Пациентам: КТ, МРТ, УЗИ, рентген. Что проверяют сканированиями?

Полный текст статьи:

Работать с заболеваниями внутренних органов особенно трудно, поскольку их нельзя увидеть. Раньше врачам приходилось лечить пациентов в прямом смысле “вслепую”, поскольку исследовать внутренние органы человека можно было только в процессе хирургического вмешательства. Сейчас врачам не обязательно брать в руки скальпель, провести диагностику помогают различные виды сканирований. Правда, пациенты относятся к такого рода обследованиям с опаской. Дело и в высокой стоимости некоторых процедур, и в страхе перед облучением. Давайте попробуем разобраться, в чём заключаются особенности тех или иных сканирований и когда к ним стоит прибегать.

Рентген

Наиболее старый и привычный метод визуализации человеческого тела. Применяют рентген повсеместно, от хирургии до стоматологии. Метод прост и понятен: человека облучают особыми лучами, которые легко проходят сквозь мягкие ткани и задерживаются в твёрдых. Благодаря этому принципу, на фотоплёнку или датчик, расположенные на противоположной от источника лучей стороне, передаётся изображение, а в распоряжение врача попадает рентгенография или рентгеноскопия.

Главные плюсы

такого обследования: быстрота и стоимость. Рентгеновскими аппаратами оснащены практически все больницы, процедура проходит быстро и стоит недорого.

Главные минусы:

облучение и качество изображения. При проведении рентгенографии пациент облучается, а картинка получается двумерной. Врач с трудом может разглядеть внутренние органы по отдельности, поскольку их тени перекрывают друг друга. Также невозможно детально разглядеть хрящевую ткань и мозг. Хрящи практически не задерживает лучи, мозг надёжно закрыт черепной коробкой. Для их исследования рентгенография не подойдёт.

Наиболее эффективно будет проводить рентгенографию при повреждениях костей, суставов и зубов.

Рентгенографию шейного отдела назначают при:

• травме позвоночника в области шеи;
• ограничении подвижности – человеку сложно смотреть по сторонам;
• боли, усиливающейся при движении головой;
• частых головокружениях, головных болях;
• звоне в ушах;
• хрусте при движении шеей;
• неприятных ощущениях в верхней части спины;
• ощущении слабости, покалывания, мурашек в руках.

Флюорография

Ещё один тип обследования, которому регулярно все жители нашей страны. Флюорографию “изобрели” почти сто лет назад. Это своего рода ускоренная рентгенография. Учёные предложили фотографировать экран с изображением, полученным при рентгенографии. Это позволило сделать процедуру более быстрой и массовой. Скрининг-тесты начали делать всем, чтобы выявлять скрыто протекающий туберкулёз лёгких.

Главный плюс

процедуры — быстрота,
главный минус
— качество изображения. Пациент также получает дозу облучения, а врач довольно размытую картинку, поэтому флюорографию рекомендуется дополнять анкетированием и лабораторными тестами на наличие туберкулёза.

Особенности проведения рентгена грудного отдела позвоночника

Для того, чтобы исключить такое явление, как наслоение тканей на снимках, рентгеновские снимки грудного отдела делают в разных проекциях. Таким образом, можно добиться их чёткости и визуализировать имеющиеся патологии. Наиболее часто применяемыми являются следующие проекции:

• Прямая — пациент принимает положение стоя перед рентгеновским экраном и излучателем, его подбородок фиксируют таким образом, чтобы он был строго параллелен полу, а позвоночный стол при этом принял необходимое положение. Таким образом, хорошо визуализируются ребёрные деформации, а также искривления позвоночника;
• Боковая — пациент занимает положение стоя, заведя руки за голову и плотно прижавшись к экрану диагностируемой стороной грудной клетки. На снимках хорошо просматриваются нижние позвонки отдела и межпозвонковые диски, удаётся получить другую проекцию ребёр.

Сама съёмка длится несколько секунд, в течение которых пациенту нужно задержать дыхание, а вся процедура потребует не более 10-ти ‒ 15-ти минут.

Маммография

Отдельный вид рентгенографии, разработанный для диагностики заболеваний молочной железы, поэтому проходят маммографию женщины. О рекомендуемом возрасте для проведения процедуры единого мнения нет. Маммография помогает убедиться в отсутствии злокачественной опухоли с точностью до 89%. Считается, что женщины должны проходить обследования регулярно, начиная с 39 лет, хотя некоторые онкологические сообщества рекомендуют обследоваться с более молодого возраста.

Маммографию назначают для диагностики рака молочной железы, процедура проходит быстро

, это плюс, но пациентку
облучают
, а риск неверного диагноза остаётся, это минус. Маммография может быть цифровой и плёночной, цифровая маммография обеспечивает получение более чёткого снимка.

Компьютерная томография (КТ)

Компьютерная томография тоже осуществляется по принципу рентгенографии, но в результате врач получает не плоскую двухмерную картинку, а трёхмерное изображение. Это достигается путём одновременного создания большого числа снимков, которые собираются в единое изображение. Датчики компьютерного томографа обладают высокой чувствительностью и различают огромное количество оттенков, поэтому врач может детально рассмотреть все кости и органы пациента. Дополнительно повысить качество изображения можно, если ввести пациенту специальное вещество, так называемый “контраст”. Контраст помогает отличить здоровые ткани от изменённых и обнаружить аномальные структуры в организме, а также даёт возможность детально изучить состояние сосудов. КТ с контрастом назначают не в каждом случае, часто достаточно простой компьютерной томографии.

КТ делается быстро

, с его помощью проводить скрининг на рак лёгких. Также можно использовать компьютерную томографию непосредственно во время проведения хирургических операций.

Недостатками КТ

можно считать высокую лучевую нагрузку на пациента. Поэтому КТ не назначают беременным женщинам, детям и пациентам с избыточным весом (более 200 килограмм).

Евгений Авшаров: что не так в королевстве рентгенологии?

Рентгеновская доза, необходимая для создания корректного диагностического изображения, находится в прямой зависимости от начальной квантовой эффективности DQE(0) плоских рентгеновских детекторов (Flat Panel Detector – FPD).

Многие производители FPD не очень любят предоставлять характеристики начальной зависимости квантовой DQE(0) эффективности от величины входящей рентгеновской дозы, и вот почему: даже для FPD прямого преобразования, выполненных на сцинтилляторе CsI c усилителем на аморфном селене a-Se при коэффициенте усиления равном 1.0, в области диапазона малых доз 1.0-10nGy (0.1-1.0µR), изменение значения DQE(0) находится в диапазоне от 0.10 до 0.30, поэтому требуется установка значения коэффициента усиления в слое a-Se от ~50 и выше, что приводит к пропорциональному увеличению квантовых шумов.

Таким образом, ведущие производители рентгеновского оборудования вышли на предел повышения мощности рентгеновского излучения и уперлись в пределы преобразования рентгеновских детекторов по традиционным технологиям, как в медицине, так и в промышленности. В настоящее время существующие подходы к построению рентгеновских диагностических систем не позволяют объединить в одном изделии такие характеристики, как: увеличение разрешения динамических рентгеновских детекторов с одновременным увеличением скорости съемки в кадрах в секунду, которое напрямую влияет на диагностический процесс; уменьшение рентгеновской дозы на порядок и более, т.к. для увеличения разрешения рентгеновских изображений в 4 раза необходимо увеличить дозу, приходящуюся на пиксель изображения, в 16 раз; уменьшение фокусного пятна рентгеновской трубки до величины 0.1*0.1mm и менее, при времени съемки кадра рентгеновского изображения в несколько миллисекунд (даже самая лучшая обработка позволяет достичь реального разрешения не более 0.7-:-0.5 от размера фокусного пятна, даже если разрешение рентгеновского детектора сильно превышает это значение); снижение интегральной мощности излучения на кадр рентгеновского изображения без увеличения мгновенной мощности рентгеновской трубки.

На каких принципах возможно увеличение разрешающей способности рентгенологии с уменьшением рентгеновской дозы?

Качество и диагностическая значимость изображений, получаемых в рентгенологии, зависят от четырех главных компонент: рентгеновских излучателей (рентгеновских трубок), рентгеновских высоковольтных генераторов, детекторов рентгеновского излучения и систем обработки и визуализации изображений.

Нами была решена задача по нивелированию влияния вторичного (паразитного) рентгенологического излучения на качество изображений. Доступные в настоящее время математические методы частичного нивелирования вторичных паразитных излучений, возникающих в объекте исследования, позволяют обрабатывать как поток 16-ти битных кадров в реальном времени, так и поток субтракционных изображений, форматом до 1024*1024 (т.е. 1-го мегапикселя = 1.0Mpix) при 30 кадрах в секунду.

Нами это достигается за счет создания многоступенчатого 16-битного гибкого многофункционального конвейера математической обработки потока изображений с последовательным применением наборов функциональных элементов – матричных фильтров, нелинейных и спектральных преобразователей, параметры которых доступны оператору процесса обработки. При этом физический поток данных может достигать 120MB/s при 60 кадрах в секунду (для формата 1024*1024*16b), а требуемый для визуализации, без задержки отображения и возможности его восприятия человеческим глазом, достаточно 60MB/s при 30 кадрах в секунду. Качество частичного нивелирования вторичного паразитного излучения зависит от технологии обработки и возможностей функциональных элементов конвейера обработки.

Этапы обработки изображения от исходного до получения субтракционного изображения, на котором четко видны даже мельчайшие кровеносные сосуды

На видео показаны этапы конвейерной обработки от первичного исходного изображения до субтракционного, позволяющей частично нивелировать вторичное (паразитное) излучение, но не полностью, степень нивелирования и характеризует качество математической обработки. Запрос на увеличение динамического отображения изображений большого формата 9-12Mpix при 30-60 кадрах в секунду требует увеличения мощности вычислительного конвейера на порядок и более, в связи с увеличением входного потока до 1440MB/s (12Mpix при 60 кадрах в секунду), что является для обработки весьма нетривиальной задачей по созданию динамического конвейера потоковой обработки изображений.

Таким образом, выход из системных ограничений традиционной рентгенологии для многократного увеличения эффективности и безопасности метода возможен за счет создания нового класса рентгеновских диагностических систем в рамках технологии “Микросекундная рентгенология”. Решение не имеет аналогов в мировой радиологической практике.

Каковы основные результаты применения микросекундной рентгенологии?

• Кардинальное сокращение рентгеновской дозы более чем в 20 раз и более при любых видах рентгеновских исследований, как в медицинских обследованиях, особенно в таких как маммо-графиические и ангиографические, в рентгенологических исследованиях, основанных на принципах “томосинтеза” и компьютерной томографии; так и в системах рентгеновского неразрушающего контроля, в системах рентгеновского досмотра и безопасности.
• Одновременно увеличится в 3-4 раза разрешение динамических изображений, т.е. до (100-:-50)µm против (400-200)µm при 30/60 кадрах в сек., по сравнению с современными рентгеновскими медицинскими системами, что потребует создания новых стандартов диагностического процесса в общей рентгенологии, в области компьютерной томографии, при ангиографических исследованиях, маммографии и т.п.
• Дополнительным эффектом является уменьшение более чем в 20 раз интегральной мощности рентгеновского генератора с (50-:-120)kW до (2-:-4)kW при мгновенной мощности рентген- трубки – с (30-:-100)kW до (15-:-30)kW, обеспечит практическое отсутствие нагрева рентгеновских трубок и генераторов, и приведет к многократному увеличению их жизненного цикла.
• Потоковая конвейерная обработка реального времени (более 1500MB/s), для уменьшения рентгеновских шумов динамических изображений, базирующаяся на уникальном инструментарии параллельных вычислений реального времени, при увеличении разрешающей способности и четкости получаемых изображений.
• Увеличение разрешения компьютерного томографа до (100-:-50) микрон при фокусе рентгеновской трубки в пределах от 0.15×0.15mm до 0.1×0.1mm (в области медицины).
• Мультимодальность – совмещение в одном устройстве высокого разрешения рентгеновского диагностического аппарата и компьютерного томографа.
• Уменьшение стоимости микросекундной рентгеновской трубки, микросекундного рентгеновского генератора и микросекундного рентгеновского детектора, связанные с конструктивно – техническими особенностями последних и высокой технологичностью их изготовления, что приведет к уменьшению “совокупной стоимости владения” (CTO) всего рентгеновского комплекса до 50%.

Где были внедрены Ваши разработки?

В настоящее время системы обработки медицинских изображений работают в Москве в клинике МЕДСИ, в детской поликлинике Управления делами президента, в клинике Газпрома, в 12 городской больнице и более чем 47 клиниках по стране.

Можно ли использовать разработанные методы в астрономии для углубленного исследования космоса, микроскопии, обработки фотографий и цифровой обработки сигналов произвольной природы?

Восстановление изображений по проекциям – это одна из функций практической астрономии и многих других практических отраслей (геология, биология и т.п.). Технология может быть применима для любых процессов проходящих с поглощением и отражением сигналов внутри исследуемого объекта – например для компьютерной томографии значительно улучшает изображения, полученные путём восстановления изображений по проекциям.

Необходимо подчеркнуть что хотя указанная технология разрабатывалась для медицины, в первую очередь для рентгенологии, она применима и для микроскопии, и обработки фото изображений высокого разрешения, отлично зарекомендовала себя и для обработки MRT изображений, актуальна для оптических изображений, и вообще для любых двумерных изображений высокого разрешения – как по размерам, так и в пикселях.

Интервью: Иван Степанян

Ультразвуковое исследование (УЗИ)

Рентгенография — не единственный способ “заглянуть внутрь” человеческого тела, ещё одна технология — ультразвук. Звуковые волны используют для ориентации в пространстве некоторые животные, например, летучие мыши. Люди тоже научились использовать волны для решения некоторых задач, в том числе и в медицине. Картинку внутренних органов можно получить, если направить звуковую волну в тело человека и проследить за её возвращением. Компьютер помогает обработать результаты и представить их в виде трёхмерной картинки.

Главное преимущество такого способа исследования — безопасность

. УЗИ можно делать даже беременным женщинам, кроме того, приборы УЗИ-приборы мобильны, их легко можно поставить в палате пациента, чтобы наблюдать за состоянием органов и кровотока в режиме реального времени.

Однако УЗИ не может обеспечить картинку высокой чёткости, поэтому использование этого метода исследование ограничено, например, при помощи УЗИ нельзя диагностировать заболевания ЖКТ.

Магнитно-резонансная томография (МРТ)

Принцип МРТ основывается на свойстве ядер атомов реагировать на сильное магнитное поле. Расчёт идёт на реакцию ядер водорода, которых много в составе молекул воды, а тело человека, как известно, на 60% состоит из воды. Попадая в магнитное поле, ядра атомов ориентируются вдоль него, их можно возбуждать и фиксировать энергию, которые они будут отдавать при ослаблении воздействия, т.е. “расслаблении”. Компьютерный анализ позволяет преобразовать полученную информацию и определить расположение, плотность и структуру тканей в организме.

МРТ позволяет “разглядеть” хрящи, мягкие ткани и мозг человека, при этом не оказывая вредного воздействия

, поэтому процедуру можно проводить всем и сколько угодно раз. Однако исследование
занимает много времени
, кроме того, томографы закрытого типа могут вызывать приступы клаустрофобии. Правда, есть аппараты открытого типа. Нельзя проводить процедуру МРТ людям, у которых в тело вживлены электроприборы (например, кардиостимуляторы) или металлические имплантаты.

МРТ будет эффективно при исследовании опухолей, мозга и аномалиях развития сосудов.

Что вреднее: МРТ или рентген?

Различие существенное. С точки зрения воздействия на организм, опаснее рентген. Ионизирующее излучение стимулирует образование свободных радикалов. Последние повреждают здоровые клетки и провоцируют их неконтролируемое деление с риском злокачественного перерождения. Высокие дозы могут вызывать лучевую болезнь. Именно поэтому процедура противопоказана детям и беременным.

Применяющиеся дозы минимальны и риск неблагоприятного воздействия на организм низкий при условии соблюдения рекомендаций по кратности обследования. Рентгенологические методы диагностики можно использовать не чаще 1 раза в полгода. При необходимости динамического наблюдения за развитием патологии, во многих случаях томография лучше рентгена.

Магнитное поле МРТ полностью безвредно для организма. Риски появляются при пренебрежении противопоказаниями, к которым относят первый триместр беременности и наличие металлических имплантов в теле.

Если в организме есть титановые конструкции, вреда не будет. Даже при наличии имплантов из ферромагнетиков вне зоны обследования, опасные для жизни последствия исключены. Если же у пациента стоит кардиостимулятор, инсулиновая помпа, дефибриллятор, металлические кровоостанавливающие клипсы, томография ему строго противопоказана. В данном случае рентген лучше, чем МРТ. Ионизирующее облучение не оказывает никакого действия на работу электроники, не меняет свойства металлов.

Сцинтиграфия, ОФЭКТ, ПЭТ

Пожалуй, это одни из самых редких процедур нашего списка. Эти методы обследований основаны на лучевой диагностике, только используется она наоборот. Пациента не облучают снаружи, а вводят ему специальный радиоактивный препарат, чтобы заставить “светиться изнутри”. Сначала учёными была придумана и опробована сцинтиграфия. С её помощью удавалось получить двухмерные изображения. Затем исследования пошли дальше и была изобретена однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ

), а вслед за ней и позитронно-эмиссионная томография (
ПЭТ
). Разница между этими методами скорее техническая, в них используются разные радиофармпрепараты и разные типы детекторов, которые фиксируют излучение из тела пациента.

Возникает вопрос: “Зачем такие сложности?”. Дело в том, что благодаря этим процедурам на снимках можно увидеть образования, которые не видны на снимках, полученных путём внешнего облучения. Метастазы и опухоли могут появляться внутри костей или органов и долгое время не проявляться. Радиофармпрепарат вводится внутрь организма и накапливается в тканях, что позволяет “подсветить” определённые участки.

Основной минус

этого метода обследования — стоимость. Радиофармпрепарат разрабатывается индивидуально для каждого пациента, кроме того, пациент получает лучевую нагрузку, да и сама процедура более сложная, нежели те, которые мы описывали ранее. Однако в некоторых случаях без неё не обойтись, например, при онкологических и неврологических заболеваниях, диагностике болезней сердца и щитовидной железы.

Показания к рентгену грудного отдела позвоночника

Рентгеновскую диагностику грудного отдела позвоночного столба проводят при подозрении на патологические состояния лёгких, сердца и костных структур. Её, также, назначают если пациент перенёс травмы. Существует немалое количество симптомов, которые являются признаками тех или иных состояний и служат показаниями в данном случае:

Гибридные методы визуализации

Наверное, наука не была бы наукой, если бы постоянно не двигалась вперёд и не пыталась создавать новое из старого. Так, врачи начали объединять различные методы сканирования, чтобы получить ещё более подробное и качественное изображение. ПЭТ и ОФЭКТ объединяют с КТ, МРТ дополняют ПЭТ. Такие эксперименты стоят недёшево, но иногда могут помочь принять решение о дальнейшем лечении пациента.