Установки и методы лучевой диагностики

Министерство Образования и Молодежи Республики Молдова Технический Университет Факультет CIM

Кафедра Микроэлектроники и Полупроводниковых приборов

ОТЧЁТ

По дисциплине: Медицинская электроника и лучевая диагностика

Лабораторная работа № 1

Тема: Установки и методы лучевой диагностики

Выполнил: ст.гр. МЕ-072 Колисниченко Яков Проверил: профессор Рошка А. Л.

Кишинев 2010

Ядерная медицина — раздел медицины, связанный с использованием радиоизотопов.

Области применения:

— Функциональная диагностика: сцинтиграфия и позитрон-эмиссионная томография

— Диагностика in vitro: радиоиммунология

— Лечение рака щитовидной железы с помощью изотопа 131I

На сегодняшний день ядерная медицина позволяет исследовать практически все системы органов человека и находит применение в неврологии, кардиологии, онкологии, эндокринологии, пульмонологии и других разделах медицины.

С помощью методов ядерной медицины изучают кровоснабжение органов, метаболизм желчи, функцию почек, мочевого пузыря, щитовидной железы.

В ядерной медицине возможно не только получение статических изображений, но и наложение изображений, полученных в разные моменты времени, для изучения динамики. Такая техника применяется, например, при оценке работы сердца.

Ядерная медицина пользуется слаборадиоактивными веществами, т.н. нуклидами, для диагностики (сцинтиграфия) и терапии (радиотерапия). Сцинтиграфия служит для исследования и отображения функций или возможных функциональных нарушений органов тела. Несмотря на то, что сам термин «ядерная медицина» зачастую вызывает страх у пациента, благодаря все более совершенным радиофармацевтическим средствам и камерам опасения вредных последствий или побочных действий совершенно беспочвенны. Сегодня лучевая доза, получаемая пациентом при радиоизотопном обследовании, соответствует дозовой нагрузке при рентгенографии грудной клетки, при этом диагностическая радиология позволяет визуализировать весь организм пациента, не подвергая его дополнительным нагрузкам.

Ядерная медицина применяется и в терапевтических целях. При этом используются радиофармацевтические препараты, проникающие непосредственно к пораженным клеткам и разрушающие их радиоактивным излучением. Примером области применения может служить паллиативная терапия хронического болевого синдрома при метастазах в кости.

Компьютерная томография

За работы в области реконструктивной томографии Алану Кормаку и Годфри Хаунсфилду была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за 1979 год. А. Кормак провёл теоретические исследования, а Г. Хаунсфилд в 1972 году изготовил первый комплекс из рентгеновского томографа и компьютерной системы восстановления изображений. Теперь компьютерные томографы имеются в любой крупной клинике и больнице. Почему они получили столь широкое распространение?

Реконструктивная томография оказалась очень мощным средством при постановке диагноза. В рентгеновской компьютерной томографии (КТ) производится большое количество измерений, каждое из которых соответствует определённому взаимному положению источника и детектора рентгеновского излучения. Источник и детектор находятся в плоскости сечения, изображение которого требуется получить. Для каждой комбинации положений «источник — детектор» выполняют два измерения: калибровочное и рабочее. Во время рабочих измерений пациента помещают в поле реконструкции, и с помощью компьютера вычисляют послойные изображения той или иной области. Разумеется, шаг и толщину таких поперечных срезов можно варьировать.

Важно отметить, что получаемые изображения имеют очень высокую степень разрешения, что позволяет дифференцировать ткани с минимальными структурными различиями. При этом изображения весьма похожи на привычные для клинициста срезы, которые имеются в анатомических атласах. Ничего подобного другие диагностические исследования не дают. Каким ещё методом можно виртуально разрезать человека поперёк и посмотреть, что там внутри?

При КТ чаще всего исследуются голова и шея, а также грудная и брюшная полости. Наибольшее значение КТ имеет в травматологии, когда необходимо определить наличие тех или иных повреждений, в нейрохирургии и при исследовании сосудов. В онкологии КТ используется для определения степени распространённости опухолевого процесса и при планировании лучевой терапии.

Стоит также отметить, что уровни облучения при КТ в большинстве случаев ниже, чем при исследовании на обычном рентгенодиагностическом аппарате. А изображение в поперечной плоскости, недоступное при стандартной рентгенодиагностике, часто является крайне необходимым для постановки точного диагноза.

Само же исследование происходит следующим образом: пациент лежит на столе, который медленно перемещается внутри вращающегося кольца. На кольце с одной стороны находится рентгеновская трубка, а с другой — матрица детекторов ионизирующего излучения. После полного оборота рентгеновского излучателя и детекторов вокруг стола на экране компьютера появляется срез исследуемого органа. Информация об органе собирается срез за срезом. Как правило, исследование длится не более одного часа, а для некоторых областей, например для головы, занимает всего несколько минут Следует упомянуть и о другом виде компьютерной томографии — о диагностических исследованиях с использованием эффекта магнитного резонанса (МР-томография). Клинический опыт свидетельствует о высоком разрешении и высокой контрастности изображения тканей при МР-томографии. К тому же, в компьютерных томографах на основе эффекта ядерного магнитного резонанса нет источников ионизирующего излучения, и поэтому диагностические исследования на МР-томографах практически полностью безопасны для пациентов.

Основные методы исследования в рентгенодиагностике:

К основным методам относятся рентгеноскопия, рентгенография и рентгенофлюорография.

Рентгеноскопия представляет собой просвечивание грудной клетки или брюшной полости пациента непосредственно за флюоресцирующим рентгеновским экраном.

Методика просвечивания проста и экономична, позволяет исследовать больного в различных проекциях и положениях (многоосевое и полипозиционное исследование), оценить анатомо-морфологические и функциональные особенности изучаемого органа.

Вместе с тем, для метода характерны определенные недостатки: значительная лучевая нагрузка на больного, величина которой находится в прямой зависимости от размеров изучаемого поля, продолжительности исследования и ряда других факторов; относительно низкая разрешающая способность и др. В последние годы, учитывая перечисленные недостатки, стремятся оснащать рентгеновские аппараты электронно-оптическими усилителями, а метод просвечивания больных непосредственно за флюоресцирующим экраном применяется значительно реже.

Рентгенотелевидение — современная методика рентгеноскопии, при которой производится просвечивание с помощью аппарата, оснащенного электронно-оптическим усилителем (ЭОП). При этом получаемое позитивное изображение в виде телевизионного сигнала воспроизводится на экране телевизионного монитора. Данная методика в значительной степени устраняет недостатки обычной рентгеноскопии. В частности: появилась возможность регулировать яркость и контрастность изображения, при этом увеличивается разрешение изображения, улучшаются условия работы в рентгеновском кабинете (светлое помещение), а также на порядок снижается лучевая нагрузка на больного и персонал.

Рентгенография — получение теневого аналогового изображения исследуемого органа или области на рентгеновской пленке. Последняя представляет нитро-ацетатную основу, покрытую тонким слоем светочувствительной эмульсии — желатина, содержащую мельчайшие кристаллики галогенида серебра в невозбужденном (не засвеченном) состоянии. Эмульсия чувствительна не только к рентгеновским лучам, но и к дневному свету, поэтому ее сохраняют в светонепроницаемых коробках различного стандартного формата (13×18 см, 13×24 см, 24×30 см, 35×35 см и др.), на которых обычно обозначены марка рентгеновской пленки, чувствительность, срок годности, условия химической обработки и др.

Рентгеновскую пленку в затемненной фотолаборатории помещают в специальную кассету между усиливающими экранами (картонные пластины, покрытые флюоресцирующим слоем) и плотно закрывают. Затем, уложив кассету под исследуемый объект и отметив на ней правую или левую сторону объекта (маркировка свинцовыми буквами), производят снимок.

При рентгенографии пучок рентгеновских лучей, пройдя через тело больного, попадает на рентгеновскую пленку и, возбуждая кристаллики галогенида серебра, образует в эмульсии скрытое электрическое изображение. После химической обработки пленки — последовательно в растворе проявителя (восстановление металлического серебра), фиксирующем растворе (удаление из эмульсии остатков невосстановленного серебра), затем промывки пленки и сушки — изображение становится видимым — черно-белым.

Следует учитывать следующие особенности получаемых снимков:

— на рентгеновском снимке изображение негативное — обратное по теневым характеристикам позитивному, получаемому при рентгеноскопии;

— изображение несколько увеличенное, так как пучок рентгеновских лучей имеет расходящийся характер, а исследуемые органы обычно удалены на некоторое расстояние от кассеты с пленкой;

— изображение плоскостное и суммационное. Поэтому для получения пространственного представления об органе или процессе, его объемности и локализации, выполняют несколько снимков, как минимум в двух взаимно перпендикулярных проекциях, чаще в прямой и боковой.

Методу рентгенографии присущи следующие достоинства:

— метод довольно прост при выполнении и широко применяется;

— рентгеновский снимок — объективный документ, который может длительно храниться;

— сопоставление особенностей изображения на повторных снимках, выполненных в различные сроки, позволяет изучить динамику возможных изменений патологического процесса;

— относительная малая лучевая нагрузка (по сравнению с режимом просвечивания) на больного.

Цифровая рентгенография — современный метод исследования. Осуществляется при оснащении рентгенодиагностического аппарата устройством для цифровой обработки рентгеновского изображения — перевод аналогового изображения в цифровое. Последнее в процессе рентгенографии выводится на экран дисплея персонального компьютера (ПК), что создает ряд преимуществ: метод позволяет производить оценку среднего уровня плотности тени и суммарного диапазона между светлой и темной частями изображения, объективизирует получаемую картину и, соответственно, улучшаются диагностические возможности. Кроме того, существенно снижается лучевая нагрузка на пациента.

Электрорентгенография (ксерорадиография). В отличие от обычной рентгенографии, вместо рентгеновской пленки используется селеновая пластина, заряженная в специальном приборе однородным статическим электрическим зарядом. Во время снимка под воздействием рентгеновских лучей, прошедших сквозь тело пациента, электрический потенциал пластины, в зависимости от плотности тканей, изменяется не равномерно и возникает скрытое электростатическое изображение. Затем пластину опыляют порошком ферромагнетика (заряженного обратным знаком), частицы которого распределяются на поверхности пропорционально сохранившемуся заряду и на пластине появляется видимое изображение. Последнее контактным способом переносят на обычную бумагу и фиксируют.

Получаемое изображение, по сравнению с обычной рентгенограммой, обладает большей фотографической широтой, что позволяет видеть мягкие ткани.

Метод высоко экономичен, так как в процессе проводимого исследования не требуется дорогостоящая рентгеновская пленка. Однако из-за малой чувствительности селеновых пластин метод электрорентгенографии в настоящее время практически не применяется, так как доза лучевой нагрузки на пациента больше, чем при обычной пленочной рентгенографии.

Рентгеновская флюорография — представляет крупнокадровое фотографирование изображения с рентгеновского экрана (формат кадра 70×70 мм, 100×100 мм, 110×110 мм). Метод предназначен для проведения массовых профилактических исследований органов грудной клетки. Достаточно высокое разрешение изображения крупноформатных флюорограмм и меньшая затратность позволяют также использовать метод для исследования больных в условиях поликлиники или стационара больницы.

Рентгеноконтрастные вещества

РКВ подразделяются на рентгенопозитивные (тяжелые) и рентгенонегативные (газообразные). К рентгенопозитивным РКВ относятся вещества с высокой молекулярной массой и поглощающие рентгеновское излучение в значительно большей степени, чем ткани организма. Из них наиболее широкое применение получили следующие препараты: сульфат бария и йодированные препараты на различной основе.

Сульфат бария предназначен исключительно для исследования желудочно-кишечного канала и используется в виде водной взвеси (суспензии) различной консистенции. Тонкодисперстная водная взвесь, приготовленная с помощью электроили ультразвукового миксера, создает наиболее благоприятные условия для исследования мелких структур слизистой оболочки пищеварительного канала. Эффективно также использование комбинированных методов исследования, например, двойного контрастирования — введение в желудок (кишку) водной взвеси сернокислого бария в сочетании с газообразными веществами, или тройное контрастирование — с дополнительным наложением пневмоперитонеума. Нередко комбинированное контрастирование сочетается с линейной или компьютерной томографией.

Йодированные РКВ на водной основе. Предназначены для контрастирования преимущественно артериальных и венозных сосудов. Из органических соединений йода на водной основе в качестве РВК применяют производные некоторых ароматических кислот (бензойной, фенилпропионовой, адипиновой и др.), содержащие атомы йода. Выпускаются в ампулах по 10−20 мл различной концентрации — 30−70%.

РКВ для внутрисосудистых исследований подразделяются на ионные и неионные.

Учитывая возможность возникновения побочных реакций перед исследованием (за 1−2 дня), обязательно производится проба на чувствительность путем внутривенного введения 1−2 мл препарата. Кроме того, в целях предупреждения или ослабления побочных реакций рекомендуется использование антигистаминных препаратов.

Применение неионных препаратов сопровождается значительно меньшим риском развития побочных реакций (в 3−5 раз). Неионные препараты отличаются низкой осмолярностью и минимальным воздействием на биологические мембраны, что обуславливает их незначительную токсичность и хорошую переносимость при ангиографии.

Йодированные РКВ на жировой основе применяют для бронхографии, лимфографии, метросальпингографии, фистулографии, для выявления врожденных пороков пищевода у новорожденных и др.

К ним относятся: йодлипол, липиодол, йодатол, сверхжидкий липио-дол и др. Препараты выпускаются в ампулах по 10 мл (стерильно).

Газообразные вещества (ГВ) относятся к рентгенонегативным контрастным веществам: атмосферный воздух, молекулярный кислород, углекислый газ и закись азота.

ГВ используются для введения в различные отделы пищеварительного канала при двойном контрастировании, при введении в плевральную полость (диагностический пневмоторакс), в брюшную полость (диагностический пневмоперитонеум), в забрюшинное пространство (ретропневмоперитоне-ума), в средостенье (пневмомедиастинум) и др.

Конструкция и описание рентгеновских аппаратов

Несмотря на то что конструкция электронной части (питание и фотоумножители), методы записи, генераторы рентгеновского излучения, постоянно модернизируются и совершенствуются, механическая часть (а именно, штативы), не претерпели серьёзного изменения. Естественно, изменились применяемые материалы, улучшилась точность и диапазон позиционирования генератора относительно мишени, однако, общие принципы и схемы компоновки остаются неизменными на протяжение, по меньшей мере, последних пятидесяти лет.

Для примера я приведу фотографии рентгенографических аппаратов с разностью в возрасте около 50 лет:

Ниже представлен поворотный стол-штатив флюорографа РУМ-20:

1 — стенка опорная

2 — рамка опорная

3 — экранно-снимочное устройство

4 — отсеивающая решетка Рассмотрим основные возможности такого штатива. В штативе обеспечивается поворот опорной стенки на 105° относительно вертикали; платформа перемещается вдоль опорной стенки на ±50 см, в поперек опорной стенки в обе стороны от среднего положения на ±7 см. Отсеивающая решетка перемещается вдоль платформы на 90 см. Экрано-снимочное устройство (ЭСУ) перемещается вдоль платформы электроприводом на 57 см от 108 до 165 см (от пола до центра ЭСУ) и поперек опорной стенки вручную — на 12,5 см в обе стороны от оси опорной стенки, а также по ходу пучка излучения от 18 до 50 см. Обеспечивается поворот ЭСУ на 90° при вертикальном положении опорной стенки для снимков на отсеивающую решетку, поворот рентгеновского излучателя на 90° вокруг оси, параллельной оси излучателя. Управление механизмом подачи кассет в ЭСУ осуществляется вручную и от электропривода. Для защиты рабочего места рентгенолога от рассеянного рентгеновского излучения в штативе предусмотрены передвижной и неподвижный фартуки на ЭСУ, а также откидывающаяся защитная шторка с левой стороны опорной стенки.

Основание штатива выполнено в виде двух чугунных боковин, скрепленных плитой. На плите расположен электродвигатель и редуктор, связанные клиноременной передачей. Поворот опорной стенки осуществляется при помощи зубчатого сектора. В основании установлены конечные выключатели крайних положений поворота штатива. Платформы штатива выполнены в виде двух металлических рам. нижняя рама предназначена .гл я продольных перемещений, а верхняя — для поперечных. Верхняя рама с панелью образует опорную стенку для обследуемого и перемещается вручную по направляющим, расположенным на нижней раме перпендикулярно продольной оси штатива. Нижняя рама соединена цепной передачей с электроприводом и перемешается вдоль опорной рамы штатива. Панель опорной стенки стремятся максимально приблизить к решетке, чтобы избежать увеличения изображения. С этой целью панель делают либо вогнутой, либо углубляют ее. Ни раме штатива установлены две пары направляющих. По одной паре перемещается отсеивающая решетка, по другой — каретка продольного хода. Внутри каретки продольного хода перемещается каретка поперечного хода с двумя кронштейнами; на одном крепится рентгеновский излучатель с диафрагмой, на втором — консоль с кареткой. На каретку консоли устанавливается ЭСУ, которое уравновешивается при горизонтальном и наклонном положениях опорной стенки грузовым урдвновешнвагелем, расположенным внутри консоли. Для уравновешивания ЭСУ применена система полиспаста с отношением 1:2.

Штативы с дистанционным управлением

Внедрение усилителей рентгеновского изображения (УРИ) с телевизионными системами позволило создать такие дистанционно управляемые' комплексы, в которых в значительной мере исключен контакт врача с больным при рентгенологическом исследовании. В принципе это позволяет увеличить пропускную способность рентгенодиагностическнх кабинетов. Развитие дистанционно управляемых штативов идет по двум направлениям: обеспечение дистанционного управления обычными поворотными столами-штативами, укомплектованными УРИ, и создание специальных штативов. Штатив с дистанционным управлением и усилителем изображения на основе штатива «Реднст-1» показан на рис ниже. В этом штативе все движущиеся части имеют электроприводы и управляются от специального пульта.

Развитие УРИ и техники фоторегистрации позволяет создать вариант дистанционно управляемого штатива, у которого регистрация результатов исследования осуществляется только на фотопленку. Применение таких штативов, однако, ограничено. Их используют лишь для исследования органов желудочно-кишечного тракта и сердца. Штатив имеет поворотную люльку, которая является неотъемлемой частью штатива с дистанционным управлением.

Штативы для снимков и томографии

Рассматриваемые ниже штативы предназначены для снимков скелета и других органов и систем человека. Рабочее место при этом формируется из двух или трех устройств — стола снимков, вертикальной стойки и штатива — напольного или потолочного, на котором устанавливается рентгеновский излучатель. Стол снимков аппарата РУМ-20 выполнен в виде металлической рамы с пластиковой декой на четырех опорах. По направляющим стола под декой перемещается увеличитель масштаба снимков с отсеивающей решеткой. Кратность увеличения снимка определяется как отношение расстояния фокус-пленка к расстоянию фокус-объект. Наибольшее увеличение масштаба 1,5 раза.

Для удобства укладки обследуемого и центрирования объекта съемки применяют столы с «плавающей» декой, перемещающейся в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Для специальных видов исследований, например спинного мозга, используют столы, создающие наклон на требуемый угол. Такой стол входит в унифицированный ряд штативов.

Вертикальная стойка предназначена преимущественна для снимков легких как с решеткой, так и без нее. Кроме того, вертикальную стойку часто применяют для снимков шеи и черепа в положенин больного лежа на столе или сидя у стойки. Для этих снимков решетка стойки может поворачиваться в вертикальной плоскости на ± 180°, а также перемещаться из вертикального положения в горизонтальное.

Штатив снимков предназначен для поддерживания рентгеновского излучателя н придания пучку излучения необходимого направления при снимках. Штатив представляет собой колонну, установленную на тележке и передвигающуюся вдоль стола снимков по двум рельсам, один из которых прикреплен к полу, другой — к потолку. Колонна имеет направляющие, по которым перемещается каретка с рентгеновским излучателем. Предварительная установка положения трубки и направления пучка излучения может производиться по шкалам. Все движения штатива стопорятся электромагнитными тормозами. Для снимков в латеральной позиции, например при травме конечностей или черепа, а также для обслуживания одним излучателем двух штативных устройств каретка колонны может поворачиваться на угол +/-180о с фиксацией через 90о.

Приставки для томографии состоят из привода перемещения штатива с излучателем, штанги, соединяющей излучатель с решеткой, и устройства для установки глубины слоя. Такими приставками, как правило, снабжают рабочие места для снимков, состоящие из стола и штатива с излучателем. Существенным недостатком приставок является возможность томографии только в горизонтальном положении обследуемого.

В качестве примера современного рентгеновского аппарата можно привести Siemens Mammomat 3000:

Краткое описание:

Полностью цифровой маммографический аппарат, являющийся одной из последних разработок фирмы SIEMENS и созданный на основе аналоговой установки МАММОМАТ 3000 Nova. В комплект установки входят свободно устанавливаемая экзаменационная стойка и управляемый микропроцессором высокочастотный генератор рентгеновского излучения с прозрачным защитным просвинцованным экраном. На экзаменационной стойке имеется поворотная турель с изоцентром вращения (для быстрого выполнения снимков под разными углами) с блоком рентгеновской трубки, устройство автоматической компрессии и автоматического контроля экспозиции, а также поворотный селектор для выбора объектного стола. В один из объектных столов вместо кассетоприемника вмонтирован плоский цифровой детектор, выполненный на основе аморфного селениума, который сразу трансформирует энергию рентген-излучения в цифровое изображение отснятого объекта и передает его на специализированную маммографическую рабочую станцию для компьютерной обработки и архивации в формате DICOM-3, а также передачи рентген-изображений по компьютерным сетям и получения высококачественных твердых копий на лазерной камере. При этом обеспечивается очень высокая разрешающая способность цифровых рентген-изображений при минимальной лучевой нагрузке и максимальной пропускной способности за счет беспленочной технологии.

В аппарате используется новая рентген-трубка с биметалическим молибденово-вольфрамовым анодом, а также с молибденовым и родиевым фильтрами, гарантирующая короткое время экспозиции, высокую контрастность и исключительно высокое разрешение самых мелких деталей изображений.

Применение:

Установка представляет собой высокопроизводительное рабочее место для использования в маммографии для скрининга, диагностики и стереотактической биопсии пациентов в положениях стоя, сидя и лежа. Обеспечивает высокое качество изображений, простоту и легкость позиционирования пациентов и позволяет выполнять все типы маммографических исследований (обзорные снимки, точечная компрессия, увеличение изображений для детальной диагностики и т. п.). Система может использоваться с системой цифровой биопсии Opdima.

Philips OMNI DIAGNOST ELEVA — универсальный рентгенодиагностический аппарат премиум класса с уникальной открытой архитектурой, обеспечивающей трехсторонний подход к столу. Аппарат оснащен всем необходимым, что можно ожидать от приборов подобного класса. Благодаря многофункциональности стола OMNI DIAGNOST ELEVA может применяться для любых рентгенологических исследований, включая опорно-двигательный аппарат, ЖКТ, ангиологию, исследования с применением контраста, томографию, интервенцию.

Особенности:

OMNI DIAGNOST ELEVA предлагается в лево или правостороннем исполнении крепления деки стола, тем самым обеспечивается доступ к пациенту с трех сторон, что облегчает как позиционирование, так и манипуляции врача, особенно при вмешательствах (например РХПГ) — все это значительно увеличивает пропускную способность кабинета.

Перемещения осуществляются плавно в широких пределах.

При сканировании перемещается не стол с пациентом, а штатив, тем самым достигается большая безопасность пациента и исключительная точность, так необходимая при интервенциях.

Консоль управления по выбору может быть установлена на столе, либо на свободно перемещаемом пьедестале, либо в пультовой.

Оригинальная система контроля дозы DoseWise при неизменном качестве изображения значительно снижает получаемую пациентом дозу облучения, так, например, сеточное управление снижает дозу на 80% (в педиатрии до 95%).

Уникальная технология BodyGuard на основе бесконтактных емкостных датчиков исключает возможность столкновения с пациентом вне зависимости от его роста и полноты. Оснащение комплекса пакетом DICOM, возможность подключения к сети RIS, HIS, Internet, включая дистанционное тестирование и диагностику аппарата.

В зависимости от поставленных задач в комплект поставки аппарата может входить генератор мощностью от 50 кВт до 100 кВт, усилитель рентгеновского изображения диаметром 31 см и 38 см с ПЗС — матрицей разрешением 1024×1024 пикселей.