Принципы и методы современной лучевой диагностики Зиганшина Л

Принципы и методы современной лучевой диагностики Зиганшина Л. Ф.

Лучевая диагностика - это отрасль медицины, связанная с использованием ионизирующих и неионизирующих излучений для выявления структурных и функциональных изменений в органах и тканях с целью диагностики заболеваний

Научная специальность 14. 01. 13 Лучевая диагностика, лучевая терапия, занимающаяся диагностикой и лечением заболеваний органов и систем с помощью физических воздействий (электромагнитных и корпускулярных излучений и ультразвука)

Виды лучевой диагностики (диагностической радиологии) Diagnostic Radiology Ионизирующие Вызывают ионизации атомов Рентгенодиагностика (Radiology) Радионуклидная диагностика (ядерная медицина) (Nuclear Medicine) Неионизирующие Не вызывают ионизации атомов Ультразвуковая диагностика (сонография) (Ultrasound) Магнитно-резонансная диагностика (MRT, MRJ) Эндоскопия

Медицинское (диагностическое) изображение Medical Jmaging Изображение внутренних органов, получаемое средствами лучевой диагностики — неразрушающее (неинвазивное) исследование внутренней структуры объекта и протекающих в нём процессов с помощью звуковых волн (в том числе ультразвуковых), электромагнитного излучения различных диапазонов, постоянного и переменного электромагнитного поля и потоков элементарных частиц. )

Виды медицинских изображений Аналоговые Традиционная рентгенография и рентгеноскопия Сонография Аналого-цифровые Сонография (УЗИ) Гаммасцинтиграфия Цифровые Цифровая рентгенография Цифровая флюорография Компьютерная томография Электронно-лучевая томография Магнитно-резонансная томография Однофотонная эмиссионная томография Двухфотонная позитронная эмиссионная томография (ПЭТ)

Методы лучевой диагностики использующих ионизирующее излучение: • • Методы, использующие рентгеновское излучение (рентгенологическая диагностика) • – Рентгеноскопия • – Рентгенография • – Флюорография • – Ангиография • – Компьютерная томография • Методы, использующие гамма-излучение • -радионуклидная, радиоизотпная диагностика, сцинтиграфия

Ионизирующее излучение – поток заряженных или нейтральных частиц и квантов электромагнитного излучения, прохождение которых через вещество приводит к ионизации и возбуждению атомов или молекул среды.

Строение атома

Ионизирующее излучение

• Источником ионизирующего излучения называют объект, содержащий радиоактивный материал, или техническое устройство, испускающее или способное (при определенных условиях) испускать ионизирующее излучение.

Открытие в конце ХIХ века рентгеновых лучей и радиоактивности послужило основой для развития нового направления медицинской науки – рентгенологии, а затем лучевой диагностики. В. К. Рентген 8 ноября 1895 г. Вильгельм Конрад Рёнтген открыл Х-лучи. 1901 г. Нобелевская премия по физике Анри Беккерель 1 марта 1896 г. Анри Беккерель открыл естественную радиоактивность 1903 г Нобелевская премия по физике А. Беккерелю Пьер и Мария Кюри 1903 г Нобелевская премия по физике П. Кюри, М. Склодовской. Кюри - за открытие искусственной радиоактивности

Источники рентгеновского излучения Рентгеновские лучи излучаются при больших ускорениях электронов. Источники Естественные Солнце Искусственные Рентгеновский аппарат Нейтронные звезды Кинескоп монитора Атомная электростанция

Рентгеновская трубка для создания рентгеновского излучения низкой и средней энергий Вакуумный стеклянный сосуд с двумя впаянными электродами – катодом и анодом Катод – тонкая вольфрамовая спираль, вокруг которой при ее нагревании образуется облако свободных электронов (термоэлектронная эмиссия) Анод – электрод, на котором фокусируются электроны, которые разгоняются под действием высокого напряжения, и который вращается с огромной скоростью Вольфрамовая мишень Электроны Вакуумная трубка Медный анод Нагретый вольфрамовый катод накаливания Источник высокого напряжения Рентгеновские лучи Ч 16

Схема опыта Рентген взял стеклянный шар с двумя впаянными внутрь металлическими пластинами. К обеим пластинам было приделано по проволочке. Концы проволочек торчали наружу сквозь стеклянную стенку шара и соединялись с индукционной катушкой изобретенной парижским механиком Румкортом. Воздух из шара был максимально выкачен.

Первый рентгеновский снимок кисти – супруги В. К. Рентгена

Фотография руки госпожи Рентген, сделанная 22 декабря 1895 года Фотография Альберта фон Колликера сделанная на лекции Вюрцбургского Физико-медицинского общества 23 января 1896 года

• Что такое X-лучи? Тормозное рентгеновское излучение возникает при торможении электронов, движущихся с большой скоростью, электрическими полями атомов анода. Условия торможения отдельных электронов не одинаковы. В результате в энергию рентгеновского излучения переходят различные части их кинетической энергии. Спектр тормозного рентгеновского излучения не зависит от природы вещества анода. Как известно, энергия фотонов рентгеновских лучей определяет их частоту и длину волны. Поэтому тормозное рентгеновское излучение не является монохроматическим. Оно характеризуется разнообразием длин волн, которое может быть представлено сплошным (непрерывным) спектром. В этом случае длина волны может лежать в диапазоне 0, 01 -10 нм (непрерывный спектр) • Спектр тормозного рентгеновского излучения

• Интенсивность такого излучения (тормозное)пропорционально заряду Z , из которого сделан анод. Чем больше напряжение приложенное между катодом и анодом рентгеновской трубки, тем больше мощность рентгеновских лучей. • Во втором случае (характеристическое излучение)место выбившего электрона место занимает электрон с более «высокой» оболочкой, а разница их потенциальной энергии выделяется с виде рентгеновского фотона соответствующей частоты. •

Характеристическое рентгеновское излучение Спектр излучения рентгеновской трубки • имеет не сплошной, а линейчатый спектр. Этот тип излучения возникает, когда быстрый электрон, достигая анода, проникает во внутренние орбитали атомов и выбивает один из их электронов. В результате появляется свободное место, которое может быть заполнено другим электроном, спускающимся с одной из верхних атомных орбиталей. Такой переход электрона с более высокого на более низкий энергетический уровень вызывает рентгеновское излучение определенной дискретной длины волны. Поэтому характеристическое рентгеновское излучение имеет линейчатый спектр. Частота линий характеристического излучения полностью зависит от структуры электронных орбиталей атомов анода.

• Электромагнитные волны с длиной волны, лежащей в диапазоне от 10 -5 до 100 нм, называют рентгеновским излучением

Свойства лучей 1. Большая проникающая и ионизирующая способность. 2. Не отклоняются электрическим и магнитным полем. 3. Обладают фотохимическим действием. 4. Вызывают свечение веществ. 5. Отражение, преломление и дифракция как у видимого излучения. 6. Оказывают биологическое действие на живые клетки.

Почему кости останавливают рентгеновские лучи? ² Проникающая способность рентгеновских лучей, а другими словами, их жесткость, от энергии их фотонов. Принято называть излучение длиной волны, большей 0, 1 нм, мягким, а остальное – жестким. Для диагностики цели следует использовать жесткое излучение не более 0, 01 нм, иначе рентгеновские лучи не пройдут через тело. Оказалось, что вещество тем больше поглощает рентгеновское излучение, чем больше плотность материала. Чем больше атомов на своём пути встретит рентгеновское излучение и чем больше электронов будет в оболочках этих атомов, тем больше вероятность поглощения фотона. 11. 02. 2018 33

²В теле человека рентгеновские лучи сильнее всего поглощаются в костях, плотность которых относительно высока и в которых много атомов кальция. При прохождение лучей через кости интенсивность излучений уменьшается вдвое через каждые. Кровь, мышцы, жир и желудочнокишечный тракт гораздо меньше поглощают рентгеновские лучи. Меньше всего задерживает излучение воздух в лёгких. Поэтому кости в рентгеновских лучах отбрасывают тень на фотоплёнку, и в этих местах она остаётся прозрачной. Там же, где лучам удалось засветить плёнку, она делается тёмной, и врачи видят пациента «насквозь» 11. 02. 2018 34

Рентгеновское изображение образуется в результате неоднородного ослабления (поглощения) рентгеновского излучения различными по плотности тканями

«Вышлите мне немного лучей в конверте» Через год после открытия x-лучей Рентген получил письмо от английского моряка «Сэр, со времён войны у меня в груди застряла пуля, но её ни как не могут удалить, поскольку её не видно. И вот я услышал, что вы нашли лучи, через которые мою пулю можно увидеть. Если это возможно, вышлите мне немного лучей в конверте, доктора найдут пулю, и я вышлю вам лучи назад» . Ответ Рентгена был следующим: «В данный момент я не располагаю таким количеством лучей. Но если вам не трудно вышлите мне вашу грудную клетку, а я найду пулю и вышлю вашу грудную клетку назад»

Первый рентгеновский аппарат Первый в мире научноисследовательский рентгеновский институт (г. Петроград) – 1918 г.

Первые «рентгеновские аппараты» нередко были составной частью консультативной комнаты врач (1900 г. )

Эпохи рентгенологии 1910 г. Наше время

Рентгенологический метод - это способ изучения строения и функции различных органов и систем, основанный на количественном и качественном анализе пучка рентгеновского излучения, прошедшего через тело человека.

Рентгенологические аппараты универсальные (общего назначения) – позволяют выполнять рентгенологическое исследование всех частей тела • специального назначения (специализированные) – предназначены для выполнения исследований в неврологии, стоматологии, маммологии, проведении массовых исследований (флюорограф) и т. д.

Диагностические изображения, получаемые методами медицинской визуализации — аналоговые и цифровые. Аналоговые изображения получают на специальной рентгенографической пленке или флюоресцирующих экранах с помощью методов классической рентгенодиагностики (рентгенографии, рентгеноскопии, флюорографии, линейной томографии) – рентгенограммы, сцинтиграммы, сонограммы.

Естественное контрастирование основано на значительной, естественной разнице в плотности тканей исследуемого объекта

Искусственное контрастирование – использование рентгеноконтрастных веществ: I. не ослабляющих рентгеновское излучение (газ) II. ослабляющих рентгеновское излучение в большей степени, чем окружающие ткани (Ba. SO 4, йодсодержащие вещества) Контрастирование желудка водной взвесью сульфата бария Контрастирование артерий йодсодержащим КВ

II. Ослабляющие рентгеновское излучение. 1. Не содержащие йод — водонерастворимые (сульфат бария — Ba. S 04). 2. Содержащие йод: - жирорастворимые (практически не используются); - водорастворимые: — ионные (урографин, гипак); — неионные (ультравист, омнипак, визипак).

Двойное контрастирование Рентген - негативный (воздух) + Рентген - позитивный (Ba. SO 4)

Основные методы рентгенологического исследования РЕНТГЕНОГРАФИЯ — способ получения диагностических изображений, при котором рентгеновские лучи после прохождения через тело пациента неравномерно ослабляются и засвечивают рентгенографическую пленку. Обзорная рентгенограмма Прицельная рентгенограмма

Цели контрастирования: 1. улучшает визуализацию патологического образования; 2. для дифференциальной диагностики различных патологических процессов; 3. для оценки взаимоотношения патологического очага и прилежащих сосудов. 4. для уточнения распространённости процесса.

Противопоказания для применения йодсодержащих КВ: Абсолютные: аллергическая предрасположенность, почечная недостаточность. Относительные: выраженная печеночная, сердечная недостаточность, гипертиреоз, тяжелые аритмии, эпилепсия. Сульфат бария не имеет противопоказаний.

РЕНТГЕНОСКОПИЯ - методика рентгенологического исследования, при которой изображение объекта получают на светящемся (флюоресцентном) экране или телевизионном мониторе в реальном масштабе времени. Предназначена для получения динамического, то есть подвижного, проекционного изображения в режиме «реального времени» , которое врачрентгенолог изучает непосредственно на флюоресцирующем экране.

Терминология, используемая в рентгенологической диагностике Затенение – ткани и среды, обладающие высокой плотностью (мягкие ткани, кости, жидкости, контрастные высокоатомные препараты)

Просветление – ткани и среды, обладающие низкой плотностью (жировая ткань, легочная ткань, газы)

Компьютерная томография 1979 год – присуждение Нобелевской премии А. Кормаку и Г. Хаунсфилду 1963 год - Алан Кормак (ЮАР) 1972 год - Годфри Хаунсфилд (Англия) Компьютерная томография – метод визуализации с помощью рентгеновского излучения и получения изображения органов и систем в поперечной (аксиальной проекции).

Рентгеновская аксиальная компьютерная томография - Использование рентгеновского излучения - Поперечное сканирование объекта тонким (коллимированным) веерообразным пучком

КТ - Регистрация детекторами ослабленного излучения - Преобразование данных в цифровую информацию - Формирование двухмерного изображения поперечного сечения объекта

Компьютерная томография

Компьютерная томография

Компьютерная томограмма - серия аксиальных срезов изучаемого органа по типу «пироговских» .

Искусственное контрастирование при КТ: Рентгеноконтрастные йодсодержащие вещества per os или парентерально КТ-ангиография — неинвазивное исследование магистральных сосудов с предварительным в/в контрастированием, которое проводится посредством катетеризации локтевой вены и болюсного введения контрастного вещества со скоростью 3— 4 мл/с при помощи автоматического шприца. Пофазное контрастирование — пофазное изучение органа после болюсного введения в сосудистое русло рентгеноконтрастного вещества. Исследование проводится в три фазы — артериальную, паренхиматозную и венозную в зависимости от времени прохождения контрастом соответствующего звена сосудистой сети.

КТ позволяет реконструировать первичные изображения — получать срезы во фронтальной, сагиттальной и других необходимых плоскостях, а также формировать трехмерные (объемные) изображения. Рентгенологическое исследование кровеносных сосудов, производимое с применением контрастных веществ Артериография Флебография Лимфография

Преимущества метода КТ: - отсутствие эффекта проекционного наложения (можно визуализировать структуры, которые проекционно наслаиваются на изображения других органов и практически не дают изображения на рутинных рентгенограммах (головной мозг, поджелудочная железа, лимфатические узлы) - денситометрия – количественное измерение рентгеновской плотности изучаемого объекта в единицах Хаунсфилда: это позволяет дополнять визуальную оценку компьютерно-томографической картины анализом плотности визуализируемых структур.

Термины, используемые при КТ Гиперденсные (высокоплотные) структуры - кость, кровь (кровоизлияние в острый период), рентгеноконтрастное вещество – белый цвет на томограмме. Гиподенсные (низкоплотные) структуры - ликвор, газы, кистозное жидкостное содержимое, жидкость как проявление отека – чёрный цвет на томограмме. Изоденсные — изображения одинаковой плотности с окружающими тканями (внутримозговое кровоизлияние в подострый период, образования одинаковой плотности с паренхиматозными органами) – серый цвет на томограмме.

Радионуклидная диагностика • Радионуклидная диагностика (синоним радиоизотопная диагностика, сцинтиграфия) — лучевое исследование, основанное на использовании соединений, меченых радионуклидами. В качестве таких соединений применяют разрешенные для введения человеку с диагностической и лечебной целями радиофармацевтические препараты (РФП) — химические соединения, в молекуле которых содержится определенный радионуклид. Наиболее часто используют короткоживущий радионуклид технеция.

• Общее между ренгенологическими исследованиями и радионуклидной диагностикой – использование ионизируешего излучения. Все рентгенологические исследования (включая КТ) базируются на фиксации прошедшего через тело пациента, т. е. пропущенного, излучения. • В то же время радионуклидная визуализация основана на обнаружении излучения, испускаемого находящимся внутри пациента РВ.

Открытие радиоактивности • • • Открытие нового вида лучей (Х-лучей), сделанное Вильгельмом Конрадом Рентгеном, вскоре привело к не менее выдающемуся открытию. Явление естественной радиоактивности открыл в 1896 году французский физик Антуан Анри Беккерель (Antoine Henri Becquerel). Беккерель решил проверить, связаны ли лучи Рентгена с флуоресценцией. В своей лаборатории он работал с веществами, обладающими яркой желтозеленой флуоресценцией (например, уранилнитрат UO 2(NO 3)2). С подобного рода препаратами урана работал еще его отец, который показал, что после прекращения действия солнечного света их свечение исчезает очень быстро – менее чем за сотую долю секунды. Однако никто не проверял, сопровождается ли это свечение испусканием каких-то других лучей, способных проходить сквозь непрозрачные материалы, как это было у Рентгена. • Открытие радиоактивности – явления, доказывающего сложный состав атомного ядра, произошло благодаря случайности. • Беккерель завернул фотопластинку в плотную черную бумагу, положил сверху крупинки урановой соли и выставил на яркий солнечный свет. После проявления пластинка почернела на тех участках, где лежала соль. Следовательно, уран создавал какое-то излучение, которое, подобно рентгеновскому, пронизывает непрозрачные тела и действует на фотопластинку. Беккерель думал, что это излучение возникает под влиянием солнечных лучей. Но однажды, в феврале 1896 года, провести очередной опыт ему не удалось из-за облачной погоды. Беккерель убрал пластинку в ящик стола, положив на нее сверху медный крест, покрытый солью урана. Проявив на всякий случай пластинку два дня спустя, он обнаружил на ней почернение в форме отчетливой тени креста. Это означало, что соли урана самопроизвольно, без влияния внешних факторов создают какое-то излучение. Подобно Рентгену, в одиночку, на протяжении долгого времени Беккерель изучал открытое им явление. В частности, установил, что источником нового вида лучей является элемент уран – последний в периодической системе. •

Пьер и Мария Кюри в лаборатории • Друг Беккереля – Пьер Кюри (Pierre Curie) и его супруга Мария Склодовская-Кюри (Maria Skłodowska-Curie) продолжили начатые им исследования. • В 1898 году они открыли новые радиоактивные элементы – радий (от лат. radiāre «излучать» ) и полоний (от латинского названия Польши Polōnia, — дань уважения родине Марии Склодовской). Спустя четыре года, после изнурительной работы исследователи из нескольких тонн урановой руды выделили 0, 1 грамма радиевой соли. • Мария предложила термин «радиоактивность» – самопроизвольный распад атома без влияния внешних факторов и доказала, что она имеет атомарный характер. Так были созданы основные предпосылки для всестороннего изучения радиоактивности.

Физические основы радионуклидной диагностики. Радиоактивность • Радиоактивность это самопроизвольное излучение, без влияния внешних факторов (супруги КЮРИ) • Радиоактивностью называется превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого элемента, сопровождающееся испусканием некоторых частиц. • Естественной радиоактивностью называется радиоактивность, наблюдающаяся у существующих в природе неустойчивых изотопов. • Искусственной радиоактивностью называется радиоактивность изотопов, полученных в результате ядерных реакций.

А том • А том (др. греч. ἄτομος — неделимый) — наименьшая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств. • • Атом состоит из атомного ядра и окружающего электронного облака. Ядро атома состоит из нуклонов - положительно заряженных протонов и электрически нейтральных нейтронов, а окружающее его облако состоит из отрицательно заряженных электронов. Если число протонов в ядре совпадает с числом электронов, то атом в целом оказывается электрически нейтральным. Атомы классифицируются по количеству протонов и нейтронов в ядре: количество протонов определяет принадлежность атома некоторому химическому элементу, а число нейтронов — изотопу этого элемента.

Эрнест Резерфорд • Великий английский физик Эрнест Резерфорд (Ernest Rutherford) своими экспериментальными открытиями заложил основы современного учения о строении атома и радиоактивности. • Он первым исследовал состав излучения радиоактивных веществ. Резерфорд открыл существование атомного ядра и впервые осуществил искусственное превращение атомных ядер. Все поставленные им опыты носили фундаментальный характер. • В 1908 году Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии.

Опыт Резерфорда • В 1899 г. в результате опыта, проведенного под руководством английского физика Эрнес та Резерфорда, было обнаружено, что радиоактивное излучение радия неоднородно, т. е. оно имеет сложный состав.

РАДИОАКТИВНОСТЬ - самопроизвольный распад ядра с выделением различных видов излучений, энергии и превращением одних элементов в другие Виды излучений: а) корпускулярные: альфа, бета; б) электромагнитное: гамма - имеет наибольшую проникающую способность и низкую степень биологического действия. Современная радионуклидная диагностика основана на регистрации гамма-квантов.

Спектр электромагнитных излучений • Ионизирующие и неионизирующие • Квантовые и Корпускулярные • Естественные и искусственные

ВИДЫ ИЗЛУЧЕНИЙ • Различают корпускулярное излучение, состоящее из частиц с массой отличной от нуля, и электромагнитное (фотонное) излучение. • Корпускулярное излучение • К корпускулярному ионизирующему излучению относят альфаизлучение, бетта, электронное, протонное, • элементарные частицы непосредственно не производят ионизацию, но в процессе взаимодействия со средой • высвобождают заряженные частицы (электроны, протоны), способные • ионизировать атомы и молекулы среды, через которую проходят. • Соответственно, корпускулярное излучение, состоящее из потока • незаряженных частиц, называют косвенно ионизирующим излучением.

ВОЗБУЖДЕНИЕ ЯДРА e Энергия Часть 2: Радиационная Физика частицы фотоны 76

-распад Альфа-радиоактивность за редким исключением (например 8 Be) не встречается среди легких и средних ядер. Подавляющее большинство альфа-радиоактивных изотопов (более 200) расположены в периодической системе в в области тяжелых ядер (Z > 83). Явление -распада состоит в том, что тяжелые ядра самопроизвольно испускают -частицы. При этом массовое число ядра уменьшается на четыре единицы, а атомный номер — на две: ZXA Z-2 YA -4 + 2 Не 4. материнское дочернее ядро гелия, ядро -частица

Свойства альфа - распада • На своём пути они производят сильную ионизацию среды, вырывая электроны из орбит атомов. • Пробег α- частиц в воздухе порядка 5 -8 см, в воде - 30 -50 микрон, в металлах - 10 -20 микрон. При ионизации α- лучами наблюдаются химические изменения вещества, и нарушается кристаллическая структура твердых тел. • В медицине не используется!

Бета-излучение • Бета-излучение - это электроны или позитроны, которые образуются при βраспаде различных элементов от самых легких (нейтрон) до самых тяжелых. • Бета-излучение - самый распространенныё тип радиоактивного распада ядер, особенно для искусственных радионуклидов. • При β-распаде электроны движутся со скоростью близкой к скорости света. Так как скорость β- частиц значительно выше скорости α- частиц, они реже взаимодействуют с атомами среды и плотность ионизации на единицу пробега у них в сотни раз ниже, чем у α- частиц, а пробег в воздухе достигает 10 м (у естественных β- излучателей). В мягкой ткани пробег может достигать 10 - 12 мм. Поглощаются они слоем алюминия толщиной 1 мм.

Изотопы • Изотоп - ядра с одинаковым количеством протонов, но различным числом нейтронов являются ядрами различных изотопов одного химического элемента. Это вещество имеющий одинаковое количество протонов в ядре, но с разным атомным весом. • Например, 1 Н 1, 1 Н 2, 1 Н 3 – изотопы водорода, 82 Pb 207, 82 Pb 208, 82 Pb 210 – изотопы свинца.

• • • Из 106 химических элементов 81 имеют стабильные и радиоактивные изотопы, 25 – только радиоактивные • Доказано существование около 1700 радионуклидов • В медицине с помощью радионуклидов возможно изучать обменные процессы, функции органов и систем, топографию органов, скорость кровотока, газообмен

Изотопы водорода

Гамма излучение • Гамма - излучение (γ -излучение) - коротковолновое электромагнитное излучение. На шкале электромагнитных волн оно граничит с жестким рентгеновским излучением, занимая область более высоких частиц. Возникает при распаде радиоактивных ядер и элементарных частиц, взаимодействии быстрых заряженных частиц с веществом, аннигиляции электронно-позитронных пар и др. • Гамма-излучение, сопровождающее распад радиоактивных ядер, испускается при переходах ядра из более возбужденного энергетического состояния в менее возбужденное или в основное. • Испускание ядром γ-кванта не влечет за собой изменения атомного номера или массового числа, в отличие от других видов радиоактивных превращений.

Проникающая способность • • Длина пробега в веществе зависит от • исходной энергии частицы и характера • вещества (проникающая способность)

Гамма – лучи • Благодаря малой длине волны гамма - лучи обладают очень высокой проникающей способностью. • Они распространяются в воздухе приблизительно на 2, 5 км • Наиболее интенсивное гамма-излучение и по энергии, и по количеству фотонов, возникает при β- распаде естественных и искусственных радионуклидов. Фотоны взаимодействуют • с электронами атомов и с электрическим полем ядра. Проходя через среду, гамма-излучение ослабляется по экспоненциальному закону, т. е. никогда не поглощается полностью. В этом его отличие от корпускулярного (альфа, бета, нейтронного) излучения. Передача всей энергии гамма- квантов происходит в результате фотоэлектрического поглощения, в результате которого фотон исчезает, а его энергия уходит на отрыв электрона от атома, т. е. его ионизацию. Важно, что фотон может отдать электрону лишь часть своей энергии и двигаться дальше в другом направлении. • γ-излучение ионизируют атомы и молекулы тел, разрушают живые клетки, не взаимодействуют с электрическим и магнитным полями. Ионизация, проводимая γ- квантами в среде, примерно в 100 раз ниже ионизации β- частицами. Глубина проникновения в среду зависит от энергии квантов. Самое интенсивное из природных источников γ- излучения ряда тория ослабляется примерно в 20 -30 раз слоем воды толщиной 1 м.

СВОЙСТВА ИОНИЗИРУЮЩИХ ИЗЛУЧЕНИЙ • Частицы и кванты, образующиеся при радиоактивном распаде ядер элементов, по-разному взаимодействуют с окружающей средой. Эти взаимодействия абсолютно не зависят от вида элемента, а лишь от свойств (масса, энергия, заряд, частота и т. д. ) самих частиц. • Основными свойствами радиоактивных излучений являются: • - способность проникать через вещества; • - ионизация вещества среды; • - выделение тепла при радиоактивном распаде; • - действие на фотоэмульсию; • - способность вызывать свечение люминесцирующих веществ; • - способность вызывать химические реакции и распад молекул (при длительном воздействии • излучений изменяется окраска окружающих предметов). • Все эти свойства и используются при обнаружении и регистрации излучений, т. к. ни одно из шести чувств человека воздействие ионизирующих излучений не улавливает. Неспособность человека обнаружить радиацию создает вокруг радиоактивных излучений целую ауру таинственности и опасности, и значительно усложняет взаимоотношения общества с предприятиями, органами управления атомной промышленностью, а также общение пациента с со специалистом радиологом. .

Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом • Проходя через любую среду ионизирующие излучения передают свою энергию атомам этой среды, вызывая их возбуждение и ионизацию • Степень ионизации вещества зависит от массы, заряда и энергии излучения, чем они выше, тем выше ионизирующая способность • Тяжелые частицы могут взаимодействовать с ядрами выбивая из • них протоны или нейтроны, легкие частицы способны вырывать • из атома орбитальные электроны • Ионизирующая способность (иониза ция уде льная) - число пар • разноименных электрических зарядов (пар катион — анион или • электрон —ион), образующихся в результате столкновений • частицы на единице длины ее пути в веществе • Процесс ионизации обусловливает биологические эффекты излучений

Шкала электромагнитных излучений

Активность • Активность-мера радиоактивности какого-либо вещества, измеряется в Беккерелях=1 распад/секунду или встарых единицах Кюри • Количество радиоактивного вещества измеряется единицами массы и активностью, которая равна числу ядерных превращений (распадов) в единицу времени. Единицей активности в СИ служит распад в секунду: 1 Бк=1 расп/с. Наиболее употребительной внесистемной международной единицей является кюри: 1 Ки=3, 7 1010 Бк, что соответствует активности 1 г радия.

Полураспад • Полураспад- определенный интервал времени, на протяжении которого активность убывает в два раза, то есть это время, в течение которого распадается половина наличного числа радиоактивных атомов. Эта величина характеризует скорость радиоактивного распада. • Так для урана Т=4, 5 млрд лет • • Тс-99 m (технеций)- 6 часов • • I-125 (йод) для РИА -60 суток • • I-131 -8 суток

Позитрон излучающие изотопы для ПЭТ (позитронно-эмиссионной томографии): • • – С-11 (углерод) (T. = 20, 4 мин. ) – N-13 (азот) (T. =9, 96 мин. ) – О-15 (кислород) (T. =2, 03 мин. ) – F-18 (фтор) (T. =109, 8 мин. )

Периоды полураспада ( T½ ) некоторых изотопов: • • • • Короткоживущие: Используются в лучевой диагностике 11 С(углерод) = 20, 4 мин 13 N (азот) =9, 96 мин 15 О (кислород)=2, 03 мин 18 F (фтор)=109, 8 мин 99 m. Tc (технеций) = 6, 01 часов 125 I (йод)=59, 4 суток (используется в радиоиммунном анализе ин витро) 131 I (йод)=8, 02 суток (используется при лучевой терапии) Долгоживущие: 60 Com (кобальт)= 5, 2713 лет (используется при лучевой терапии) • 238 U (уран) =4, 468· 109 лет В медицине не используется • •

Лечение радиоактивным кобальтом Со 60

Радиофармацевтические препараты (РФП) • Радиофармацевтическими препаратами (РФП) называют диагностические средства, созданные на основе радиоактивных изотопов (радионуклидов). Кроме содержания радиоактивных нуклидов, РФП отличается от обычных фармацевтических средств еще очень важной особенностью — отсутствием заметного фармакологического эффекта, что объясняется содержанием в них химического соединения в очень малых количествах. Вместе с тем это фармакологическое средство, что подчеркивает принципиальную характеристику препарата — принадлежность к медицинским средствам и предполагает необходимость соответствия всем требованиям, предъявляемым к препарату, вводимому в организм человека.

• Радиактивная компонента РФП часто соединяется с молекулой – носителем, определяющей распределение в теле. Идеальный РФП распространяется только в пределах, предназначенных для визуализации определенных органов и структур. • Органотропность- способность РФП избирательно накапливаться в определенных органах.

Радионуклидная диагностика • Радионуклидная диагностика (синоним радиоизотопная диагностика, сцинтиграфия) — лучевое исследование, основанное на использовании соединений, меченых радионуклидами. В качестве таких соединений применяют разрешенные для введения человеку с диагностической и лечебной целями радиофармацевтические препараты (РФП) — химические соединения, в молекуле которых содержится определенный радионуклид. Наиболее часто используют короткоживущий радионуклид технеция.

Развитие радионуклидной диагностики • • • Дьёрдь де Хевеши В клинической медицине радиоактивные индикаторы впервые стали использовать в 1927 году, когда Сома Вейсс и Герман Блумгарт выполнили введение радиоактивных изотопов в кровеносное русло для изучения скорости кровотока. 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 несъеденной 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. В 1948 году Принцметал и соавторы внутривенно вводили пациенту радиоактивный натрий и регистрировали скорость кровотока. Практическое использование радиоизотопов в лечебных учреждения, несмотря на их очевидные преимущества, долгое время тормозилось техническими причинами. В конце 50 -х годов началось широкое промышленное производство радиоактивных нуклидов, что позволило этой отрасли медицины получить должное развитие.

• Началом радиоизотопной диагностики как самостоятельной дисциплины считается 1942 год, когда Н. Гальминтон разработал методику, экспереминтально испытал и определил функциональную способность щитовидной железы у человека с помощью йода-131. Простота метода и его несомненная клиническая ценность привлекли внимание клиницистов. И в последние годы метод радиоактивной индикации нашел применение в клинической диагностике.

Методы лучевой диагностики, использующие радиоактивные нуклиды • – Сцинтиграфия • – Позитронноэмиссионная томография (ПЭТ) • – Радиоиммунные исследования

Методы радионуклидной диагностики • • Радиометрия • • Радиография • • Сканирование (сцинтиграфия) ü ОФЭТ (однофотонная эмиссионная томография ) ü ПЭТ ( позитронно эмиссионная томография) • • Радиоиммунный анализ

• При радионуклидной визуализации предпочтительна энергия в диапазоне 50300 кэ. В; идеальная энергия – окло 150 кэ. В. (Наиболее часто используемый рдиоуклид, Тс-99 м, испускает фотоны с энергией 140 кэ. В). •

• Итак, РФП препарат находится в теле пациента и как его найти и измерить?

Повторим • Общее между ренгенологическими исследованиями и радионуклидной диагностикой – использование ионизируешего излучения. Все рентгенологические исследования (включая КТ) базируются на фиксации прошедшего через тело пациента, т. е. пропущенного, излучения. В то же время радионуклидная визуализация основана на обнаружении излучения, испускаемого находящимся внутри пациента РВ.

Радиометрия. • Основным методом исследования, применяемым для измерения радиоактивности всего тела или его части, является радиометрия. • Радиометрия- метод определения относительной или абсолютной активности источника излучения, основанный на регистрации числа частиц или квантов, испускаемых источником за единицу времени. Радиометрическое исследование позволяет определить средний уровень скорости счета излучения от радиоактивного объекта за тот отрезок времени, в течение которого производится счет импульсов. Если измерения производятся непосредственно у больного, то подобное исследование называется клинической радиометрией. Измерение активности биологических сред, например крови, слюны или мочи больного, носит название лабораторной радиометрии.

• Клиническая радиометрия, внешняя и внутриполостная, применяется в основном с целью определения: 1) наличия и величины активности радиоактивного препарата в организме( счет всего тела) для диагностики радиоактивного заражения; 2) наблюдение в течение определенного времени за характером накопления, перераспределения и выведения из организма и конкретно из определенного органа различных радиоактивных изотопов и меченных соединений. Изучение динамики радиоактивности всего тела или его части, необходимое для исследования функций органов и обмена веществ, производится с помощью радиографии. Радиография- метод непрерывной графической регистрации среднего уровня относительной радиоактивности биологического объекта с записью соответствующих графиков, отражающей динамику интенсивности излучения в течение всего времени исследования. Установление распределения радиоактивного соединения во всем теле или в отдельном органе позволяет, получит информацию о величине, форме, положении и функциональном состоянии органа, а также наличии в нем объемных образований. Это выполняется с помощью специальных устройств именуемыми гамма-камерами.

Гамма-камера • • Гамма-камера (сцинтилляционная камера)- это детектор, используемый в большинстве процедур радионуклидной диагностики. Основным ее компонентом является большой, выполненный в форме диска сцинтилляционный кристалл (часто сделанный из йодида натрия, с максимальным диаметром около 60 см). Специально свинцовое защитное устройство, так называемый коллиматор, располагается перед криссталом, со стороны пациента. Коллиматор м. б. сконструирован по-разному, он определяет проекцию испускаемого излучения на крисстал. Как правило это толстая свинцовая пластина, пронизанная множеством параллельных отверстий. Из-за параллельного расположения отвестий на поверхность кристалла проецируется двумерное расположение препаратов по телу в масштабе 1: 1. Гамма- фотоны поглощаются сцинтилляционным кристаллом, приводя к испусканию света. Свет передается к фотоумножителю, генерирующим электрические сигналы. Амплитуда электричских сигналов пропорциональна количеству полученного света. Свет от каждого сцинтиллятора распределяется по всему фотоумножителям, но интенсивность его максимальна у фотоумножителя, расположенного непосредственно над позицией сцинтиллятора. По этим данным реконструируется двумерное проекционное изображение распространения РФП. Окончательное изображение м. б. представлено в аналоговом формате непосредственно на катодно-лучевой трубке или на фотографической пленке. Большинство гамма-камер, однако, позволяет создавать и цифровые изображения через оцифровку аналоговых выходных электрических сигналов от фотоумножитлей. Цифровая технология является необходимой предпосылкой для целого ряда разновидностей радионуклидных методик, например для динамических исследований, синхронизированных с ЭКГ кардиологических исследований и для томогрфических исследований.

Принципы получения информации: 1. Парентеральное введение радиофармпрепарата (РФП) - разрешенное для введения человеку с диагностической или лечебной целью химическое соединение, содержащее в своей молекуле радиоактивный нуклид; 2. Избирательное поглощение РФП органами, в метаболизме которых участвует данный РФП; 3. Регистрация гамма-излучения в органе с избирательным накоплением РФП;

Сцинтиграфия —получение изображения органов и тканей посредством регистрации излучения на гамма-камере, испускаемого инкорпорированным радионуклидом. Исследуемый орган обязательно должен быть хотя бы в ограниченной степени функционально активным! Не функционирующий орган не накапливает РФП. n Статическая - для оценки пространственного распределения РФП в теле или органе больного, рассчитывают степень накопления РФП в тканях, сравниваются показатели степени накопления в различных участках органа, оценивается равномерность накопления внутри органа. n

Динамическая сцинтиграфия с целью изучения динамики распределения РФП в органе. Запись серии кадров от момента в/в инъекции РФП в течение определенного времени, обработка данных и построение кривых распределения РФП.

Однофотонная эмиссионная томография вариант сцинтиграфии, при которой применяется гаммакамера с вращающимся детектором вокруг тела обследуемого. Формируется послойное изображение органа, отображающее послойное распределение РФП.

Позитронно - эмиссионная томография В качестве РФП используют ультракороткоживущие радионуклиды (период полураспада - несколько минут), испускающие позитроны (изотопы таких элементов, как углерод, кислород, азот, фтор). Меченные этими элементами РФП являются естественными метаболитами организма и включаются в обмен веществ. Испускаемые этими радионуклидами позитроны аннигилируют вблизи атомов с электронами и образуются гамма-кванты — фотоны, по законам физики они разлетаются в противоположные стороны, регистрируются противоположно расположенными детекторами гамма-камеры.

Позитронно-эмиссионная томография • • • • Это радионуклидный томографический метод исследования внутренних органов, основанный на регистрации пары гаммаквантов, возникающих при аннигиляции позитронов • Позитроны возникают при позитронном бета-распаде радионуклида, входящего в состав РФП • В отличие от КТ и МРТ при ПЭТ оцениваются не анатомическое строение, а функциональные изменения на уровне клеточного метаболизма • Возможно изучать метаболизм глюкозы, транспорт веществ, утилизацию кислорода, лиганд-рецепторные взаимодействия, экспрессию генов и т. д. • Диагностика опухолей, эпилепсии, болезни Альцгеймера, ишемии

ПЭТ позволяет проводить точную количественную оценку концентрации радионуклидов в изучаемом органе, изучать процессы, происходящие на клеточном уровне. Используется для тонкого изучения протекающих в нем метаболических процессов. Например, в онкологии – аккумуляция дезоксиглюкозы в активно метаболизирующих опухолевых клетках , в кардиологии – дезокси-глюкоза хорошо включается в углеводный обмен миокарда и позволяет определить степень его жизнеспособности.

Терминология, используемая в радионуклидной диагностике Горячий и холодный очаги ЩЖ

Повторим • Общее между ренгенологическими исследованиями и радионуклидной диагностикой – использование ионизируешего излучения. Все рентгенологические исследования (включая КТ) базируются на фиксации прошедшего через тело пациента, т. е. пропущенного, излучения. В то же время радионуклидная визуализация основана на обнаружении излучения, испускаемого находящимся внутри пациента РВ.

Лабараторная радиометрия Радиоиммунный анализ (РИА) • Радиоиммунный анализ (РИА), также радиоиммунологический или изотопный иммунологический анализ, (англ. Radioimmunoassay, RIA) — метод количественного определения биологически активных веществ в биологических жидкостях, основанный на конкурентном связывании искомых стабильных и аналогичных им меченных радионуклидом веществ со специфическими связывающими системами, с последующей детекцией на специальных счетчиках — радиоспектрометрах. Для метки антител или антигенов чаще всего используется изотоп йода 125 I, который имеет период полураспада 60 дней

• Впервые метод был разработан Соломоном Берсоном и Розалин Сасмен Ялоу в 1950 -х годах. С помощью этого метода они изучали клиренс инсулина у больных диабетом. Р. Ялоу получила за это Нобелевскую премию в 1977 году. • Для метки антител или антигенов чаще всего используется изотоп йода 125 I, который имеет период полураспада 60 дней и высокую удельную радиоактивность. •

• Исследование выполняют in vitro, что означает «в пробирке» . Для РИА выпускают стандартные наборы реагентов, каждый из которых определяет концентрацию определенного (одного!) вещества. Анализ проводится в несколько этапов: • - смешивают биологический материал с реагентом; • - полученную смесь инкубируют несколько часов; • - разделяют свободное и радиоактивное вещество; • - осуществляют радиометрию проб; • - рассчитывают результаты. • В основном для метки антител и антигенов применяют изотоп йода 125 – он имеет высокую удельную радиоактивность и период полураспада 60 дней. Меченый антиген добавляют в определенном количестве, что позволяет определить часть вещества, которая связалась с антителами и другую, которая в результате конкуренции с выявляемым немеченым антигеном, осталась несвязанной.

Защита на рабочем месте • Защита количеством – чем менее активно радиоактивное вещество, тем меньше доза достанется работникам • Защита временем - чем меньше время работы, тем меньшую дозу получит персонал. Находит широкое применение на практике – менее короткий рабочий день, ранние сроки выхода на пенсию, длительный отпуск. • Защита расстоянием – манипуляторы, дистанционное управление. • Защита экраном – плексиглас, стекло, алюминий – бета-излучение. Бетон – рентген-излучение. Нейтронном – вода. Гамма-излучение – свинец. • Слой половинного ослабления – толщина экрана, ослабляющая дозу в два раза. • Защита при работе с открытыми источниками: • 1. Четыре принципа закрытых источников • 2. Герметизация оборудования с целью изолирования процесса • 3. Мероприятия планировочного характера • 4. Санитарно-техническое оборудование, специальные защитные материалы • 5. Средства индивидуальной защиты и санитарная обработка персонала • 6. Выполнение правил личной гигиены, очистка от радиоактивных загрязнений поверхностей, строительных конструкций, аппаратуры. • 7. Радиационный и медицинский контроль

• Требования по обеспечению радиационной безопасности: • 1) Всякое лучевое исследование должно проводится оправданно, то есть по строгим показаниям. • Профилактические исследования не проводят беременным и детям до 14 лет, радионуклидные процедуры – детям от 1 до 16, беременным и кормящим матерям. • 2) Соблюдение правил радиологического обследования больных. Оно проводится только лицами, имеющими специальную подготовку. Всю ответственность за обоснованность, планирование и проведение исследования несет врач-радиолог. • Все работники радиологических отделений, лица, находящиеся в смежных помещениях должны быть защищены от действия ионизирующих излучений. • 3) Принцип оптимизации – поддержание возможных низких уровней доз облучения при любом источнике облучения. • 4) Принцип нормирования

• • Радиометрия и дозиметрия ионизирующих излучений Это специальный раздел радиационной физики и техники, занимающийся определением доз облучения и их биологического действия на организмы Дозиметрия ионизирующих излучений предполагает: измерение активности источника излучения измерение качества и количества испускаемых излучений измерение величины и распределения энергии, поглощенной в любом объекте находящемся в сфере деятельности данного источника

Методы дозиметрии • • • Биологические (эпиляционная, эритемная дозы. Изучение реакции кожи на облучение на первых этапах развития рентгено-радиологии являлось единственным способом измерения количества ионизирующего излучения. Эмпирическим путем была установлена такая доза рентгеновых лучей, после подведения которой на коже человека появлялось ярко выраженное покраснение. Этот биологический эффект был принят в качестве единицы измерения рентгеновских лучей, которая получила название эритемной дозы. Эритемной дозой называется то минимальное количество рентгеновских лучей, которое при условии минимального местного облучения вызывает на соответствующем участке кожи спустя 10 -14 дней после облучения эритему с последующим выпадением волос. • Химические (ферросульфтный, цериевый) Ферросульфа тный дозиметр (дози метр Фри кке) — измерительный прибор, применяемый для измерения больших доз ионизирующего излучения. Основан на окислении иона двухвалентного железа продуктами радиолиза воды в кислом водном растворе и последующем измерении концентрации образовавшихся ионов трёхвалентного железа, которая в широком диапазоне пропорциональна поглощённой дозе. • Физические (ионизационный, сцинтиляционный) В процессе ионизации вещества наступает изменение его электропроводности. Так, газы в обычных условиях практически не обладающие электропроводностью, в момент ионизации становятся хорошими проводниками электричества. Ионизационные методы дозиметрии основаны на том, что число образованных пар ионов в каком-либо определенном объеме вещества находится в прямой зависимости от количества поглощенного в нем излучения. Сцинтилляционные или люминисцентные методы дозиметриионизирующих излучений основаны на измерении интенсивности эффекта люминистенции, возникающей при облучении некоторых флуоресцирующих веществ. Общеизвестным приемом использования этого эффекта для обнаружения излучений является рентгеноскопия, которая также основана на принципе свечения экрана под действием рентгеновых лучей.

Типы дозиметров • Измерение излучения в прямом пучке • Дозиметры контроля и защиты • • Дозиметры индивидуального контроля

эпиляционная, эритемная дозы

В медицинской практике дозиметрия осуществляется с помощью индивидуальных дозиметров • • Используют 1 или > дозиметров, размещенных в области органов, наиболее подверженных радиации (щитовидная железа, гонады, грудная клетка) • • Радиационный контроль в медицинских учреждениях осуществляется • специализированными группами радиационного контроля

Противолучевая защита • • Способы противолучевой защиты персонала и пациентов в медицинских учреждениях регламентируются САНПИНом 2. 6. 1. 802 -99 ГИГИЕНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К УСТРОЙСТВУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ РЕНТГЕНОВСКИХ КАБИНЕТОВ

• • • Защита экранированием • Специальные противорадиационные средства защиты – Индивидуальные (очки, фартуки, жилеты из материалов с добавлением свинца) – Передвижные (ширмы, экраны) – Стационарные строительные конструкции и устройства, являющиеся частью помещения (стены, двери, ставни, жалюзи из соответствующих материалов (свинцовое стекло, баритобетон)) • Свинцовый эквивалент

• • • Категория А - лица, которые постоянно или временно работают непосредственно с источниками ионизирующих излучений (врачрентгенолог, рентгенолаборант, санитарка) • Категория Б - лица, которые по условиям проживания или размещения рабочих мест могут подвергаться воздействию ионизирующих излучений (анестезиолог, хирург, лица, сопровождающие больного)

Методы лучевой диагностики, использующие неионизирующие излучение. Ультразвуковое излучение (УЗД) • • • Методы лучевой диагностики • Методы, использующие ультразвуковое излучение (УЗД) – Исследования в М-режиме, В-режиме – Исследования в 3 D-режиме – Допплерография

• Ультразвук — упругие звуковые колебания высокой частоты. Человеческое ухо воспринимает распространяющиеся в среде упругие волны частотой приблизительно до 16 -20 к. Гц; колебания с более высокой частотой представляют собой ультразвук (за пределом слышимости). Обычно ультразвуковым диапазоном считают полосу частот от 20 000 к. Гц, т. е. выше порога слышимости человеческого уха • Ультразвуковое исследование (УЗИ) — неинвазивное исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн.

Ультразвуковая диагностика • • В 2011 году в РФ проведено 110 млн. УЗИ, больше чем рентгенологических исследований • • Преимуществом данного метода является широкая распространенность, доступность, • высокая информативность и относительная • безопасность

• Физическая основа УЗИ — пьезоэлектрический эффект. При деформации монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титанат бария) под воздействием ультразвуковых волн, на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды — прямой пьезоэлектрический эффект. При подаче на них переменного электрического заряда, в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно то приёмником, то источником ультразвуковых волн. Эта часть в ультразвуковых аппаратах называется акустическим преобразователем, трансдюсером или датчиком.

• Эхогенность - способность создавать эхо. Т. е. способность отражать излученное с возможным частичным поглощением (в частности отражать ультразвуковые волны от датчика при УЗИ). Степень эхогенности говорит о соотношении поглощения и отражения. Чем плотнее ткань, тем менее способна она к поглощению, тем более эхогенной она является. У нормальной ткани (печени, в частности) есть некий интервал, эхогенность в котором является нормой. Изменение эхогенности говорит об изменениях в тканях (как правило - это изменение плотности). Повышенная эхогенность ткани печени, выявленная по данным УЗИ, свидетельствует об уплотнении ее структуры (например, в результате воспаления или фиброза - разрастания соединительной ткани).

• Достигнув границы двух сред с различным акустическим сопротивлением, пучок ультразвуковых волн претерпевает существенные изменения: одна его часть продолжает распространяться в новой среде, в той или иной степени поглощаясь ею, другая — отражается.

• Более сложные методы исследования (например, основанные на эффекте Допплера) позволяют определить скорость движения границы раздела плотностей, а также разницу в плотностях, образующих границу. Суть эффекта заключается в изменении частоты звука вследствие относительного движения источника и приемника звука. Когда звук отражается от движущегося объекта, частота отраженного сигнала изменяется (происходит сдвиг частоты).

Принцип работы • • Ультразвуковая волна испускаемая пьезоэлектрическим датчиком проходит через границы плотности различных органов и тканей. Отраженный сигнал (эхо) возвращается обратно и воспринимается датчиком.

Термины, используемые в УЗД Изоэхогенные структуры – паренхиматозные органы и ткани сходные с ними по плотности. Анэхогенные или гипоэхогенные структуры – ткани хорошо проводящие ультразвуковые волны, жидкостные, гидрофильные. Анэхогенные (кровь, моча, желчь) на экране сканера или на сонограммах представлены черным цветом. Гипоэхогенные — черно-серым оттенком.

Термины, используемые в УЗД Гиперэхогенные (конкременты, кальцинаты, воздух, костные структуры) - отражающие эхо, выглядят в виде светлых или ярко-белых структур.

Методы, использующие ультразвуковое излучение (УЗД) • • – Исследования в А-режиме, М-режиме, Врежиме • – Исследования в 3 D-режиме • – Допплерография

А - режим Одномерная эхография От слова амплитуда, самый простой тип УЗИ. Датчик отображает показатели эхо-сигналов на прямой, отражающей значение глубины. Результаты исследования в А-режиме представляют собой кривую с различной амплитудой на оси времени. «А» от английского слова amplitude – амплитуда. Отраженные волны регистрируются в виде пиков. Количество пиков указывает на количество отражающих структур или сред. Данный режим используется в офтальмологии и неврологии.

М-режим. Одномерная эхография • От слова motion (движение). в Мрежиме ультразвуковые импульсы поступают друг за другом – каждый раз. В М-режиме происходит процесс, похожий на запись видео в ультразвуке. М-режим используется для исследования работы сердца, которое находится постоянно в движении. Отраженные ультразвуковые волны от движущихся структур сердца регистрируются в виде нескольких кривых на оси времени. По их форме и расположению судят о характере сердечных сокращений.

В-режим • 2 D эхография • От слова brightne-яркость. При ультразвуковом исследовании в В-режиме получается черно-белое изображение анатомических структур с различными по яркости деталями в режиме реального времени. Высота амплитуды при этом соответствует степени яркости серого цвета. Подобная регистрация эхо-сигнала дает изображение в одном измерении. Отдельные изображения сохраняются в течение короткого времени. За счет перемещения акустической оси пьезоэлементов на экране отображается обобщенная картинка среза. Затем отдельные строчки суммируются на мониторе как двухмерное изображение. На основе такого изображения можно определить параметры (размеры, объемы) исследуемого объекта. В-режим используется практически во всех областях медицины.

УЗИ брюшной полости

Ультразвуковые изображения М-режим D-режим В-режим 3 D-rendering

3 D эхография • В 3 D УЗИ большое количество совмещенных 2 D-изображений объединено для создания трехмерных снимков объектов.

Допплерография • Допплеровский режим с использованием эффекта Допплера. Используется для: • качественной оценки кровотока — определение характера тока крови: ламинарный (равномерный поток) или турбулентный (множественные завихрения). • количественной оценки кровотока — определение скоростей крови в сосуде.

Цветовой допплер

Методы лучевой диагностики на основе ядерно-магнитного резонанса • – МРТ • – МР-спектроскопия

Магнитно-резонансная томография — метод медицинской визуализации, позволяющий получать томографические срезы в различных (аксиальной, сагиттальной, фронтальной и других) плоскостях с помощью явления ядерномагнитного резонанса, метод основанный на возбуждении ядер водорода биологического объекта в магнитном поле и регистрации энергии возбужденного ядра. 1946 год - Феликс Блох, Ричард Пурсел (США) - открытие явления ядерно-магнитного резонанса 1952 год - присуждение Нобелевской премии (Феликс Блох, Ричард Пурсел) 1973 год - обоснована конструкция МР-томографа (Пол Лаутерберг) 1982 год - серийное производство аппаратов 2003 - присуждение Нобелевской премии (Пол Лаутерберг)

Физические основы метода • сильный магнит • биологический объект: в организме пациента создается суммарный магнитный момент, совпадающий с направлением внешнего магнитного поля, зависящий от плотности протонов в различных органах и тканях и содержания водорода. • радиочастотная катушка: MP-сигнал представляет собой радиоволну, генерируемую протонами после исчезновения явления ЯМР в течение времени релаксации. Эта радиоволна улавливается радиочастотной катушкой. • компьютер

Терминология, используемая в МРТ Изоинтенсивный сигнал – структуры одинаковые по интенсивности с окружающими тканями. Высокоинтенсивный сигнал – структуры с высоким содержанием водорода (гидратированные структуры) – белые оттенки (жир, метгемоглобин, жидкость в Т 2). Низкоинтенсивный сигнал – ткани и структуры с низким содержанием ядер водорода – черные оттенки (компактная кость, гемосидерин, жидкость в Т 1).

МРТ с искусственным контрастированием – используются вещества, изменяющие магнитные свойства тканей. Группы контрастных веществ : • парамагнетики (соединения гадолиния); • супермагнетики (соединения железа).

ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ к МРТ Абсолютные: наличие в теле пациента металлических инородных тел, осколков, ферромагнитных имплантов (кардиостимуляторы, автоматические дозаторы лекарственных средств, имплантированные инсулиновые помпы, искусственные клапаны сердца, стальные импланты, искусственные суставы, аппараты металло-остеосинтеза, слуховые аппараты. Относительные: первый триместр беременности, клаустрофобия, некупированный судорожный синдром, двигательная активность пациента. НЕДОСТАТКИ МРТ 1. Высокая чувствительность к двигательным артефактам 2. Ограничение выполнения исследования у пациентов, требующих аппаратного поддержания жизненно важных функции организма (наличие кардиостимуляторов и др. ) 3. Плохая визуализация костных структур из-за низкого содержания воды.

Магнитно-резонансные изображения Головной мозг в двух проекциях МР-ангиография головного мозга

Трехмерная реконструкция черепа (3 D-rendering)

Эндоскопическая диагностика

Эндоскопия • Эндоскопия — метод визуального исследования полых органов при помощи специальных инструментов (эндоскоп, осветитель) через естественные отверстия и полостей организма (путем проколов или операционных доступов) с помощью оптических приборов, снабженных осветительными приборами. При необходимости эндоскопия сочетается с прицельной биопсией, рентгенологическим или ультразвуковым исследованием. Результаты эндоскопии могут быть документированы с помощью фотографирования, киносъемки и видеозаписи.

• В своем развитии эндоскопия прошла через несколько стадий, характеризовавшихся совершенствованием оптических приборов и появлением новых методов диагностики и лечения. До определённого времени осмотр внутренних органов без хирургического вмешательства был невозможен. Врачам были доступны только такие неинвазивные методы исследования внутренних органов, как пальпация, перкуссия и аускультация. • Первые попытки применения эндоскопии были предприняты уже в конце XVIII века, но это были опасные и неосуществимые попытки. Только в 1806 году Филипп Боззини (Ph. Bozzini), считающийся в настоящее время изобретателем эндоскопа, сконструировал аппарат для исследования прямой кишки и полости матки. Аппарат представлял собой жесткую трубку с системой линз и зеркал, а источником света была свеча. Этот прибор, к сожалению, ни разу не был использован для исследований на людях, поскольку автор был наказан медицинским факультетом Вены «за любопытство» .

• Возможности эндоскопии существенно расширились со 2 -й половины XX века с появлением стеклянных волоконных световодов и на их основе — приборов волоконной оптики. Осмотру стали доступны почти все органы, увеличилась освещённость исследуемых органов, появились условия для фотографирования и киносъёмки(эндофотог рафия и эндокинематография), появилась возможность записи на видеомагнитофон чёрнобелого или цветного изображения (используются модификации стандартных фото- и кинокамер).

• В последующем, свечу в эндоскопах сменила спиртовая лампа, а вместо жёсткой трубки вводился гибкий проводник. Однако, главными осложнениями обследования оставались ожоги, от которых медики частично избавились только с изобретением миниатюрных электроламп, которые укреплялись на конце вводимого в полость аппарата. В закрытые полости, не имеющие естественной связи с внешней средой, аппарат вводился через создаваемое отверстие (прокол в стенке живота или грудной клетки). Тем не менее, до появления волоконно-оптических систем эндоскопическая диагностика не получила широкого применения.

Выделяют четыре основных периода развития эндоскопии: • • 1. Ригидный 1795 - 1932 2. Полугибкий 1932 - 1958 3. Волоконно-оптический 1958 - 1981 4. Электронный 1981 - по настоящее время

Анатомический субстрат ниши • Анатомическим субстратом ниши является язвенный дефект слизистой, в который заходит бариевая взвесь. 178

ВИДЫ ЭНДОСКОПИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ: • • • Бронхоскопия-осмотр бронхов Гастроскопия- осмотр желудка Гистероскопия- осмотр полости матки Колоноскопия-слизистой оболочки толстой кишки Кольпоскопия- вход во влагалище и осмотр влагалищных стенок Лапараскопия-осмотр брюшной полости Отоскопия-наружный слуховой проход и барабанная перепонка Ректороманоскопия-прямой кишки Уретероскопия-мочеточника Холангиоскопия-желчных протоков Цистоскопия-мочевого пузыря Эзофаногастродуоденоскопия-осмотр пищевода, полости желудка и 12 п. к-ки

Методы лучевой диагностики использующие инфракрасное излучение • – Термография

Медицинская термография • • • Это метод регистрации естественного теплового излучения в невидимой для человеческого глаза инфракрасной области электромагнитного спектра • Результаты термографии представлены в виде цветных изображений, где температуре соответствует определенный цвет от черного до красного. Более яркие цвета соответствуют большей температуре

В норме каждая область тела имеет свой "тепловой рельеф", по изменению которого судят о наличии патологического процесса • Главными факторами, определяющими температуру тела, являются интенсивность кровообращения и интенсивность метаболизма • Гипертермия характерна для воспалительных процессов, злокачественных опухолей • Гипотермия развивается при локальных нарушениях • кровообращения (стеноз, окклюзия, ангиоспазм) • • •

«Модные исследования» • Предела совершенствования лучевой диагностики нет, приблизительно раз в 5 лет появляется очередная модная новинка (Термодиагностика, УЗИ, КТ, ПЭТ) которая только после еще минимум 5 лет! тщательного изучения и трезвой оценки занимает заслуженное место в ряду других лучевых методик 183

• Спасибо за внимание!