Современные методы внутривидения (интраскопии) в медицине

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ВНУТРИВИДЕНИЯ

В МЕДИЦИНЕ З.М. Парижский

В 1895 году великий физик Вильгельм Рентген, экспериментируя с вакуумной трубкой, открыл новый вид электромагнитного излучения, названый им Х-лучами. С этого времени началась эра интраскопии - внутривидения, захватившая все сферы человеческой деятельности, включая и медицину. Благодарное человечество в честь открытия В. Рентгена назвало новый вид излучения рентгеновским.

За прошедшие более чем 100 лет применение рентгеновских лучей в медицине для диагностики заболеваний органов и систем организма человека многократно усовершенствовалось. В настоящее время существует большой спектр современной рентгенодиагностической аппаратуры с многофункциональными возможностями. Рентгенодиагностические аппараты последних поколений состоят из одного или нескольких рентгеновских излучателей - так называемых "рентгеновских трубок", обладающих способностью генерировать концентрированный высокоэнергетический пучок рентгеновских лучей, который, пройдя через исследуемый объект, преобразуется в видимое изображение, доступное для наблюдения, анализа и фиксации такими техническими устройствами, как телевизионный видеоконтрольный монитор, сопряженный с усилителем рентгеновского изображения, видеомагнитофонная запись изображения, фото- и киносъемка, использование кассет с усиливающими экранами для фиксации изображения на рентгенографическую пленку, цифровая запись изображения, осуществляемая современными компьютерами, субтракционные (вычитательные) методики записи изображения, в частности, субтракционная ангиография и т.д. Современные рентгенодиагностические комплексы оборудованы устройствами для формирования потока излучения, обеспечивающими максимальную защиту пациента от излишнего облучения во время проведения исследования. Для этих целей используют диафрагмы, тубусы, фильтры, отсеивающие растры, коллиматоры, формирующие поток рентгеновского излучения в пространстве, автоматические рентгеноэкспонометры и стабилизаторы яркости изображения.[6, 13, 15, 17, 18].

Рентгенодиагностические аппараты в зависимости от конструкции и условий эксплуатации подразделяют на стационарные, передвижные и переносные. К современным стационарным отечественным рентгенодиагностическим аппаратам относятся, например, рентгенодиагностические комплексы "Рентген-50-2" на 3 рабочих места, "Рум-20М" на 2 рабочих места, рентгенодиагностический телеуправляемый комплекс "Рентген-1001", предназначенный для проведения полного объема рентгенодиагностических исследований. Современные передвижные рентгеновские аппараты позволяют исследовать больных и раненых в послеоперационных палатах и отделениях реанимации (например, палатный аппарат 12П6), в военно-полевых, экспедиционных и экстремальных условиях (аппарат 9Л5, импульсный аппарат "Диана-2" и другие). Постоянно совершенствуется и пополняется новыми моделями парк специализированной рентгенодиагностической аппаратуры, к которой относятся флюорографы (12Ф7, 12Ф7-Ц с 70- и 100-мм фотокамерами, а также флюорографы с цифровой записью изображения), предназначенные для массовых профилактических обследований населения. Для России это особенно актуально, поскольку в стране наблюдается рост легочного туберкулеза и рака легких. К подобного рода аппаратуре относятся томографы и томографические приставки, предназначенные для " послойных" рентгенодиагностических исследований, не утративших своего значения даже в наш век компьютерной и магниторезонансной томографии; аппараты для ангиографических исследований, в частности, в кардиологии, для проведения коронарографии; специализированные аппараты для нейрорентгенологических и

урологических исследований; маммографы - для исследования молочных желез, что особенно значимо, учитывая постоянный рост случаев заболевания раком молочных желез как в России, так и в мире; рентгенодиагностическая аппаратура в стоматологии, в настоящее время представленная аппаратами для панорамных съемок челюстей и зубов - ортопантомографами. В травматологии определенное значение имеет электрорентгенография (ксерорентгенография), которую производят без использования рентгеновской пленки, что снижает стоимость исследования. Детектором рентгеновского излучения при исследовании пациента служит электростатически заряженная селеновая пластина, с которой изображение после экспонирования переносится на бумагу, с возможностью повторного и многократного последующего использования одной и той же селеновой пластины при рентгенодиагностических исследованиях.[1, 5, 6, 7, 13, 15, 16, 17].

Таким образом, следует отметить, что развитие современной рентгенодиагностической аппаратуры идет по пути ее непрерывного совершенствования, основанного на самых передовых технологиях, на все большем применении средств цифровой регистрации рентгеновских изображений. С этой целью видеосигнал с электронно-оптического усилителя в процессе рентгенологического исследования передается в аналого-цифровой преобразователь, а с него в электронную память, что позволяет заменить непрерывное просвечивание импульсным и тем самым снизить дозу облучения пациента, что в эру рентгенодиагностики является одной из задач ее прогрессивного развития [18, 19].

Следующим эпохальным этапом применения рентгеновских лучей в медицине является изобретение Хаунсфильдом (О. НаипБЙЫ, 1973) компьютерного томографа, за что он, как и В. Рентген за открытие X-лучей, был удостоен Нобелевской премии. Компьютерная рентгеновская томография (КТ) основана на получении послойного рентгеновского изображения органов человека с помощью компьютера. Просвечивание рентгеновским лучом тела пациента осуществляется вокруг его продольной оси, благодаря чему получаются поперечные томографические "срезы" изучаемых органов и отделов тела человека. Последующее изображение каждого поперечного (аксиального) томографического "среза" (слоя) строится на экране полутонового дисплея с помощью математической обработки множества рентгеновских изображений одного и того же поперечного слоя, сделанных под разными углами в плоскости слоя. [11, 20, 39].

Компьютерный томограф состоит из рентгеновского излучателя; системы детектирования, регистрирующей прошедшее через исследуемый объект излучение; сканирующей установки, с помощью которой излучатель и системы детектирования перемещаются вокруг неподвижного пациента; измерительной системы для усиления и преобразования сигналов детекторов; вычислительного комплекса на основе ЭВМ для обработки результатов измерений и восстановления по ним изображения, а также для хранения изображений на магнитных носителях; пульта управления с дисплеем (алфавитно-цифровым и полутоновым черно-белым) и клавиатурой; системы документирования изображения в твердых копиях на основе мультиформатной или поляроидной камеры; стола для пациента с подвижной декой, системой управления перемещением и системой измерения координат. Высокая разрешающая способность КТ, в 10 раз превышающая этот показатель для обычной рентгеновской томографии, позволяет при КТ дифференцировать структуры организма человека почти одинаковой физической плотности без дополнительного контрастирования. При КТ возможна оценка плотностей исследуемых тканей - компьютерная денситометрия. Результаты денситометрии выражаются в единицах условной шкалы, масштаб которой построен таким образом, что все ткани и среды организма человека находятся в диапазоне условных единиц: от -1000 - величины, соответствующей плотности воздуха, до +1000 - величины, соответствующей плотности кости. Для получения наиболее четкого

изображения органов и патологических структур при КТ в случае необходимости используют эффект усиления контрастности изображения путем внутривенного введения контрастного вещества (так называемая усиленная КТ). Использование КТ очень эффективно при исследовании легких и органов средостения, головного мозга, костно-суставного аппарата, многих паталогических структур. Для исследования сердца применяют динамическую КТ, при которой производят серию томограмм, выполненных с максимальной скоростью в автоматическом режиме, при необходимости синхронно с ЭКГ пациента [8, 9, 11, 19].

Разновидностью компьютерной томографии последнего десятилетия является высокоскоростная КТ и электронно-лучевая КТ, представляющие уникальные возможности высокоскоростного (в течение нескольких секунд) исследования сложнейших объектов человеческого организма, в частности, системы кровоснабжения сердца. Следует подчеркнуть, что КТ дает возможность исследовать практически все области тела человека, она высокоинформативна при диагностике травм и в ургентных ситуациях. КТ позволяет точно установить локализацию и распространенность патологического процесса, оценить результаты лечения, а также проводить топометрию при планировании лучевой терапии онкологических заболеваний, осуществлять прицельную пункционную биопсию тканей и органов человека. [3, 9, 20, 30, 31].

Томографический принцип лучевых исследований в медицине нашел свое блестящее выражение в методе магнитно-резонансной (магнитно-ядерной) томографии и ультразвуковой диагностики. Метод магнитно-резонансной томографии (МРТ) основан на открытом в 1946 г. Феликсом Блохом и Ричардом Пурселл эффекте магнитного резонанса, за что им была присуждена Нобелевская премия. В 1977 г. Раймонд Дамадьян получил первые МРТ-изображения человека, а с 1982 г. началось серийное производство МР-томографов в США и Японии. Справедливости ради необходимо указать, что впервые идея возможности использования эффекта магнитного резонанса для визуализации внутренней структуры тела человека была обоснована профессором Ленинградского института точной механики и оптики В.А. Ивановым в поданной им в 60-х гг. заявке на изобретение, авторское свидетельство по которой выдано через 20 с лишним лет. В настоящее время авторство профессора В. А. Иванова признано и в США (Who is who in the world, USA, 1997). [10, 21, 22, 26].

При МРТ сигналы ядерной индукции используются для неинвазивного получения изображений внутренних структур человеческого организма. С этой целью на постоянное магнитное поле накладываются более слабые градиентные поля, частота резонанса ядер начинает зависеть от их пространственных координат, в результате чего возбуждение ядер происходит в ограниченном объеме (срезе), ориентацию и расположение которого выбирает исследователь. Для получения изображений в МРТ в период регистрации сигналов ядерной индукции накладывают градиентные поля и применяют специальные радиочастотные импульсные последовательности, а затем с помощью математической обработки полученных сигналов реконструируют изображение. Картина изучаемых внутренних структур на МР-томограммах представлена в оттенках черно-белой шкалы. МР-томографы подразделяются на приборы со сверхнизкими, низкими, средними, высокими и сверхвысокими полями, Эти термины относятся к напряженности магнитного поля соответствующего магнита томографа [12, 21, 22, 26, 32].

МРТ применяют при диагностике заболеваний различных органов и систем человеческого организма. Это единственный метод лучевой диагностики, позволяющий неинвазивным путем изучить состояние спинного мозга; получить высококачественные изображения головного мозга и других органов у человека. К основным достоинствам

МРТ относятся: неинвазивность, безвредность (отсутствие лучевой нагрузки), трехмерный характер получаемых изображений, естественный контраст от движущейся крови, отсутствие артефактов от костных тканей, возможность прижизненного изучения метаболизма тканей (in vivo). Необычайно привлекает возможность получения при МРТ высококачественных изображений без введения контрастирующего препарата - бесконтрастная МР-ангиография, МР-урография, МР-миелография. В то же время бурно и эффективно развивается МРТ с контрастным усилением, что позволяет значительно увеличить объем диагностической информации, получаемой при МРТ. Для этих целей используют МР-контрастные агенты -парамагнетики (соединения гадолиния) и суперпарамагнетики (соединения железа). [33, 34, 35, 37].

Новое направление в МРТ - выполнение интервенционных процедур, в частности стереотаксического наведения при нейрохирургических вмешательствах, под контролем МРТ. Для этого разработаны специальные типы МР-томографов с открытыми низко- или среднепольными магнитами, обеспечивающими врачу хороший доступ при подобных вмешательствах. В этих операциях используются специальные инструменты, которые не притягиваются магнитным полем и не нагреваются радиочастотным излучением. Экран МР-томографа, расположенный непосредственно на магните, и высокая скорость получения МР-изображений позволяют врачу контролировать ход вмешательства практически в реальном масштабе времени. Дальнейшее развитие подобного подхода при МРТ - создание роботов-манипуляторов, которые будут выполнять отдельные этапы стереотаксических вмешательств, требующих особенно высокой точности. Возможности использования метода МРТ в клинической медицине к настоящему времени определены еще далеко не полностью [4, 36, 38].

Применение МРТ в клинической медицине имеет и ограничения, связанные с недостатками этого метода: достаточно большое при некоторых исследованиях время, необходимое для получения изображения, что приводит к появлению артефактов от дыхательных движений: невозможность исследования больных с клаустрофобией, искусственными водителями ритма сердца, металлическими протезами и т. п. [22, 26, 27, 28].

Несомненно, выдающуюся роль в современной клинической медицине играет ультразвуковое исследование (УЗИ), на долю которого в диагностике различных заболеваний приходится около 50% всего объема лучевых и функциональных исследований. Применение ультразвука в медицине основано на пьезоэлектрическом эффекте, открытом лауреатами Нобелевской премии Пьером и Марией Кюри. УЗИ построено на принципах ультразвуковой локации, когда луч, направленный от датчика в тело пациента, возвращается к датчику в виде "эха", неся информацию о структуре исследуемого объекта. Исследование может производиться как в режиме эхографии, т. е. регистрации отраженного от объекта эхо-сигнала, так и в варианте допплерографии, основанного на эффекте Допплера, когда регистрируются смещение частоты импульса, отраженного от движущегося предмета - в частности, это частицы крови, используемые как объект ультразвуковой локации при УЗИ сердца и сосудистой системы человека. Универсальность УЗД определяется уникальными свойствами этого метода лучевой диагностики:

- высокая проникающая способность, сочетающаяся с относительной безвредностью, безболезненностью, отсутствием ионизирующего воздействия на пациента;

- способность обнаруживать, локализовать и визуализировать подвижные структуры;

- высокая чувствительность метода, обеспечивающая высокий контраст в изображении близких по акустическим параметрам сред организма человека [2, 14].

Постоянно совершенствуется технологическая база УЗД. Появились новые классы приборов - сканеры для малых органов, приборы для исследования сосудистой системы, ультразвуковые реконструктивные томографы, позволяющие осуществлять дифференциацию мягкотканных образований, в первую очередь новообразований молочной железы, и структурный анализ препаратов крови. Использование ЭВМ и микропроцессоров для формирования ультразвукового луча и цифровой обработки отраженных сигналов значительно повысило четкость изображения и разрешающую способность сканирующих устройств. Новыми являются способы трехмерного, включая спектрально-цветовое и голографическое, представления ультразвуковых изображений. Продолжается разработка новых вариантов миниатюрных датчиков, встраиваемых в эндоскопические приборы для комплексной диагностики заболеваний полых органов человека с одновременным проведением прицельных биопсий и лечебных процедур. Разрабатываются и выпускаются специальные акустические датчики (зонды) в комплекте с фиксирующими и направляющими устройствами для тонкоигольной аспирационной биопсии, что формирует новое направление в клинической медицине - малоинвазивные лечебно-диагностические манипуляции методами интраскопии (внутривидения) [23, 24].

В третье тысячелетие отрасль УЗД в медицине вступает с принципиально новыми разработками и достижениями. Это - эхокардиомониторы и доплеровские измерители объемной скорости кровотока для непрерывного цветового наблюдения за функциональным состоянием сердечно-сосудистой системы, ультразвуковые сканеры, обеспечивающие визуализацию объемных - ЗД и трехмерных изображений в режиме реального времени - 4Д со специальными программами, такими как прозрачный режим сканирования, электронный скальпель, автоматический расчет объема движущейся крови, и другие передовые разработки. Таким образом, сформировавшаяся в последние десятилетия новая отрасль внутривидения - компьютерная ультразвуковая томография - продолжает успешно развиваться [25, 29].

Завершая наш обзор значения современных методов внутривидения

Литература

1. Лучевая диагностика заболеваний молочных желёз: уч. пособие / Трофимова Т.Н., Шарова Л.Е., Парижский З.М. и др. СПб.: МАПО, 2000. 44 с.

2. Парижский З.М., Шарова Л.Е., Сафронова М.М.. Ультразвуковое исследование внутренних органов в антекатальном периоде развития человека: уч. пособие. 2-е изд. СПб.: МАПО, 2000. 27 с.

3. Холин А.В., Ананьева Н.И., Евтюхина А.Н.. Применение методов лучевой диагностики при ишемических поражениях головного мозга: уч. пособие. СПб.: МАПО, 1999. 28 с.

4. Использование магнитно-резонансной томографии в стереотаксической нейрохирургии: уч. пособие./ Аничков А.Д., Трофимова Т.Н., Полонский Ю.З. и др. СПб.: МАПО, 1999. 19 с.

5. Лучевая диагностика в работе врача общей практики: уч. пособие. Трофимова Т.Н., Шарова Л.Е., Парижский З.М. и др. СПб.: МАПО, 1998. 35 с.

6. Рентгенодиагностика в педиатрии: Руководство / Под ред. В.Т. Баклановой, М.А. Филиппкина. М.: Медицина, 1988. Т.1. 447 с. Гл.2. Болезни сердца и магистральных сосудов.

7. Ультразвуковая и рентгенологическая диагностика опухолей матки: уч. пособие / Трофимова Т.Н., Шарова Л.Е., Парижский З.М. и др. СПб.: МАПО, 1997. 30 с.

8. Трофимова Т.Н., Хачатрян В.А.. Компьютерно-томографическая диагностика патологических процессов в задней черепной ямке: уч. пособие. СПб.: МАПО, 1997. 30 с.

9. Тюрин И.Е., Нейштадт А.С., Черемисин В.М.. Компьютерная томография при туберкулезе органов дыхания. СПб.: Корона-принт, 1998. 240 с.

10. Методы лучевой диагностики и информационные технологии в клинической практике. Магнитно-резонансная томография: уч. пособие / Иванов В.А., Суворов А.С., Полонский Ю.З., Трофимова Т.Н. СПб.: МАПО, 2001. 40 с.

11. Методы лучевой диагностики и информационные технологии в клинической практике. Компьютерная томография и информационные технологии: уч. пособие / Иванов В.А., Суворов А.С., Полонский Ю.З., Трофимова Т.Н. СПб.: МАПО, 2001. 25 с.

12. Кулаков В.И., Адамян Л.В., Мурватов К. Д.. Магнитно-резонансная томография в гинекологии : Атлас. М., 1999. 192 с. 240 илл.

13. Клиническая рентгенорадиология / Под ред. Г.А. Зедгенидзе. М., 1985 г. Т. 1-3.

14. Клиническая ультразвуковая диагностика / Под ред. Н.М. Мухарлямова. М., 1987.. Т. 1-2.

15. Линденбратен Л.Д., Лясс Ф.М.. Медицинская радиология. М., 1986.

16. Кишковский А.Н., Тютин Л.А.. Неотложная рентгенодиагностика. М., 1989..

17. Пиццутиелло Р., Куллинан Дж.. Введение в медицинскую рентгенографию / перев. с англ. Компания Истман Кодак, Рочестер, Нью-Йорк. 1999. 222 с.

18. Беликова Т.П. Автоматизированные рабочие места для анализа рентгенорадиологических изображений // Компьютерные технологии в медицине. 1998. №1. С.35-41.

19. Столяр В.Л. Современные медицинские информационные системы // Компьютерные технологии в медицине. 1997. №3. С.54-61.

20. Терновой С.К., Синицын В.Е. Спиральная компьютерная и электронно-лучевая ангиография. М.: Видар. 1998. 144 с.

21. Иванов В.А. Внутревидение (ЯМР - томография). СПб.: Знание, 1989. 32 с.

22. Магнитный резонанс в медицине. Основной учебник Европейского форума по магнитному резонансу / Под ред. П. А. Ринка. / Пер. Э.И. Федина. Oxford: Blackwell Scientific Publications, 1995. 228 р.

23. Верещагин Р.В., Борисенко В.В., Власенко А.Г. Мозговое кровообращение: современные методы исследования в клинической неврологии. М., 1993.

24. Ультразвуковые методы исследования в диагностике поражений ветвей дуги аорты / Гайдар Б.В., Парфенов В.Е., Дубанов И.П., Свистов Д.В. Петрозаводск, 1994.

25. Шахнович А.Р., Шахнович В. А. Диагностика нарушений мозгового кровообращения (транскраниальная доплерография). М. 1996.

26. Stark D.D., Bradley W.G. Magnetic Resonance Imaging. St. Louis: Mosby-Year Book -1992. 2520 p.

27. Anderson C., Haacke E., Approaches to diagnostic magnetic resonance carotid angiography. Semin. in ultrasound. CT and MRI.. 1992. Vol. 13. P. 246-255.

28. Atlas S. MR angiography in neurologic disease. Radiology. 1994. Vol. 19. P. 1-16.

29. Barry R., Pienaar C., Nel C.J. Accuracy of B-mode ultrasonography in detecting carotid plaque hemorrhage and ulceration. Ann. Vasc. Surg.. 1990. Vol. 4. P. 466-470.

30. Bryan N.R., Levy N.M.,Whitlow W.D. et al. Diagnosis of acute cerebral infarction: comparison of CT- and MR-imaging. Am. J. Neuroradiol. 1991. Vol. 12. P. 611-620.

31. Cumming M.J., Morrow I.M. Carotid artery stenosis: a prospective comparison of CT angiography and conventional angiography. Am. J. Roentgenol. 1994. Vol. 163. P. 517523.

32. Grossman B.C. Magnetic resonance imaging and computed tomography of the head and spine (2nd ed.). Williams & Wilkins: Baltimore. 1996.

33. Hankey G.J., Warlow C.P., Sellar R.J. Cerebral angiographic risk in mild cerebrovascular disease. Stroke. 1990. Vol. 21. P. 209-222.

34. Hasso A.N. Clinical application of MR angiography in the head and neck. In: Neuroradiology Ed. D.C.Harwood-Nash., NICER series in diagnostic imaging. Merit Communications: London. 1992.

35. Johnson B.A., Heiserman J.E., Drayer B.P., Keller P.J. Intracranial MR angiography: its role in the integrated approach to the brain infarction. Am. J. Neuroradiol. 1994. Vol. 15. P. 901-908.

36. Mathews V.P., Barker B.P., Bryan N.R. Magnetic resonance evaluation of stroke Magn. Resonance Quaterly. 1995. Vol. 8. P. 245-263.

37. Mattle H.P., Wentz K.U., Edelman R.R. et al. Cerebral venography with MR Radiology. 1991. Vol. 178. P. 453-458.

38. Nabatame H., Fujimoto N., Nakamura K. Et al. High intensity areas on noncontrast Tl-weighted MR-images in cerebral infarction. J. Comput. Assist. Tomogr. .1990. Vol. 14. P. 521-526.

39. Wegener O.H. Whole body computed tomography. Boston: Blackwell Scientific Publication. 1992. 701 p.