степени. Более того, степень накопления РФП зависит еще и от функционального состояния ткани, перфузии ткани, антигенных свойств. Также, некоторые радиофармацевтические препараты способны накапливаться в фагоцитирующих клетках (клетках ретикулоэндотелиальной системы, макрофагах и т.п.). Соответственно, картину того или иного состояния, полученную с помощью какоголибо метода радионуклидной диагностики будут определять: тропность РФП к ткани 3 (характер ткани, состав ткани), перфузия участка ткани, функциональное состояние ткани. Например, на сцинтиграмме печени обнаружено т.н. "холодное" пятно, свидетельствующее о недостаточном накоплении РФП в данном участке печёночной паренхимы. Это наталкивает на мысль об отсутствии Купферовских клеток в этом очаге. Локальное отсутствие клеток Фон-Купфера характерно для опухолевого процесса. Другой пример: на перфузионной сцинтиграмме лёгких обнаружено "холодное" пятно в области верхней доли правого лёгкого. Клинически у больного – острое лёгочное сердце. В данном случае недостаточное накопление РФП в верхней доле правого лёгкого связано с тромбоэмболией верхнедолевой ветви лёгочной артерии. Классификация методов: 1. Радиометрия а) Лабораторная - In vivo - In vitro б) Клиническая 2. Гамма-хронометрия 3. Гамма-топография а) Статическая γ-топография б) Динамическая γ-топография в) Эмиссионная компьютерная томография - Однофотонная эмиссионная компьютерная томография - Позитронная (двухфотонная) эмиссионная компьютерная томография Лабораторная радиометрия – измерение концентрации РФП в том или ином веществе по его излучению. Это может быть анализ какой-либо физиологической жидкости, полученной после введения РФП больному (in vivo), либо чисто лабораторное исследование (in vitro), без контакта между РФП и больным (радиоиммунные анализы и т.п.). Для регистрации излучения (подсчёта сцинтиляций) может быть использован простейший детектор (счётчик Гейгера). Клиническая радиометрия – непосредственное измерение интенсивности излучения над тем или иным участком тела в статике. Позволяет судить лишь о степени накопления РФП в той или иной анатомической области, при низкой скорости изменения концентрации РФП. Гамма-хронометрия – развёрнутая по времени клиническая радиометрия, т.е. радиометрия в динамике. Показывает не только концентрацию РФП в той или иной области в разные периоды времени, но и степень прироста и уменьшения этой концентрации. Этот метод позволяет визуализировать быстро протекающие процессы. Статическая гамма-топография – позволяет получить изображение органа и исследовать однородность заполнения РФП, если есть "холодные" или "горячие" пятна – характер этих пятен, их гомогенность, характер границ, соответствие анатомическим долям органа. Динамическая гамма-топография – последовательность статических сцинтиграмм. Метод обладает всеми преимуществами статической гамма-топографии, плюс к этому, позволяет проследить динамичность изменения концентрации РФП в том или ином очаге. Эмиссионная компьютерная томография – получение томографического среза 4 путём компьютерной реконструкции изображения, полученного при вращении детектора (гамма-камеры). Выделяют одно- и двухфотонную (позитронную) ЭКТ. При однофотонной ЭКТ регистрируют гамма-излучение РФП. Регистрация излучения производится на вращающуюся одну гамма-камеру. Далее производится дигитальная реконструкция изображения. При позитронной ЭКТ регистрируют γ-излучение полученное в результате аннигиляции протона и электрона. При аннигиляции частиц образуются два γ-фотона с энергией по 511 кэВ, "разлетающихся" в противоположные стороны. Энергия этих фотонов слишком велика для использования обычных вращающихся гамма-камер. Используют два специальных вращающихся детектора, расположенных друг напротив друга. Таким образом, для этого исследования необходим РФП, в состав которого входил бы позитронно-эмитирующий изотоп (11C, 13N, 15O, 18F). Это представляет собой наибольшее неудобство, т.к. эти изотопы имеют очень короткие периоды полураспада (15O – 2 мин., 18F – 110 мин.), для их производства нужны очень дорогие циклотроны. Кроме того, необходимо чтобы циклотрон находился в непосредственной близости от радиоизотопной лаборатории. Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ). Диагностическое обследование с применением позитронно-эмиссионной томографии может с высочайшей точностью дать ответ на вопросы: « Есть ли опухоль? Обнаруженная опухоль злокачественная или доброкачественная?». Позитронно-эмиссионная томография до недавнего времени была доступна только в рамках исследовательской ядерной медицины, сегодня невозможно представить оптимальную диагностику без радионуклеарной медицины. ПЭТ базируется на открытии, что определённые болезненные изменения показывают более интенсивный обмен сахарных веществ. Современная компьютерная технология позволяет изобразить эти изменения. Революционное достижение заключается в том, что позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) может не только диагностировать опухоль, её размеры и растяжение, но и показать в трехмерном пространстве наличие и распространение метастаз во всём теле. Результаты обследования дают возможность намного точнее планировать и контролировать дальнейшее лечение, выбрать наиболее правильный последующий этап терапии, химиотерапию или операцию, а в случае проведения химиотерапии уже через 14 дней после проведения проконтролировать её эффективность. В настоящее время не существует более эффективного метода диагностики раковых опухолей в ранней стадии. Злокачественные опухоли могут быть продиагностированы с 90 % вероятностью. Сцинтиграфия – самый распространенный метод радионуклидной визуализации. Исследование проводится с помощью гамма-камеры. Основным ее компонентом является дисковидный сцинтилляционный кристалл йодида натрия большого диаметра (около 60 см). Этот кристалл является детектором, улавливающим гамма-излучение, испускаемое РФП. Гамма-фотоны при попадании на сцинтилляционный кристалл вызывают на нем вспышки света (сцинтилляции), которые передаются на фотоумножитель, генерирующий электрические сигналы. На основании регистрации этих сигналов реконструируется двухмерное проекционное изображение распределения РФП. Окончательное изображение может быть представлено в аналоговом формате на фотопленке. Однако большинство гамма-камер позволяет создавать и цифровые изображения. Магнитно-резонансная томография (МРТ) – самый «молодой» из радиологических методов. Магнитно-резонансные томографы позволяют создать 5 изображения сечений любой части тела в трех плоскостях. Основными компонентами МР-томографа являются сильный магнит, радиопередатчик, приемная радиочастотная катушка и компьютер. Внутренняя часть магнита представляет собой цилиндрической формы туннель, достаточно большой для размещения внутри него взрослого человека. Для МР-томографии используются магнитные поля силой от 0,02 до 3 Тл (тесла). Большинство МР-томографов имеют магнитное поле, ориентированное параллельно длинной оси тела пациента. Когда пациента помещают внутрь магнитного поля, все ядра водорода (протоны) его тела разворачиваются в направлении этого поля (подобно стрелке компаса, ориентирующейся на магнитное поле Земли). Помимо этого, магнитные оси каждого протона начинают вращаться вокруг направления внешнего магнитного поля. Это вращательное движение называют прецессией, а его частоту — резонансной частотой. При пропускании через тело пациента коротких электромагнитных радиочастотных импульсов магнитные моменты всех протонов разворачиваются на 90º, но только в том случае, если частота радиоволн равна резонансной частоте протонов. Это явление и называют магнитным резонансом. В результате ткани пациента намагничиваются, и их магнетизм ориентируется точно параллельно внешнему магнитному полю. Величина магнетизма определяется избытком параллельных протонов. Воспринимающая катушка расположена вне пациента. Магнетизм тканей индуцирует в катушке электрический ток, и этот ток называют МР-сигналом. Ткани с большими магнитными векторами индуцируют сильные сигналы и выглядят на изображении яркими – гипертинтенсивными, а ткани с малыми магнитными векторами индуцируют слабые сигналы и на изображении выглядят темными – гипоинтенсивными. Контраст на МР-изображениях определяется различиями в магнитных свойствах тканей. Величина магнитного вектора, прежде всего, определяется плотностью протонов. Объекты с малым количеством протонов, например, воздух, индуцируют очень слабый МР-сигнал и представляются на изображении темными. Вода и другие жидкости должны быть яркими на МРизображениях как имеющие очень высокую плотность протонов. Однако, в зависимости от режима, используемого для получения МР-изображения, жидкости могут давать как яркие, так и темные изображения. Радиоиммунологический анализ – это определение концентрации различных биологических веществ (гормонов, опухолевых маркеров и т.п.) в сыворотке крови с помощью специальных наборов на основе меченых моноклональных антител. Опухолевые маркеры – это антигены злокачественных опухолей, находящиеся на поверхности опухолевых клеток, часть из которых может попадать в кровь. Повышение концентрации этих маркеров в сыворотке крови пациента, как правило, свидетельствует о прогрессировании онкологического заболевания. Авторадиография – способность взаимодействовать с кристаллами бромистого серебра, засвечивая светочувствительные материалы. Это исторически самый первый и, по-прежнему, весьма популярный метод детекции различных радионуклидов. Главное преимущество авторадиографии – простота и доступность. Выдержать образец с рентгеновской пленкой, затем проявить пленку в стандартных условиях – и получается картина распределения радионуклида по поверхности образца. 6 ДРУГИЕ МЕТОДЫ ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ Рентгенологическое исследование до настоящего времени играет важную роль в диагностике заболеваний человека. Оно основано на разной степени поглощения рентгеновских лучей различными тканями и органами тела человека. В большей степени лучи поглощаются в костях, в меньшей – в паренхиматозных органах, мышцах и жидких средах организма, ещё менее – в жировой клетчатке и почти не задерживаются в газах. В тех случаях, когда рядом расположенные органы одинаково поглощают рентгеновское излучение, они не различимы при рентгенологическом исследовании. В таких ситуациях прибегают к искусственному контрастированию. Следовательно, рентгенологическое исследование может проводиться в условиях естественной контрастности или искусственного контрастирования. Существует много различных методик рентгенологического исследования. Рентгеноскопия, т.е. получение теневого изображения на просвечивающем (флюоресцентном) экране, является наиболее доступной и технически простой методикой исследования. Она позволяет судить о форме, положении и размерах органа и в некоторых случаях – его функции. Исследуя больного в различных проекциях и положениях тела, врач-рентгенолог получает объёмное представление об органах человека и определяемой патологии. Чем сильнее поглощает исследуемый орган или патологическое образование излучение, тем меньше лучей попадает на экран. Поэтому такой орган или образование отбрасывают тень на флюоресцирующий экран. И наоборот, если орган или патология менее плотные, то сквозь них проходит больше лучей, и они попадают на экран, вызывая как бы его просветление (свечение). Флюоресцентный экран светится слабо. Поэтому это исследование проводят в затемненном помещении, а врач должен в течение 15 минут адаптироваться к темноте. Современные рентгенаппараты оснащены электронно-оптическими преобразователями, усиливающими и передающими рентгеновское изображение на монитор (телеэкран). Однако рентгеноскопия имеет существенные недостатки. Вопервых, она обусловливает значительную лучевую нагрузку. Во-вторых, её разрешающая способность намного ниже, чем рентгенографии. Эти недостатки менее выражены при использовании рентгентелевизионного просвечивания. На мониторе можно менять яркость, контрастность, тем самым создавая лучшие условия для просмотра. Разрешающая способность такой рентгеноскопии намного выше, а лучевая нагрузка – меньше. Однако любое просвечивание отличается субъективностью. Все врачи должны полагаться на профессионализм врача-рентгенолога. В некоторых случаях для объективизации исследования рентгенолог выполняет во время скопии рентгенограммы. С этой же целью проводят и видеозапись исследования при рентгентелевизионном просвечивании. Рентгенография – метод рентгенологического исследования, при котором изображение получается на рентгеновской плёнке. Рентгенограмма по отношению к изображению, видимому на рентгеноскопическом экране, является негативом. Поэтому светлым участкам на экране соответствуют тёмные на плёнке (так называемые просветления), и наоборот, тёмным участкам – светлые (тени). На рентгенограммах всегда получается плоскостное изображение с суммацией всех точек, расположенных по ходу лучей. Для получения объёмного представления необходимо производить по крайней мере 2 снимка во взаимно перпендикулярных плоскостях. Главным преимуществом рентгенографии является возможность документировать 7 определяемые изменения. Кроме того, она обладает значительно большей разрешающей способностью, чем рентгеноскопия. В последние годы нашла применение цифровая (дигитальная) рентгенография, при которой приёмником рентгеновских лучей являются специальные пластины. После экспозиции рентгеновскими лучами на них остается скрытое изображение объекта. При сканировании пластин лазерным лучом высвобождается энергия в виде свечения, интенсивность которого пропорциональна дозе поглощенного рентгеновского излучения. Это свечение регистрируется фотодетектором и переводится в цифровой формат. Полученное изображение может быть выведено на монитор, распечатано на принтере и сохранено в памяти компьютера. Томография – рентгенологический метод послойного исследования органов и тканей. На томограммах в отличие от рентгенограмм получают изображение структур, расположенных в какой-либо одной плоскости, т.е. устраняется эффект суммации. Это достигается за счет одновременного движения рентгентрубки и пленки. Появление компьютерной томографии резко снизило применение томографии. Флюорография обычно используется для проведения массовых скрининговых рентгенологических исследований, особенно для выявления патологии лёгких. Суть метода заключается в фотографировании изображения с рентгеновского экрана или экрана электронно-оптического усилителя на фотоплёнку. Размер кадра обычно 70х70 или 100х100 мм. На флюорограммах детали изображения видны лучше, чем при рентгеноскопии, но хуже, чем при рентгенографии. Доза облучения, получаемая исследуемым, также больше, чем при рентгенографии. Методики рентгенологического исследования в условиях искусственного контрастирования Как уже указывалось выше, ряд органов, особенно полых, поглощают рентгеновские лучи практически одинаково с окружающими их мягкими тканями. Поэтому при рентгенологическом исследовании они не определяются. Для визуализации их искусственно контрастируют, вводя контрастное вещество. Чаше всего с этой целью используются различные жидкостные йодистые соединения. В ряде случаев важно получить изображение бронхов, особенно при бронхоэктатической болезни, врождённых пороках бронхов, наличии внутреннего бронхиального или бронхо-плеврального свища. В подобных случаях установить диагноз помогает исследование в условиях контрастирования бронхов – бронхография. Кровеносные сосуды на обычных рентгенограммах не видны, за исключением сосудов лёгких. Для оценки их состояния проводят ангиографию – рентгенологическое исследование сосудов с применением контрастного вещества. При артериографии контрастное вещество вводят в артерии, при флебографии – в вены. При введении контрастного вещества в артерию на снимке в норме последовательно отражаются фазы кровотока: артериальная, капиллярная и венозная. Особое значение контрастное исследование имеет при изучении мочевыделительной системы. Различают выделительную (экскреторную) урографию и ретроградную (восходящую) пиелографию. В основе выделительной урографии лежит физиологическая способность почек захватывать из крови йодированные органические соединения, концентрировать их и выделять с мочой. Перед исследованием пациент нуждается в соответствующей подготовке – очищении кишечника. Исследование проводится натощак. Обычно в локтевую вену вводят 20-40 мл одного из уротропных веществ. Затем через 3-5, 10-14 и 20-25 минут делают снимки. Если секреторная функция почек понижена производится инфузионная урография. При этом пациенту 8 медленно капельно вводят большое количество контрастного вещества (60 –100 мл), разведенного 5% раствором глюкозы. Экскреторная урография даёт возможность оценить не только лоханки, чашечки, мочеточники, общую форму и размеры почек, но и их функциональное состояние. В большинстве случаев выделительная урография обеспечивает получение достаточной информации о чащечно-лоханочной системе. Но всё же в единичных случаях, когда это по какой-либо причине не удаётся (например, при значительном снижении или отсутствии функции почки), выполняется восходящая (ретроградная) пиелография. Для этого катетер вводят в мочеточник до нужного уровня, вплоть до лоханки, через него вводят контрастное вещество (7-10 мл) и делают снимки. Для исследования желчевыводящих путей в настоящее время используют чрезкожную чрезпеченочную холеграфию и внутривенную холецистохолангиографию. В первом случае контрастное вещество вводится через катетер непосредственно в общий желчный проток. Во втором случае контраст, введенный внутривенно, в гепатоцитах смешивается с желчью и с ней выводится, заполняя желчные протоки и желчный пузырь. Для оценки проходимости маточных труб применяют гистеросальпингографию (метросальпингографию), при которой контрастное вещество вводится через влагалище в полость матки с помощью специального шприца. Контрастная рентгенметодика изучения протоков различных желёз (молочной, слюнной и др.) называется дуктографией, различных свищевых ходов – фистулографией. Пищеварительный тракт изучают в условиях искусственного контрастирования с помощью взвеси сульфата бария, который при исследовании пищевода, желудка и тонкой кишки пациент принимает внутрь, а при исследовании толстой кишки вводят ретроградно. Оценка состояния пищеварительного тракта обязательно проводится путем рентгеноскопии с выполнением серии рентгенограмм. Исследование толстой кишки имеет особое название – ирригоскопия с ирригографией. Компьютерная томография (КТ) – метод послойного рентгенологического исследования, в основе которого лежит компьютерная обработка множественных рентгенологических изображений слоев тела человека в поперечном сечении. Вокруг человеческого тела по окружности расположены множественные ионизационные или сцинтилляционные датчики, улавливающие рентгеновское излучение, прошедшее через исследуемого. С помощью компьютера врач может увеличивать изображение, выделять и увеличивать различные его части, определять размеры и что очень важно – оценивать плотность каждого участка в условных единицах. Информация о плотности ткани может быть представлена в виде чисел и гистограмм. Для измерения плотности используют шкалу Хаунсвильда с диапазоном свыше 4000 единиц. За нулевой уровень плотности принята плотность воды. Плотность костей колеблется от +800 до +3000 единиц H (Хаунсвильда), паренхиматозных тканей – в пределах 40-80 ед. Н, воздуха и газов – около -1000 ед. H. Плотные образования на КТ видны более светлыми и называются гиперденсивными, менее плотные видны более светлыми и называются гиподенсивными. Для усиления контрастности при КТ также используют контрастные вещества. Введенные внутривенно йодистые соединения улучшают визуализацию патологических очагов в паренхиматозных органов. Важным преимуществом современных компьютерных томографов является возможность по серии двухмерных изображений реконструировать трехмерное изображение объекта. Ультразвуковые методы исследования Под ультразвуком подразумевают звуковые волны с частотой свыше 20000 Гц, т.е. 9 выше порога слышимости человеческого уха. Ультразвук используется в диагностике для получения секционных изображений (срезов) и измерения скорости тока крови. Наиболее часто в радиологии используются частоты в диапазоне 2-10 МГц. Методику ультразвуковой визуализации называют сонографией. Технологию измерения скорости кровотока называют допплерографией. Сонография осуществляется пропусканием через тело пациента узконаправленного ультразвукового луча. Ультразвук генерируется специальным датчиком, обычно помещаемым на кожу пациента над обследуемой анатомической областью. Датчик содержит один или несколько пьезоэлектрических кристаллов. Подача электрического потенциала на кристалл приводит к его механической деформации, а механическое сжатие кристалла генерирует электрический потенциал (обратный и прямой пьезоэлектрический эффект). Механические колебания кристалла генерируют ультразвук, который отражается от различных тканей и возвращается назад к датчику в виде эха, генерирует механические колебания кристалла и, следовательно, электрические сигналы той же частоты, что и эхо. В таком виде эхо записывается. Интенсивность ультразвука постепенно уменьшается с прохождением через ткани тела пациента. Основной причиной этого является поглощение ультразвука в виде тепла. 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. Плотность и эластичность ткани вместе определяют ее так называемое акустическое сопротивление. Чем больше изменение акустического сопротивления, тем больше отражение ультразвука. Большое различие в акустическом сопротивлении существует на границе мягкая ткань – газ, и почти весь ультразвук отражается от нее. Поэтому для устранения воздуха между кожей пациента и датчиком применяется специальный гель. По этой же причине сонография не позволяет визуализировать области, расположенные за кишечником (так как кишечник заполнен газом), и содержащую воздух легочную ткань. Существует также и относительно большое различие в акустическом сопротивлении между мягкими тканями и костями. Большинство костных структур, таким образом, препятствует проведению сонографии. Изображения динамичны, на них можно наблюдать такие явления, как респираторные движения, пульсация сосудов, сердечные сокращения и движения плода. Современные аппараты для ультразвуковых исследований используют цифровые технологии. Генерируемый в датчике аналоговый электрический сигнал оцифровывается. Окончательное изображение на мониторе представлено оттенками серой шкалы. Более светлые участки при этом называются гиперэхогенными, более темные – гипо- и анэхогенными. Допплерография Измерение скорости кровотока с использованием ультразвука основано на физическом явлении, согласно которому частота звука, отраженного от движущегося объекта, изменяется по сравнению с частотой посланного звука при ее восприятии неподвижным приемником (допплеровский эффект). При допплеровском исследовании кровеносных сосудов через тело пропускается генерируемый специальным допплеровским датчиком ультразвуковой луч. При пересечении этим лучом сосуда или сердечной камеры небольшая часть ультразвука отражается от эритроцитов. Частота волн эха, отраженного от этих клеток, движущихся в направлении датчика, будет выше, чем у волн, испускаемых им самим. Разница между частотой принятого эха и частотой генерируемого датчиком ультразвука называется допплеровским частотным 10 сдвигом, или допплеровской частотой. Данный частотный сдвиг прямо пропорционален скорости кровотока. При измерении потока частотный сдвиг непрерывно измеряется прибором; большинство подобных систем автоматически преобразует изменение частоты ультразвука в относительную скорость кровотока (например, в м/с), используя которую можно вычислить истинную скорость кровотока. Допплеровский частотный сдвиг обычно лежит в пределах различимого человеческим ухом диапазона частот. Поэтому вся допплерографическая аппаратура оборудована динамиками, позволяющими слышать допплеровский частотный сдвиг. Этот "звук кровотока" используется как для обнаружения сосудов, так и для полуколичественной оценки характера тока крови и его скорости. Однако такое звуковое отображение мало пригодно для точной оценки скорости. В связи с этим при допплеровском исследовании обеспечивается визуальное отображение скорости потока – обычно в виде графиков или в форме волн, где по оси ординат отложена скорость, а по оси абсцисс – время. В случаях, когда ток крови направлен к датчику, график допплерограммы располагается над изолинией. Если ток крови направлен от датчика, график располагается под изолинией. Существует два принципиально различных варианта излучения и приема ультразвука при использовании допплеровского эффекта: постоянноволновой и импульсный. В постоянноволновом режиме допплеровский датчик использует два отдельных кристалла. Один кристалл непрерывно излучает ультразвук, а другой – принимает эхо, что позволяет измерять очень большие скорости. Поскольку происходит одновременное измерение скоростей на большом диапазоне глубин, невозможно выборочно измерить скорость на определенной, заранее заданной глубине. В импульсном режиме один и тот же кристалл излучает и принимает ультразвук. Ультразвук испускается короткими импульсами, а эхо регистрируется в периоды ожидания между передачами импульсов. Интервал времени между передачей импульса и приемом эха определяет глубину, на которой измеряются скорости. Импульсный допплер позволяет измерять скорости потоков в очень малых объемах (в так называемых контрольных объемах), расположенных вдоль ультразвукового луча, но наибольшие скорости, доступные для измерения, значительно ниже тех, которые можно измерить, используя постоянноволновой допплер. В настоящее время в радиологии используют так называемые дуплексные сканеры, которые объединяют в себе сонографию и импульсную допплерографию. При дуплексном сканировании направление допплеровского луча накладывается на изображение в В-режиме, и таким образом можно, используя электронные маркеры, выбрать размер и расположение контрольного объема вдоль направления луча. При перемещении электронного курсора параллельно направлению тока крови автоматически измеряется допплеровский сдвиг и показывается истинная скорость потока. Цветная визуализация кровотока – дальнейшее развитие дуплексного сканирования. Цвета накладываются на изображение в В-режиме, показывая наличие перемещающейся крови. Неподвижные ткани отображаются оттенками серой шкалы, а сосуды – цветной (оттенками голубого, красного, желтого, зеленого, определяемыми относительной скоростью и направлением кровотока). Цветное изображение дает представление о наличии различных сосудов и потоков крови, но обеспечиваемая данным методом количественная информация менее точна, чем при постоянноволновом или импульсном допплеровском исследовании. Поэтому цветная визуализация кровотока всегда комбинируется с импульсной допплерографией. 11
