Харьковский национальный университет радиоэлектроники СЛАЙД ЛЕКЦИИ к

Харьковский национальный университет радиоэлектроники СЛАЙД – ЛЕКЦИИ к дисциплине «Теория и техника интроскопии» Лектор – доцент кафедры БМЭ Головенко Валерий Михайлович

Список литературных источников 1. В. Календер Компьютерная томография Основы, техника, качество изображений и области клинического использования Техносфера, Москва, 2006. – 344 с. 2. Введение в современную томографию/ Терновой К. С. , Синьков М. В. , Закидальский А. И. и др. ; Под общ. ред. Тернового К. С. , Синькова М. В. – Киев: Наук. думка. 1983. – 232 с. 3. Троицкий И. Н. Статистическая томография. – М. : Радио и связь, 1989. – 240 с. 4. Сороко Л. М. Интроскопия – М. : Энергоатомиздат, 1983. - 128 с. 5. Костылев В. А. , Калашников С. Д. , Фишман Л. Я. Эмиссионная гамма- топография. – М. : Энергоатомиздат, 1988. – 240 с. 6. Калашников С. Д. Физические основы проектирования сцинтилляционных гамма-камер. М. : Энергоиздат, 1985.

7. Системы отображения в медицине/В. Г. Абакумов, А. И. Рыбин, Й. Сватош, Ю. С. Синекоп, - : Юніверс, 2001. -336 с. 8. Физика визуализации изображений в медицине в 2 томах под ред. С. Уэбба. -М. : Мир, 1991, т. 1 – 408 с. , т. 2 - 408 с. 9. Осипов Л. В. Ультразвуковые диагностические приборы: практическое руководство для пользователей. М. : Видар, 1999, -256 с. 10. Применение ультразвука в медицине: Физические основы: Пер. с англ. /Под ред. К. Хилла. — М. : Мир, 1989. — 568 с 11. Сороко Л. М. Интроскопия на основе ЯМР-резонанса. – М. : Энергоатомиздат, 1986. -168 с 12. Головенко В. М. Конспект лекций по курсу «Теория и техника интроскопии» . Комп. класс – ауд. 443/ 1 комп. 13. Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисциплін “Основи теорії інтроскопії”, “Теорія та техніка інтроскопії” для студентів спеціальностей 7. 091002, 8. 091002 – Біотехнічні та медичні апарати і системи, 7. 090804, 8. 090804 – Фізична та біомедична електроніка та напрям 6. 051402 – Біомедична інженерія / Упоряд. : Головенко В. М. , Авер”янова Л. О. , Євдокименко С. О. –Харків, ХНУРЕ, 2010. -136 с. (В-7698 БМЕ)

• • 14. Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисциплін “Основи теорії інтроскопії”, “Математичні методи в інтроскопії” для студентів спеціальностей 7. 091002, 8. 091002 – Біотехнічні та медичні апарати і системи, 7. 090804, 8. 090804 – Фізична та біомедична електроніка та напрям 6. 051402 – Біомедична інженерія / Упоряд. : В. М. Головенко, О. Г. Аврунін, Л. О. Авер”янова, О. І. Скляр –Харків, ХНУРЕ, 2005. -60 с. (Б-6817 БМЕ) 15. Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисциплін “Апарати і системи інтроскопії”, для студентів спеціальностей 7. 091002, 8. 091002 – Біотехнічні та медичні апарати і системи, 7. 090804, 8. 090804 – Фізична та біомедична електроніка та напрям 6. 051402 – Біомедична інженерія / Упоряд. : В. М. Головенко, Л. О. Авер”янова, О. Г. Аврунін, О. І. Скляр –Харків, ХНУРЕ, 2005. -40 с. (Б 6735 БМЕ)

Введение • Интроскопия – внутривидение (от лат. intro – внутри и греческого – skopeo – смотрю, наблюдаю) – визуальное наблюдение объектов, явлений, процессов в оптически непрозрачных телах и средах, а также, в условиях плохой видимости. • Задачей интроскопии является обнаружение и идентификация различных отклонений от заданных свойств (параметров) изделий, тел и сред, исследование явлений и процессов, происходящих в полупрозрачных и непрозрачных средах. • Интроскопия как метод является разновидностью дефектоскопии, распространен на живой организм как основной метод получения информации (визуальной, зрительной) о внутренней структуре тканей и скелета человека, их патологий, инородных включений, внутренних опухолей и пр. • Реализуется как методы медицинской визуализации

Методы медицинской визуализации

• Медицинская визуализа ция — раздел медицинской диагностики, занимающийся неинвазивным исследованием организма человека при помощи физических методов с целью получения изображения внутренних структур • В частности, могут использоваться звуковые волны (главным образом ультразвук), электромагнитное излучение различных диапазонов, постоянное и переменное электромагнитное поле, элементарные частицы, излучаемые радиоактивными изотопами (радиофармпрепаратами).

Флюорография • Флюорогра фия (синонимы: радиофотография, рентгенофотография, рентгенофлюорография) — рентгенологическое исследование, заключающееся в фотографировании флюоресцентного экрана, на который спроецировано рентгенологическое изображение.

• Флюорография даёт уменьшенное изображение объекта. • Выделяют мелкокадровую (например, 24 × 24 мм или 35 × 35 мм) и крупнокадровую (в частности, 70 × 70 мм или 100 × 100 мм) методики. • Последняя по диагностическим возможностям приближается к рентгенографии. • Флюорография применяют главным образом для исследования органов грудной клетки, молочных желёз, костной системы

• Наиболее распространённым диагностическим методом, использующим принцип флюорографии, является флюорография органов грудной клетки, которая применяется прежде всего для скрининга туберкулеза и новообразований лёгких. • Также в медицинской диагностике флюорография используется для изучения молочных желёз и костной системы. • Разработаны как стационарные, так и мобильные флюорографические аппараты

• В настоящее время плёночная флюорография постепенно заменяется цифровой. • Цифровые методы позволяют упростить работу с изображением (изображение может быть выведено на экран монитора или распечатано, может быть передано по локальной сети сразу нескольким врачам и т. п. ), уменьшить лучевую нагрузку на пациента и уменьшить расходы на дополнительные материалы (плёнку, проявитель для плёнки).

Рентгенография • Исследование внутренней структуры объектов, которые проецируются при помощи рентгеновских лучей на специальную плёнку или бумагу. • Наиболее часто термин относится к медицинскому неинвазивному исследованию, основанному на получении суммационного проекционного изображения анатомических структур организма посредством прохождения через них рентгеновских лучей и регистрации степени ослабления рентгеновского излучения.

• В медицине рентгенография применяется для диагностики: лёгких и средостения — инфекционные, опухолевые и другие заболевания, • позвоночника — дегенеративно-дистрофические (остеохондроз, спондиллез, искривления), инфекционные и воспалительные опухолевые заболевания. • различных отделов периферического скелета — на предмет различных травматических (переломы, вывихи), инфекционных и опухолевых изменений. • брюшной полости — перфорации органов, функции почек (экскреторная урография) и другие изменения. • зубов — ортопантомография

Контрастная рентгенография • группа методов рентгенологического исследования, основанных на контрастировании полых анатомических образований рентгеноконтрастными препаратами. • Контрастная рентгенография применяется для визуализации полых органов, когда необходимо оценить их локализацию и объём, структурные особенности их стенок, функциональные характеристики. • При некоторых исследованиях (например, при ирригоскопии) также изучается структура стенок полых органов после их опорожнения от контрастного вещества.

Миелография • рентгеноконтрастное исследование ликворопроводящих путей спинного мозга

Ангиография • Метод контрастного рентгенологического исследования кровеносных сосудов. • Применяется в рентгенографии, рентгеноскопии, компьютерной томографии. • Ангиография изучает функциональное состояние сосудов, окольного кровотока и протяженность патологического процесса.

Линейная томография • ЛИНЕЙНАЯ ТОМОГРАФИЯ или послойная рентгенография – метод, позволяющий устранить суммационный характер изображения и наиболее отчетливо выделить определенный плоский слой исследуемого органа или области. • Суть метода заключается в синхронном перемещении трубки и пленки относительно больного. • Четким получается изображение слоя, расположенного на уровне геометрической оси вращения рычага. • Остальные элементы объекта размазываются в результате эффекта динамической нерезкости. • Обычно томография производится после выполнения обзорных рентгенограмм, позволяющих определить необходимую глубину среза.

Компью терная томогра фия • метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта, был предложен в 1972 году Годфри Хаунсфилдом и Алланом Кормаком, удостоенными за эту разработку Нобелевской премии. • Метод основан на измерении и сложной компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями.

• Компьютерная томография (КТ) — в широком смысле, синоним термина томография (так как все современные томографические методы реализуются с помощью компьютерной техники); в узком смысле (в котором употребляется значительно чаще), синоним термина рентгеновская компьютерная томография, так как именно этот метод положил начало современной томографии. • Рентгеновская компьютерная томография — томографический метод исследования внутренних органов человека с использованием рентгеновского излучения.

Компьютерный томограф

КТ-ангиография • КТ-ангиография позволяет получить послойную серию изображений кровеносных сосудов; • на основе полученных данных посредством компьютерной постобработки с 3 D-реконструкцией строится трёхмерная модель кровеносной системы.

Однофотонная эмиссионная компьютерная томография

• Однофотонная эмиссионная компьютерная томография — техника ядерной медицинской томографии, использующей излучение в виде гаммаквантов. • Очень близка к обычной гамма-камере, однако может формировать трехмерные изображения. • Информация как правило представляется в виде поперечных разрезов, но может быть легко перестроена по требованию.

гамма-камера

Позитронно-эмиссионная томография

• Позитро нно-эмиссио нная томогра фия (позитронная эмиссионная томография, сокращ. ПЭТ), она же двухфотонная эмиссионная томография — радионуклидный томографический метод исследования внутренних органов человека или животного. • Метод основан на регистрации пары гаммаквантов, возникающих при аннигиляции позитронов. • Позитроны возникают при позитронном бетараспаде радионуклида, входящего в состав радиофармпрепарата, который вводится в организм перед исследованием.

ПЭТ-сканер

Оптическая когерентная томография • Оптическая когерентная томография (ОКТ) — метод неинвазивного исследования тонких слоёв кожи и слизистых оболочек, глазных и зубных тканей человека. • Физический принцип действия ОКТ основан на зондирования (сканировании) биоткани излучением ближнего инфракрасного диапазона (длина волны порядка единиц мкм).

• Применение ОКТ в офтальмологии позволило ряду исследователей получить важную информацию относительно строения сетчатки глаза и ее патологических изменения. • Разрешающая способность томографов применяемых в офтальмологии позволяет дифференцировать патологические изменения сетчатки не доступные офтальмоскопии, которая традиционно используется для осмотра глазного дна. • Развитие метода ОКТ с использованием эффекта Доплера получило название — оптическая доплеровская томография(ОДТ).

ОКТ 3 D OCT-1000 (Германия)

Оптическая маммография • Оптические маммографы можно разделить на проекционные и томографические. • Кроме того, в ряде разрабатываемых оптических маммографов реализована также функция визуализации пространственных распределений введённых люминофоров, и такие аппараты получили название оптические люминесцентные маммографы. • В настоящее время оптические маммографы находятся на уровне прототипов и проходят клинические испытания.

Оптическая томография

Оптическая топография • Оптическая топография — метод исследования кровеносных сосудов головного мозга (на глубине порядка 3 см от верхнего слоя кожи) на насыщенность кислородом и тромбоз. • Оптические топографы имеют различную сложность: от аппаратов, строящих карту насыщенности, до небольших мануальных аппаратов, дающих лишь значения насыщенности в отдельной точке. • Может использоватся совместно с магнитнорезонансной томографией (МРТ) и электроэнцефалографией (ЭЭГ).

Ультразвуковая интроскопия • Ультразвуковая интроскопия, ультразвуковая диагностика (УЗД), ультразвуковая эхография — неразрушающее (неинвазивное) исследование организма человека или внутренней структуры различных объектов и протекающих в них процессов с помощью ультразвуковых волн. • В основном работает на принципах методов эхозондирования, в ряде случаев на принципах трансмиссионных методов.

Установка медицинской эхографии Toshiba SSA-270 A.

• Ультразвуковое исследование играет важную роль в постановке диагноза заболеваний внутренних органов, таких как: • брюшная полость и забрюшинное пространство – – – печень жёлчный пузырь и желчевыводящие пути поджелудочная железа селезёнка почки • органы малого таза – мочеточники – мочевой пузырь – предстательная железа

• Ввиду относительно невысокой стоимости и высокой доступности ультразвуковое исследование является широко используемым методом обследования пациента и позволяет диагностировать достаточно большое количество заболеваний, таких как онкологические заболевания, хронические диффузные изменения в органах (диффузные изменения в печени и поджелудочной железе, почках и паренхиме почек, предстательной железе, наличие конкрементов в желчном пузыре, почках, наличие аномалий внутренних органов, жидкостных образований в органах и т. д. )

Эхокардиография • Эхокардиография (Эхо. КГ) — это ультразвуковая диагностика заболеваний сердца. В этом исследовании оцениваются размеры сердца и его отдельных структур (желудочки, предсердия, межжелудочковая перегородка, толщина миокарда желудочков, предсердий и т. д. ), наличие и объем жидкости в перикарде — «сердечной сорочке» , состояние клапанов сердца.

Ультразвуковая допплерография • Применение эффекта Допплера для оценки состояния сосудов • Исследование методом УЗДГ проводится на сосудах головы, шеи, глаз, нижних и верхних конечностей. • Обследование информативно как для систем венозного, так и артериального кровообращения.

• В последнее время нашли широкое применение новые ультразвуковые методики с использованием эффекта Допплера. • На основании эффекта допплера возник новый сложный раздел ультразвуковой ангиографии, позволяющий определять состояние стенки просвета сосудов и регистрировать параметры кровотока. • Допплерография дает возможность выявить ранние поражения: стенозы артерий, определить их значимость, характеризовать состояние сосудистых стенок, извилистость, количественно оценить артериальный и венозный кровоток.

Магнитно-резонансная томография • Томографический метод исследования внутренних органов и тканей с использованием физического явления ядерного магнитного резонанса — метод основан на измерении электромагнитного отклика ядер атомов водорода на возбуждение их определённой комбинацией электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряжённости.

Магнитно-резонансный томограф

• Метод ядерного магнитного резонанса позволяет изучать организм человека на основе насыщенности тканей организма водородом и особенностей их магнитных свойств, связанных с нахождением в окружении разных атомов и молекул. • Ядро водорода состоит из одного протона, который имеет магнитный момент (спин) и меняет свою пространственную ориентацию в мощном магнитном поле, а также при воздействии дополнительных полей, называемых градиентными, и внешних радиочастотных импульсов, подаваемых на специфической для протона при данном магнитном поле резонансной частоте. • На основе параметров протона (спинов) и их векторном направлении, которые могут находиться только в двух противоположных фазах, а также их привязанности к магнитному моменту протона можно установить, в каких именно тканях находится тот или иной атом водорода.

МР-спектроскопия • Магнитно резонансная спектроскопия (МРС) — метод позволяющий определить биохимические изменения тканей при различных заболеваниях. • МР — спектры отражают процессы метаболизма. • Нарушения метаболизма возникают как правило до клинических проявлений заболевания, поэтому на основе данных МР спектроскопии — можно диагностировать заболевания на более ранних этапах развития.

МР-ангиография

• Магнитно-резонансная ангиография (МРА) — метод получения изображения сосудов при помощи магнитно-резонансного томографа. • Исследование проводится на томографах с напряжённостью магнитного поля не менее 0. 3 Тесла. • Метод позволяет оценивать как анатомические, так и функциональные особенности кровотока. • МРА основана на отличии сигнала подвижной ткани (крови) от окружающих неподвижных тканей, что позволяет получать изображения сосудов без использования каких-либо рентгеноконтрастных средств. • Для получения более четкого изображения применяются особые контрастные вещества на основе парамагнетиков (гадолиний).