Текст
                    И.П. Короток, Л.Д. Линденбратен
АЧЧЕВЙЯ
ДИАГНОСТИКА
3-е издание
Учебная литература
для студентов
медицинских вузов
БИНОМ

Учебная литература для студентов медицинских вузов И.П. Королюк, Л.Д. Линденбратен ЛУЧЕВАЯ ДИАГНОСТИКА Издание третье, переработанное и дополненное Рекомендовано Учебно-методическим объединением по медицинскому и фармацевтическому образованию вузов России в качестве учебника для студентов, обучающихся по специальностям 060101.65 «Лечебное дело», 060103.65 «Педиатрия», 060201.65 «Стоматология» Москва Издател ьство Б11 НОМ 2013
УДК 616-073.75 (075.8) ББК 53.6 К68 Постановлением Правительства Российской Федерации от 20 августа 2001 г. № 595 г. Москва премия Правительства Российской Федерации присуждена Линденбратену Леониду Давидовичу, Королюку Игорю Петровичу за учебник «Медицинская радиология и рентгенология (основы лучевой диагностики и лучевой терапии)» Рецензенты: Я. А. Карлова — доктор медицинских наук, профессор, главный научный сотрудник науч- но-клинического и образовательного центра «Лучевая диагностика и ядерная медицина» Санкт-Петербургского государственного университета М. К. Михайлов — доктор медицинских наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации и Республики Татарстан, академик Академии наук Республики Татарстан, заведующий кафедрой лучевой диагностики Казанской государственной ме- дицинской академии Королюк И. П., Линденбратен Л. Д. К68 Лучевая диагностика: Учебник. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Издательство БИНОМ, 2013. — 496 с.: ил. (Учеб. лит. для студентов мед. вузов). ISBN 978-5-9518-0548-5 В третьем издании учебника (второе вышло в 2001 г.) рассмотрены основы лучевой диагностики повреждений и заболеваний органов и систем человека, представлены пока- зания к применению рентгенологического, ультразвукового, радионуклидного и магнитно- резонансного методов исследования в кардиологии, пульмонологии, гастроэнтерологии, неврологии и других областях медицины. Изложены принципы доказательной радиологии. Освещены вопросы, касающиеся использования медицинских изображений в клинической практике. Рассмотрены принципы работы в компьютерных сетях и на компьютеризирован- ном рабочем месте (рабочей станции) врача-радиолога. Все разделы учебника содержат ука- затели новейших книжных изданий. Предназначена для студентов медицинских вузов. Может быть также использована при изучении лучевой диагностики в интернатуре и клинической ординатуре. ISBN 978-5-9518-0548-5 УДК 616-073.75 (075.8) ББК 53.6 с И. П. Королюк, Л. Д. Линденбратен, 2013 Все права авторов защищены. Ни одна часть этого издания не может быть занесена в память компьютера либо воспроизведена любым способом без предварительного письменного разрешения издателя.
От издательства БИНОМ Выход настоящего учебника совпал с юбилеем обоих авторов: в прошлом, 2012 году Л. Д. Лин- денбратену исполнилось 90 лет, И. П. Королюку — 75 лет. Оба ученых принадлежат к блестящей школе отечественных рентгенологов. В течение многих десятилетий они плодотворно развивали российскую рентгенорадиологию, публиковали монографии, учебники, руководства, работали в редакциях престижных научных журналах, участвовали в многочисленных научных мероприя- тиях по рентгенорадиологии и высшему профессиональному медицинскому образованию. КОРОЛЮК Игорь Петрович — видный ученый-рентге- норадиолог, блестящий лектор и клиницист. Один из ве- дущих специалистов России в области диагностической радиологии. Более 30 лет заведовал кафедрой лучевой диагностики и лучевой терапии Самарского государ- ственного медицинского университета, с 2008 г. рабо- тает в должности профессора этой кафедры. В 1968— 1969 гг. преподавал рентгенологию в Университете Сант-Яго-де-Куба. Прошел стажировку в ряде ведущих медицинских центров Западной Европы — Швеции, Голландии, Германии, Великобритании. В 1989 г. рабо- тал в штаб-квартире ВОЗ (Женева). Основные направ- ления его научной деятельности — визуализация вну- тренних органов на основе современных технических средств и компьютерных технологий, медицинская ин- форматика, теория принятия решений в медицинской диагностике. И. П. Королюк награжден орденом «Друж- ба», Почетным знаком им. Ю. Н. Соколова, Почетной медалью им. М. И. Неменова, имеет звание «Почетный профессор Самарского государственного медицинского университета». ЛИНДЕНБРАТЕН Леонид Давидович — видный уче- ный-радиолог, известный врач-клиницист и блестящий лектор. В течение 32 лет заведовал кафедрой рентгено- логии и радиологии Московской медицинской академии им. И. М. Сеченова. С 1995 г. он руководит отделом На- уч но-практическог о центра медицинской радиологии. В лечение длительного времени был главным редактором журналов «Медицинская радиология и радиационная без- опасность» и «Радиология-практика». Основные направ- ления его научной деятельности — общие методологиче- ские проблемы медицинской радиологии, рентгенофизио- логия и функциональная патология печени и желчных путей, синдромная рентгенодиагностика заболеваний лег ких, ранняя диагностика рака и дисгормональных по- ражений молочных желез. Л. Д. Линденбрален награжден орденами Красной Звезды и Отечественной войны 11 сте- пени, Почетной медалью им. М. И. Неменова, Почетным знаком им. Ю. Н. Соколова, имеет звание «Почетный про- фессор Российского научного центра радиологии и хи- рургических технологий», а также является почетным членом ряда зарубежных научных обществ. Коллектив издательства БИНОМ поздравляет дорогих юбиляров и желает им крепкого здоровья, благополучия и творческих успехов.
БЛАГОДАРНОСТЬ Сердечная благодарность и признательность всем, кто помогал в работе над учебником: сотрудникам сектора здравоохранения компании «SIEMENS» за по- мощь в подготовке иллюстраций, самарским врачам — специалистам в области лучевой диагностики: Э. Н. Алехину, Н. Ю. Бабичевой, М. А. Бурмистрову, С. Ю. Горину, А. Г. Еф- ремову, И. Ю. Ефремовой, Ю. Ю. Журавлеву, П. М. Зельтеру, А. В. Капиш- никову, И. Н. Колосовой, А. И. Кривченко, А. С. Осадчему, П. А. Попову, Л. А. Рыбаковой, А. И. Сердобинцеву, Е. М. Сухининой, В. В. Сухорукову, О. В. Терешиной, Е. В. Усенко, С. В. Фоминой, А. Е. Юдину, московским врачам-рентгенологам: Я. В. Лазаревой, Г. В. Ратобыльскому, П. Н. Садикову.
ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие..................................................ю От авторов...................................................и Часть I Общие вопросы медицинской радиологии 1. ЧТО ТАКОЕ РАДИОЛОГИЯ.....................................15 2. «МИНУВШЕЕ ПРОХОДИТ ПРЕДО МНОЮ...»........................18 2.1. Открытие странного мира..............................18 2.2. Лучи имени Рентгена..................................20 2.3. Звездный час Беккереля...............................21 2.4. Что скрывалось за беккерелевыми лучами?...............22 2.5. Наступление продолжается. Врачи следуют за физиками .24 2.6. Радиология — дисциплина Нобелевских лауреатов.........26 2.7. История отечественной радиологии ....................30 3. ИЗЛУЧЕНИЯ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В РАДИОЛОГИИ, ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ...................................32 3.1. Группировка излучений, применяемых в радиологии......32 3.2. Источники ионизирующих излучений, применяемых в радиологии .. 33 3.3. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом ...34 3.4. Биологическое действие излучений.....................37 3.5. Осторожно, радиация!.................................39 4. ДОКАЗАТЕЛЬНАЯ РАДИОЛОГИЯ ................................43 4.1. Основные понятия ....................................43 4.2. Операционные характеристики диагностических методов исследования......................................47 4.3. Операционные характеристики наблюдателя (ROC-кривые).52 4.4. Мета-анализ..........................................53 Часть II Методы и средства лучевой диагностики 1. РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКИЙ МЕТОД ................................57 1.1. Получение рентгеновского изображения ................57 1.2. Искусственное контрастирование органов...............61 1.3. Рентгенография ......................................63 1.4. Цифровая рентгенография..............................66 1.5. Рентгеноскопия ......................................73 1.6. Флюорография.........................................74
1.7. Линейная томография.......................................76 1.8. Компьютерная томография...................................78 1.9. Ангиография ..............................................89 1.10. Интервенционная радиология...............................95 2. РАДИОНУКЛИДНЫЙ МЕТОД..........................................103 3. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД..........................................116 4. МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД ...................................126 5. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ В РАДИОЛОГИИ ...............................138 5.1. Компьютерные сети общего назначения .....................139 5.2. Специальные медицинские компьютерные сети ...............143 5.3. Всемирная компьютерная сеть — Интернет...................151 б. МЕДИЦИНСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ КАК ОБЪЕКТ ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ ... 154 Часть III Лучевая диагностика заболеваний и повреждений 1. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ............................168 2. ЛЕГКИЕ........................................................170 2.1. Рентгенологическая анатомия легких.......................171 2.2. Лучевые методы исследования функции легких...............179 2.3. Рентгенологическая семиотика поражений легких............182 2.3.1. Затемнение легочного поля или его части.........183 2.3.2. Изменения легочного и корневого рисунка ............191 2.3.3. Просветление легочного поля или его части ..........194 2.4. Лучевые симптомы поражений легких........................195 2.4.1. Повреждения легких и диафрагмы .....................195 2.4.2. Пневмонии ..........................................197 2.4.3. Тромбоэмболия легочной артерии .....................202 2.4.4. Рак легкого ........................................204 2.4.5. Туберкулез легких...................................208 2.4.6. Пневмокониозы ......................................215 2.4.7. Плевриты............................................217 3. СЕРДЕЧНО-СОСУДИСТАЯ СИСТЕМА...............................221 3.1. Лучевые методы исследования сердечно-сосудистой системы .222 3.2. Лучевая картина заболеваний сердца...................235 3.2.1. Ишемическая болезнь сердца. Инфаркт миокарда .......236 3.2.2. Пороки развития митрального клапана ................238 3.2.3. Пороки развития аортального клапана.................240 3.2.4. Врожденные пороки...................................241 3.2.5. Перикардиты.........................................242
3.3. Лучевая ангиология.......................................243 3.3.1. Грудная часть аорты.................................243 3.3.2. Брюшная часть аорты и артерии нижних конечностей ...246 3.3.3. Вены нижних конечностей.............................247 4. ПИЩЕВОД, ЖЕЛУДОК, КИШЕЧНИК...................................249 4.1. Рентгенологическое исследование глотки и пищевода........250 4.1.1. Пищевод в норме.....................................251 4.1.2. Инородные тела глотки и пищевода....................253 4.1.3. Заболевания пищевода................................253 4.1.4. Дисфагия ...........................................259 4.2. Лучевые методы исследования желудка и двенадцатиперстной кишки....................................261 4.2.1. Желудок и двенадцатиперстная кишка в норме .........262 4.2.2. Заболевания желудка и двенадцатиперстной кишки .....266 4.3. Лучевые методы исследования кишечника....................275 4.3.1. Тонкая кишка в норме ...............................276 4.3.2. Толстая кишка в норме ..............................278 4.3.3. Заболевания кишечника...............................281 5. ОПОРНО-ДВИГАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА .................................294 5.1. Рентгенологическая анатомия скелета .....................295 5.2. Рентгенологические симптомы поражения скелета ...........303 5.3. Повреждения костей и суставов............................310 5.4. Заболевания костей и суставов............................316 5.4.1. Системные и распространенные поражения .............316 5.4.2. Очаговые поражения костей ..........................325 б. ПЕЧЕНЬ И ЖЕЛЧНЫЕ ПУТИ. ПОДЖЕЛУДОЧНАЯ ЖЕЛЕЗА. СЕЛЕЗЕНКА.......342 6.1. Лучевые методы исследование печени и желчных путей.......342 6.2. Лучевая картина поражений печени и желчных путей ........346 6.3. Лучевые методы исследования поджелудочной железы ........357 6.3.1. Лучевая диагностика поражений поджелудочной железы .359 6.4. Селезенка ...............................................361 7. МОЧЕВЫДЕЛИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА. ПРЕДСТАТЕЛЬНАЯ ЖЕЛЕЗА.............362 7.1. Лучевые методы исследования мочевыделительной системы ....................................362 7.2. Основные клинические синдромы и тактика лучевого исследования ........................................371 7.3. Пороки развития почек и мочевых путей ...................384 7.3. Заболевания предстательной железы........................388
8. ЧЕРЕП И ПОЗВОНОЧНИК, ГОЛОВНОЙ И СПИННОЙ МОЗГ...............390 8.1. Рентгенологическая анатомия черепа......................390 8.2. Лучевая анатомия головного мозга........................393 8.3. Повреждения черепа и головного мозга ..................396 8.4. Нарушения мозгового кровообращения. Инсульт............399 8.5. Другие неопухолевые заболевания головного мозга........403 8.6. Опухоли головного мозга ...............................406 8.7. Лучевая анатомия позвоночника и спинного мозга ........411 8.8. Повреждения позвоночника и спинного мозга..............415 8.9. Вертеброгенный болевой синдром..........................418 8.10. Воспалительные заболевания позвоночника ...............425 9. ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА И ПАРАЩИТОВИДНЫЕ ЖЕЛЕЗЫ. НАДПОЧЕЧНИКИ .................................................428 9.1. Лучевая анатомия щитовидной железы ...................428 9.2. Радиоиммунологическое исследование физиологии щитовидной железы ...............................430 9.3. Клинико-радиологические синдромы и диагностические программы при заболеваниях щитовидной железы .........................431 9.4. Паращитовидные железы .................................437 9.5. Надпочечники...........................................437 10. МОЛОЧНАЯ ЖЕЛЕЗА. РЕПРОДУКТИВНАЯ СИСТЕМА ЖЕНЩИНЫ ..........439 10.1. Молочная железа ......................................439 10.1.1. Лучевые методы исследования. Молочная железа в норме .... 439 10.1.2. Заболевания молочных желез.......................446 10.2. Репродуктивная система женщин.........................453 10.2.1. Лучевая анатомия матки и яичников ...............453 10.2.2. Беременность и ее нарушения .....................455 10.2.3. Заболевания органов репродуктивной системы ......457 11. ЛОР-ОРГАНЫ. ГЛАЗ И ГЛАЗНИЦА................................459 11.1. Полость носа и околоносовые пазухи....................460 11.2. Гортань. Глотка ......................................466 11.3. Ухо и височная кость..................................467 11.4. Глаз и глазница.......................................468 12. РЕНТГЕНОДИАГНОСТИКА В СТОМАТОЛОГИИ........................472 12.1. Лучевые методы исследования зубочелюстной системы.....472 12.2. Аномалии развития и заболевания зубочелюстной системы..479
«DO UT DES» «ДАЮ, ЧТОБЫ ТЫ ДАЛ» «Ах, если бы можно было сделать тело человека прозрачным, как хрусталь!» «Медицинские сказки» (1885 г. — за 10 лет до открытия В. Рентгена)
Предисловие Настоящий учебник выходит в период, когда лучевая диагностика находится в эпицентре развития передовых научных дисциплин — медицинской информатики, биофизики, ядерной физики, электроники, информационных и компьютерных техно- логий. В современной клинической практике независимо от специализации лучевые методы диагностики стали ведущими в распознавании заболеваний. Приблизительно в 70 % случаев при установлении диагноза учитывают результаты лучевых исследо- ваний. В ведущих европейских и американских лечебных центрах на поддержание лучевой диагностики затрачивают около 20 % бюджета учреждения. Этот учебник стал логическим развитием ранее подготовленных нами изданий для высшей медицинской школы — учебников «Медицинская радиология и рентгено- логия» (М.: Медицина, 1992) и «Медицинская радиология и рентгенология (основы лучевой диагностики и лучевой терапии)» (М.: Медицина, 2000). В соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования третьего поколения, вступившим в силу с 2011—2012 учебного года, преподавание лучевой диагностики в медицинских вузах начинают на 3-м курсе лечебного, педиатрического и стоматологического факульте- тов. На этом этапе студенты знакомятся с основными понятиями дисциплины, из- учают технологию проведения лучевых исследований и правила радиационной без- опасности при работе с источниками ионизирующих излучений. По мере продвиже- ния студента по образовательной лестнице элементы лучевой диагностики включают в программы изучения отдельных клинических синдромов и нозологических форм заболеваний на всех клинических кафедрах. Таким образом, изучение лучевой диагностики в медицинских вузах — это не- прерывный образовательный процесс в течение всего периода обучения. Данную особенность современной дидактики высшей медицинской школы авторы постара- лись учесть при подготовке этого учебника. В нем изложены как базовые принци- пы лучевой диагностики, включающие описание методик лучевых исследования, так и сведения по их применению в различных областях медицины — терапии, хирургии, кардиологии, неврологии и др. В связи с этим учебник может быть полезен не только при изучении собственно лучевой диагностики, но и при освоении клинических дис- циплин в течение всего периода обучения в медицинском вузе. Отличительной особенностью учебника является наличие в нем новых, не изучав- шихся ранее разделов, знание которых тем не менее является обязательным требовани- ем при ознакомлении с лучевой диагностикой. К ним относятся компьютерные сетевые технологии и персональные рабочие станции врача-специалиста, без которых немысли- ма современная лучевая диагностика. Важное место отведено новому направлению — доказательной радиологии. Особое внимание уделено изложению основ медицинского изображения как основного инструмента медицинской визуализации. При этом акцент сделан на современных цифровых технологиях их получения. Для улучшения усвоения изучаемого материала наиболее важные части текста выделены рантовыми линейками. Характерной чертой образовательного процесса на современном этапе стало «па- раллельное» обучение: с использованием бумажных носителей (книг) и электронных версий на оптических и магнитных носителях. Это заставило студентов вплотную приблизиться к персональному компьютеру. Значительно возросла роль Интернета, что облегчило доступ к информационным ресурсам медицинских знаний. В настоящем издании мы постарались учесть все изменения в образовательном процессе, произошедшие за последнее время, и по возможности максимально адапти- ровать его к задачам настоящего времени. Авторы 10
От авторов Уважаемый читатель! Признаемся сразу, что трудно найти главные слова в разговоре с новым поко- лением медиков. Ведь у каждого поколения — свое. Когда Н. И. Пирогов, будущий знаменитый хирург, поступал на медицинский факультет Московского универси- тета, при входе в клинику на стене был крест с надписью по-латыни: «Per cruces ad luces» («Через религию — к просвещению»). У одного из авторов этой книги в 1940 г. были казарма Военно-морского медицинского училища и песня «Если завтра война...», а у вас — глубокие социально-экономические преобразования общества, Интернет. Однако есть что-то главное, объединяющее различные по- коления врачей! Борис Васильев в повести о своей жизни создал трогательный образ доктора Янсена, который всю жизнь лечил бедных людей в окраинном районе Смоленска. Когда он умер, у открытого гроба стоял инвалид-красноармеец Родион Петров, размахивал единственной рукой и прощался «от народа» с доктором Янсеном, а под серым небом на мокрой глинистой почве по всему кладбищу стояли на ко- ленях дети, женщины и мужчины, молясь за доктора Янсена. Может быть, глав- ное — гуманность и доброта? «Я не знаю иных признаков превосходства, кроме доброты!» — писал Бетховен. ...На поле Ватерлоо разгоралась битва между армией Наполеона и войсками со- юзников. Командующий этими войсками фельдмаршал Веллингтон наблюдал за боем с холма Сен-Жан. Сквозь постепенно расходящийся туман он увидел, что среди раз- рывов ядер по полю медленно движется пожилой человек с повязкой и оказывает помощь раненым. «Кто этот смельчак?», — воскликнул главнокомандующий. «Это главный хирург Бонапарта Ларей», — ответили ему. Веллингтон приказал отвести в сторону огонь орудий, снял шляпу и поклонился. Стоявший рядом герцог Кем- бриджский спросил Веллингтона, кому он кланяется. «Я преклоняюсь перед честью и мужеством!», — ответил Веллингтон. Так, может быть, главное — честь и муже- ство? Недаром народная пословица гласит: «Береги честь смолоду». Одним из героев, о которых предполагал написать Л. Н. Толстой, был москов- ский врач Илларион Иванович Дуброво, который высосал у больного дифтерийный яд и умер. Другой молодой врач, будущий академик С. И. Спасокукоцкий, отсасывая дифтерийную пленку из горла ребенка, заразился сам и заразил своего единственного сына, который вследствие осложнения потерял слух. В 1929 г. немецкий врач Вернер Форсман вопреки запрету начальства ввел себе в локтевую вену мочеточниковый ка- тетер, под контролем рентгеновского просвечивания продвинул его по венам в сердце и впрыснул через этот катетер контрастное вещество — он мечтал разработать рент- генологический метод исследования полостей сердца. И добился успеха! 6 мая 1961 г. А. А. Шаткин заразил себя лабораторной культурой возбудителя трахомы, доказав тем самым, что она патогенна для человека. Может быть, главное — ежедневный подвиг, чувство долга, обнаженная совесть? Почему мы вспоминаем эти примеры? Ведь мы представляем самую техниче- ски вооруженную медицинскую дисциплину — радиологию. У нас великолепные рентгеновские установки — с телевизионными экранами, видеозаписью и компью- терными устройствами. Гамма-камеры, эмиссионные позитронные томографы по- зволяют следить за превращениями отдельных молекул различных препаратов и ве- ществ, странствующих по организму. Похоже на сказку, не правда ли? В распоря- 11
жении радиологов мощные источники излучения вплоть до аппаратов, тонкий луч которых способен уничтожить маленькую опухоль в глубине мозга, не повреждая окружающие ткани. Да потому вспоминаем, что за всем удивительным техническим оснащением со- временной медицины должно быть главное, о котором великий врач средневековья Парацельс сказал: «Сила врача — в его сердце». Именно это делает человека врачом. Именно поэтому А. М. Горький называл врачей «маленькими великими людьми», а Поль де Крюи, написавший прекрасную книгу «Охотники за микробами», утверж- дал: «Медицина — это любовь, иначе она ничего не стоит». И пусть вас не удивляет наше вступление. Этот учебник — не для терапевтов, не для радиологов, не для хирургов, не для стоматологов, а для будущего врача. Значит, он должен быть шире и глубже, чем учебник по одной специальности, должен касать- ся врача любого профиля. И вот эта книга перед вами. Авторы поставили перед собой честолюбивую и почти неосуществимую задачу — добиться, чтобы каждый читатель (подумайте только — каждый!) полюбил эту книгу (подумайте только — учебник!), сделал ее на какое-то время своим помощником, а затем сохранил о ней добрую память. И не потому, что книга легка для восприятия. Нет! Перед Вами трудный учебник. Он тру- ден для авторов, так как он первый в своем роде. Он труден для преподавателей, ко- торым придется отказаться от многих привычных понятий и представлений и стать на путь перестройки процесса преподавания. И, наконец, он труден для студента, поскольку требует вдумчивости, настойчивости, сообразительности, использования интерактивных обучающих программ, модульных блоков по основным темам учеб- ной программы, компьютерных атласов и телеконсультаций. А впрочем, стоит ли учиться иначе? В чем же особенности учебника? Прежде всего — в новизне содержания. Оно от- ражает величественные достижения научно-технического прогресса. В книге немало сведений, которые сегодня неизвестны даже квалифицированным врачам, но завтра станут буднями медицинской практики. Впервые в учебник введены материалы по доказательной радиологии, без которой невозможно использовать новые технические средства и анализировать получаемую с их помощью диагностическую информацию. Доказательная радиология в настоящее время является стандартом в медицинской науке и практике. В распоряжении современного врача имеется большой набор лучевых, инстру- ментальных и лабораторных методов обследования больного. Их рациональное ис- пользование во многих типовых клинических ситуациях обеспечивает быстрое и точ- ное распознавание болезни. Однако непременным условием является продуманный выбор необходимых методов и рациональная последовательность их применения, по- этому в учебнике даны рекомендации относительно тактики комплексного лучевого обследования больных с наиболее часто встречающимися и опасными заболеваниями и клиническими синдромами. Другой особенностью учебника является его гуманитарная и эмоциональная направленность. Мы не можем одобрить обучение любой медицинской профессии вне связи с высокими нравственными идеалами, вне атмосферы новых идей и, пожа- луй, доброго юмора. «К большинству серьезнейших своих достижений человечество пришло под спасительным прикрытием шутки», — писал Герберт Уэллс. Читатель, конечно, почувствует и то, что авторы неравнодушны к истории. «История, в том числе древнейшая, — не давно прошедшее вчера, но важнейшее звено живой связи времен...» (А. С. Пушкин). Отголоском этих вещих слов кажется нам стихотворение В. Шефнера: 12
Распадаясь на микрочастицы, Жизнь минувшая не умерла. И когда-то умершие птицы Пролетают сквозь наши тела. Мир пронизан минувшим. Он вечен. С каждым днем он богаче стократ. В нем живут наши давние встречи И погасшие звезды горят. Уважаемый читатель! Вам предоставлено право выбора. «В сущности, почти чу- до, что современные методы обучения еще не совсем удушили святую любознатель- ность, ибо это нежное растеньице требует наряду с поощрением прежде всего сво- боды — без нее оно неизбежно погибает» (А. Эйнштейн). Так вот — Вы свободны в выборе пути! Забирайте из учебника то, что подходит Вам лично. Ведь учебник — это средство индивидуальной работы, это самоучитель. Однако помните: «В 20 лет мож- но колебаться перед каким-либо решением, но не отступать, когда решение принято» (А. Мюссе). Мы убеждены, что удача поджидает не на легком, а на верном пути. Твой ум уклончивый ведет тебя в обход, Ища проторенных тропинок. Но ты вступи с ним в поединок: Дать радость может только взлет! Эмиль Верхарн Сейчас Вы все рядом, на старте изучения новой для Вас дисциплины — радиоло- гии. На финиш Вы придете уже по отдельности: ведь некоторые глубоко изучат книгу, и наши взгляды, быть может, станут частью их собственной системы мышления, а другие лишь мельком просмотрят учебник перед занятиями. Составьте же себе сами «модель потребного будущего». Сегодня нам не нравится многое из того, что было сделано вчера; не стоит распространять подобный опыт на будущее. Нужно наблю- дать за меняющимся миром и предвидеть. Объем и содержание учебника соответствуют современным требованиям, предъ- являемым к врачу общей практики. Учебник предназначен не только для студентов, изучающих основы радиологии — лучевой диагностики. Он может быть использован также студентами всех курсов — начиная от тех, кто проходит анатомию и физиоло- гию, и кончая теми, кто поступил в интернатуру и клиническую ординатуру по основ- ным клиническим дисциплинам. СТУДЕНТУ НА ЗАМЕТКУ Вы — начинаете изучать медицинскую радиологию. Мы — продолжаем ее преподавать. На практических занятиях и на лекциях. Но помните, что у лектора передача информации вам составляет: 55 % — через выражение лица, позы и жесты, 38 % — через модуляции и интонации голоса, 7 % (только!) — через слова. (Е. Mihrobien. «Non-verbal communication». — London, 1949) Такова реальность психологического общения в аудитории. 13
Часть I ОБЩИЕ ВОПРОСЫ МЕДИЦИНСКОЙ РАДИОЛОГИИ Живые борются! И живы только те, Чье сердце предано возвышенной мечте, Кто, цель прекрасную поставив пред собою, К вершинам доблести идут крутой тропою И, точно факел свой, в грядущее несут Великую любовь или священный труд. Виктор Гюго Сальвадор Дат Открытие Америки Христофором Колумбом, 1958.
1. ЧТО ТАКОЕ РАДИОЛОГИЯ Наука — одна из тех замечательных сфер человеческой деятельности, где наиболее ярко проявляется творческий потенциал отдельных людей и всего человечества. Евгений Трунковский Мы — жители планеты Земля. Все живое на ней существует и развивается в постоянном взаимодействии с излучениями и упругими колебаниями. Излучения и жизнь неразрывны! Анри Беккерель открыл явление естественной радиоактивности. Мария Склодов- ская и Пьер Кюри выделили необычайно радиоактивный химический элемент, кото- рому присвоили романтическое наименование — «радий», что в переводе с латинско- го означает «лучистый». От этого «лучезарного» слова и произошло название науки об излучениях — «радиология». Радиология — область медицины, изучающая действие ионизирующего излуче- ния на организм человека, разрабатывающая методы его применения с лечебной или диагностической целью, а также вопросы противолучевой защиты и радиа- ционной гигиены. Радиология включает три основные дисциплины (или поддис- циплины): лучевую диагностику (диагностическая радиология), лучевую тера- пию (радиотерапия) и радиационную медицину (схема 1). В практическом здравоохранении лучевая диагностика представлена четырьмя врачебными специальностями, одна из которых является основной — рентгено- логия (включая магнитно-резонансную томографию), а три —дополнительными: рентгеноэндоваскулярная диагностика и лечение, радионуклидная диагностика, ультразвуковая диагностика (схема 2). Схема 1 Структура дисциплины «Радиология» Современному читателю, постоянно обращающемуся к Интернету в поисках но- вых сведений по лучевой диагностике, полезно знать не только русские, но и между- народные названия составляющих ее специальностей. Русское название Международное название Лучевая диагностика Diagnostic Radiology Рентгенология Radiology (Roentgenology — редко) Радионуклидная диагностика Nuclear Mtdicine (NM) Ультразвуковая диагностика, УЗИ, сонография Ultrasound (US) Магнитно-резонансная томография (МРТ) Magnetic Resonance Imaging (MRI) 15
Схема 2 Структура дисциплины «Лучевая диагностика» и составляющих ее специальностей События, произошедшие в конце XX — начале XXI века, оказали большое вли- яние на развитие медицины и фактически открыли новый период в истории меди- цинской радиологии. Они повлияли на оформление важного раздела радиационной физики, который теперь именуют «медицинская физика». Невольно вспоминаются слова Михаила Эпштейна (2001): «Основное содержание новой эры — сращение моз- га и вселенной, техники и органики, создание мыслящих машин, работающих атомов и квантов, смыслопроводящих физических полей, доведение всех бытийных процес- сов до скорости мысли». Лучевая диагностика объединяет все диагностические специальности радио- логии — рентгенологическую (к ней примыкает магнитно-резонансная томогра- фия), ультразвуковую и радионуклидную. В настоящее время она претерпевает бук- вально революционные преобразования: разрабатываются новые методы лучевой визуализации, меняются их технология и техническое оснащение. Стали возможны изучение тонких анатомических деталей, в том числе с получением трехмерных изображений, исследование диффузионно-перфузионных процессов, построение функциональных и виртуальных моделей органов и патологических образований. Новые горизонты обозначились в связи с бурным развитием молекулярной радио- логии. На базе биологических и лучевых технологий строят «молекулярные изобра- жения» (Molecular Imaging) и «биохимические изображения» (Biochemical Imaging). В большинстве лучевых исследований оперируют с образами нормальных или па- тологически измененных органов, поэтому их логично объединяют терминами «ме- дицинское изображение» (Medical Imaging) или «диагностическое изображение» (Diagnostic Imaging). Последние новации в области лучевой диагностики еще сильнее укрепили ее связь со всеми клиническими дисциплинами. Они способствовали также более широ- кому проведению диагностических и лечебных процедур, осуществляемых совместно радиологами и клиницистами, т. е. развитию интервенционной радиологии. Техноло- гии интервенционной радиологии активно используют при инвазивной диагностике, выполняемой под рентгенологическим, ультразвуковым или магнитно-резонансным контролем (биопсия, эндоскопия). Под лучевым контролем выполняют также лечеб- ные интервенционные процедуры при ряде оперативных вмешательств, а также при- цельную доставку лечебных препаратов к патологическим образованиям (в частно- сти, к злокачественным опухолям). 16
Роль лучевой диагностики в подготовке врача к медицинской практике непре- рывно возрастает. Это связано с созданием в стране консультативно-диагностических и лечебно-профилактических центров, вводом в строй крупных городских, областных и республиканских больниц со специализированными радиологическими отделения- ми и лабораториями. Лучевая терапия — это наука о применении ионизирующих излучений для ле- чения преимущественно онкологических заболеваний. Лучевая терапия располагает большим набором источников квантового и корпускулярного излучений, обеспечива- ющих облучение нужного объема тканей в оптимальной лечебной дозе. Естественно, лучевые терапевты работают в тесном контакте с онкологами, хирургами, химиоте- рапевтами. Для российского читателя будет небезынтересно узнать, что за рубежом в высшей медицинской школе лучевую терапию изучают в курсе онкологии. Радиационная медицина — важная часть радиологии, посвященная диагно- стике и лечению лучевой болезни и различных патологических изменений в органах и тканях человека, возникающих в результате воздействия ионизирующих излучений. Естественно, ее развитие тесно связано с важным направлением биологической нау- ки — радиационной биологией. Без радиологии сегодня не могут обойтись никакие медицинские дисциплины. Лучевые методы широко используют не только в клинической медицине, но и в ана- томии (лучевая нормальная и патологическая анатомия), физиологии (лучевая фи- зиология и патофизиология), химии (радиационная биохимия), криминалистике (судебная радиология). В связи с развитием ядерных технологий и широким при- менением излучений в медицинской практике, народном хозяйстве и научных ис- следованиях все большее значение приобретает радиационная гигиена, предметом которой является изучение радиационной ситуации в зоне потока ионизирующего излучения. Помимо радиационной гигиены, современный радиолог должен иметь представ- ление о радиобиологии (раздел биологии, изучающий воздействие ионизирующего излучения на живые организмы), радиационной физике (раздел физики, освещающий природу радиоактивных излучений), радиационной технологии (раздел инженер- ных знаний об устройстве и принципах работы генерирующих излучение аппаратов и принципах регистрации этих излучений), радиоэкологии (раздел экологии, изучаю- щий воздействие ионизирующего излучения на окружающую среду), доказательной медицине (методический инструмент, позволяющий подтвердить качество и досто- верность выполненных исследований). Небезынтересно добавить, что радиологические методы исследования широко применяют также в археологии (изучение ископаемых останков животных с рекон- струкцией их внешнего облика, особенностей строения и состояния тела), атрибуции произведений искусств (установление автора, времени, технологии и места создания произведений живописи), в технике для изучения структуры веществ (рентгенострук- турный анализ). Рентгеновские сканеры повсеместно установлены на границах госу- дарств в зонах таможенного досмотра. В этом содружестве дисциплин радиология занимает обширную территорию. В учебнике мы постарались очертить ее контуры, изложить главные теоретические построения, описать наиболее распространенные методики и тем самым дать Вам, читатель, в руки путеводитель для клинической практики, а уж обходить эту стра- ну — «Радиологию» — Вам придется самостоятельно. Некоторые захотят стать специалистами и заглянут во все углы. Другие будут врачами общей практики, для них главное — сведения по радиологии, необходимые в повседневной деятельности врача. Одним словом, «судьба твоих грядущих дней, мой сын, в твоей отныне воле» (А. С. Пушкин). 17
2. «МИНУВШЕЕ ПРОХОДИТ ПРЕДО МНОЮ...» Взобравшись на плечи своих предшественников, мы увидим оттуда, как со сторожевых башен, дальше и яснее. Амбруаз Паре Неторопливо, по нынешним меркам, сменялись столетия, и неторопливо разви- валась медицина. И во все времена, в продолжение многих веков основой врачевания оставался осмотр больного. «Глаз — тот орган чувств, который приносит нам более всего удовлетворения, ибо позволяет постичь суть природы...» (Аристотель). Вели- кий Гете в старости уже не мог совершать экскурсии на гору Брокен, описанную им в «Фаусте», но зато часами созерцал свою коллекцию минералов. Он писал Шиллеру: «Возникает... мир глаза, который исчерпывается формой и цветом... Если внимательно последить за собой, я мало пользуюсь помощью других органов чувств». Теперь мы знаем, что на зрительный анализатор работают едва ли не 3/4 головного мозга. 2.1. Открытие странного мира Мгновенье длился этот миг, Но он и вечность бы затмил. Б. Пастернак Поразительно, но факт: день рождения медицинской радиологии точно обозначен в истории — 8 ноября 1895 г. Вечером этого дня в баварском городе Вюрцбурге, в фи- зической лаборатории местного университета профессор Вильгельм Конрад Рентген, работая с катодной трубкой, заметил свечение, которое исходило от банки с кристалла- ми платиносинеродистого бария. Он не мог тогда знать, что начинал прорыв научного фронта, прорыв из нашего зримого мира в невидимый мир фантастических скоростей и энергий, исчезающе малых длительностей и необычных превращений, но предчув- ствие великого, очевидно, овладело ученым. Он не ушел в тот вечер из лаборатории и на ближайшие недели стал ее добровольным узником. В короткий срок с помощью само- дельных приборов и остроумных приемов, которые затем были использованы в дру- гих областях физики, Рентген настолько полно изучил новое излучение, что до 1908 г. к установленным им данным не было добавлено ничего существенного. Остановитесь, читатель, и задумайтесь над произошедшим! Случайны ли круп- ные открытия? Датский физик Ханс Кристиан Эрстед установил взаимосвязь электри- чества и магнетизма, когда работавший с ним студент заметил отклонение намагни- ченной стрелки при пропускании тока по проводнику. Майкл Фарадей зафиксировал отклонение стрелки прибора и сформулировал закон электромагнитной индукции. Серебряная ложка французского художника Луи Дагера оказалась на полированной металлической поверхности, и полученное изображение назвали дагеротипом (про- образ фотографии). И все же прав Луи Пастер: «Случай выбирает подготовленный ум». Многие уче- ные до Рентгена работали с катодными лучами, замечали свечение экранов и непо- нятные темные полосы на фотопластинках (например, преподаватель физики Бакин- ского реального училища Е. С. Каменский, профессор из Праги И. П. Пулюй), однако открытие совершил Рент ген. Объяснение можно найти в воспоминаниях его ученика, в будущем известного российского физика А. Ф. Иоффе. Рентген вышел из блестящей классической школы А. Кундта в Страсбурге (вот она — роль Учителя!). Воспитанни- 18
ками этой школы были крупные физики, в том числе замечательный русский ученый П. Н. Лебедев, открывший давление света. В школе А. Кундта развил свой талант экспериментатора Рентген, здесь он научился тщательному анализу возможных оши- бок и строго продуманной постановке опыта, стал лучшим экспериментатором своего времени. Историческая заслуга Рентгена состоит в том, что он не прошел мимо случайно замеченного факта, как многие его коллеги, а подверг его всестороннему ана- лизу и установил его причину. Как отметил известный русский физиолог А. А. Ух- томский, «...бесценные вещи и бесценные области реального бытия проходят мимо наших ушей и мимо наших глаз, если не подготовлены уши, чтобы слышать, и не подготовлены глаза, чтобы видеть...». Легенда о «случайном» открытии рентгеновского излучения весьма живуча, од- нако ее нетрудно поколебать. В июле 1896 г. Рентген объяснил своему коллеге, по- чему он использовал экран, покрытый платиносинеродистым барием: «В Германии мы пользуемся этим экраном, чтобы найти невидимые лучи спектра, и я полагал, что платиносинеродистый барий окажется подходящей субстанцией, чтобы открыть не- видимые лучи, которые могли бы исходить от трубки». 23 января 1896 г. Рентген выступил с докладом на заседании местного научного общества. Он сообщил о своем открытии и тут же сделал рентгеновский снимок кисти председателя заседания — известного анатома А. Р. фон Кёлликера. Подумайте, как символично! Делая этот снимок, Рентген как бы передавал открытие в руки медика. И старик Кёлликер, потрясенный, встал и заявил, что за 48 лет пребывания в научном обществе он впервые присутствует при столь великом открытии. Он провозгласил троекратное «ура» в честь ученого и предложил назвать новые лучи его именем. После сообщения Рентгена разразилась подлинная научная буря. Более 1200 пу- бликаций появилось только в 1896 г. История науки еще не знала подобного бума. Имя Рентгена сразу стало известно всему миру, но он не изменил ни своим занятиям, ни своему относительно замкнутому образу жизни. Он отказался от места президен- та научного общества, звания акаде- мика Прусской академии наук, дво- рянства и различных орденов, а сами лучи до последних лет жизни называл Х-лучами. Он не согласился получить патент, предложенный Берлинским всеобщим электрическим обществом, заявив, что его открытие принадле- жит всему миру и не может быть за- креплено за одним предприятием. Уместно отметить благородные качества Рентгена, характеризующие его как выдающегося ученого и чело- века: глубокий ум, тонкую наблюда- тельность, скромность, отсутствие ко- рыстных замыслов. 10 декабря 1901 г. Рентгену была присуждена первая Нобелевская премия по физике. Ее де- нежную часть — 50 000 крон — Рент- ген передал Вюрцбургскому универ- ситету. Мы можем гордиться тем, что правительство России первым увеко- вечило имя ученого. 29 января 1920 г. 19
в Петрограде на маленькой улочке, которая называлась Лицейской, а затем получила имя Рентгена, был открыт первый памятник ученому. 1895 г. был весьма примечательным. Вначале А. С. Попов изобрел радио, летом на улицах европейских городов появились первые автомобили, а в декабре в Париже загорелся экран первого кинематографа братьев Люмьер. Не правда ли, целая серия открытий! Объяснялось это тем, что вторая половина XIX столетия была ознамено- вана бурным развитием естественных наук. Открытие Рентгена было одним из зве- ньев этой цепи и в свою очередь сыграло революционизирующую роль, открыв че- ловечеству путь в атомную эру. Первый Рентгеновский конгресс состоялся в Берлине 30 апреля — 3 мая 1905 г. На этом конгрессе были приняты термины «рентгенология», «рентгеноскопия», «рентгенография», «рентгенограмма». Однако остановимся, читатель. Подобно тому, как Шехерезада при восходе солн- ца прерывала свой рассказ на самом интересном месте, мы на время отвлечемся от прошлого, чтобы рассмотреть предмет открытия Рентгена — рентгеновское излуче- ние — и напомнить о его свойствах. 2.2. Лучи имени Рентгена Открытие рентгеновских лучей было первым великим прорывом в область, куда ни один человеческий ум не дерзал проникнуть. Артур Кларк Рентгеновское излучение занимает область электромагнитного спектра между гамма- и ультрафиолетовым излучением и представляет собой поток квантов (фото- нов), распространяющихся со скоростью света (300 000 км/с). Кванты не имеют элек- трического заряда. Масса кванта составляет ничтожно малую часть атомной единицы массы. Энергию квантов измеряют в джоулях (Дж), но на практике часто используют внесистемную единицу — электрон-вольт (эВ). Один электрон-вольт — это энергия, которую приобретает один электрон, пройдя в электрическом поле разность потенциалов в 1 В. 1 эВ = 1,6 • 10-19 Дж. Производ- ными являются килоэлектрон-вольт (кэВ), равный 1 тыс. эВ, и мегаэлектрон-вольт (МэВ), равный 1 млн эВ. Рентгеновское излучение возникает при торможении быстрых электронов в элек- трическом поле атомов вещества (тормозное излучение) или при перестройке вну- тренних оболочек атомов (характеристическое излучение). Тормозное излучение име- ет непрерывный спектр, зависящий от анодного напряжения на рентгеновской трубке. Средняя эффективная энергия квантов составляет приблизительно 2/3 от максималь- ного напряжения, приложенного к трубке. Например, при максимальном напряжении 50 киловольт (кВ) средняя энергия рентгеновских квантов около 30 кэВ, при 100 кВ — 65 кэВ, при 150 кВ — 100 кэВ. Рентгеновское излучение именно в данном диапазоне энергий используют в рентгенодиагностике. Рентгеновское излучение обладает рядом свойств, обусловливающих его значи- тельные отличия от видимого света. Оно проникает через тела и предметы, не про- пускающие свет, вызывает свечение ряда химических соединений (на этом основана методика рентгеновского просвечивания), разлагает галоидные соединения серебра, в том числе находящиеся в фотоэмульсиях, что позволяет получать рентгеновские снимки. Важнейшим свойством рентгеновского излучения является способность вы- зывать распад нейтральных атомов на положительно и отрицательно заряженные ча- стицы (ионизирующее действие). В связи с этим понятно, что это излучение небез- 20
различно для живых организмов, поскольку обусловливает определенные изменения в биосубстрате. Рентгеновское излучение широко используют в науке, технике и промышленно- сти, но наибольшее значение оно приобрело в медицине, где это излучение легло в ос- нову одного из ведущих методов клинического обследования. Однако это «уже совсем другая история», как любил повторять датский сказочник Ханс Кристиан Андерсен, и мы вернемся к ней позднее. 2.3. Звездный час Беккереля Как бы ни было разнообразно воображение человека, природа в тысячу раз богаче. А. Пуанкаре Стокгольм, 10 декабря 1903 г. В зале Шведской академии наук, на том месте, где 2 года назад стоял Рентген, находился невысокий человек, тоже физик, но из Фран- ции — Анри Беккерель. Король Швеции вручал ему диплом лауреата Нобелевской премии. О чем думал Анри Беккерель в эти минуты душевного волнения, когда перед человеком порой проходит вся его жизнь? Может быть, в памяти Анри Беккереля возник на мгновение образ деда — чле- на Парижской академии наук Антуана Беккереля. Красота светящегося ночного моря в Венеции заставила его еще в молодости задуматься над удивительным явлением люминесценции — способности некоторых веществ светиться в темноте после воз- действия на них видимого света. С тех пор эта проблема стала чуть ли не фамильным достоянием семьи Беккерелей. Или Анри Беккерель мысленно обратился к тем уже далеким дням, когда вместе с отцом — профессором физики Александром Беккере- лем — он ставил первые опыты по изучению люминесценции солей урана. Уже тог- да он знал, что эти соли светятся в темноте, если их предварительно подвергнуть действию солнечных лучей. А может быть, ему вспомнился период научного поиска и вдохновения, охватившего физиков всего мира после открытия Рентгена и побудив- шего многих ученых возвратиться к загадочному явлению люминесценции. Научный мир тогда был словно заражен лихорадкой открытий — поиском таинственных из- лучений. Именно Анри Беккерель вместе с другим французским ученым — физиком, математиком и философом Анри Пуанкаре — предположил, что «Х-лучи» могут ис- пускаться фосфоресцирующими веществами. Для своих опытов Беккерель выбрал кристаллы калийуранилсульфата — одно- го из наиболее сильных фосфоресцирующих веществ. Беккерель был страстным, но строгим искателем, и даже сильное волнение не могло нарушить педантичность экспе- риментатора. Проследите за чистотой его опытов! Он ставит исходный эксперимент: в полной темноте берет фотопластинку, заворачивает ее в два слоя черной бумаги, не пропускающей видимый свет, и выставляет в окно: пусть весеннее солнце заливает ее лучами. Затем он проявляет пластинку и убеждается, что она не экспонирована. На следующий день Беккерель повторяет опыт, но сверху на пластинку помещает метал- лический крест, покрытый солью урана. Под действием солнечных лучей соль должна сильно светиться. Если она, кроме видимого света (фосфоресценция), испускает не- видимое излучение, то через несколько часов... Скорее проявим пластинку... Успех! На пластинке получено изображение креста, следовательно, урановая соль дает излу- чение, проходящее через черную бумагу и разлагающее соли серебра в фотоэмульсии, подобно рентгеновскому излучению. Значит, фосфоресцирующие вещества испуска- ют не только видимый свет, но и невидимое излучение? 21
24 февраля 1896 г. Анри Беккерель доложил результаты своих опытов на заседании Парижской академии наук. Это было предварительное сообщение, казалось бы, под- тверждающее предположение А. Беккереля и А. Пуанкаре. Однако дальше события при- няли иной оборот. 2 марта должен был состояться основной доклад Беккереля. Готовясь к нему, ученый наметил провести новую серию опытов, но 26 и 27 февраля в Париже было пасмурно и пластинки, подготовленные для эксперимента, пролежали два дня на полке вместе с кристаллами калийуранилсульфата. 1 марта, наконец, выглянуло солнце, и, хотя это был воскресный день, Беккерель пришел в лабораторию, чтобы закончить опыт. Однако остановимся на мгновение, ибо здесь кульминация драмы и торжество мастера! Он не выставляет пластинки в окно, а проявляет их. Ведь они пролежали дол- гое время вместе с солями урана, а это не соответствует условиям прежних опытов. Вот оно — господство над случаем! Впрочем, Беккерель позднее скажет: «Я сделал новый опыт, который все равно провел бы рано или поздно, когда я систематически изучил бы формы и продолжительность действия фосфоресцирующих веществ через непро- зрачные тела на фотографическую пластинку». Значит, и случай может быть пойман в ловушку искусного последовательного экспериментатора. Начал Беккерель с того, что проявил пластинки, предполагая увидеть на них лишь легкую вуаль. Каково же было его удивление, когда оказалось, что пластинки засвече- ны, причем очень сильно. Что это могло означать? Только то, что соли урана способны самостоятельно, без возбуждения извне засвечивать фотопластинки. Благодаря чему? Очевидно, вследствие того, что они испускают невидимые лучи особого рода, проника- ющие через черную бумагу. Бесконечной вереницей тянутся новые и новые опыты. Бек- керель устанавливает, что источником излучения является сам уран. 23 ноября 1896 г. на заседании Парижской академии наук Беккерель окончательно прощается с мыслью о связи фосфоресценции и открытого им излучения, которое он называет урановыми лу- чами. Так теоретическая догадка, пусть и не до конца правильная, послужила толчком к познанию неведомого естественного явления природы. «Гипотезы — писал В. Гете — это леса, которые возводят перед зданием и сносят, когда здание готово, — они необхо- димы для работника: он не должен только принимать леса за здание». Гипотеза о специфических «урановых лучах» была вскоре развенчана. Оказалось, что способностью испускать проникающее излучение обладает также торий. Об этом сообщили 4 февраля 1898 г. Берлинскому научному обществу Г. Шмидт и 12 апреля того же года Парижской академии наук М. Склодовская-Кюри, а Э. Резерфорд устано- вил, что так называемые урановые лучи — это на самом деле смесь излучений. Стало известно, что в их состав входят а-, р-частицы и у-излучение. Итак, Беккерель открыл явление естественной радиоактивности. Открытие рент- геновского излучения и естественной радиоактивности — звенья одной цепи, пер- вые камни фундамента, на котором были построены и современная ядерная физика, и современная медицинская радиология. В следующем разделе мы познакомимся со свойствами у-излучения, а- и р-частицами. 2.4. Что скрывалось за беккерелевыми лучами? Глаза, вы видали так много прекрасных мгновений... Скажите, что краше всего? — Шаг вперед — без сомненья. Расул Гамзатов Излучение, открытое Рентгеном, было названо рентгеновским, поэтому излу- чение, обнаруженное Беккерелем, первоначально стали именовать беккерелевыми 22
лучами. Однако, возможно, к неудовольствию Беккереля, это название скоро было оставлено. Оказалось, что новое излучение неоднородно и представляет собой смесь трех излучений, которым дали новые «имена» — по первым трем буквам греческого алфавита: а-частица, 0-частица и у-излучение. Альфа-частица (4а,) — как бы голое ядро атома гелия, состоящее из двух про- тонов (р) и двух нейтронов (п). Следовательно, она имеет положительный двойной заряд и относительно большую массу, равную 4 атомным единицам массы. Эта части- ца возникает при «-распаде естественных радиоактивных элементов. В тканях тела человека а-частицы пробегают расстояние лишь несколько десятков микрон. Бета-частица — это либо электрон (е ’), либо позитрон (еч). Каждая такая части- ца обладает одним элементарным электрическим зарядом: электрон — отрицатель- ным, позитрон — положительным. Масса частицы невелика, всего 7 массы ядра атома водорода. Позитроны образуются при распаде некоторых искусственных ради- онуклидов. Происхождение электронов может быть двояким. С одной стороны, они могут возникать при распаде радионуклидов. В этом случае энергетический спектр 0-излучения непрерывный с максимумом до 2 МэВ. В мягких тканях человека такие электроны распространяются всего на несколько миллиметров. С другой стороны, электроны могут быть получены в ускорителях заряженных частиц в результате тер- моэлектронной эмиссии. Энергия таких электронов достигает 50—100 МэВ, и они характеризуются большим пробегом в тканях. Гамма-излучение — электромагнитное излучение, испускаемое при распаде радиоактивных веществ и ядерных реакциях. В отличие от спектра тормозного излу- чения спектр у-излучения дискретный, так как переход ядра атома из одного энерге- тического состояния в другое осуществляется скачкообразно. Свойства у-излучения, как и других электромагнитных излучений, определяются длиной волны (К) и энер- гией квантов (Е). Энергия у-квантов находится в пределах от нескольких десятков килоэлектрон-вольт до нескольких десятков мегаэлектрон-вольт, поэтому они ха- рактеризуются высокой проникающей способностью и выраженным биологическим действием. Излучение, содержащее а-, р-частицы и у-лучи, испускают естественные радио- нуклиды — уран, радий, торий, актиний, радон, поэтому на заре радиологии их ис- пользовали в качестве радиоактивных препаратов для лечения больных, впрочем, их биологическое действие не сразу было оценено. В апреле 1902 г. Беккерель по просьбе Пьера Кюри подготовил препарат радия для демонстрации его свойств на конферен- ции. Он положил стеклянную трубочку с радием в карман жилета, где она находилась почти 6 ч. Спустя 10 дней на коже под карманом появилась эритема, а еще через не- сколько дней образовалась язва, которая долго не заживала. Встретившись с Пьером Кюри и Марией Склодовской-Кюри, Беккерель сказал: «Я очень люблю радий, но я на него в обиде». Шутка Беккереля не была случайной. Остроумие находится в родстве с научной мыслью. Юмор свойствен ученым, в том числе физикам и медикам-радиологам. «Весе- лый куплет может опрокинуть трон и низвергнуть богов», — говорил Анатоль Франс. Рентген не был лишен чувства юмора. Однажды он получил письмо, автор кото- рого просил выслать ему «несколько рентгеновских лучей» и инструкцию, как ими пользоваться. В прошлом он был ранен револьверной пулей, но для поезд- ки к Рентгену у него, видите ли, не было времени. Рентген ответил так: «К сожа- А* лению, в настоящее время у меня нет Х-лучей. К тому же пересылка их — дело Jr очень сложное. Поступим проще: пришлите мне вашу грудную клетку». 23
2.5. Наступление продолжается. Врачи следуют за физиками Самое большое достоинство хорошо выполненной работы в том, что она открывает путь другой, еще лучшей работе... Цель научно-исследовательской работы — продвижение не ученого, а науки. А. Лоуэлл В течение полувека после открытия рентгеновского излучения и естественной радиоактивности стремительно развивалось наступление физиков на тайны микро- мира. Одно открытие влекло за собой другое. Сообщение А. Беккереля определило научную судьбу Марии Склодовской-Кюри. Она установила странный факт: урановая и ториевая руды оказались более «радиоактивными» (предложенный ею термин), чем чистый уран или торий. М. Склодовская-Кюри предположила, что в урановой руде должны содержаться очень радиоактивные примеси. В оборудованной на собственные средства примитивной лаборатории М. Склодовская-Кюри и ее муж Пьер Кюри в течение 2 лет с поразительным упор- ством вели работу по выявлению этих примесей. «В этом скверном сарае, — вспо- минала М. Склодовская-Кюри, — прошли лучшие, счастливые годы нашей жизни, целиком посвященные работе. Часто я тут же готовила себе и Пьеру что-нибудь по- есть, чтобы не прерывать опытов. К вечеру я падала от усталости». Урановая руда была получена супругами Кюри в небольшом чешском городке Якимово. Она имела сложный состав и содержала большое количество элементов: серебро, висмут, барий, свинец и др. Каково же было изумление ученых, когда выяснилось, что выделенные ими из руды фракции бария и висмута также были радиоактивными, хотя чистые ба- рий и висмут такими свойствами не обладают. Дальнейшую гигантскую работу супругов Кюри историки охарактеризовали как величайший научный подвиг. Переработав около 7 т руды, они получили около 1 г нового элемента, который оказался в 1 млн раз активнее урана. Этот элемент был на- зван ими «радий», что в переводе с латинского означает «лучистый». Открытие радия и исследование его излучения явились новым этапом в развитии атомной физики. «Великий революционер — радий», — так называли его ученые в начале XX в. Су- пруги Кюри были удостоены Нобелевской премии по физике. Затем ими был открыт элемент, испускавший еще более интенсивное (в 10 млрд раз) излучение, чем уран. Он получил название «полоний» в честь Польши — родины М. Склодовской. В 1911 г. ей была присуждена вторая Нобелевская премия, на этот раз по химии. В последующие годы были обнаружены все другие элементы, способные к самопроизвольному рас- паду. Они были названы «естественные радиоактивные вещества». В 1904 г. в России вышла в свет первая переведенная на русский язык книга М. Склодовской-Кюри «Ис- следования над радиоактивными веществами». Следом за авангардом физиков продвигался фронт врачей, инженеров и кон- структоров, пытавшихся использовать новейшие достижения теории для практиче- ских медицинских целей. Применение рентгеновского излучения в медицине, как уже отмечалось ранее, началось в 1896 г. Первоначально рентгеновские снимки произво- дили главным образом для распознавания инородных металлических тел, переломов и болезней костей. В дальнейшем были разработаны способы рентгенологического исследования сердца, легких, желудка и других органов. Одновременно исследова- тели приступили к глубокому изучению биологического действия рентгеновского излучения и излучения радиоактивных веществ. В 1896—1899 гг. появились первые сообщения об успешном применении рентгеновского излучения для эпиляции (удале- 24
ния волос) и лечения некоторых дерматозов, а также о попытках провести рентгенотера- пию опухолей внутренних органов. Благодаря дальнейшим физическим и радиобиологическим изысканиям были открыты новые возможности для развития медицинской радиологии. Исключитель- ное значение имели работы Эрнеста Ре- зерфорда. В 1919 г. путем бомбардировки ядер атомов азота а-частицами он добился превращения их в ядра атомов кислорода, т. е. превращения одного химического эле- мента в другой. Полушутя, полусерьезно мы можем назвать Э. Резерфорда алхими- ком XX в. Ученик Э. Резерфорда академик П. Капица вспоминал, что его шефа про- звали «крокодилом». По-видимому, потому, что он всегда целеустремленно продвигался вперед и не мог, как и крокодил, двигаться назад. В 1920 г. на заседании Британской ас- социации содействия развитию наук Э. Ре- зерфорд высказал предположение, которое, ИЗСЛЬДОВАШЯ Reiher hn Ж* аиМмпг РЛДи’АКТИЧНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ Съ 14 фигурами Г ПКГЕГ •ЬУИ'Ь И лла те К. Л. Рикк гг как это нередко случается в науке, не было понято и оценено современниками. Ученый предположил, что в созданной им мо- дели ядра атома существует некая гипотетическая частица, которая по массе равна протону (протон тоже был открыт Э. Резерфордом), но в отличие от него не имеет заряда. Эту частицу Э. Резерфорд предложил назвать «нейтрон». В эксперименте нейтрон обнаружил Д. Чедвик — ученик Э. Резерфорда. Открытие нейтрона по- зволило немецкому ученому В. Гейзенбергу и независимо от него российскому уче- ному Д. Д. Иваненко создать теорию строения ядра, которую в течение многих лет использовали в физике и радиологии. Поворотным моментом в развитии ядерной физики явилось открытие искус- ственной радиоактивности супругами Ирен и Фредериком Жолио-Кюри. С целью по- лучения нейтронов они облучали а-частицами различные элементы. При облучении алюминия было установлено, что наряду с нейтронами он испускает еще одну части- цу — позитрон. Последующие опыты показали, что при облучении ряда элементов а-частицами рождаются новые химические элементы, которые обладают радиоактив- ностью. Впервые появилась возможность получать радиоактивные элементы искус- ственным путем. В 1935 г. супругам Жолио-Кюри за открытие искусственной радио- активности была присуждена Нобелевская премия по химии. Еще о роли юмора и случайности в науке. Академик А. С. Боровик-Романов рассказывал: «...Долгое время не удавалось напылить франций на германий. Тогда нидерландский физик Хендрик Казимир предложил в качестве промежуточного слоя использовать рений. Логика его предложения состояла в том, что... между Францией и Германией в качестве «скрепляющего» природного элемента протекает река Рейн. Результат превзо- шел все ожидания». Добавим, что эта работа способствовала открытию сверхпроводимости при от- носительно высоких температурах. 25
Еще один важный шаг на пути становления радиологии сделал американский физик Эрнест Лоуренс. В ЗО-е годы он предложил использовать ускорение элемен- тарных частиц для придания им высоких энергий. Вскоре Э. Лоуренс воплотил эту идею в жизнь, построив циклотрон, за что в 1938 г. был удостоен Нобелевской пре- мии. Циклотрон стал одним из основных источников получения искусственных ра- диоактивных элементов и генерации электромагнитных излучений высоких энергий. Появились даже специальные циклотроны медицинского назначения. Другой физик — итальянец Энрике Ферми — предложил эффективный способ получения радиоактивных элементов посредством облучения стабильных элементов нейтронами. Удостоенный за это открытие Нобелевской премии Э. Ферми вынужден был эмигрировать из фашистской Италии в США, где в 1944 г. запустил первый в ми- ре атомный реактор. В настоящее время многие радионуклиды получают в атомных реакторах. Именно открытию Э. Ферми мы обязаны становлением ядерной медицины как важного раздела лучевой диагностики. В то же время нельзя не вспомнить грустную страницу истории медицинской радиологии, связанную с неизвестной вначале или недооцененной опасностью об- лучения. Г. Мейеру принадлежит предложение воздвигнуть монумент жертвам ра- диации. Памятник был сооружен на территории больницы Святого Георга в Гамбурге и открыт 4 апреля 1936 г. В 1940 г. основная стела была дополнена двумя небольшими колоннами. На скрижалях памятника начертаны имена врачей, инженеров, физиков, ставших жертвами радиационного облучения (к 1959 г. их было 360). Из числа рос- сийских рентгенологов и радиологов к 1959 г. были приведены фамилии 13: С. П. Гри- горьев. П. Баумгартен, И. М. Розенблат, И. Г. Либерзон, А. И. Штернман, С. В. Голь- дберг, Н. Н. Исаченко, Б. К. Розенцвейг, А. И. Арутюнов, А. Т. Будинов, С. Ф. Иванова, М. И. Карлин, М. Е. Веселый. 2.6. Радиология — дисциплина Нобелевских лауреатов Редко какая из медицинских дисциплин зарождается и так бурно развивается в те- чение столетия. Фейерверк открытий в области ядерной физики, приборостроения, компьютерных технологий — все это стало фундаментом радиологии. Ее история — цепь величайших открытий, которые удостоены наивысшей награды за научные от- крытия — Нобелевской премии. Вот они — герои науки, получившие Нобелевскую премию за выдающиеся достижения в области физики, химии и медицины, обеспе- чившие создание и развитие радиологии: 1901 г. Вильгельм Конрад Рентген (Wilhelm Conrad Rontgen) — за открытие из- лучения, впоследствии названного его именем. 1903 г. Антуан Анри Беккерель (Antoine Henri Becquerel) — за открытие спонтан- ной радиоактивности. Пьер Кюри, Мария Кюри (Pierre Curie, Marie Curie) — за исследование радиаци- онных феноменов, открытых А. А. Беккерелем. 1911 г. Мария Кюри /Мария Склодовская-Кюри (Marie Curie) — за открытие ра- дия и полония и изучение природы и связей этих элементов. 1935 г. Фредерик Жолио, Ирен Жолио-Кюри (Frederic Joliot, Irene Joliot-Curie) — за синтез новых радиоактивных элементов. 1938 г. Энрико Ферми (Enrico Fermi) — за открытие ядерной реакции под воздей- ствием медленных нейтронов и новых радиоактивных элементов. 26
1939 г. Эрнест Орландо Лоуренс (Ernest Orlando Lawrence) — за создание цикло- трона — устройства для получения искусственных радиоактивных элементов и гене- рации электромагнитных излучений высоких энергий. 1943 г. Дьёрдь де Хевеши (George de Hevesy) — за работу по применению изо- топов как индикаторов химических процессов. 1952 г. Феликс Блох, Эдвард Миллс Перселл (Felix Block, Edward Mills Pursell) — за разработку метода измерения ядерно-магнитной прецессии. 1956 г. Андре Фредерик Курнан, Вернер Форсман, Дикинсон Ричардс (Andre Frederic Coumand, Werner Forssman, Dickinson W. Richards) — за разработку метода катетеризации сердца и изучение патологии сосудистой системы. 1979 г. Аллан Кормак, Годфри Хаунсфилд (Allan М. Cormack, Godfrey N. Houns- field) — за разработку компьютерной томографии. 1991 г. Ричард Эрнст (Richard R. Ernst) — за развитие методологии магнитно- резонансной спектроскопии высокого разрешения. 2003 г. Питер Мэнсфилд, Пол Лаутербур (Peter Mansfield, Paul С. Lauterbur) — за открытия в области получения магнитно-резонансных изображений. Вильгельм Рентген (1845-1923) Антуан Беккерель (1852-1908) Пьер Кюри (1859-1906) Мария Кюри (1867-1934) Фредерик Жолио (1900-1958) Ирен Жолио-Кюри (1897-1956) 27
Энрико Ферми (1901-1954) Эрнест Лоуренс (1901-1958) Дьёрдь де Хевеши (1885-1966) Феликс Блох (1905-1983) Эдвард Перселл (1912-1997) Андре Курнан (1895-1988) Вернер Форсман (1904-1979) Аллан Кормак (1924-1998) Дикинсон Ричардс-.мл. (1895-1973) 28
Сэр Годфри Хаунсфилд (1919-2004) Ричард Эрнст (род. 1933 г.) Сэр Питер Мэнсфилд (род. 1933 г.) Пол Лаутербур (1929-2007) Интер нет-ресурсы Нобелевских лауреатов http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1901/rontgen-bio.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/George_de_Hevesy http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1903/ http://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1903/marie-curie.htmlhttp://nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1903/pierre-curie.html http://en.wikipedia.org/wiki/Fr%C3%A9d%C3%A9ric_Joliot-Curie http://en.wikipedia.org/wiki/Emest_Lawrence http://n-t.ru/nl/fz/fermi.htm http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1935/joliot-curie-bio.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/George_de_Hevesy http://en.wikipedia.org/wiki/Felix_Bloch http://en.wikipedia.org/wiki/Edward_Mills_Purcell http://www.nobel-winners.com/Medicine/wemer_forssmann.html http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1956/richards-bio.htmlhttp://en.wikipedia.org/wiki/Allan_McLeod_Cormack http://en.wikipedia.org/wiki/Godfrey_Hounsfield http://en.wikipedia.org/wiki/Richard_R._Emsthttp://en.wikipedia.org/wiki/Peter_Mansfield 29
2.7. История отечественной радиологии Будущее всегда зависит от прошедшего: это следствие уже положенных оснований, жатва того, что было посеяно прежде, воздаяние за дела прошедшие. Н. Добролюбов В первых рядах физиков и врачей, применивших рентгеновское излучение и лучи радия для диагностики и лечения болезней, были русские ученые. Они встретили от- крытие Рентгена с энтузиазмом. Уже 6—8 января 1896 г. в Риге и 12 января в Петер- бургском университете были сделаны первые снимки кисти. 16 января Н. Г. Егоров произвел аналогичный снимок в Медико-хирургической академии, а П. Н. Лебедев — на кафедре физики Московского университета. Одновременно А. С. Попов — изобре- татель радио — изготовил первую в России рентгеновскую трубку на собранной им рентгеновской установке и выполнил обследование раненного дробью. В первых числах февраля Рентген получил телеграмму из Петербурга: «Петер- бургская студенческая молодежь, собравшаяся в Физической лаборатории СПб. Ун-та на блестящую демонстрацию рентгеновых лучей проф. Боргманом и его ассистента- ми Гершуном и Скобельцыным, горячо приветствует проф. Рентгена с его открыти- ем». Рентген ответил студентам благодарственным письмом. В феврале 1896 г. нача- лись рентгенологические обследования больных в Медико-хирургической академии в Петербурге, а несколько позднее — на медицинском факультете Московского уни- верситета. Профессор А. И. Лебедев выступил 1 февраля 1896 г. на заседании Петербургско- го медико-хирургического общества и поставил вопрос о применении рентгенологи- ческого метода в акушерстве и гинекологии. Он продемонстрировал рентгенограмму макропрепарата, полученного при выполнении операции по поводу внематочной бе- ременности. 13 февраля того же года в Медико-хирургической академии молодой врач В. Н. Тонков доложил о результатах рентгенологического изучения роста костей. Ему принадлежат вещие слова: «...до открытия Рентгена анатомия была наукой о строении мертвых элементов. В свете рентгеновских лучей она стала анатомией на живом для живого». Большое значение для радиационной биологии и лучевой терапии имели ра- боты И. Р. Тарханова, Е. С. Лондона, М. Н. Жуковского, С. В. Гольдберга, изучавших биологическое действие ионизирующих излучений. К сожалению, в те годы в России не было условий для развития медицинской ра- диологии: электротехнической промышленности практически не существовало, рент- геновские кабинеты были оснащены примитивным оборудованием, причем никакой защиты от излучения не применяли, во всей стране было лишь несколько десятков врачей-рентгенологов. Становление медицинской радиологии как самостоятельной научной и клинической дисциплины произошло только после первой мировой войны. Радиологи рассматривают это как ее второе рождение. В начале 1918 г. рентгенолог Женского медицинского института в Петрограде М. И. Неменов обратился к народному комиссару просвещения А. В. Луначарско- му с предложением об организации научно-исследовательского рентгенологического и радиологического института. «Бурное революционное время, — писал впослед- ствии М. И. Неменов. — Время от времени где-то потрескивают выстрелы. Кабинет народного комиссара по просвещению на Чернышевском переулке. Я делаю краткий десятиминутный доклад о жалком положении рентгенологии в России и о той роли, которую она должна играть для советской науки, для советской медицины. Я выхо- жу из кабинета А. В. Луначарского с принципиальным постановлением об органи- 30
зации в Петрограде крупного научно-исследо- вательского института, посвященного вопросам рентгенологии и радиоактивности, первого науч- но-исследовательского учреждения, созданного Советской властью». Добавим, что при новом ин- ституте была создана первая в мире рентгенологи- ческая клиника; 29 января 1919 г. в нее поступила первая больная с саркомой правого плеча. Из тем- ных сырых подвалов, где рентгенология ютилась в русских больницах и клиниках, она перешла, по образному выражению М. И. Неменова, «в свой собственный дворец». Приоритет применения рентгенологического метода во время морского боя и в первый период после него принадлежит старшему врачу крейсера «Аврора» В. С. Кравченко. Во время Цусимского сражения он произвел рентгенологическое обследо- вание 40 раненых на борту корабля. М. И. Неменов В 1921 Г. ВЫПУСТИЛ фундаментальные Монографии М. И. Неменов «Рентгенотерапия» и «Рентгенология», ставшие в России первыми учебниками по этим дисциплинам. Л. Л. Левшин открыл в 1899 г. пер- вую рентгеновскую станцию при госпитальной хирургической клинике медицинского факультета Московского университета. Началась радостная и тревожная юность радиологии, совпавшая с годами граж- данской войны и восстановления народного хозяйства. В 1919 г. в Институте усовер- шенствования врачей в Петрограде была учреждена первая кафедра рентгенологии, которую возглавил А. К. Яновский. С 1920 г. стал выходить журнал «Вестник рент- генологии и радиологии», первым главным редактором которого был М. И. Неменов. В последующие годы были организованы институты рентгенологии в Москве, Киеве, Харькове, Одессе, Ереване, Тбилиси и других городах, созданы заводы по производству рентгеновских аппаратов. Отечественная рентгенология уже в свои молодые годы суме- ла занять лидирующее положение в остеологии и остеопатологии, рентгеноанатомии, рентгенофизиологии и экспериментальной рентгенологии. Важнейшей особенностью российской рентгенологии была ее профилактическая и клиническая направленность. В развитии этих направлений особую роль сыграл выдающийся клиницист-рентгено- лог С. А. Рейнберг. Рентгенология внесла живую струю в клиническую медицину и яви- лась важным фактором технической реконструкции здравоохранения. Заканчивалась молодость отечественной рентгенологии, она вступала в пору зрелости, но вероломное нападение фашистской Германии прервало ее мирное развитие. Велика роль рентгенологии в Великой Отечественной войне. Была разработана новая организационно-тактическая система военно-полевой рентгенологии. На первый план выдвинулись проблемы рентгенодиагностики огнестрельных ранений и их осложнений. Лучшие силы рентгенологии были отданы фронту. Рентгенологи достойно выполнили свой патриотический долг на фронте и в тылу. В годы Великой Отечественной войны рентгенологи служили в действующей армии и прифронтовых медицинских учрежде- ниях. М. И. Неменов был главным рентгенологом Советской Армии, Г. А. Зедгенидзе — главным рентгенологом Военно-морского флота. В блокадном Ленинграде в труднейших условиях трудились врачи-рентгенологи. Главным рентгенологом Ленинградского фрон- та был Д. С. Линденбратен — отец одного из авторов настоящего учебника. Послевоенные годы ознаменовались быстрым развитием рентгенологической службы, созданием специализированных радиологических отделений, немалыми 31
успехами в совершенствовании лучевых методов диагностики и лечения болезней. В 60—80-е годы эра традиционной рентгенодиагностики стала постепенно сменяться эрой комплексных лучевых технологий. В медицинскую практику начали внедрять новые методы лучевого исследования: ангиографию, радионуклидную и ультразвуко- вую диагностику, компьютерную томографию, магнитно-резонансную визуализацию. Наступил новый период в развитии отечественной медицинской радиологии, когда она была признана одним из лидеров диагностической медицины. Открылись удиви- тельные перспективы, о которых мы расскажем в следующих главах. Список литературы Линденбратен Л. Д. Очерки истории российской рентгенологии. — М.: Видар-М, 1993. — 288 с. 3.ИЗЛУЧЕНИЯ,ИСПОЛЬЗУЕМЫЕВРАДИОЛОГИИ, ИХ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ Современная рентгенорадиология служит связующим звеном между так называемыми точными естественными науками и медико-биологическими дисциплинами... Через рентгенорадиологические каналы в медицину проникают те замечательные новейшие достижения физики и техники, которыми вправе гордиться человеческий гений. С. А. Рейнберг Богат арсенал современной медицинской радиологии. При посредстве разно- образных технических устройств радиолог имеет возможность использовать излу- чения различной природы и энергии. С их помощью удается получить изображение любого органа и изучить его структуру (лучевая морфология), можно наблюдать и ре- гистрировать функцию любого органа в норме и при патологии (лучевая физиоло- гия и функциональная лучевая патология). Лучевые методы позволяют исследовать элементный состав органов и тканей и содержание в них биологически активных веществ, что следует назвать прижизненной лучевой биохимией. Многие излучения оказывают выраженное биологическое действие, что можно использовать в лечебных целях (лучевая терапия). 3.1. Группировка излучений, применяемых в радиологии Все излучения, используемые в медицинской радиологии, делят на две большие группы: неионизирующие и ионизирующие. Первые, как показывает их назва- ние, в отличие от вторых при взаимодействии со средой не вызывают ионизации атомов, т. е. их распада на противоположно заряженные частицы — ионы. К числу неионизирующих излучений принадлежат тепловое (инфракрасное — ИК) излучение и резонансное, возникающее в объекте (тело человека), помещен- ном в стабильное магнитное поле, под действием высокочастотных электромаг- нитных импульсов. Кроме того, к неионизирующим излучениям условно относят ультразвуковые волны, представляющие собой упругие колебания среды. 32
ИК-излучение испускают все тела, температура которых выше абсолютного нуля. Интенсивным источником такого излучения являются ткани тела человека. Как из- вестно, ИК-волны относят к электромагнитным излучениям. По длине они занимают промежуточное положение между видимым светом и радиоволнами. Максимальное излучение тела человека лежит в области длинноволнового ИК-излучения и состав- ляет в среднем 9,6 мкм. Энергия ИК-лучей меньше, чем световых, поэтому они не действуют на фотоматериалы. Ультразвук представляет собой волнообразно распространяющееся колебатель- ное движение частиц упругой среды. В зависимости от частоты колебаний звуковые волны делят на инфразвук — до 20 колебаний в секунду — 20 герц (Гц), собственно звук — от 20 Гц до 20 килогерц (кГц) и ультразвук — свыше 20 кГц. В медицинской диагностике применяют ультразвук частотой от 0,8 до 45 млн герц (МГц). Общим свойством ионизирующих излучений является их способность ионизи- ровать атомы окружающей среды, в том числе атомы, входящие в состав тканей тела человека. Все эти излучения делят на две группы: квантовые, т. е. состоящие из фотонов, и корпускулярные, состоящие из частиц. Такое деление в значительной мере условно, поскольку любое излучение имеет двойственную природу и в определенных условиях проявляет то свойства волны, то свойства частицы, однако в радиологической практике подобное деление по ряду со- ображений удобно. К квантовым ионизирующим излучениям относят тормозное, в частности рент- геновское, излучение и у-излучение. К корпускулярным излучениям причисляют пучки электронов, протонов, нейтронов, мезонов и других частиц. Различают естественные и искусственные источники ионизирующих излучений. Первым естественным источником является космическое излучение, приходящее на Землю из Вселенной. В его состав входят протоны, нейтроны, атомные ядра и другие частицы. Они нередко обладают исключительно высокой энергией, но благодаря на- личию атмосферы (кстати, ее масса составляет около 5 000 000 млрд т) тратят эту энергию главным образом на взаимодействие с атомами воздуха. На поверхности Зем- ли интенсивность космического излучения сравнительно мала. Вторым естественным источником ионизирующих излучений являются радиоактивные элементы, распреде- ленные в земных породах, воздухе, воде, живых организмах, в том числе в тканях тела человека. Все указанные источники определяют радиоактивность окружающей среды — естественный (природный) радиационный фон. Искусственными источниками ионизирующих излучений являются различные технические устройства, созданные человеком. 3.2. Источники ионизирующих излучений, применяемых в радиологии Источниками ионизирующих излучений, используемых для медицинских целей, являются рентгеновские трубки, радиоактивные нуклиды и ускорители заряжен- ных частиц. Рентгеновская трубка представляет собой вакуумный стеклянный сосуд, в концы которого впаяны два электрода — катод и анод. Последний выполнен в виде тонкой вольфрамовой спирали, вокруг которой при ее нагревании образуется облако свобод- 33
ных электронов (термоэлектронная эмиссия). Под действием высокого напряжения, приложенного к полюсам рентгеновской трубки, они разгоняются и фокусируются на аноде, который вращается с огромной скоростью — до 10 тыс. оборотов в 1 мин, чтобы поток электронов не попадал в одну точку и не вызвал расплавления анода из- за его перегрева. В результате торможения электронов на аноде часть их кинетической энергии превращается в электромагнитное излучение. Исторически сложилось так, что это излучение было впервые обнаружено Рент- геном и получило название «рентгеновское». Таким образом, рентгеновское излуче- ние — это разновидность тормозного излучения. Другим источником ионизирующих излучений, используемых для медицинских целей, являются радиоактивные нуклиды. Их получают в атомных реакторах, на уско- рителях заряженных частиц или с помощью генераторов радионуклидов. Ускорители заряженных частиц — это установки для получения заряженных частиц высоких энергий с помощью электрического поля. Частицы движутся в вакуумной камере. Их движением управляет магнитное или, реже, электриче- ское поле. В зависимости от траекторий движения частиц различают циркуляр- ные и линейные ускорители, а по характеру ускоряемых частиц — ускорители электронов (бетатрон, микротрон, линейный ускоритель электронов) и тяжелых частиц — протонов и др. (циклотрон, синхрофазотрон). Ускорители являются ис- точником не только заряженных частиц, но и вторичных частиц — нейтронов, мезонов, а также тормозного электромагнитного излучения. В лучевой терапии ускорители заряженных частиц используют как источники электромагнитного излучения высоких энергий, реже — электронов, протонов и ней- тронов. В радионуклидной диагностике ускорители применяют для получения радио- нуклидов преимущественно с коротким и ультракоротким периодом полураспада. 3.3. Взаимодействие ионизирующих излучений с веществом Проходя через любую среду, в том числе через ткани организма человека, все ио- низирующие излучения действуют в принципе одинаково — передают свою энергию атомам этих тканей, вызывая их возбуждение и ионизацию. Распределение возникаю- щих ионов по пути следования частиц или фотонов различно, так как оно зависит от их природы и энергии. Протоны и особенно а-частицы имеют большую массу, заряд и энергию, поэтому они движутся в тканях прямолинейно, образуя густые скопления ионов, т. е. отмеча- ется большая линейная потеря энергии этих частиц в тканях. Длина же их пробега зависит от исходной энергии частицы и характера вещества, в котором она перемеща- ется. Линейная потеря энергии (ЛПЭ) = Е/Р, где Е — энергия частицы; Р — пробег ее в данной среде. Путь электрона в ткани извилист, так как он имеет небольшую массу и изменяет направление движения под действием электрических полей атомов. Однако электрон способен вырвать орбитальный электрон из системы встречного атома, т. е. произво- дить ионизацию вещества. Только образующиеся пары ионов распределены по пути следования электрона гораздо менее густо, чем при движении протонного пучка или а-частиц. Быстрые нейтроны теряют энергию главным образом в результате столкновений с ядрами водорода. Эти ядра вырываются из атомов и сами создают в тканях густые 34
скопления ионов. После замедления движения нейтроны захватываются ядрами ато- мов, что может сопровождаться выделением у-квантов или протонов высокой энер- гии, которые в свою очередь образуют плотные скопления ионов. Часть ядер, в част- ности ядра атомов натрия, фосфора и хлора, вследствие взаимодействия с нейтронами становятся радиоактивными, поэтому после облучения человека потоком нейтронов в его теле остаются радионуклиды, являющиеся источником излучения (так называе- мая наведенная радиоактивность). Таким образом, в результате взаимодействия заряженных и нейтральных частиц с атомами тканей организма человека происходит их ионизация. При этом для каждого вида излучения характерно определенное микрораспределение ионов (энергии) в тканях. Поток фотонов уменьшается в любой среде, в том числе в биосубстрате, за счет двух факторов: рассеяния фотонов в пространстве и их взаимодействия с атомами среды. Пространственное рассеяние происходит так же, как ослабление лучей види- мого света: чем дальше от источника, тем в большем объеме рассеиваются фотоны и тем меньшее количество их приходится на единицу облучаемой поверхности. Ин- тенсивность излучения обратно пропорциональна квадрату расстояния до источника излучения (закон «обратных квадратов»). Типы взаимодействия фотонов с атомами среды известны читателю из курса фи- зики. При низких энергиях фотонов (5—50 кэВ) и для веществ с небольшим порядко- вым номером имеет значение фотоэффект. Фотон вырывает орбитальный электрон из атома и придает ему определенную энергию. Выбитый электрон вызывает ионизацию окружающих атомов. При более высоких энергиях фотонов преобладающее значе- ние имеет второй тип взаимодействия — неупругое рассеяние электронов на атомах. В этом случае как сам фотон, так и образуемые им электроны отдачи также вызывают ионизацию вещества. Однако и при фотоэффекте, и при комптоновском неупругом рассеянии все фотоны с энергией до 1 МэВ обусловливают максимум поглощения энергии в поверхностном слое тканей (до 0,5 см), так как именно в этом слое образу- ется наибольшее количество вторичных электронов. Фотоны с энергией выше 1 МэВ вызывают максимум актов ионизации в глубине тканей — тем глубже, чем больше их энергия. При высокой энергии фотонов приоб- ретает значение третий тип взаимодействия — образование электронно-позитронных пар. Сам фотон исчезает, давая жизнь паре элементарных частиц — электрону и по- зитрону. Последний быстро теряет энергию и объединяется с встречным электроном. При этом обе частицы тоже исчезают (так называемая аннигиляция), а взамен возни- кают два фотона, которые расходятся в противоположные стороны. Энергия каждого из этих фотонов в 2 раза меньше энергии исходного фотона. Таким образом, при основных типах взаимодействия тормозного излучения и у-излу- чения с веществом часть их энергии превращается в кинетическую энергию электро- нов, которые осуществляют ионизацию среды. Процесс ионизации обусловливает биологические эффекты излучений. Дозиметрия ионизирующих излучений — специальный раздел радиационной фи- зики и техники. Дозиметрический анализ предполагает: измерение активности источника излучения; определение качества и количества испускаемых им из- лучений, т. е. создаваемого им поля излучения (лучевое поле); определение ве- личины и распределения энергии, поглощенной в любом объекте, находящемся в сфере действия данного источника (внесенном в лучевое поле). С характеристи- кой источника радиолог знакомится по паспорту установки или радиоактивного препарата. 35
Единицей активности радионуклида в системе единиц СИ является беккерель (Бк): 1 Бк равен 1 ядерному превращению за 1 с. На практике также используют вне- системную единицу — кюри (Ки): 1 Ки = 3,7 • 1010 ядерных превращений за 1 с, крат- ную единицу — мегакюри (МКи): 1 МКи = 1 • 106 Ки, и дольные единицы — милли- кюри (мКи): 1 мКи = 1 • 10 3 Ки, микрокюри (мкКи): 1 мкКи =1 • 10 6 Ки, нанокюри (нКи): 1 нКи = 1 • 10 9 Ки. Нетрудно подсчитать, что 1 Бк равен 0,027 нКи. Характеристику поля излучения получают расчетным путем (по таблицам) или с помощью измерительных приборов. Их приемной частью — детекторами — слу- жат ионизационные камеры, газоразрядные и сцинтилляционные счетчики, полупро- водниковые кристаллы или химические системы. Однако решающее значение для оценки возможного биологического действия излучения имеет характеристика его поглощения в тканях. Величина энергии, поглощенной в единице массы облучаемо- го вещества, называется дозой, а та же величина, отнесенная к единице времени, — мощностью дозы излучения. Поглощенная доза (Д) — основная дозиметрическая единица. Она равна отноше- нию средней энергии, переданной ионизирующим излучением веществу в эле- ментарном объеме, к массе вещества в этом объеме. Единицей поглощенной до- зы в системе единиц СИ является грей (Гр): 1 Гр = 1 Дж/кг. Поглощенную дозу определяют расчетным путем (используя для этой цели компьютеры и математи- ческие программы) или посредством введения миниатюрных датчиков излучения в облучаемые ткани и полости тела. При рентгенологической и радионуклидной диагностике, а также при терапев- тическом облучении больного поглощенная энергия в его теле всегда распределе- на неравномерно, поэтому для более точной характеристики дозного поля введены дополнительные величины. Это, во-первых, интегральная доза — общее количе- ство энергии, поглощенной в организме человека; во-вторых, гонадная, костно- мозговая дозы и доза в «критическом органе». Как показывают эти термины, речь идет о дозах энергии, поглощенной в половых органах, костном мозге и в органе, который подвергается наиболее сильному облучению (при радионуклидной диа- гностике — это орган, в котором создается наиболее высокая концентрация радио- нуклида). — Никак не могу найти себе помощника, — пожаловался однажды Эдисон Эйн- штейну. — Каждый день заходят молодые люди, но ни один не подходит. — А как Вы определяете их пригодность? — поинтересовался Эйнштейн. Эдисон показал ему листок с вопросами: — Кто на них ответит, тот и станет моим помощником. «Сколько миль от Нью-Йорка до Чикаго?» — прочитал Эйнштейн и ответил: «Нужно заглянуть в железнодорожный справочник». — «Из чего делают не- ржавеющую сталь?» — «Об этом можно узнать в справочнике по металлове- дению...». Пробежав глазами остальные вопросы, Эйнштейн сказал: — Не дожидаясь отказа, свою кандидатуру снимаю сам. (Физики шутят. — М.: Мир, 1966) Сказка — ложь, но в ней намек. Читатель, надеемся, сам поймет и не будет увле- каться зазубриванием некоторых справочных материалов, приведенных в учебнике. 36
3.4. Биологическое действие излучений Все излучения, как неионизирующие, так и ионизирующие, способны вызывать изменения в живых организмах, т. е. обладают биологическим действием, которое является результатом поглощения энергии излучения элементами биоструктур. Од- нако энергия ультразвуковых волн и высокочастотных электромагнитных колебаний, используемых в диагностике, значительно ниже энергии, которая вызывает механи- ческую и химическую реакции тканей. В настоящее время продолжается изучение биологического действия ультразвука, стабильного магнитного поля и высокоча- стотных радиоволн, однако выраженных негативных последствий от ультразвуковых и магнитно-резонансных воздействий не зарегистрировано. Совсем иное дело — ионизирующие излучения. Их биологическое действие ста- ло известно вскоре после открытия рентгеновского излучения. В частности, И. Р. Тар- ханов в 1896 г. на основании результатов экспериментов на лягушках, домашних му- хах и бабочках установил влияние рентгеновского излучения на ряд систем организма и прозорливо предсказал, что «...в недалеком будущем лучами этими будут пользо- ваться с лечебной целью». Родоначальником радиационной биологии считают Е. С. Лондона. Он изучил действие у-излучения радия на ферменты, токсины и различные ткани животных объектов и установил высокую чувствительность кроветворной системы и половых желез к облучению. Е. С. Лондону принадлежит первая в мире монография по радио- биологии «Радий в биологии и медицине» (1911). В 1925 г. Г. С. Филиппов и Г. А. Над- сон впервые в мире установили влияние излучений на наследственность. Эта работа явилась предтечей радиационной генетики. Первый этап биологического действия ионизирующих излучений представляет собой физический процесс взаимодействия излучения с веществом. Все излучения непосредственно или опосредованно вызывают возбуждение либо ионизацию ато- мов биосистем. В результате этого в тканях появляются возбужденные и ионизи- рованные атомы и молекулы, обладающие высокой химической активностью. Они вступают во взаимодействие друг с другом и с окружающими атомами, при этом под влиянием облучения возникает большое количество высокоактивных свободных ра- дикалов и перекисей. Поглощение энергии излучения и первичные радиационно- химические реакции совершаются практически мгновенно — в течение миллион- ных долей секунды. Затем за тысячные доли секунды радиационно-химический процесс приводит к изменению расположения и структуры молекул и, следовательно, к нарушению биохимии клеток. Морфологические и функциональные изменения клеток проявля- ются уже в первые минуты и часы после облучения. Последнее воздействует на все компоненты клеток, но в первую очередь, особенно при использовании сублеталь- ных и летальных доз излучения, поражаются ядерные структуры —ДНК, дезоксину- клеопротеиды и ДНК-мембранные комплексы. Прекращаются рост и деление клетки, в ней обнаруживают дистрофические изменения вплоть до гибели клетки. Изменения в хромосомном аппарате клетки отражаются на ее наследственных свойствах — при- водят к радиационным мутациям. Они могут развиться в соматических клетках, обу- словливая снижение жизнеспособности их потомства или появление клеток с новыми качествами. Полагают, что эти новые популяции клеток могут быть источником рака и лейкоза. Мутации, развившиеся в половых клетках, не отражаются на состоянии облученного организма, но могут проявиться в следующих поколениях, а это может 37
вести к увеличению числа наследственных болезней, которых и без того много в че- ловеческой популяции. Разумеется, биологические последствия облучения отнюдь не сводятся только к клеточным и тканевым реакциям: они лишь лежат в основе сложных процессов на- рушения деятельности нервной, кроветворной, эндокринной, иммунной и других си- стем организма. Исключительно высока радиочувствительность организма эмбриона и плода (особенно в период с 8-й по 15-ю неделю после зачатия). Установлено, что облучение эмбриона даже в малых дозах в 1,5—2 раза повышает спонтанный уровень развития детского рака (в первые 10—15 лет жизни). Биологический эффект в первую очередь определяется величиной поглощенной дозы и распределением ее в теле человека. При равной дозе наиболее значитель- ные последствия наблюдаются при облучении всего тела, менее выражена реак- ция в случае облучения его отдельных частей. При этом не все равно, какие части облучены. Облучение живота, например, дает гораздо более выраженный эффект, чем воздействие в той же дозе на конечности. Вместе с тем биологический эф- фект зависит от радиочувствительности облученных тканей и органов. Радиочув- ствительность — очень важное понятие в медицинской радиологии. Она опреде- ляется выраженностью лучевого повреждения клеток и тканей и способностью их к восстановлению после облучения. Чувствительность клетки к облучению зависит от многих факторов: вида излуче- ния (энергии квантов или частиц), стадии митотического цикла, степени оксигенации, функционального состояния клетки в момент облучения. Особенно значительно по- ражаются клетки, которые в этот момент находились в состоянии повышенной актив- ности (например, в период синтеза ДНК). Большую роль играют внешние условия: температура, содержание воды, кислорода и т. д. Степень лучевых реакций зависит от парциального напряжения кислорода в био- субстрате: чем меньше кислорода в клетке, тем менее значительно лучевое по- вреждение. Это явление получило название «кислородный эффект». Лучевые повреждения ярко проявляются в активно пролиферирующих тканях (лимфоидная, кроветворная и т. д.) и гораздо менее выражены и возникают в более отдаленные сроки в мало обновляющихся тканях (костная, хрящевая, мышечная, жи- ровая). Малодифференцированные клетки более чувствительны к облучению. Рас- сматривая вопрос о тканевой радиочувствительности, нужно учитывать, что гибель части клеток компенсируется деятельностью систем клеточного обновления, а она зависит от общего числа стволовых клеток, интенсивности клеточной пролиферации, состояния кровотока и оксигенации клеток. Подробнее этот вопрос будет рассмотрен в главах, посвященных лучевой терапии опухолей. Мы лишь вкратце описали биологическое действие ионизирующих излучений. Подробнее эта проблема рассмотрена в руководстве С. П. Ярмоненко, А. А. Вайнсона «Радиобиология человека и животных». На данном этапе для нас важно подчеркнуть следующее: при любом медицинском применении ионизирующих излучений необхо- димо соблюдать правила радиационной безопасности и противолучевой зашиты па- циентов и персонала лучевых отделений. Список литературы Ярмоненко С. П., Вайнсон А. А. Радиобиология человека и животных. — М.: Высшая школа, 2004. — 549 с. 38
3.5. Осторожно, радиация! Знак радиоактивности Новый знак радиоактивности МАГАТЭ (Международное агентство по атомной энергии) В связи с появлением ядерных технологий и широким использованием иони- зирующих излучений в медицинской практике, народном хозяйстве и научных ис- следованиях увеличилась вероятность облучения человека в дозах, превышающих естественный радиационный фон. Под радиационным фоном понимают ионизирую- щее излучение земного и космического происхождения. Технологически измененный естественный радиационный фон формируется за счет природных источников иони- зирующего излучения, извлеченных из недр Земли вместе с полезными ископаемыми или содержащихся в строительных материалах. Глобальное загрязнение окружающей среды искусственными радионуклидами происходит после испытаний ядерного ору- жия и крупных радиационных катастроф. За последние 55 лет человечеством накоплено 270 000 т радиоактивных отходов от работы атомных электростанций. Отходы погружают в воду и затем помещают в сталь- ные контейнеры, которые будут хранить в подземных хранилищах сотни лет. Согласно расчетам финских специалистов, количество 23ОР1 в отходах уменьшится в 2 раза через 26 тыс. лет, l35Cs — через 2,3 млн лет, ,291 — через 15,7 млн лет. В настоящее время в ми- ре действует 441 энергетический атомный реактор (http://ru.wikipedia.org/wiki/). Неиз- вестно, сколько еще функционирует реакторов для производства оружейного плутония (а также, между прочим, для получения в качестве побочного продукта используемых в радиологии радиофармпрепаратов). Срок эксплуатации атомного реактора составляет 30 лет, максимум 35. Далее возникает необходимость его остановки и консервации, что представляет собой серьезную техническую и финансовую проблему. Есть над чем за- думаться нашим современникам, апологетам «мирного атома». Однако наибольшее значение в облучении людей имеет медицинское облучение: оно обусловливает свыше 90 % лучевой нагрузки на население. Основной вклад в эту нагрузку вносят медицинские радиологические процедуры — рентгенологические диа- гностические исследования, методы ядерной медицины и лучевая терапия. Суммарная доза ионизирующих излучений, применяемых в медицине, занимает второе место по- сле дозы излучения естественных источников. Средняя эффективная доза ионизирую- щего излучения в России достигает 1,4 мЗв в год на человека (для сравнения: в Велико- британии — 0,3 мЗв, в США и Франции — 0,4 мЗв, в Японии — 0,8 мЗв). Созданная в 1928 г. Международная комиссия по радиологической защите (МКРЗ) каждые 13—15 лет публикует документ, в котором содержатся основополагающие ре- комендации по данной проблеме. На основании этих рекомендаций в разных странах составляют соответствующие национальные документы. В России техника безопас- ности и охрана труда при работе с ионизирующими излучениями регламентированы следующими основными документами: 39
• Федеральный закон «О радиационной безопасности населения» (ФЗ № 3 от 0.9.01.1996 г.); • Федеральный закон «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (Ф3№ 52 от 30.03.1999 г.); • «Основные санитарные правила обеспечения радиационной безопасности» (ОСПОРЬ—99/2010); • «Нормы радиационной безопасности» (НРБ—99/2009). «Нормы радиационной безопасности» — основополагающий документ, регла- ментирующий требования Федерального закона «О радиационной безопасности насе- ления» в форме основных пределов доз, допустимых уровней воздействия ионизирую- щего излучения и других требований по ограничению облучения человека. Контроль за выполнением инструкций осуществляют органы санитарно-эпидемиологического надзора. Однако многие положения должны быть известны каждому врачу, поскольку он устанавливает показания к радиологическим исследованиям, а нередко и участвует в их проведении. Первое обязательное требование заключается в том, что всякое лучевое иссле- дование должно быть обосновано, т. е. проводить его следует по строгим пока- заниям. Главным аргументом должна стать необходимость получения важной диагностической информации. При равной информативности нужно отдавать предпочтение тем исследованиям, которые являются неинвазивными, не связаны с облучением больного или сопровождаются меньшим облучением. С особой осторожностью подходят к проверочным (профилактическим) лучевым исследованиям. Проверочные рентгенологические исследования не проводят бере- менным и детям до 14 лет, а радионуклидные процедуры — детям до 16 лет, беремен- ным и кормящим матерям. Детям до 1 года радионуклидные исследования вообще не выполняют, если нет жизненных показаний. Рентгенологические исследования, связанные со значительным облучением гонад (исследования кишечника, почек, по- ясничного отдела позвоночника, таза и др.), женщинам в детородном возрасте реко- мендуется проводить в течение первой недели после менструации. Второе обязательное требование — соблюдение правил радиологического об- следования больных. Его должны проводить только лица, имеющие специальную подготовку по радиационной безопасности. Терапевты, хирурги, урологи и врачи других специальностей, не прошедшие такую подготовку, не имеют права само- стоятельно выполнять радиологические процедуры. Ответственность за обосно- ванность, планирование и проведение исследования несет врач-радиолог. Данные о лучевой нагрузке вводят в историю болезни или амбулаторную карту пациента. Больной имеет право получить информацию о дозе и возможных послед- ствиях облучения. Все работники радиологических отделений, лица, находящиеся в смежных помещениях, а также больные, которым проводят исследование или лече- ние, должны быть защищены от действия ионизирующих излучений. Защитой называют совокупность устройств и мероприятий, предназначенных для снижения физической дозы излучения, воздействующей на человека, ниже предельно допустимой дозы (ППД). Установлены следующие категории облучаемых лиц: персонал, т. е. лица, непо- средственно работающие с техногенными источниками (группа А) или в связи с усло- виями работы находящиеся в сфере их воздействия (группа Б); все остальное населе- ние (группа В). Для групп А и Б установлены основные дозовые пределы в зивертах. 40
Эта единица была введена для того, чтобы оценивать радиационную опасность воз- действия ионизирующего излучения любого вида. Зиверт (Зв) — доза ионизирующего излучения любого вида, производящая такое же биологическое действие, как и доза рентгеновского излучения или у-излучения в 1 Грей (Гр). Эффективная доза для лиц группы А не должна превышать 20 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет , но не более 50 мЗв в год, а для лиц группы Б — 1 мЗв в год в среднем за любые последовательные 5 лет, но не более 5 мЗв в год. Противолучевую защиту обеспечивает ряд факторов. К ним относят правиль- ное размещение радиологических кабинетов в медицинских учреждениях, наличие стационарных и нестационарных защитных устройств. Стационарными устрой- ствами являются неподвижные сооружения, изготовленные из соответствующих материалов (кирпич, баритобетон, свинец, свинцовое стекло и др.). Эти сооруже- ния — стены, перекрытия, защитные двери, смотровые окна — обеспечивают за- щиту от прямого и рассеянного излучения всех лиц, находящихся в помещениях, смежных с тем, в котором находится источник излучения. Нестационарные устрой- ства — перемещаемые приспособления, предназначенные для защиты персонала и больных, находящихся в тех же кабинетах, в которых расположены источники излучения. К таковым относят разнообразные защитные ширмы, кожухи, в которые заключены рентгеновские трубки, сейфы для хранения радиоактивных препаратов, контейнеры для размещения и транспортировки радионуклидов, защитные стери- лизаторы. В рентгеновских кабинетах обязательным является использование средств ин- дивидуальной защиты — фартуков и перчаток из просвинцованной резины. Участ- ки тела больного, которые не должны подвергаться облучению, также покрывают просвинцованной резиной. В радионуклидных лабораториях все сотрудники также обязаны применять средства индивидуальной защиты — спецодежду, фартуки, ба- хилы, перчатки, а также использовать дистанционно управляемый инструментарий. При работе с открытыми источниками излучения используют пневмокостюмы, пла- стиковые полукомбинезоны, фартуки, нарукавники, респираторы, перчатки, обувь, очки, халаты. Существенным фактором противолучевой защиты является рациональное рас- положение рабочих мест персонала с максимальным удалением их от источников излучения — так называемая защита расстоянием (вспомните, что интенсивность облучения снижается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника до облучаемой поверхности). К работе в рентгенологическом отделении не допу- скают лиц моложе 18 лет, а также беременных. Кроме того, существует перечень заболеваний, при которых запрещена работа в сфере действия ионизирующего из- лучения. Во всех медицинских учреждениях, в которых имеются источники ионизирую- щих излучений, организован радиационный контроль. Его осуществляет служба радиационной безопасности учреждения или специально выделенное должностное лицо, а также соответствующие ведомственные службы с применением дозиметри- ческих приборов. Список литературы Иванов В. К., Цыб А. Ф., Панфилов А. П. и др. Оптимизация радиационной защиты: «Дозовая матрица». — М.: Медицина, 2006. — 304 с. Малаховский В. Н. Радиационная безопасность рентгенологических исследований: Учебно- методическое пособие. — СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2007. — 104 с. Чечеткин Ю. В. Основы радиационной безопасности человека. — Димитроград: ГНЦ РФ НИИАР, 2008. — 383 с. 41
МОЛОДОМУ ИССЛЕДОВАТЕЛЮ В науках же и в искусствах... все должно шуметь новыми работами и дальнейшим продвижением вперед. Френсис Бэкон На лекции по лучевой диагностике один из авторов обратился к студентам с просьбой высказать пожелания по поводу нового учебника. Поднялся студент 3-го курса и предложил, чтобы в учебнике были рекомендации по научно-исследовательской работе студентов. Это заставило нас задуматься. Ведь учебник пишут и издают в течение нескольких лет. За это время конкретные научные темы устаревают. Да и нужны ли всем студентам подобные ре- комендации? Сомнения быстро оставили нас. Да, мы убеждены, что все студенты должны заниматься научными исследованиями. Прежде всего потому, что врач должен уметь мыслить. Коэффи- циент полезного действия нашего мозга, увы, крайне низок. Из 10—14 млрд нейронов, как полагают, мы обычно используем 4 %. Мы можем только догадываться о возможностях моз- га по тем высотам, которых временами достигает человеческая мысль (Ломоносов, Гегель, Эйнштейн). Поразительный факт — нас почти не учат мыслить. Нас учат правилам хорошего тона (нередко без особого успеха), учат писать и считать, танцевать и плавать, перкутиро- вать и накладывать швы, делать рентгеновские снимки, но очень мало учат технологии мыш- ления. Так вот: одним из главных способов обучения мышлению является самостоятельная научная работа под руководством опытного наставника. Наука учит человека мыслить, со- поставлять и взвешивать факты. Она приучает его к непрерывному труду, пытливости и со- средоточенности, наполняет жизнь творческим содержанием, своеобразной романтикой — романтикой научного поиска. Врач должен быть умным, потому что перед ним стоят трудные задачи, от решения которых зависят здоровье и жизнь людей. Так в учебнике появился раз- дел «Молодому исследователю». Жизнь молодого человека должна быть полнокровной. Нелегко соединить учебу, фи- зическую культуру, научную работу, искусство, дружбу, любовь и для всего найти время. Для этого потребуются продуманная организация жизни и определенные усилия. Усилья, усилья, усилья. Спина — будто натертая солью. А вдруг это — крылья, крылья Проклевываются с болью ?! В. Шефнер Мы не привлекаем Вас к научной работе призывами, а лишь формулируем некоторые общие проблемы, над которыми стоит задуматься. Некоторые из них, кто знает, могут стать в будущем главным содержанием Вашей профессиональной деятельности. Проблема первая. XX век был преимущественно веком диагностики болезней. XXI век дол- жен стать веком диагностики и охраны здоровья, веком превентивной медицины. Ее основой будет определение у каждого члена общества всех необходимых показателей его генетиче- ской, биохимической, иммунологической, морфологической организации и распределение их в пространстве признаков. Отклонение любого признака за пределы поля допуска в любой период развития индивидуума — от внутриутробного до старческого — будет сигналом для медицинского воздействия. Анализ всех показателей должен быть основанием для выработки плана охраны здоровья индивидуума (индивидуальный маршрут здоровья). 42
Проблема вторая. В процессе развития превентивной медицины неизбежно возникнут социальные, экономические, этические и медицинские проблемы и необходимость в ре- структуризации здравоохранения: понадобятся специальные службы превентивной меди- цины, значительно возрастет значение санитарного просвещения населения с помощью всех средств массовой информации. СТУДЕНТУ НА ЗАМЕТКУ Пройдет время, и некоторые из вас вольются в большие научные коллективы. Учтите действующее в медицине «правило 20 %»: 20 % научных сотрудников дают 80 % научной продукции, 20 % ошибок влекут за собою 60 % потери ресурсов, 20 % времени занимает творчество, а 80 % — рутинная работа. 4. ДОКАЗАТЕЛЬНАЯ РАДИОЛОГИЯ 4.1. Основные понятия Медицинская радиология, в распоряжении которой широкий ассортимент ме- тодов исследования — дешевых и дорогостоящих, инвазивных и необременитель- ных для больного, высокоинформативных и ограниченной информативности, ставит врача-диагноста перед выбором: как обеспечить наиболее высокую эффективность диагностического процесса, каким методам отдать предпочтение, в какой комбина- ции и последовательности их применить. Очевидно, что подходы к диагностике будут значительно различаться в зависимости от того, имеет место острое или хроническое заболевание, проводят плановое обследование или оказывают неотложную медицин- скую помощь, выполняют детальное и углубленное обследование или организуют скрининг, охватывающий значительную часть населения. Во всех этих ситуациях не- обходимо уметь правильно оценивать эффективность метода диагностики, причем сделать это нужно на объективной, научной основе. Для научного обоснования при- меняемых в медицине диагностических исследований и способов лечения существует методологический инструмент — доказательная медицина. В настоящее время до- казательная медицина является общепринятым международным стандартом при про- ведении диагностических и лечебных мероприятий. Доказательная медицина — это концепция организации медицинских знаний, основанная на строгих научных данных. При этом личный опыт, авторитет коллег и данные литературы имеют вспомогательное, подчиненное значение. Главен- ствующим принципом принятия врачебного и управленческого решения является только объективный факт. За рубежом существуют другие наименования этого раздела медицинской науки: evidence-based medicine — ЕВМ (медицина, основанная на фактах), evidence-based practice — ЕВР (практика, основанная на доказательствах), evidence-based decision making — EBDM (принятие решения, основанное на фактах), evidence-based health care — ЕВНС (доказательное здравоохранение). Современный врач обязан знать эти понятия, поскольку он имеет постоянный и тесный контакт с Интернетом и, следова- тельно, должен быть знаком с англоязычной терминологией. Частью доказательной медицины является доказательная радиология (evidence-based Radiology — EBR). 43
Все рассматриваемые термины отражают концепцию принятия врачебного ре- шения, исходя из приемлемости научных и практических знаний, почерпнутых в научной литературе и полученных в наиболее достоверных исследованиях, а также с учетом интересов здоровья пациентов и организации здравоохранения в целом. Таким образом, основная идея введения доказательной медицины во врачебную практику — минимизировать влияние человеческого фактора на де- ятельность врача. Доказательная радиология состоит из четырех основных частей: 1) доказательное использование лучевых методов диагностики; 2) доказательное использование лучевой терапии; 3) доказательный анализ медицинской литературы; 4) доказательные организация службы радиологии и управление ею. Предпосылками для введения доказательной медицины и, в частности, доказа- тельной радиологии (лучевая диагностика) как научного знания явились несколько факторов, характерных для медицинской деятельности. Главные из них следующие. • Диагноз, устанавливаемый на основании результатов лучевых исследований всег- да в известной степени неопределенный, поэтому его необходимо выражать через вероятности. • В каждом лучевом исследовании заложена предвзятость. • В любом лучевом исследовании в той или иной степени обязательно присутствуют случайные ошибки. • Решение относительно организации управления службой лучевой диагностики всегда принимают с учетом политических и экономических обстоятельств, а также личностных особенностей руководителя. • Информационные потоки медицинских данных, в том числе получаемых при лу- чевых исследованиях, как правило, слабо структурированы. Необходимо добавить, что диагностическая информация постоянно развивается в соответствии с новыми сведениями, накапливаемыми в лучевых базах данных и ин- тегрированных лучевых коммуникационных системах. Нужно учитывать и то обстоя- тельство, что при разумном подходе к диагностике всегда можно найти оптимальное взаимоотношение между наилучшим использованием информации, ее ценой, прием- лемостью и обстоятельствами (контекстом) использования. Для оценки эффективности диагностических исследований существует большое число критериев. Многие из них универсальны, т. е. применимы во всех областях клинической медицины, другие, характеризующие медицинские изображения, специ- фичны для лучевой диагностики. Под диагностической эффективностью метода исследования следует понимать способность данного метода (теста) выявить заболевание и охарактеризовать со- стояние организма при экономической доступности метода. В лучевой диагностике выделяют качественную, или описательную, и количе- ственную характеристики результатов. Последняя включает различные виды из- мерений: радиоактивности биологических проб, величины органов, изображенных на экране дисплея, рентгеновской пленке, компьютерной томограмме и др. Все эти измерения, как бы точны они не были, обязательно имеют некоторую степень по- грешности, что объясняется как ограниченной точностью инструментов, с помощью которых проводят измерения (линейка, электронный прибор или другие технические средства), так и с вариабельностью измеряемого объекта: колебаниями биологиче- ских параметров человека во время исследования, флюктуациями радиоактивного распада, неоднородностью потока электромагнитных квантов. 44
Перечисленные выше погрешности имеют случайный характер. Их влияние на точность измерения может быть уменьшено, если увеличить количество измерений объекта исследования или увеличить продолжительность каждого измерения. По- грешности такого рода называют случайными, или рандомизированными, ошибками. Погрешности другого типа возникают при неправильной работе аппаратуры, ка- либровке лабораторного оборудования, технологии приготовления радиофармпрепа- ратов или химических растворов, вследствие ошибок, допущенных в расчетах. Конеч- ные результаты таких измерений во всех случаях оказываются либо завышенными, либо заниженными, т. е. всегда однозначно искаженными. Подобные погрешности носят название «систематические ошибки». Единственный способ избежать этих погрешностей — тщательно контролировать качество технических средств лучевой диагностики, следить за правильностью проведения диагностических процедур, кор- ректно выполнять расчеты. Для оценки эффективности методов измерения в лучевой диагностике, как и в других разделах медицины и биологии, применяют ряд критериев, главными из которых являются: • точность измерения (accuracy) — соответствие результатов измерения истинному значению определяемой величины. Высокой точности измерения достигают при минимальных рандомизированных и систематических погрешностях; • правильность измерения (correctness). Это качество измерения характеризует ве- личину систематических погрешностей: чем они меньше, тем правильнее изме- рение; • сходимость измерений (precision). Данное качество измерения характеризует вели- чину случайных ошибок: чем они меньше, тем лучше сходимость измерений. Этот критерий показывает, насколько близки измерения, выполненные в одинаковых условиях, т. е. в одной и той же лаборатории и на одном и том же приборе; • воспроизводимость измерений (reliability). Этот критерий показывает, насколько близки между собой результаты измерений, выполненных в различных условиях, т. е. в разных лабораториях и на разных аппаратах, поэтому в лучевой диагностике существует незыблемое правило — необходимо иметь собственный «внутренний» стандарт оценки результатов исследования, естественно, с учетом всех имеющих- ся «внешних» данных. Соотношение между точностью и сходимостью измерений при лучевых иссле- дованиях, а также соотношение между рандомизированными и систематическими ошибками представлены на рис. 1. Тип ошибок Нет ошибок Рандомизированные Систематические ошибки ошибки Точность Очень хорошая Удовлетворительная I -------------.----------------------------------------J. Сходимость Хорошая Плохая Плохая Очень хорошая Рис. 1. Связь между точностью и сходимостью результатов исследований, рандомизи- рованными и систематическими ошибками. 45
Основными критериями успешности выполнения лучевого исследования явля- ются его результативность, эффективность, действенность (сила) и доступность использованного диагностического метода. Результативность лучевой диагностики (effective, effectiveness). Этот критерий применяют для выражения вероятности получения положительного результата при обследовании индивидуума или популяции в целом благодаря использованию дан- ной лучевой технологии в усредненных условиях ее выполнения. Другими словами, результативность — это следствие того, что были выполнены необходимые исследо- вания (doing the right things). Эффективность лучевой диагностики (efficient, efficiency). Данный критерий характеризует мастерство, с которым используют ресурсы для решения данной про- блемы, в частности диагностику считают эффективной, если наибольшее количество истинно положительных и истинно отрицательных результатов получают при мини- мальных затратах (финансов, времени, ресурсов). Эффективность — это следствие того, что правильно выполнены необходимые исследования (doing the things right). Характеристика теста, обозначаемая как эффективность, предполагает использова- ние данного метода в обычных (усредненных) условиях. Понятно, что эффективность всегда будет ниже, чем действенность (сила) метода. Отметим, что большинство лу- чевых диагностов работают именно на уровне эффективности процедуры. Для обо- значения этого понятия используют также термин «реальная эффективность». Действенность (сила) лучевой диагностики (efficacy) — это способность диагности- ческого теста, примененного в оптимальных условиях, влиять на решение врача относи- тельно диагностики заболевания и ведения больного (лечения, реабилитации), т. е. влиять на здоровье как индивидуума, так и населения в целом. Таким образом, термин «сила» метода лучевой диагностики определяет меру эффективного данного диагностического теста в идеальных условиях. Этот показатель иногда называют также внутренней оценкой метода исследования или идеальной эффективностью метода диагностики. Понятно, что результативность метода всегда будет ниже, чем его действенность (сила), поскольку она зависит от мастерства специалиста, обеспечивающего получе- ние диагностического изображения, а также потому, что инфраструктура в усреднен- ных условиях не соответствует таковой в оптимальных условиях. Оценивая метод лучевой диагностики в целом, необходимо учитывать, какова доступность (availability) данного метода лучевой диагностики для людей, которым необходимо выполнить данное исследование (имеются в виду финансовые и органи- зационные аспекты этой проблемы). В идеале лучевой диагност должен иметь приемлемую стратегию исследо- вания, которая обеспечит получение актуальной, достоверной и необходи- мой информации, чтобы руководствоваться ею при принятии клинических, научных и административно-управленческих решений. Эта информация должна быть приемлемой в нужное время, в нужном месте и в нужном фор- мате. Она должна включать непредвзятое отношение к имеющимся данным, базироваться на самых современных технологиях и стимулировать мастер- ство исполнения диагностических процедур. Для того чтобы оценить диагностическую эффективность лучевого метода иссле- дования, сравнивают его информативность, т. е. способность распознавать заболевание, с так называемым референтным, или эталонным, диагнозом, который также называют «золотым стандартом» диагностики. Его устанавливают на основании результатов ги- стологического исследования (биопсия) или вскрытия (аутопсия) либо с учетом точных биохимических или клинических признаков болезни. Иногда под «золотым стандартом» понимают совокупность методов исследования, позволяющих максимально полно и бы- 46
стро решить вопросы диагностики, но это не вполне корректно. Существует также по- нятие «стандартный критерий» (АМА Style Guide). Это тест, обладающий наивысшей информативностью в разумных условиях, т. е. в случае его применения, исходя из наибо- лее благоприятных соотношений между его ценой, безопасностью, информативностью и доступностью. И еще одно замечание. В последние годы в связи с небывалым повыше- нием информативности лучевых методов исследования специалисты-радиологи стано- вятся держателями «золотого стандарта» в медицине. В первую очередь это относиться к ангиографии, рентгеновской и магнитно-резонансной томографии. Для оценки информативности метода результаты его применения у пациентов опре- деленной группы сводят в таблицу, называемую матрицей решений диагностики (см. да- лее). При этом в зависимости от совпадения результатов лучевого исследования (Т+ — по- ложительные, Т — отрицательные) и фактического наличия заболевания (D — здоро- вые, D — больные), т. е. референтного диагноза, ответ может оказаться правильным или неправильным. Возможны следующие варианты результатов оценки метода. • Интерпретация «положительный» у больных с наличием заболевания — истинно положительные результаты (TP, true positive). • Интерпретация «отрицательный» у обследованных без заболевания (здоровые) — истинно отрицательные результаты (TN, true negative). • Интерпретация «положительный» у здоровых — ложноположительные решения, «ложные тревоги», «гипердиагностика» (FP, false positive). В теории проверки ги- потез такие ошибки относят к первому роду, или а-ошибкам. • Интерпретация «отрицательный» у больных с наличием заболевания — ложноо- трицательные решения, «пропуски» (FN, false negative). В теории проверки гипо- тез их называют ошибками второго рода, или Р-ошибками. Как ложноположительные, так и ложноотрицательные ошибки представляют собой потери системы диагностики, они снижают диагностическую эффективность лучевого исследования. Ложноположительные решения («ложные тревоги») приводят к увели- чению стоимости диагностики, так как в этом случае требуются дополнительные за- траты на обследование пациентов, поэтому в медицинском менеджменте они получили название «ошибки производителя». Ложноотрицательные решения (пропуски заболе- вания), по понятным причинам, относят к ошибкам потребителей, т. е. пациентов. 4.2. Операционные характеристики диагностических методов исследования Для определения операционных характеристик прежде всего составляют матри- цу решений, которая основывается на результатах исследования когорты пациентов, состоящей из двух групп — здоровых и больных с точно выверенным (референтным) диагнозом заболевания. К операционным характеристикам метода диагностики относят: • чувствительность (Se, sensitivity); • специфичность (Sp, specificity); • точность (Ac, accuracy), или эффективность; • прогностичность положительного результата (+VP, positive predictive value); • прогностичность отрицательного результата (-VP, negative predictive value). Некоторые из перечисленных критериев информативности лучевой диагностики непостоянны. Они зависят от распространенности заболевания, или преваленса. Преваленс (Ps) — это вероятность наличия определенного заболевания, или, про- ще, частота его встречаемости в изучаемой группе людей (когорта) или популяции в 47
Матрица решений для вычислений операционных характеристик методов диагностики Результаты теста Заболевание имеется, D+ Заболевание отсутствует, D. Всего Положительные Истинно положительные (ТР) Ложноположительные (FP) Т+ Отрицательные Ложноотрицательные (FN) Истинно отрицательные (TN) Т_ целом. От преваленса следует отличать инцидент (In) — вероятность возникновения нового заболевания в рассматриваемой группе людей за определенный промежуток времени, чаще за 1 год. Чувствительность (Se) — доля правильных положительных результатов теста среди всех больных. Ее определяют по формуле: ТР Se=---100%, где ТР — истинно положительные решения; D — число пациентов с заболеванием. Чувствительность априори показывает, какова будет доля больных, у которых по- лучен положительный результат данного исследования. Чем выше чувствительность теста, тем чаще с его помощью будут выявлять заболевание, следовательно, он эф- фективнее. В то же время, если такой высокочувствительный тест оказывается от- рицательным, то наличие заболевания маловероятно, поэтому высокочувствительные тесты следует применять для исключения заболеваний, в связи с чем их нередко на- зывают идентификаторами. Тесты с высокой чувствительностью рекомендуют выполнять на ранних этапах диагностического процесса, когда требуется сузить круг предполагаемых заболева- ний. Необходимо также отметить, что высокочувствительный тест дает много «лож- ных тревог», в связи с чем требуются дополнительные финансовые затраты на даль- нейшее обследование. Специфичность (Sp) — доля истинно отрицательных результатов теста среди здоровых обследованных. Данный показатель определяют по формуле: TN Sp =--100%, D_ где TN — истинно отрицательные решения; D — число здоровых обследованных. Определив специфичность, можно априори предположить, какова доля здоровых лиц, у которых это исследование даст отрицательный результат. Чем выше специ- фичность метода, тем надежнее с его помощью подтверждается наличие заболева- ния, следовательно, он более эффективен. Высокоспецифичные тесты в диагности- ке называют дискриминаторами. Они эффективны на втором этапе диагностики, когда круг предполагаемых заболеваний сужен и необходимо с большей уверенно- стью доказать наличие болезни. Недостатком высокоспецифичных тестов является значительное количество пропусков заболевания при их использовании. Из изложенного следует очень важный практический вывод: в лучевой диагно- стике желательно применять тест, который был бы априори высокоспецифичен и вы- сокочувствителен. Однако в реальной клинической практике этого достичь нельзя, так как повышение чувствительности теста неизбежно будет сопровождаться потерей его специфичности и, наоборот, повышение специфичности теста сопряжено со сни- жением его чувствительности. Из этого следует вывод: чтобы создать оптимальную диагностическую систему лучевой диагностики, нужно найти компромисс между по- 48
казателями чувствительности и специфичности, при которых финансовые затраты на обследование будут оптимально отражать баланс между рисками «ложных тревог» и пропуска заболеваний. Точность (Ас), или эффективность, диагностического теста — доля правильных результатов теста среди всех обследованных пациентов. Ее определяют по формуле: ТР + TN 1Z4Z4ft Ас =--------100%, D ¥ + D где ТР — истинно положительные решения; TN — истинно отрицательные решения; D+ — все здоровые обследованные; D — все больные пациенты. Таким образом, точ- ность показывает, сколько правильных ответов получено в результате проведения данного теста. Для правильного понимания диагностической эффективности методов лучевой диагностики важную роль играют критерии апостериорной вероятности — про- гностичность положительного и отрицательного результатов. Именно эти крите- рии показывают, какова вероятность наличия заболевания (или его отсутствия) при известном результате исследования. Нетрудно заметить, что апостериорные показатели имеют большее значение, чем априорные. Прогностичностъ положительного результата (+PV) — доля истинно поло- жительных результатов среди всех положительных значений теста. Этот показатель определяют по формуле: ТР +PV= • 100%, TP + FN где TP— истинно положительные результаты; FN— ложноотрицательные результаты. Таким образом, прогностичность положительного результата показывает, насколь- ко велика вероятность болезни при положительных результатах лучевого исследования. Прогностичность отрицательного результата (-PV) — доля истинно отрицатель- ных результатов среди всех отрицательных решений. Критерий определяют по формуле: TN -PV=—• 100%, TN + FP где TN — истинно отрицательные решения; FP — ложноположительные решения. По этому показателю определяют, насколько велика вероятность того, что паци- ент здоров, если результаты лучевого исследования отрицательные. Если такие операционные характеристики лучевых тестов, как чувствительность, специфичность и точность, существенно не зависят от частоты заболевания, то про- гностичность результатов, как положительного, так и отрицательного, напрямую свя- зана с преваленсом: чем выше преваленс заболевания, тем выше прогностичность положительного результата и ниже прогностичность отрицательного теста. Действи- тельно, хорошо известен тот факт, что частота гипердиагностики у лучевого диагно- ста, работающего в специализированном стационаре, всегда выше, чем у такого же врача, работающего в поликлинике. Естественно, подразумевается, что квалификация обоих специалистов равнозначна. Установлено взаимное влияние характеристик лучевых тестов. Так, чем выше чув- ствительность лучевого метода, тем выше прогностическая ценность его отрицатель- ного результата. Прогностичность положительного результата лучевого исследования в основном зависит от его специфичности. При использовании низкоспецифичных ме- тодов отмечается большее количество ложноположительных решений. Это приводит к снижению прогностичности положительных результатов лучевого исследования. 49
Перечисленные выше критерии информативности диагностики базируются на принципах дихотомических решений: «да» — «нет», «норма» — «патология». Одна- ко хорошо известно, что в практической работе лучевого диагноста не всегда удается классифицировать получаемые данные по такой схеме. В ряде случаев специалист может дать другие заключения, такие, например, как «наиболее вероятно, заболева- ние имеется» или «наиболее вероятно, заболевание отсутствует». Подобные нюансы во врачебных заключениях отражают другие характеристики информативности — от- ношения правдоподобия (likelihood ratio). Отношение правдоподобия положительного результата (+Lr) показывает, во сколько раз вероятность получения положительного результата у больных выше, чем у здоровых. Соответственно отношение правдоподобия отрицательного результата (-Lr) показывает, во сколько раз вероятность получения отрицательного результата у здоровых выше по сравнению с больными. Эти критерии информативности диагности- ки определяют, исходя из представленной ранее таблицы, по следующим формулам: . Se Sp +Lr = ; -Lr = —-------• b/(h + d) с/(a + c) Лучевому диагносту часто приходится применять несколько диагностических методов. Возможны два варианта выполнения нескольких лучевых исследований: па- раллельно и последовательно. Параллельное проведение тестов часто применяют в диагностике неотложных со- стояний, т. е. в тех случаях, когда за короткий период необходимо провести макси- мально возможное количество диагностических процедур. Такое выполнение те- стов обеспечивает их большую чувствительность и, следовательно, более высокую прогностическую ценность отрицательного результата, однако при этом снижают- ся специфичность и прогностическая ценность положительного результата. Последовательное применение нескольких методов лучевой диагностики целесоо- бразно при необходимости уточнить диагноз и характер патологического процесса, детализации состояния больного. При этом снижаются чувствительность и прогно- стическая ценность отрицательного результата исследования, но вместе с тем повы- шаются специфичность и прогностическая ценность положительного результата. Таким образом, при использовании комбинации различных методик исследова- ния, изменении порядка их применения изменяются совокупность операционных ха- рактеристик каждого теста в отдельности и общая прогностичность их результатов. Из изложенного следует важный вывод доказательной медицины: прогностические характеристики любого теста нельзя автоматически, без учета преваленса и ряда дру- гих обстоятельств, переносить во все лечебные учреждения. Давая оценку диагностической эффективности метода исследования, обычно ука- зывают общее количество ошибочных заключений: чем их меньше, тем эффективнее метод. Однако, как уже отмечалось, одновременно уменьшить количество ложнополо- жительных и ложноотрицательных ошибок нереально, поскольку они связаны между собой. Кроме того, принято считать, что ошибки первого типа — ложноположитель- ные — не так опасны, как ошибки второго типа — ложноотрицательные. Это в первую очередь относится к выявлению инфекционных и онкологических заболеваний: про- пустить болезнь во много раз опаснее, чем диагностировать ее у здорового человека. В тех случаях, когда результаты диагностического исследования выражают количе- ственно, их классифицируют как норму и патологию условно. Часть значений теста, при- нимаемых за норму, будет наблюдаться у больных, и, наоборот, в зоне патологии окажутся некоторые изменения у здоровых. Это и понятно: граница между здоровьем и начальной стадией болезни всегда условна. И все же в практической работе, анализируя цифровые 50
показатели, полученные при выполнении диагностического исследования, врач вынуж- ден принимать альтернативные решения: отнести данного пациента к группе здоровых либо больных, при этом он использует разделительное значением применяемого теста. Изменение границы между нормой и патологией всегда сопровождается изменением операционных характеристик метода. Если к методу предъявляют более жесткие требова- ния, т. е. границу между нормой и патологией устанавливают на высоких значениях теста, то увеличивается количество ложноотрицательных заключений (пропусков заболеваний), что приводит к повышению специфичности теста, но одновременно к снижению его чув- ствительности. Если целесообразно смягчить требования к тесту, границу между нормой и патологией сдвигают в сторону нормальных значений, что сопровождается увеличе- нием количества ложноположительных заключений (ложные тревоги) и одновременно уменьшением количества ложноотрицательных (пропуски заболевания), при этом повы- шается чувствительность метода, но снижается его специфичность. Таким образом, проводя диагностические исследования и оценивая их результаты ко- личественно, врач всегда находится в условиях выбора: то жертвует чувствительностью, чтобы повысить специфичность, то, наоборот, отдает предпочтение специфичности за счет снижения чувствительности. Как правильно поступать в каждом конкретном случае, зависит от многих факторов: социальной значимости заболевания, его характера, состоя- ния больного и, что не менее важно, от психологических особенностей личности врача. Из изложенного следует важнейший для современной лучевой диагностики вы- вод: количественный математический метод, каким бы совершенным не был математический аппарат или технические средства, всегда имеет ограниченное, прикладное значение, подчиняясь логическому мышлению врача и соотносясь с конкретной клинической и социальной ситуацией. Теория доказательной медицины показала, что разграничение групп пациентов по состоянию здоровья на здоровых и больных условно и зависит от точки разде- ления этих состояний в зависимости от субъективных качеств исследователя — его решительности или осторожности, а также от других предпосылок — внешних и вну- тренних. На рис. 2 представлена система координат, отражающих принятие решений в медицине. Ось ординат является показателем заболеваемости, а ось абсцисс — по- казателем принятия диагностических решений. Обращает на себя внимание тот факт, Рис. 2. Связь между четырьмя возможными решениями — истинно положительными (ИП), истинно от- рицательными (ИО), ложноположительными (ЛП) и ложноотрицатечьными (ЛО). X — ось принятия решений; d — критерий распознавания сигнала (болезни). Видно, что при перемещении прямой X по оси абсцисс (значения регистрируемого сигнала) изменяется взаимоотношение ложных решений: для того чтобы увеличить количество ложноотрицательных решений, прямую X нужно сместить вправо, а для увеличения частоты ложноположительных решений — влево. 51
что кривые пуассоновского распределения совокупностей нормы и патологии наслаи- ваются друг на друга, в результате чего формируется графическое распределение пра- вильных и ошибочных решений в диагностике, как положительных, так и отрицатель- ных: точные попадания, пропуски, «ложные тревоги». Точка X на оси принятия решений является точкой разделения результатов на по- ложительные и отрицательные. Слева от этой оси находятся истинно отрицательные результаты и пропуски заболевания, справа — истинно положительные результаты и «ложные тревоги». Взаимоотношение этих показателей формирует графическое представление об операционных характеристиках метода исследования. На данную картину накладываются характерологические особенности личности врача: если врач осторожный, ось принятия решений смещается влево, если решительный — вправо. Соответствующим образом изменяется взаимоотношение операционных характери- стик применяемого диагностического теста. Интервал d обозначает величину крите- рия распознавания заболевания. Чем он больше, тем выше информативность теста и тем увереннее распознается заболевание. 4.3. Операционные характеристики наблюдателя (ROC-кривые) Для того чтобы оценить диагностическую эффективность метода с учетом по- следствий ложных решений, используют характеристические кривые. Они отражают взаимную зависимость ложноположительных и истинно положительных результатов. Полное название таких кривых — «операционные характеристические кривые на- блюдателя» — «Receiver Operating Characteristic curve», сокращенно ROC-curve, поэ- тому часто такие кривые называют ROC-кривыми, а выполняемые для их построения действия — ROC-анализом. Характеристические кривые позволяют наглядно сопоставить диагностическую эффективность различных методов исследования, дисплеев и твердых копий меди- цинских изображений (рентгенограммы, сцинтиграммы и др.). С этой целью органи- зуют группу экспертов — специалистов в области лучевой диагностики, которым для анализа предъявляют серию верифицированных медицинских изображений. Ответы экспертов кодируют по указанной ранее 5-балльной системе и на основании получен- ных данных строят характеристические кривые для каждого изучаемого метода. С целью построения характеристических кривых результаты обследования вери- фицированной группы больных и здоровых распределяют в несколько групп. Если эти результаты имеют количественный характер, то их ранжируют по значению точки раз- деления на норму и патологию. Качественные же результаты применения изучаемого метода (например, описание рентгенологической или сцинтиграфической картины) ран- жируют по степени уверенности врача в диагнозе. Полученные таким образом данные сводят в таблицы и по ним строят характеристические кривые — ROC-кривые (рис. 3). Чем больше изгиб характеристической кривой, т. е. чем ближе к верхнему левому углу системы координат она расположена, тем выше эффективность диагностического метода. Приближение же ROC-кривой к диагонали, проходящей через начало коор- динат, свидетельствует о низкой эффективности метода исследования. Сопоставление площадей, находящихся под ROC-кривыми, позволяет произвести сравнительную ко- личественную оценку информативности изучаемых методов диагностики (рис. 4). ROC-анализ и построение ROC-кривых дают возможность оценить професси- ональные навыки и квалификацию специалистов. С этой целью врачу предъявляют для опознания верифицированный архив медицинских изображений (рентгенограм- мы, томограммы, сцинтиграммы и др.) органов и систем организма человека в нор- 52
Рис. 3. ROC-кривые, построенные по категориям оценок двух сравниваемых методов диагностики. Кривая красного цвета отображает метод с более высокой информативностью, чем информативность метода, которому соот- ветствует кривая зеленого цвета. Рис. 4. ROC-кривые для количест- венной оценки информативности двух методов диагностики (исполь- зован сравнитечъный анализ площа- дей под кривыми). Под кривой А площадь больше, чем под кривой В, следовательно, метод А более информативный. ме и при патологии. Ответы врача соответствующим образом ранжируют и по по- лученным данным строят характеристические кривые. У более квалифицированного специалиста ROC-кривая имеет крутой изгиб, она вплотную приближена к верхнему левому углу системы координат. Необходимо добавить, что в настоящее время на смену ручному построению ROC-кривых пришли электронные статистические программы (например, SPSS 12, NCSS), которые позволяют более эффективно использовать этот инструмент опреде- ления информативности лучевой диагностики. 4.4. Мета-анализ Важным разделом доказательной медицины является мета-анализ. Мета-анализ — это обобщение результатов научных исследований, основанное на формализованных статистических принципах. Другое его название — «много- центровой анализ». Он является наивысшим стандартом корректно выполненно- го исследования, которое определяет модель исследуемой системы и тенденции в изучаемой области знаний на основе протоколов и математического инстру- мента. С помощью мета-анализа можно определить, например, эффективность скрининга, проводимого с целью раннего выявления рака молочной железы или туберкулеза легких в различных лечебных учреждениях, городах или странах, дать объективную оценку эффективности этого скрининга, выполняемого с по- мощью разных диагностических методов. Мета-анализ позволяет объединить разнородные, порой противоречивые результаты нескольких исследований. Его проводят в несколько этапов. Обычно их четыре. На первом этапе выявляют наиболее достоверные публикации, построенные, как правило, на основе слепой контролируемой рандомизации и содержащие операцион- ные характеристики результатов проведенных исследований, которые затем подлежат обобщению и дальнейшему анализу. 53
Второй этап — оценка качества исследований, рассмотренных в каждой публи- кации, по установленным критериям: корректный подбор пациентов (когорты) для исследования, определение характера исследований и особенностей использованных методов, а также наличие ретроспективных и главное (!) проспективных наблюдений. Последний термин подразумевает оценку правильности диагноза заболевания по эф- фективности его лечения. Третий этап — обобщение всех результатов, т. е. формирование одного общего, суммарного исследования, включающего несколько составляющих, каждое из кото- рых имеет свой «вес» и репрезентативность. Четвертый этап — математическая обработка объединенных результатов (чаще всего на основе регрессионного анализа) и представление всех данных графически, в виде таблиц или обобщенного показателя. В лучевой диагностике мета-анализ применяют в тех случаях, когда: • результаты опубликованных исследований, проведенных с использованием анализи- руемого метода, в значительно большей степени эмпирические, чем теоретические; • в проведенных исследованиях получены в большей степени количественные ре- зультаты, чем качественные; • имеется расхождение между задачей поиска и инструментом тестирования метода. Таким образом, с помощью мета-анализа лучевой диагност получает исключи- тельно важную информацию об объективной характеристике лучевого метода иссле- дования, его эффективности, информационной значимости, моральном, финансовом и социальном значении. СТУДЕНТУ НА ЗАМЕТКУ Семь причин, по которым медицинская практика может не быть основана на принципах доказательной медицины. 1. Авторитет врача: увеличение количества однотипных ошибок с увеличени- ем стажа работы. 2. Страстность: эмоциональное воздействие на более спокойных коллег и па- циентов. 3. Внешний облик врача и его красноречие: хороший загар, красивый галстук, вальяжная поза и красноречие как замена доказанных фактов. 4. Провидение: если неизвестно, что делать с больным, полагаются на волю божью. 5. Неуверенность: от растерянности и отчаяния решение вообще не принимают. 6. Нервозность: из-за постоянного страха перед возможным судебным процес- сом врач назначает чрезмерное обследование и лечение. 7. Самоуверенность: наблюдается в основном у хирургов. («British Medical Journal». — 1998. — Vol. 316. — P. 361) Список литературы Васильев А. Ю. Анализ данных лучевых методов исследования на основе принципов дока- зательной медицины: Учебное пособие /А. Ю. Васильев, А. Ю. Малый, Н. С. Серова. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. — 22 с. Власов В. В. Введение в доказательную медицину. — М.: Медиа Сфера. 2001. — 392 с. Королюк И. П. Медицинская информатика. — Самара: ОФОРТ. 2012. — 241 с. Котельников Г. П., Шпигель А. С. Доказательная медицина (научно-обоснованная медицинская практика). — Самара: СамГМУ, 2009. — 114 с. Флетчер R, Флэтчер С., Вагнер Э. Клиническая эпидемиология (основы доказательной меди- цины). — М.: Медиа Сфера, 1998. — 347 с. Хенеган К. Доказательная медицина / Карл Хенеган, Дуглас Баденоч: Пер. с англ. / Под ред. В. И. Петрова. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. — 125 с. 54
Часть II МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ С каждым шагом методики вперед мы как бы поднимаемся ступенью выше, с которой открывается нам более широкий горизонт, с невидимыми раньше предметами. И. 77. Павлов Caibfiadop Дали. Тайная вечеря. 1955.
Медицинская диагностика основана на выявлении патологических изменений в органах и системах человека и установлении связи обнаруженного комплекса симптомов с определенным заболеванием. Эта задача не из легких ввиду очень большого количества болезней и крайней вариабельности их проявлений у боль- ных. Выдающийся русский терапевт С. П. Боткин с грустью отмечал, что он был бы рад, если бы ему в 30 % случаев удалось добиться полного совпадения кли- нического и патолого-анатомического диагнозов. С тех пор утекло много воды и диагностика сделала поистине гигантский шаг вперед. Это произошло в первую очередь благодаря тому, что врач смог дополнить клинический осмотр больного многочисленными исследованиями, из которых наибольшее значение приобрели лучевые. Основные методы современной лучевой диагностики можно сгруппировать сле- дующим образом: • рентгенологический; • ультразвуковой; • радионуклидный; • магнитно-резонансный. Далее приведена схема лучевого обследования больного (схема 1). Схема 1 Алгоритм лучевого обследования больного 56
1. рентгенологический метод Вдруг стало видимо далеко во все концы света. Н. В. Гоголь Рентгенологический метод — это способ изучения строения и функции различ- ных органов и систем, основанный на качественном и количественном анализе пучка рентгеновского излучения, прошедшего через тело человека. 1.1. Получение рентгеновского изображения Современная рентгеновская установка — сложное техническое устройство, включающее элементы телеавтоматики, электроники, компьютерной техники. Много- ступенчатая система защиты обеспечивает полную радиационную и электрическую безопасность персонала и обследуемых больных. Рентгенодиагностические аппараты принято делить на универсальные {общего назначения), позволяющие производить рентгеновское просвечивание и рентгенов- ские снимки всех частей тела, и аппараты специального назначения (специализиро- ванные), предназначенные для выполнения рентгенологических исследований в не- врологии, стоматологии, урологии, маммологии, ангиологии. Созданы также специа- лизированные аппараты для обследования детей, проведения массовых проверочных исследований (флюорография), исследований в палатах и операционных. В состав типового рентгенодиагностического аппарата входят питающее устройство, излучатель (рентгеновская трубка), устройство для коллимации пучка, усилитель рентгеновского изображения (УРИ), рентгеноэкспонометр и приемники излучения (рис. 1). У цифровых рентгеновских аппаратов имеется дополнительный компьютерный терминал, включающий приемник рентгеновского изображения, мо- дуль его оцифровки, компьютер и рабочую станцию (специализированный медицин- ский компьютер). Рентгеновский аппарат питается от городской сети переменным током напря- жением 220 или, чаще, 380 В. Питающее устройство преобразует это напряжение в высокое (40—150 кВ). Пульсацию напряжения доводят до минимальных уровней; в аппаратах со среднечастотным или высокочастотным генератором это напряжение Рис. 1. Выполнение рентгенологического исследования на рентгенодиагностическом аппарате (схема). I —питающее устройство; 2—излучатель; 3—устройство для коллимации пучка лучей; 4 — пациент; 5 — отсеивающий растр; 6 — рентгеноэкспонометр; 7 — приемник излучения. 57
Рис. 2. Рентгенодиагностический аппарат общего назначения с телеуправляемым шта- тивом. Рис. 3. Мобильный рентгенодиагностический аппарат. практически постоянное. От величины анодного напряжения зависят качество рентге- новского пучка, в частности его проникающая способность, и характер получаемого рентгеновского изображения. Рентгенодиагностический аппарат общего назначения (рис. 2) включает поворот- ный стол-штатив, на котором располагается обследуемый. Врач-рентгенолог находится либо поблизости, у экрана монитора, либо в соседнем помещении и управляет аппара- том дистанционно (телеуправляемый аппарат). Существуют аппараты, предназначен- ные только для выполнения рентгенограмм в палате и хирургическом блоке, — так на- зываемые мобильные установки (рис. 3). Последний вариант имеет название «С-дуга». Управлять аппаратом несложно, так как выбор и регулировка технических условий осуществляются, как правило, автоматически с помощью микропроцессорной техники. При прохождении через тело человека пучок рентгеновского излучения ослабевает. Тело человека представляет собой неоднородную среду, поэтому разные органы погло- щают неодинаковое количество излучения ввиду различной толщины и плотности тка- ни. При равной толщине слоя больше всего излучения поглощает костная ткань, почти в 2 раза меньшее количество его задерживается в паренхиматозных органах, а через газ, находящийся в легких, желудке, кишечнике, рентгеновские лучи проходят свободно. Из изложенного нетрудно сделать простой вывод: чем сильнее исследуемый орган по- глощает излучение, тем интенсивнее его тень на приемнике излучения, и наоборот, чем больше лучей пройдет через орган, тем прозрачнее будет его изображение. Поясним это положение на примере. На рис. 4, а представлено изображение ор- ганов грудной полости, каким его видит врач на экране рентгеновского дисплея. На изображении четко выделяются ключицы и ребра, поскольку костная ткань задержи- вает большое количество рентгеновского излучения. Органы средостения — сердце с находящейся в нем кровью, клетчатка, пищевод, лимфатические узлы — поглощают меньше рентгеновского излучения, однако из-за большой обшей массы этих органов их тень на рентгенограмме также кажется интенсивной. По бокам от средостения вид- ны светлые легочные поля. Легочная ткань содержит много воздуха и мало мягких тканей в единице объема, поэтому задерживает меньше рентгеновского излучения. Таким образом, полученное изображение объективно отразило степень поглощения рентгеновского излучения в разных тканях и органах грудной полости. Приведенное изображение представлено на рисунке так, как его видит рентгено- лог на экране дисплея; это — позитив, на нем более плотные ткани более темные. На рентгенограмме же (рис. 4, б) все наоборот: плотные ткани выглядят более светлыми, а менее плотные — темными; это — негатив. 58
Рис. 4. Рентгенограм мы грудной клетки. а — позитив; б — негатив. I Наука об интерпретации теневых изображений имеет название «скиалогия» (от греч. skia — тень, logos — учение). Основы скиалогии заложены в зрительном анализаторе человека и структурах го- ловного мозга, ответственных за анализ теневого изображения. Дтя будущего рентге- нолога важно знать главные принципы, на которых базируется восприятие человеком теневой картины органа. • Зрительный анализатор человека может одновременно воспринять не более 5—7 объектов; это соответствует объему его оперативной памяти. Следовательно, именно столько элементарных структур на рентгенограмме можно одновременно осознать. Отсюда вывод: рентгенограмму нужно анализировать по отдельным бло- кам, или «зонам интереса». • Интенсивность тени на рентгенограмме рентгенолог оценивает, исходя из «серой шкалы», т. е. количества ступенек (градаций) «от черного к белому». Это соот- ветствует определению плотности тени на рентгенограмме. У разных людей она различна, но в целом не превышает 200—250 ступенек. Художники видят больше градаций серого цвета — до 400—500. Опытные рентгенологи тоже. Отсюда вы- вод: при обучении рентгенологии врачу необходимо постоянно тренировать свой зрительный анализатор на специальных градационных фантомах. • Рентгенограмма является двухмерным изображением сложного трехмерного объ- екта — человека. Следовательно, рентгенолог должен воспринимать плоскую картину с позиций объемного представления органов. Отсюда вывод: в скиалогии нужно соотносить теневые изображения с реальными образами органов, увиден- ными на вскрытии или заимствованными из анатомических атласов. • При интерпретации рентгенограмм важно научиться выделять в теневой картине доминантную установку зрительного анализатора — на «темное» или на «светлое» (рис. 5, а, б). • При анализе рентгенологического образа зрительный анализатор человека осмыс- ливает предмет в целом, используя его отдельные детали только в качестве опор- ных структурных элементов (рис. 5, в). • Визуальная оценка размеров объектов на рентгенограмме в значительной мере за- висит от размера окружающих деталей (рис. 5, г). • Максимальной информативностью на рентгеновском изображении обладают точ- ки в области максимальной кривизны и пересечение контуров. 59
Рис. 5. Особенности работы зрительного анализатора при интерпретации рентгенограмм. Иллюстра- ция значения выбора доминанты «темное» или «светлое» при восприятии рентгеновского изображения. а, б — что здесь: ваза или две молодые девушки? (а), улыбающийся мужчина или старуха? (б); в — изображение разложено на различное число элементов: на рисунках 1, 2 и даже 3 угадывается слон, дальнейшее увеличение размеров элементов матрицы приводит к исчезновению изображения образа (-4—6); г — две группы окружно- стей: центральная окружность слева кажется больше, чем справа, хотя их истинный размер одинаковый. 60
Указанные правила скиалогии относятся только к аналоговым рентгенограммам. В цифровой рентгенографии существуют другие принципы анализа рентгенограмм: значительно расширенная «серая шкала» — до 500—700 ступенек яркости, автомати- ческое выделение «зоны интереса», трехмерная (3D) графика. При анализе рентгенограмм, работая с негативом, рентгенолог оперирует кате- гориями, относящимися именно к такому негативному изображению: те объекты, в которых задерживается больше рентгеновских лучей, на рентгенограммах будут отображены в виде более светлых зон, и наоборот, исследуемые объекты с меньшей плотностью будут на рентгенограмме более темными. В учебниках, журналах и других публичных изданиях, а также в Интернете при- нято приводить рентгеновские изображения только в позитиве, однако иногда (как, например, в этом учебнике) с целью улучшения восприятия некоторые рентгенограм- мы приводят в негативе. Список литературы Анатомия человека при лучевых исследованиях / С. Райан, М. Мак Николас, С. Юстейс. — М.: МЕДпресс-информ, 2009. — 328 с. Атлас лучевой анатомии человека / В. И. Филимонов, В. В. Шипкин, А. А. Степанков, О. Ю. Чу- раков. — М.: ГЭОТАР-Медиа. 2010. — 447 с. Основы рентгенодиагностической техники: Учебное пособие / Под ред. Н. Н. Блинова. — М.: Медицина, 2002. — 392 с. Холин А.В. Принципы современных методов лучевой диагностики: Пособие для врачей. — СПб.: Изд-во СПбМАПО, 2009. — 19 с. 1.2. Искусственное контрастирование органов Обратитесь вновь к рис. 4. На нем легко различить изображения сердца и легких, так как они в разной степени поглощают излучение. Эти органы обладают, как при- нято говорить в рентгенодиагностике, естественной контрастностью. Однако на снимке не различимы бронхи, поскольку они, как и легочная ткань, содержат воздух. Не видны также полости сердца, потому что они заполнены кровью, которая задержи- вает излучение в той же степени, что и сердечная мышца. Для того чтобы получить дифференцированное изображение тканей, поглощаю- щих примерно одинаково количество излучения, применяют искусственное контра- стирование. С этой целью в организм вводят вещества, которые поглощают больше или, наоборот, меньше рентгеновского излучения, чем мягкие ткани, и тем самым создают достаточный контраст с исследуемыми органами. Вещества, задерживающие больше излучения, чем мягкие ткани, называют рентгенопозитивными. Они созданы на основе тяжелых элементов — бария или йода. В качестве же рентгенонегатив- ных контрастных веществ используют газы — воздух, закись азота, углекислый газ. Основные требования к рентеноконтрастным веществам очевидны: создание высокой контрастности изображения, безвредность при введении в организм больного, бы- строе выведение из организма. Для контрастирования органов используют два принципиально различных спо- соба. Один из них заключается в прямом механическом введении контрастного ве- щества в полость органа: в пищевод, желудок, кишечник, слезные или слюнные про- токи, желчные пути, полость матки, кровеносные сосуды или полости сердца. Второй способ контрастирования основан на способности некоторых органов поглощать из крови введенное в нее контрастное вещество, концентрировать и выделять его. Этот принцип — концентрации и выведения — используют при рентгенологическом ис- следовании мочевыделительной системы. 61
В рентгенологической практике применяют следующие контрастные средства. Препараты сульфата бария (BaSOJ. Водная взвесь сульфата бария — основной препарат для исследования пищеварительного канала. Сульфат бария нерастворим в воде и пищеварительных соках, безвреден. Его применяют в виде суспензии в кон- центрации 1:1 или более высокой — до 5:1. Для придания препарату дополнитель- ных свойств (замедление оседания твердых частиц бария, повышение прилипаемости к слизистой оболочке) в водную взвесь добавляют химически активные вещества (та- нин, цитрат натрия, сорбит и др.), для увеличения вязкости — желатин, пищевую цел- люлозу. Существуют готовые официнальные препараты сульфата бария, отвечающие всем перечисленным требованиям, например отечественный препарат «Бар-ВИПС». Йодсодержащие растворы органических соединений. Это большая группа ор- ганических препаратов, представляющих собою главным образом производные не- которых ароматических кислот — бензойной, адипиновой, фенилпропионовой и др. Их используют для контрастирования кровеносных сосудов и полостей сердца. Эти препараты выделяются через мочевыводящую систему, поэтому их применяют также для исследования чашечно-лоханочного комплекса почек, мочеточников и мочевого пузыря. Иодсодержащие препараты делят на две большие группы — ионные (высокоосмо- лярные — их осмолярность при 37 °C около 2000мосмомоль/кг Н,О) и неионные (низ- коосмолярные — их осмолярность при 37 °C 600—800 мосмомоль/кг Н,О). К группе ионных препаратов относят урографин, неионных — омнипак, ультравист, оптирей, а также визипак, который имеет такую же осмолярность при 37 °C (290 мосмомоль/кг Н2О), как и кровь (300 мосмомоль/кг Н,О), т. е. является изоосмолярным. Все йодсодержащие препараты, особенно ионные, могут вызывать аллерги- ческие реакции и оказывать токсическое воздействие на организм. Общие аллер- гические проявления наблюдаются со стороны кожи и слизистых оболочек (конъ- юнктивит, ринит, крапивница, отек слизистой оболочки гортани, бронхов, трахеи), сердечно-сосудистой системы (снижение кровяного давления, коллапс), централь- ной нервной системы (судороги, иногда параличи), почек (нарушение выделитель- ной функции). Указанные реакции обычно преходящие, но могут достигать высокой степени выраженности и даже привести к смерти. В связи с этим при выполнении рентгеноконтрастных исследований перед введением в кровь йодсодержащих пре- паратов, особенно высокоосмолярных ионных, необходимо провести биологиче- скую пробу: осторожно вводят 1 мл рентгеноконтрастного препарата внутривенно и в течение 2—3 мин внимательно наблюдают за состоянием больного. В случае отсутствия аллергической реакции вводят основную дозу, которая при разных ис- следованиях варьирует от 20 до 200 мл. При введении йодсодержащих препаратов наиболее часто поражаются почки. Именно мочевыводящая система человека принимает основной удар при рентгено- контрастных исследованиях. Иногда через несколько часов после введения рентге- ноконтрастных препаратов, особенно в большом количестве, возникает недостаточ- ность почек — контрастиндуцированная нефропатия. При малейших признаках реакции на введение пробной дозы рентгеноконтраст- ного препарата исследование прекращают. С большой осторожностью проводят рент- геноконтрастные исследования лицам с аллергическими заболеваниями: бронхиаль- ной астмой, сенной лихорадкой, аллергическим назофарингитом, а также с сахарным диабетом и особенно с заболеваниями почек. В рентгеновском кабинете всегда хранят средства для предотвращения и устранения аллергических и токсических реакций. Еще раз подчеркнем, что благодаря введению в клиническую практику ионных кон- трастных препаратов значительно уменьшились частота возникновения и выражен- ность неблагоприятных реакций. 62
Газы (закись азота, углекислый газ, воздух). Наиболее часто газообразующие ве- щества применяют при исследовании пищеварительного канала. В некоторых случаях рентгенологическое исследование проводят с двумя рентге- ноконтрастными веществами — рентгенопозитивным и рентгенонегативным. Это так называемое двойное контрастирование. Чаще такой прием используют в гастроэнте- рологии: при исследовании пищеварительного канала одновременно вводят сульфат бария и воздух. Список литературы Сергеев П. В., Поляков Ю. А., Юдин А. Л., Шимановский Н. Л. Контрастные средства. — М.: Известия, 2007. — 498 с. 1.3. Рентгенография Рентгенография (рентгеновская съемка) — способ рентгенологического ис- следования, при котором фиксированное рентгеновское изображение объекта получают на твердом носителе, в нашей стране в большинстве случаев на рент- геновской пленке. За рубежом рентгеновскую пленку не применяют: она усту- пила место цифровой беспленочной рентгенографии (см. далее). Рентгеновское изображение, получаемое на рентгеновской пленке, называют аналоговым. Оно становится видимым после фотообработки пленки. В цифровых рентгеновских аппаратах это изображение может быть получено на экране дисплея и зафиксиро- вано на мультиформатной пленке или бумаге. Получаемые при этом изображения называют цифровыми. Пленочную рентгенографию выполняют либо на универсальном рентгеновском аппарате, либо на специальном штативе, предназначенном только для этого вида ис- следования. Исследуемая часть тела располагается между рентгеновским излучате- лем и кассетой (рис. 6). Внутренние стенки кассеты покрыты усиливающими экрана- ми, между которыми и помещают рентгеновскую пленку. Усиливающие экраны содержат люминофор, который под действием рентгенов- ского излучения светится и, воздействуя таким образом на пленку, усиливает его фото- химический эффект. Основное назначение усиливающих экра- нов — уменьшить экспозицию, а значит, и радиационное облу- чение пациента. В зависимости от назначе- ния усиливающие экраны делят на стандартные, мелкозерни- стые и скоростные. У мелко- зернистых экранов мелкое зер- но люминофора, пониженная светоотдача, но очень высокое пространственное разрешение, поэтому их применяют глав- ным образом в остеологии. У скоростных экранов крупные зерна люминофора, они харак- Рис. 6. Выполнение рентгенографии. 63
теризуются высокой светоотдачей, но пониженным разрешением. Эти экраны исполь- зуют при проведении рентгенологических исследований у детей и беременных, когда их необходимо выполнять по строгим показаниям (например, при подозрении на ту- беркулез легких). Исследуемую часть тела помещают максимально близко к кассете, чтобы умень- шить проекционное искажение (в основном увеличение), которое возникает из-за рас- ходящегося характера пучка рентгеновских лучей. Рентгенографию производят в различных проекциях и положениях больного. Проекции съемки — это взаиморасположение рентгеновского излучателя, пациента и приемника излучения. Излучатель устанавливают так, чтобы центральный пучок про- ходил через центр исследуемой части тела. Проекции могут быть прямыми (передние и задние), боковыми, косыми, аксиальными (осевые) и специальными. В некоторых случаях, например при исследовании височной кости, применяют наклонное положе- ние излучателя. Положение больного при рентгенологическом исследовании может быть вертикальным (ортопозиция), горизонтальным (лежа на спине или животе), ле- жа на боку (латеропозиция). Съемка в разных положениях позволяет оценить сме- щаемость органов и выявить некоторые важные диагностические признаки, например растекание жидкости в плевральной полости или наличие уровней жидкости в петлях кишечника. Проекции съемки и положения больного, используемые в рентгенодиаг- ностике, представлены в специальных атласах, которые должны быть в каждом рент- геновском кабинете. Снимок части тела (голова, таз и др.) или целого органа (легкие, желудок) называют обзорным. Снимки с изображением интересующей врача части органа в проекции, оптимальной для исследования той или иной детали, именуют при- цельными. Их нередко производит сам врач под контролем просвечивания. Сним- ки могут быть одиночными или серийными. Серия может состоять из 3—5 рент- генограмм, на которых зафиксированы разные состояния органа (например, пери- стальтика желудка). Из вариантов рентгенографии заслуживает упоминания съемка с прямым увели- чением изображения, которого обычно достигают, отодвигая рентгеновскую кассету на 20—30 см от объекта съемки. В результате этого на рентгенограмме получается изображение мелких деталей, не различимых на обычных снимках. Эту технологию можно использовать только при наличии специальных трубок, в которых фокусное пятно имеет очень небольшие размеры — 0,1—0,3 мм2. Для исследования костно-су- ставной системы оптимальным считается увеличение в 5—7 раз. На рентгенограммах можно получить изображение любой части тела. Некоторые органы (кости, сердце, легкие) хорошо различимы на снимках благодаря естествен- ной контрастности. Другие органы (бронхи, сосуды, желчные протоки, полости серд- ца, желудок, кишечник) достаточно четко отображаются только после их искусствен- ного контрастирования. В любом случае рентгенологическая картина формируется из светлых и темных участков. Почернение рентгеновской пленки, как и фотопленки, происходит вследствие восстановления металлического серебра в ее экспонирован- ном эмульсионном слое. Для этого пленку подвергают химической и физической об- работке: проявляют, фиксируют, промывают, сушат. В современных рентгеновских кабинетах весь процесс обработки пленки автоматизирован благодаря наличию про- явочных машин. Применение микропроцессорной техники, высокой температуры и быстродействующих химических реактивов позволяет уменьшить время получения рентгенограммы до 45—90 с. Каждый луч при прохождении через тело человека пересекает не одну точку, а огромное количество точек, расположенных как на поверхности, так и в глубине тканей. Следовательно, каждой точке на снимке соответствует множество точек на 64
объекте, которые проецируются друг на друга, поэтому рентгеновское изображение является суммационным, плоскостным. Это обстоятель- ство приводит к потере изображения многих элементов объекта, поскольку изображение одних деталей накладывается на тень других (рис. 7). Из этого вытекает основное правило рентгенологического исследования: рентге- нограммы любой части тела (органа) должны быть произведены как минимум в двух, пред- почтительно взаимно перпендикулярных, про- екциях — прямой и боковой. В дополнение к Рис. 7. Различные виды суммации (1—3) и вычитания (4) теней на рентгенограмме (схема). ним могут быть выполнены снимки в косых и аксиальных (осевые) проекциях. Рентгенографию применяют повсеместно. Она проста и необременительна для пациента и может быть выполнена во всех лечебных учреждениях. Снимки можно производить в стационарном рентгеновском кабинете, палате, операционной, реа- нимационном отделении. При правильном выборе технических условий на снимке отображаются мелкие анатомические детали. Рентгенограмма — документ, ко- торый можно хранить продолжительное время, использовать для сопоставления с рентгенограммами, получаемыми при повторных исследованиях, и предъявлять для обсуждения неограниченному числу специалистов. Рентгенограмма также яв- ляется важным юридическим документом в судебной медицине, экспертизе нетру- доспособности и при определении готовности к военной службе, а также в крими- налистике. Показания к проведению рентгенографии весьма широки, но в каждом конкрет- ном случае должны быть обоснованы, так как рентгенологическое исследование со- пряжено с лучевой нагрузкой. Относительными противопоказаниями служат крайне тяжелое состояние или сильное возбуждение больного, а также острые состояния, при которых требуется экстренная хирургическая помощь (например, кровотечение из крупного сосуда, открытый пневмоторакс). Гимн рентгенограмме Она тонка, стройна, ее скелет Из хрупких кальция соединений Лучей катодных всепроникновеньем Воссоздан здесь. Рентгеновский портрет Рисует гармоничность позвонков, Стряхнувших эпидермиса покров. И в дымке очертаний плоти слабой Я вижу сердца трепетный овал; Твою улыбку взор дорисовал, И я шепчу: «Любимая, я раб твой. О, жемчуг рта! О, полутеней гамма! Любовь и страсть моя, рентгенограмма». Лоренс Рассел Список литературы Бонтрагер К. Л. Руководство по рентгенографии с рентгеноанатомическим атласом укла- док. — М.: ИНТЕЛМЕДТЕХНИКА. 2005. — 648 с. Лучевая анатомия: Учебное пособие для медвузов / М. В. Бабаев и др.: под обшей редакцией А. В. Кондрашова. — Ростов н/Д: Феникс, 2009. — 342 с. 65
1.4. Цифровая рентгенография Прогресс компьютерной техники открыл возможность разработки дигитальных (цифровых) способов получения рентгеновского изображения (от англ, digit — цифра). Для этих способов характерно представление рентгеновского изображе- ния в цифровом варианте. Единицей цифрового изображения на рентгенограмме, как и всех других цифро- вых изображений в лучевой диагностике, является пиксель (иногда говорят пик- сел). Пиксель (от англ, picture cell — буквенный элемент изображений) — это наименьший элемент двухмерного цифрового изображения в растровой графике. Пикселем обозначают также элемент светочувствительной матрицы или экрана дисплея. Растровое компьютерное изображение (рис. 8) состоит из пикселей, рас- положенных в виде строк и столбцов. Каждый пиксель растрового изображения ха- рактеризуется цветом, яркостью и прозрачностью. Чем больше пикселей на единицу площади содержит изображение, тем оно более детальное. Максимальная детализа- ция растрового изображения задаётся при его создании и не может быть увеличена. Обычно матрица рентгеновского изображения составляет 1024 х 768 или 2048 х 2560 (при более высоком качестве) точек. Важной характеристикой растрового изображения является глубина пикселя, т. е. количество содержащихся в нем единиц памяти — бит. Бит (от англ, binary digit, также игра слов: англ, bit — немного) — единица измерения информации, яв- ляется одним двоичным разрядом в двоичной системе исчисления, т. е. может принимать значение 0 или 1. Восемь битов составляют 1 байт, в нем можно зако- дировать значение одного символа (цифры, буквы) из 256 возможных. 1024 байта составляют 1 килобайт (кбайт). Один мегабайт (Мбайт) равен 1024 кбайт, 1 ги- габайт (Гбайт) — 1024 Мбайт. Байт (от англ, byte) — единица хранения и об- работки цифровой информации, а его производные — килобайт, мегабайт и гига- байт — единицами-носителями. Величина матрицы и глубина пикселя являются решающими факторами, формиру- ющими качество рентгеновского изображения: чем мельче матрица, тем лучше раз- решающая способность метода и выше качество изображения (рис. 9), чем больше глубина пикселя, тем большее число градаций серого цвета передает рентгенов- ский образ, а значит, лучше визуализируются мелкие детали объекта. Так, 8-бит- ный пиксель позволяет получать 256 градаций серого цвета, 10-битный — 1024, 12-битный — 4096, 14-битный — 16 384 градаций. Отметим, что при цифровой рентгенографии, как правило, используют пиксели глубиной 10—14 бит. Цифровые рентгеновские изображения формируют с помощью различных устройств (рис. 10). Соответственно им различают следующие системы цифро- вой рентгенографии: «экран — оптика — ПЗС-матрица», «экран — УРИ — ПЗС- матрица», «матричный приемник», «запоминающий люминофор), «цифровая сканирующая линейка». В системах «экран — оптика — ПЗС-матрица» (см. рис. 10, а) элементом, вос- принимающим рентгеновское изображение, является флюоресцентный экран. Возни- кающее на нем видимое изображение с помощью светооптического узла (объектив) передается на ПЗС-матрицу. ПЗС-матрица (сокр. от «прибор с зарядовой связью»), или CCD-матрица (сокр. от англ. CCD — «Charge-CoupledDevice»), — специализиро- ванная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фо- тодиодов, выполненная на основе кремния. Ее размер обычно составляет 25 х 25 мм. 66
Рис. 8. Матрица рентгенов- ского изображения грудной по- лости Полученный на выходе ПЗС-матрицы аналоговый сигнал передается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). В нем все электрические сигналы, несущие информацию об исследуемом объекте, превращаются в череду цифр. Иными словами, создается цифровой образ объекта. За- тем цифровая информация поступает в компьютер, где обрабатывается по заранее составленным программам. Программу выбирает врач, исходя из задач исследования. По существу подобная схема цифрового рентгеновского аппарата напоминает современную цифровую фотокаме- ру и действует по такому же принципу. В системах «экран — УРИ — ПЗС-матрица» (см. рис. 10, б) сохраняется тот же принцип: изображение с флюоресцентного экрана передается на ПЗС-матрицу, но только не через объектив, а с помощью усилителя рентгеновского изображения (УРИ). Этот электронный комплекс значительно увеличивает эффективность передачи светового изображе- ния с флюоресцентного экрана на воспринимающий элемент (ПЗС-матрицу) и тем самым способствует повышению эффективности регистрации рентгеновского изо- бражения в целом. Цифровая рентгенографическая система «матричный приемник» (см. рис. 10, в) является самым современным и перспективным видом цифровой рентгенографии. В этой системе элементом, воспринимающим рентгеновское излучение, прошедшее через тело пациента, является плоский детектор, выполненный из йодида цезия, ак- тивированного таллием. Его размер 43 х 43 см, т. е. такой же, как размер стандарт- ной рентгеновской кассеты. С этим экраном в непосредственном контакте находится светочувствительная матрица на фотодиодах из аморфного кремния. В матрице воз- никает аналоговый электрический сигнал, который далее следует по обычному пути: АЦП — компьютер. Плоский детектор другого типа, работающий по описанной ранее схеме, изготавливают на основе матрицы тонкопленочных полевых транзисторов, по- крытых аморфным селеном. Еще раз напомним, что рентгенография с использовани- ехМ плоских матричных детекторов является самой прогрессивной цифровой техноло- гией, на которой в недалеком будущем будет базироваться вся рентгенодиагностика. Этот метод иногда обозначают как ddR (от англ, direct digital Radiography — прямая цифровая радиография). В системах «запоминающий люминофор» (см. рис. 10, г) в качестве последнего используют тонкие люминесцентные пластины, изготавливаемые из фторида бария, Рис. 9. Взаимоотношение размера .матрицы и структуры изображения. Мезкая матрица (16*16 пиксе- leiij пчше передает форму объекта, чем более крупная (8*8 и 4*4 пиксезей). 67
Рис. 10. Основные виды цифровых рентгенографических систем. а — «экран—оптика—ПЗС-матрица»; б — «экран—УРИ—ПЗС-матрица»; в — матричный приемник; г — «за- поминающий» люминофор; д — сканирующая линейка. ФЭ — флюоресцентный экран; ПЗС-матрица — прибор с зарядовой связью; АЦП — аналого-цифро- вой преобразователь; УРИ — усилитель рентгеновского изображения; МП — матричный приемник; ЗЛ — «запоминающий» люминофор; ФЭУ — фотоэлектронный умножитель; СЛ — сканирующая линейка; ФД — фотодиод; МПК — многопроволочная пропорциональная камера. 68
Рис. 11. Цифровой рентгеновский аппарат. Рис. 12. Система CR фирмы «Agfa» для работы с кассетами, имеющими "запо- минающий " люминофор. активированного европием. Размеры этих пластин такие же, как и размеры стандарт- ных рентгеновских кассет. При рентгенографии они экспонируются на обычных ана- логовых рентгеновских аппаратах. Пространственный рентгеновский образ воспри- нимается запоминающей люминесцентной пластиной, способной сохранять скрытое в ней изображение в течение нескольких минут. Затем эта пластина сканируется спе- циальным лазерным устройством, а возникающий при этом световой поток преоб- разуется в цифровой сигнал. Этот метод называют иногда технологией фотости.му- лируемого люминофора. Еще одно его название — CR-система (от англ. Computer Radiography — компьютерная радиография). Образно говоря, CR-системы предназна- чены для того, чтобы перевести на «цифру» все уже имеющееся в лечебных учрежде- ниях аналоговое рентгеновское оборудование. В системах «цифровая сканирующая линейка» (см. рис. 10, д) используют технику сканирования объекта. Через него пропускают движущийся узкий пучок рентгеновских лучей, т. е. последовательно «просвечивают» все отделы объекта. В качестве такой чув- ствительной линейки используют многопроводные пропорциональные камеры либо наборы фотодиодов, сочлененные с люминофором. Прошедшее через объект и заре- гистрированное детектором рентгеновское излучение преобразуется в электрический сигнал, который после оцифровки в АЦП передается на компьютер для последующей обработки. Подобные системы используют только в цифровой флюорографии. На рис. 11 изображен цифровой рентгеновский аппарат, а на рис. 12 — CR-сис- тема для работы с кассетами из «запоминающего люминофора». Зафиксированное в памяти компьютера цифровое изображение может быть в лю- бое время вызвано на дисплей и проанализировано либо передано по локальной ком- пьютерной сети или через Всемирную паутину www. Общую структуру цифровой рентгенографии и взаимоотношение ее с различными модулями и вычислительными сетями иллюстрирует рис. 13. Для того чтобы получить цифровое изображение из уже имеющегося на анало- говых рентгенограммах, применяют специальные транспарентные сканеры с повы- шенной светимостью люминесцентного источника (D > 2,5). Таким способом удает- 69
Рис. 13. С 'хема комплекса для цифровой рентгенографии. ся «осовременить» архив, переведя его в цифровые формы на магнитные носители. «Оцифровать» архив аналоговых рентгенограмм можно также с помощью цифровой фотокамеры. При этом рентгенограммы устанавливают на негатоскоп — специаль- ное устройство для просмотра рентгенограмм. Независимо от вида цифровой рентгенографии полученное при ее проведении окончательное изображение сохраняется на различных магнитных носителях (дис- кеты, жесткие диски, магнитные ленты) либо в виде твердой копии (воспроизводится с помощью мультиформатной камеры на специальной фотопленке), либо на писчей бумаге (воспроизводится с помощью лазерного принтера). К достоинствам цифровой рентгенографии относят высокое качество изобра- жения, пониженная лучевая нагрузка и возможность сохранять изображения на магнитных носителях со всеми вытекающими из этого последствиями: удобное хранение, возможность создания упорядоченных архивов с оперативным досту- пом к данным и передачей изображения на расстояние — как внутри больницы, так и за ее пределы. 70
Рис. 14. Рабочая станция (АРМрентгенолога) компании «Siemens». Наличие электронного образа в виде цифрового ряда позволяет, используя ком- пьютер, производить так называемую постпроцессорную обработку изображения’. регулировать яркость и контрастность изображения, проводить его гармонизацию, выделять «зоны интереса» для последующего анализа, определить линейные размеры и площадь интересующей области на снимке и др. Для работы с цифровыми рентгеновскими изображениями требуется специаль- ный компьютерный комплекс — автоматизированное рабочее место рентгенолога. Автоматизированное рабочее место (АРМ) — программно-технический ком- плекс, предназначенный для выполнения, обработки, хранения, представления и передачи цифровых рентгеновских изображений. Существует другое название АРМ — «рабочая станция». Рабочие станции, или АРМ, в настоящее время являются неотъемлемой ча- стью компьютеризованных рабочих мест не только медицинского работника, но и представителей многих других специальностей: инженера, менеджера, музы- канта, дизайнера и пр. Они являются также терминалом для работы в компьютер- ных сетях. В современных рентгеновских цифровых комплексах, как правило, имеются два АРМ — для рентгенолаборанта и врача. С автоматизированного рабочего места рентгенолаборанта осуществляют ввод данных о пациенте, управление рентгенов- ским аппаратом, регистрацию рентгеновских изображений и другой необходимой ин- формации, организацию хранения полученных данных и, при необходимости, пред- ставление этих данных в виде твердых копий. Автоматизированное рабочее место рентгенолога устроено более сложно (рис. 14). В его структуру входит мощный высокопроизводительный компьютер со специальным видеотрактом, монитор больших размеров с высокой разрешающей способностью, развитая система ввода-вывода информации, средства для изготов- ления твердых копий рентгеновских изображений, а также системное и специализи- рованное программное обеспечение. По понятным соображениям, АРМ рентгено- 71
лога должно иметь интерфейс для подключения к локальной вычислительной сети и Интернету. АРМ рентгенолога позволяет проводить постпроцессорную обработку изобра- жений: осуществлять оптимизацию изображений по функциям контрастности и яр- кости, их гармонизацию, устранять неоднородность рентгенологической картины, проводить различные измерения, выделять «зоны интереса» и обрабатывать их по заданным программам, работать с широким спектром форматов по представлению данных (увеличения, линзы, мультиэкрана) и, конечно, оформлять врачебные заклю- чения. АРМ оснащены системой компенсации изображений, которая позволяет одно- временно с обеспечением высокого качества визуализировать ткани различной плот- ности. Важным назначением АРМ является использование его в качестве терминала при работе в сетях. В качестве источников твердых носителей в рентгенодиагностике применяют мультиформатные лазерные камеры, термопринтеры, лазерные принтеры с разреше- нием 600 pdi (точек на дюйм), что составляет 24 линии на 1 мм. Последнее достижение в информационном обеспечении АРМ рентгенолога — программа CAD (Computer-Aided Diagnosis — компьютерная помощь в диагно- стике). Эта система может быть обозначена как компьютерная помощь в диа- гностике заболевания на основе построения вероятностных моделей типичных рентгенологических образов. Система CAD строится на трех базовых принципах: выделение и усиление патологических изменений на рентгенограмме; математическая оценка фор- мы, контрастности и размеров найденных очагов патологии; разделение вы- явленных изменений на норму и патологию. Возникла и развивается новая технология CAD — использование для ее реализации внешних компьютерных ресурсов, установленных на мощных серверах (так называемые облачные тех- нологии). Система CAD ни в коем случае не ставит диагноз и не подменяет врача. Она лишь его умный компьютерный помощник. Ее метко характеризуют как «вторичное компьютерное мнение» в медицинской диагностике. Наиболее широко систему CAD используют в рентгенодиагностике заболеваний молочной железы, легких и стено- зирующих поражений сосудов. Эту систему применяют не только в рентгенологии, но и в других разделах лучевой диагностики: ультрасонографии, радионуклидной сцинтиграфии и магнитно-резонансной томографии. Отметим также, что эту систему начинают широко использовать также в проектировании, дизайне, инженерном моде- лировании. В настоящее время наиболее перспектиными направлениями использования циф- ровой рентгенографии в клинике являются: • пульмонология; • маммология; • диагностика заболеваний и повреждений опорно-двигательной системы. Список литературы Герасимов А. //. Медицинская информатика: Учебное пособие для медвузов. — М.: Мед. ин- форм. агентство, 2008. — 321 с. Зеликмаи XL И. Цифровые системы в медицинской рентгенодиагностике. — М.: Медицина, 2007. — 208 с. Краткий атлас по цифровой рентгенографии: Учебное пособие / А. Ю. Васильев, Е. А. Кулю- шина, Н. С. Серова и др. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. — 84 с. 72
1.5. Рентгеноскопия Рентгеноскопия (рентгеновское просвечивание, флюороскопия) — метод рентгенологического исследования, при котором изображение объекта получа- ют на экране монитора. Рентгеноскопию выполняют с помощью УРИ, в состав которого входят рентгеновский электронно-оптический преобразователь (РЭОП) и замкнутая телевизионная система. РЭОП представляет собой вакуумную трубку, внутри которой с одной стороны расположен рентгеновский флюоресцентный экран, а с противоположной — катодно- люминесцирующий экран, между ними — электрическое ускоряющее поле с разно- стью потенциалов около 25 кВ (рис. 15). Световой образ, возникающий при просвечи- вании на флюоресцентном экране, на фотокатоде превращается в поток электронов. Под воздействием ускоряющего поля и в результате фокусировки (повышение плот- ности потока) энергия электронов значительно, в несколько тысяч раз, возрастает. По- падая на катодно-люминесцентный экран, поток электронов создает на нем видимое, аналогичное исходному, но очень яркое изображение, которое через систему зеркал и линз передается на телевизионную трубку — видикон. Возникающие в ней электри- ческие сигналы поступают в блок телевизионного канала, а затем — на экран дисплея. При необходимости изображение можно фиксировать с помощью видеомагнитофона. Таким образом, в УРИ осуществляется такая цепочка преобразования образа ис- следуемого объекта: рентгеновский — световой — электронный (на этом этапе про- исходит усиление сигнала) — вновь световой — электронный (здесь возможно ис- правление некоторых характеристик образа) — вновь световой. Следует отметить один принципиально важный момент. В настоящее время рентгеновские аппараты без УРИ уже не выпускают, и проведение так называемой обычной рентгеноскопии, т. е. исследования с помощью только светящегося в тем- ноте флюоресцентного экрана, что в России пока еще отнюдь не редкость, допусти- мо лишь в исключительных случаях. В детской практике рентгеноскопию без УРИ проводить нельзя. Любому рентгеноскопическому исследованию свойствен ряд недо- статков, из-за которых сужается сфе- ра его применения. Во-первых, при этом исследовании лучевая нагрузка достаточно высока, намного выше, чем при рентгенографии. Во-вторых, пространственное разрешение мето- да, т. е. возможность выявлять мелкие детали в рентгенологической картине, довольно низкое. Вследствие этого некоторые патологические состояния легких могут остаться незамеченны- ми, например милиарный туберкулез или карциноматоз легких, лимфанги- ит, некоторые поражения, обуслов- ленные воздействием пыли, и др. Цифровая рентгеноскопия лише- на многих из перечисленных недо- статков этого метода исследования. Рис. 15. Рентгеновский электронно-оптический преоб- разоватезь (схема). 1 — колба; 2 — входной экран: 3 - фотокатод; 4 — выход- ной жран; 5 — фокусирующий электрод; 6 — основной анод; 7 — дополнительный анод. 73
Суть ее состоит в том, что рентгеновское изображение, получаемое с УРИ или пло- ского матричного детектора, оцифровывается и передается в режиме реального вре- мени на экран монитора. Для снижения лучевой нагрузки цифровую рентгеноскопию выполняют в импульсном режиме: аппарат включают в точно заданные периоды кар- диоцикла на короткое время, которое задается электрокардиограммой. Визуальные качества изображения при этом не ухудшаются. У цифровой рентгеноскопии много достоинств: высокое качество изображения; низкая лучевая нагрузка; возможность проводить в режиме реального времени манипуляции с изображениями, например вычитание или сложение отдельных кадров; определять оптическую плотность отдельных участков изображения, т. е. выполнять денситометрию в режиме реального времени; увеличивать отдельные участки изображения для их детального изучения; получать качественные функ- циональные изображения органов с динамическими цифровыми параметрами. При цифровой рентгеноскопии применяют матрицу с 8-битным пикселем, кото- рый имеет 256 градаций серого цвета. Используя при рентгеноскопии окно в этой шкале различной ширины и меняя его месторасположение, рентгенолог может изу- чать на экране монитора внутренние органы человека различной плотности. В настоящее время в диагностике круг задач, решаемых с помощью рентгеноско- пии, может быть сведен к следующему: • контроль за заполнением органов пациента контрастным веществом, например при исследовании пищеварительного канала; • контроль за проведением инструментов (катетеры, иглы и др.) при выполнении инва- зивных рентгенологических процедур, в частности катетеризации сердца и сосудов; • оценка функциональной активности органов или выявление функциональных сим- птомов заболевания, например ограничения подвижности диафрагмы, у больных, которым ультразвуковое исследование по каким-либо причинам не может быть вы- полнено. 1.6. Флюорография Флюорография — метод проверочного рентгенологического исследования органов грудной полости. Существуют два способа получения флюорографического изобра- жения. При использовании аналогового метода рентгеновское изображение получа- ют путем фотографирования специальной фотокамерой с флюоресцентного экрана. В случае применения цифрового метода изображение формируется либо при скани- ровании поля визуализации линейным детектором, либо посредством регистрации изображения с помощью ПЗС-матрицы, установленной на выходе РЭОП, при этом изображение фиксируется в четырех заданных участках грудной полости, а затем с помощью программы «сшивается» в единый образ грудной полости. Цифровой ме- тод флюорографии имеет существенные преимущества перед аналоговым, основ- ными из которых являются: низкая лучевая нагрузка, высокое качество изображения и цифровой характер всей получаемой и используемой информации. Важнейшим качеством флюорографии, обусловленным низкой стоимостью, явля- ется возможность проводить с ее помощью массовые проверочные (скрининговые) ис- следования, в первую очередь с целью выявления туберкулеза легких. Это и определило место флюорографии в рентгенодиагностике, а если брать шире, то и во всей медицине. При пленочной флюорографии уменьшенные рентгеновские снимки получают на специальном рентгеновском аппарате — флюорографе. В этом аппарате имеются 74
Рис. 16. Получение пленочных флюорограмм (схема). I — излучатель; 2 — флюоресцентный экран; 3 —линзо- вая оптика; 4 — фотокамера. Рис. 17. Цифровой флюорограф «Проскан». флюоресцентный экран и механизм автоматического перемещения рулонной пленки. Фотографирование изображения осуществляют с помощью фотокамеры на рулонную ленту, получая кадры размером НО х ПО или 100 х 100 мм (рис. 16). Экспониро- ванную и проявленную рулонную пленку просматривают на специальном приспосо- блении — флюороскопе. Для повышения надежности метода принято производить «двойной слепой просмотр» — двумя рентгенологами, каждый из которых не знает результаты, полученные другим. Шагом вперед явилась разработка цифровой флюорографии (рис. 17). По принци- пу получения рентгеновского изображения различают три основных типа цифровых флюорографических систем: • системы на базе УРИ (в одну цифровую рентгенограмму органов грудной полости математически «сшиваются» четыре фрагмента изображения, полученного с по- мощью УРИ); • системы на базе ПЗС-матриц (используют одну или несколько ПЗС-матриц, пе- реводящих световое аналоговое изображение на люминесцентном экране в циф- ровое); • системы сканирующего типа (используют газовые или твердотельные полупрово- дниковые линейки детекторов, в которых энергия рентгеновских квантов превра- щается в электрические сигналы, которые записываются в математическом виде при движении линейки и «сшиваются» в единое изображение в компьютере). К преимуществам цифровой флюорографии относится значительно более низкая (в 20 раз и более) лучевая нагрузка по сравнению с нагрузкой при пленочной флюорографии. Кроме того, цифровая флюорография обладает всеми достоин- ствами цифрового рентгеновского изображения: его можно обрабатывать на ком- пьютере, меняя яркость и контрастность, проводить гармонизацию изображения и передавать его на расстояние. Важным положительным качеством цифровой флюорографии является электронное архивирование цифровых изображений на магнитных или оптических носителях, что значительно упрощает организацию скрининговых исследований. В нашей стране флюорографию в качестве метода рентгенологического исследо- вания органов грудной полости применяют как составную часть комплексной про- 75
граммы раннего выявления туберкулеза легких. Естественно, попутно обнаруживают и другие легочные заболевания, в первую очередь онкологические. Однако вследствие невысокой чувствительности и специфичности метода было много противников его ис- пользования. За рубежом пошли по другому пути — пути развития альтернативных ме- тодов диагностики туберкулеза, в частности цитологического исследования мокроты. К недостаткам флюорографии как массового проверочного исследования следует от- нести достаточно высокую стоимость флюорографических исследований в масштабах страны и определенную лучевую нагрузку на популяцию в целом. (Не путать с радио- биологическим воздействием на отдельного индивидуума!) Оно невелико и опасности для здоровья обследуемого не представляет. К тому же при флюорографии используют простейшие меры радиационной защиты (передник для защиты гонад и костей таза). Несмотря на ряд недостатков флюорографии, в нашей стране она является основ- ным методом раннего распознавания туберкулеза. В соответствии с существую- щими положениями и регламентациями флюорографию проводят не поголовно, а дифференцированно, ограниченной категории лиц из группы высокого риска развития легочных заболеваний, с учетом местных условий, в первую очередь эпидемиологической обстановки по туберкулезу, но обязательно по достижении 15-летнего возраста. Всем лицам, относимым к так называемой декретирован- ной группе (работники лечебных учреждений, детских дошкольных учреждений и школ, учреждений общественного питания и др.), флюорографию проводят обязательно не реже 1 раза в год. К декретированным группам относят также: эпидемиологические группы риска (группы населения, подлежащие обязательным профилактическим осмотрам в связи с профессией; взрослое семейное окружение новорожденных; лица, про- живающие в общежитиях); социальные группы риска (лица, освобожденные из исправительных трудовых учреждений; мигранты, беженцы, лица без определен- ного места жительства); медицинские группы риска (больные с хроническими неспецифическими болезнями органов дыхания, сахарным диабетом, язвенной болезнью, лица, получающие кортикостероидные и цитостатические препараты). 1.7. Линейная томография I Линейная томография (от греч. tomos — слой) — метод послойного рентгено- логического исследования. На обычной рентгенограмме получают суммационное изображение всей толщи исследуемой части тела. Изображение одних анатомических структур частично или полностью накладывается на изображение других. Вследствие этого теряется очень много важных структурных элементов органов. Линейная томография служит для по- лучения изолированного изображения структур, расположенных в одной плоскости, т. е. как бы для расчленения суммационного изображения на составляющие его изо- бражения отдельных слоев объекта. Эффект томографии достигается благодаря непрерывному движению во время съемки двух из трех компонентов рентгеновской системы «излучатель — пациент — пленка». Чаще всего перемещаются излучатель и пленка, в то время как пациент остается неподвижным, при этом излучатель и пленка двигаются по прямой линии в противоположных направлениях (рис. 18). При таком перемещении изображение большинства деталей на рентгенограмме оказывается нечетким, размазанным, а чет- ким получается изображение только тех образований, которые находятся на уровне центра вращения системы «излучатель — пленка» (рис. 19). 76
Рис. 19. Линейная томограмма грудной клетки. Затемнение на верхушке легкого (указано стрелкой!. Конструктивно томографы выполняют в виде дополнительных штативов (рис. 20) или специального приспособления к универсальному поворотному штативу. Если на томографе изменить уровень центра вращения системы «излучатель — пленка», то из- менится уровень выделяемого слоя. Толщина этого слоя зависит от амплитуды движе- ния упомянутой системы: чем она больше, тем тоньше томографический слой. Обычно величина этого угла от 20 до 50°. Если же выбирают очень малый угол перемещения, порядка 3—5°, то получают изображение толстого слоя, по существу целой зоны. Этот вариант томографии получил название «зонография» (не путать с сонографией — мето- дом ультразвукового исследования). Одновременно при томографии выбирают позицию исследования, т. е. пространственное расположение пациента в рентгеновском пучке. В последние годы появилась цифровая линейная томография, принцип которой тот же, что и ее аналогового варианта, только вместо кассеты с пенкой в аппарате ис- пользуют плоский цифровой детектор. Излучение при такой томографии меньше, она экономичнее, но главное ее преимущество — цифровой характер изображения. Несмотря на ошеломляющий успех компьютерной томографии, которая в по- следние десятилетия изменила всю струк- туру лучевой диагностики, линейную томо- графию продолжают использовать в рент- генологии. Ее преимуществами являются простота выполнения и доступность. Пока- зания к линейной томографии достаточно широки, особенно в учреждениях, в кото- рых нет компьютерного томографа. Наи- более широкое распространение этот метод получил в пульмонологии. Томография лег- ких очень эффективна при выявлении по- лости распада на участках инфильтрации или в опухолях, а также при обнаружении гиперплазии внутригрудных лимфатиче- ских узлов. Она также позволяет изучить структуру околоносовых пазух и гортани, получить изображение отдельных деталей такого сложного объекта, как позвоночник. Рис. 20. Штатив для выполнения линейной то- мографии. 77
1.8. Компьютерная томография Мы живем в эпоху, когда расстояние от самых безумных фантазий до совершенно реальной действительности сокращается с невероятной быстротой. М. Горький Компьютерная томография (КТ) — это послойное рентгенологическое иссле- дование, основанное на компьютерной реконструкции изображения, получаемо- го при круговом сканировании объекта (от англ, scan — бегло просматривать) узким пучком рентгеновского излучения. Идея компьютерной томографии родилась в далекой Южно-Африканской Респу- блике у физика А. Кормака. В Кейптаунской больнице Хорте Схюр его поразило несо- вершенство технологии исследования головного мозга. Он рассчитал взаимодействие узкого пучка рентгеновского излучения с веществом мозга и в 1963 г. опубликовал статью о возможности компьютерной реконструкции изображения мозга. Спустя 7 лет изучением этого вопроса занялась группа инженеров английской фирмы по про- изводству электромузыкальных инструментов во главе с Г. Хаунсфилдом. Продолжи- тельность сканирования первого объекта (мозг, консервированный в формалине) на созданной ими экспериментальной установке составила 9 ч. Как робки были первые шаги компьютерной томографии и далеки первые резуль- таты исследований от нынешних блестящих успехов! Однако мы не случайно расска- зываем об истории создания нового метода. Для молодых исследователей она поучи- тельна и дерзким замыслом первых исследователей, и не меньшей смелостью фирмы, предоставившей средства для создания прибора, весьма далекого от ее основной про- дукции. Уже в 1972 г. была произведена первая томография женщине с опухолевым Рис. 21. Компьютерный томограф I — гентри: 2 — ложемент для укладки больного; 3 — устройство реконструкции: 4 — шприц-инжектор для болюсного введения рентгеноконтрастного вещества; 5 — лазерная мультиформатная камера для получения копий на твердых носителях. 78
поражением мозга. 19 апреля 1972 г. на конгрессе Британского радиологического ин- ститута Г. Хаунсфилд и врач Дж. Амброус выступили с сенсационным сообщени- ем «Рентгенология проникает в мозг», а в 1979 г. А. Кормаку и Г. Хаунсфилду была присуждена Нобелевская премия. В настоящее время в мире функционируют десятки тысяч компьютерных томографов, что соизмеримо с количеством классических рент- геновских аппаратов. Компьютерный томограф — чрезвычайно сложное устройство, при создании кото- рого были использованы наиболее прогрессивные компьютерные, электронные и меха- нические технологии (рис. 21). Он состоит из штатива (гентри), на котором закреплены вращающаяся вокруг больного рентгеновская трубка и кольцо детекторов рентгенов- ского излучения, и стола для пациента (ложемент). Центральное отверстие гентри по- лучило название «апертура». В современном томографе несколько тысяч детекторов, которые располагаются рядами в один или несколько слоев. Для настройки плоскости исследования гентри может быть наклонен по отношению к ложементу на 30°. Компьютерный томограф включает также мощный высокопроизводительный компьютер, снабженный системным и специализированным программным обеспече- нием, два автоматизированных рабочих места — для лаборанта и врача, автономную рабочую станцию, инжектор для быстрого внутривенного введения рентгенокон- трастного вещества, а также другое вспомогательное оборудование: подставки для крепления больного, электрокардиограф (кардиосинхронизатор), средства для инга- ляции и проведения интервенционных процедур и др. Схема получения томограмм представлена на рис. 22. Узкий пучок рентгенов- ского излучения сканирует тело обследуемого по окружности. Проходя через ткани, излучение ослабевает соответственно плотности и атомному составу этих тканей. По другую сторону от пациента установлена круговая система детекторов рентгеновско- го излучения, каждый из которых (а их количество может достигать нескольких ты- сяч) превращает энергию излучения в электрические сигналы. После усиления эти Рис. 22. Получение компьютерных томограмм (схема) 1 — излучатель; 2 — круговой ячеистый детектор; 3 — компьютер; 4 — система получения изображения. 79
Сбор данных во множестве срезов за одно вращение трубки Изображения 2D и 3D Рис. 24. КТ брюшной полости (аксиаль- ная проекция). 1 — печень; 2 — поджелудочная железа; 3 — селезенка; 4 — почки; 5 — аорта; 6 — желудок; 7 — толстая кишка: 8 — желчный пузырь; 9 — позвонок. Стрелкой указана мелкая киста в печени. Изображение 2D Изображения 2D и 3D (срез) (срезы) (объем) (срезы) (объем) Рис. 23. Технологии сканирования в компьютерной томо- графии. сигналы преобразуются в цифровой код, который поступает в память компьютера. Зафиксированные сигналы отражают степень ослабления пучка рентгеновских лучей (и, следовательно, степень поглощения излучения) в каком-либо одном направлении. Вращаясь вокруг пациента, рентгеновский излучатель «просматривает» его тело в разных ракурсах, в общей сложности под углом 360°. К концу вращения излучателя в памяти компьютера оказываются зафиксированными все сигналы от всех детекторов. Продолжительность вращения излучателя в современных томографах очень неболь- шая: у томографов последнего поколения всего 0,33 с, что позволяет изучать движу- щиеся объекты в режиме реального времени. С помощью томографов можно получать снимки тонкого среза ткани в любой проекции и создавать трехмерные изображения. В зависимости от вида сканирования различают компьютерные томографы трех типов: с пошаговым, спиральным и мультисрезовым спирачьным (МСКТ) сканированием (рис. 23). При пошаговом сканировании трубка совершает вокруг больного один полный круг, после чего сканирование прекращается — получают один срез томограммы. За- тем ложемент перемещается в апертуре гентри на некоторое расстояние, обычно на несколько миллиметров (его называют шаг сканирования), и начинается второе круго- вое движение трубки — получают второй срез, после чего в таком же порядке следу- ют третий, четвертый срез и т. д. В итоге получают серию тонких срезов изучаемого органа (рис. 24). Изображения срезов выводят на дисплей, и врач обрабатывает их в соответствии с поставленной перед ним задаче: может масштабировать изображение (увеличивать и уменьшать), выделять интересующие его области («зоны интереса»), определять размеры органа, количество или характер патологических образований. Необходимо отметить, что выпуск аппаратов с пошаговым сканированием в настоя- щее время прекращен. Попутно определяют плотность ткани на отдельных участках, которую изме- ряют в условных единицах — единицах Хаунсфилда (UH — ед. Н). За нулевую от- метку принята плотность воды — 0 ед. Н. Плотность кости достигает +1000 ед. Н 80
Рис. 25. Денситометрическая шкала плотностей тканей тела чеювека (в единицах Хаунсфилда — HU). 1 — вода; 2 — кость: 3 — селезенка; 4 — поджелудочная желе- за; 5 — почки; 6 — надпочечники: 7 — кровь; 8 — сердце; 9 — печень; 10 — кишечник; 11 — опухоли; 12 — мочевой пузырь; 13 — молочная железа; 14 — жир; 15 —легкие; 16 — воздух. и выше, плотность воздуха равна —1000 HU. Все остальные ткани тела человека занимают промежуточное положение (обычно от 0 до 200—300 ед. Н) (рис. 25). Естественно, такой диапазон плотностей отобразить ни на дисплее, ни на фото- пленке нельзя, поэтому врач выбирает ограниченный диапазон на шкале Хаунс- филда — «окно», размеры которого обычно не более нескольких десятков еди- ниц Хаунсфилда. Параметры «окна» (его ширина и расположение на всей шкале Хаунсфилда) всегда обозначают на компьютерных томограммах. При описании томограмм к теневым образованиям применяют термины: «изоденсный», когда плотность изучаемого участка равна плотности окружающей ткани, «гиподенс- ный» — для описания участков с плотностью ниже, чем плотность окружающей ткани, и «гиперденсный» — в том случае, если плотность тени выше плотности окружающих тканей. Метод измерения плотности компьютерных томограмм по шкале Хаунсфилда по- лучил название «денситометрия». На заключительном этапе исследования получен- ные данные архивируют в памяти компьютера или сервера либо выводят на твердый носитель — фотопленку. Добавим, что при компьютерной томографии выявляют да- же незначительные перепады плотности, около 0,2—0,5 %, тогда как обычная рентге- нограмма может отобразить градиент плотности только в 15—20 %. При спиральном варианте сканирования вращение трубки осуществляется непре- рывно в течение нескольких секунд за один период задержки дыхания. В это временя ложемент с больным плавно движется в апертуре штатива, при этом происходит не- прерывное экспонирование значительного объема тела пациента — 20—50 см. Это позволяет значительно уменьшить общую продолжительность исследования и улуч- шить пространственное разрешение метода. В настоящее время спиральную компьютерную томографию выполняют с ис- пользованием многоядерного детектора. Такое исследование называют мультисрезо- вой компьютерной томографией (МСКТ). При ее проведении за время экспозиции, измеряемое долями секунды, удается собрать информацию с большого числа срезов. В компьютерных томографах последнего поколения количество срезов достигает 320, 81
Рис. 26. Плоскости реконструкции при спиральной компьютерной томографии. а — аксиальная; б — коронарная; в — саг ипальная. а время экспозиции составляет всего 0,3 с. При таком исследовании компьютер со- бирает информацию из очень небольших объемов объекта, который имеет форму ку- ба. Такое изображение называют изотропным. При этом толщина выделяемого среза составляет всего 0,33 мм. Подобное исследование позволяет выявить очень мелкие анатомические детали, размером в доли миллиметра. Кроме того, благодаря неболь- шой длительности экспозиции удается получать изображения быстро двигающихся органов — сердца и коронарных сосудов. Получаемое при компьютерной томографии изображение органов в аксиальной проекции является первичным. Оно состоит из большого количества располагаю- щихся в одной плоскости (аксиальной) элементарных объемов — воксилей — размер около 0.5 х 0,5 мм. Это первичное аксиальное изображение. Затем с помощью ком- пьютерных программ из исходных аксиальных КТ-изображений производят рекон- струкцию изображений в других плоскостях — коронарной, сагиттальной, наклонной (косая) и изогнутой (криволинейная). Подобное построение КТ-изображений получи- ло название «мультипланарная реконструкция» (рис. 26; 27). Затем выполняют трехмерные (3D) реконструкции. Их несколько: • отображение затененной поверхности - SSD (Surface Shaded Display), при этом в создании итогового изображения участвуют только воксели, располагающиеся первыми на границах анатомических структур; • проекция максимальной интенсивности — MIP (Maximum Intensity Projection); в этом случае в создании итогового изображения участвуют только воксели с мак- симальной плотностью; • проекция минимальной интенсивности — MinIP (Minimum Intensity Projection); при этом итоговые изображения создаются только из векселей с минимальной плотностью; • объемный рендеринг (Volume Rendering); при нем используют все воксели, заре- гистрированные в процессе сканирования. Каждому уровню плотностей векселей присваивают определенный цвет, и конечное трехмерное изображение становится цветным. Для улучшения восприятия таких изображений добавляют виртуальный источник света. Создание всех перечисленных изображений из первоначального исходного акси- ального получило названия «постобработка», «процессинг» или «вторичная рекон- струкция». 82
Рис. 27. Мультипланарная реконструкция голеностопного сустава. Пере- лом пяточной кости. а — аксиальная проекция; б — коронарная проекция; в — сагиттальная проекция. Особое значение приобрела компьютерная томография высокого разрешения (КТВР). Суть этой методики состоит в использовании тонких срезов с величиной коллимации излучения 0,3—1,5 мм и реконструкции результатов сканирования на основе высоко- го пространственного разрешения. Наибольшее значение КТВР имеет при исследо- вании органов с большими различиями в плотности тканей, особенно в целях ото- бражения мелких анатомических структур. Так, при КТВР легких пространственное разрешение достигает 0,5—0,3 мм, а иногда и 0,1—0,2 мм. Это позволяет получать изображения внутридолькового интерстиция и внутридольковой ацинарной артерии. Важным преимуществом спиральной компьютерной томографии является возмож- ность проводить трехмерную реконструкцию (3D) исследуемой области (рис. 28), что позволяет изучить ее анатомическую структуру и точно определить местонахождение патологических образований как внутриорганной, так и внеорганной локализации. В настоящее время изготовление пошаговых и односрезовых спиральных ком- пьютерных томографов во всем мире приостановлено. Единственным аппаратом, который используют в большинстве лечебных учреждений, стал мультисрезовый спиральный компьютерный томограф. В связи с этим, согласно установившему- ся международному терминологическому стандарту, эти аппараты стали упро- щенно называть компьютерными томографами, а метод исследования — ком- пьютерной томографией. Именно этим термином мы будем обозначать данное исследование в последующих разделах настоящего учебника. В отечественной литературе пока еще часто используют термин «мультиспиразьная компьютер- ная томография», что нельзя признать корректным. Большой объем покрытия тела человека в компьютерных томографах последнего поколения — до 50 см по длине тела — позволяет получать трехмерное изображение в режиме реального времени (4D). Это создает предпосылки для исследования ткане- вого кровоснабжения в сердце (рис. 29), легких (рис. 30), органах брюшной полости (рис. 31), головном мозге (рис. 32), а также для изучения кинематики опорно-двига- тельной системы. Еще одно интересное и перспективное направление компьютерной томографии (КТ) — визуализация полых органов, так называемая виртуальная эндо- скопия (рис. 33) — венец современной медицинской визуализации. Некоторые модели компьютерных томографов снабжены кардиосинхронизаторами, которые включают излучатель в точно заданные моменты времени — в систолу или диастолу. В настоящее время в компьютерной томографии развивается экологическое на- правление — выполнение процедуры с минимазьным дискомфортом для больного и с использованием предельно низких доз облучения —менее 1 мЗв на исследование. 83
Рис. 28. Объемная (формат 3D) рекон- струкция изображения области таза. Рис. 29. Перфузионная двухисточ пиковая КТ сердца Ограниченное нарушение пер- фузии сердечной мышцы. В зависимости от исследуемых органов при компьютерной томографии используют два режима: низкоконтрастное и высоко- контрастное разрешение. Низкоконтрастное разрешение обеспечивает сбор информации в узком диапазоне шкалы Хаунсфилда. Его преимуществом является способность визуа- лизировать ткани с минимальными уровнями плотности. Такие исследования выполняют при визуализации паренхиматозных органов: печени, почек, поджелудочной железы, селе- зенки и головного мозга. Высококонтрастное разрешение основано на регистрации тканей с большим перепадом плотностей, т. е. в ши- роком окне Хаунсфилда. Такие исследования проводят при визуализации легких и костей скелета. Согласно мировой статистике, низ- коконтрастные исследования составляют 90 % всех компьютерных томографий, высо- коконтрастные — 10 % (рис. 34). В последние годы появилось новое поко- ление компьютерных томографов — аппара- ты с двумя источниками излучений — DSCT (Dual Source Computed Tomography; компа- ния «Siemens»). При этом виде сканирова- ния используют две рентгеновские трубки, расположенные под углом 90° друг к другу. Это создает предпосылки для сбора очень большого количества информации за корот- кий период времени, что обеспечивает воз- можность получения высококачественных компьютерных томограмм всего за 0,33 с. Такой метод позволяет выполнять исследо- вание сердца у маленьких детей, больных Рис. 30. Перфузионная двухисточнико- вая КТ легких. Зоны нарушения перфузии в обоих легких. Рис. 31. Перфузионная двухисточнико- вая КТ органов брюшной полости. 84
Рис. 32. Перфузионные двухисточниковые КТ головного мозга Нарушение перфузии в правой доле. Рис. 33. Виртуальная колоноскопия Рис. 34. Частота использования высококонтрастных (ВКР) и низкоконтрастных (НКР) томографических исследований в клинической практике. 85
Рис. 35. Двухиспючниковая КТ каротидных сосудов. Дифференцированные изображения сосуда и атеро- склеротической бляшки. Рис. 36. Двухиспючниковая КТ почек. Опре- деление характера камней. а — оксалатный камень; б — уратный камень. с аритмией и тахикардией, не применяя p-блокаторы, в результате чего значительно уменьшается продолжительность исследования — с 1 ч до нескольких минут при до- зе облучения менее 1мЗв. Кроме того, используя в DSCT две рентгеновские трубки с различным анодным напряжением (обычно 80 и 140 кВ), за счет компьютерного ана- лиза удается получить изображение сложных для обычной МСКТ объектов, например костной структуры вблизи металлических предметов (штифтов). DSCT позволяет также дифференцировать изображения искусственно контра- стированного сосуда и атеросклеротических бляшек (рис. 35), что очень важно для определения тактики лечения облитерирующих поражений сосудов. Перспективным представляется использование DSCT для отличительного распознавания характера почечных камней — уратов и оксалатов (рис. 36), что определяет тактику последую- щего лечения таких больных. Можно констатировать, что в настоящее время благо- даря DSCT зарождается новое направление в диагностике — КТ-спектрография. Для облегчения дифференциации органов друг от друга и нормальных анатоми- ческих структур от патологически измененных используют контрастное усиление. С этой целью применяют водорастворимые йодистые рентгеноконтрастные препара- ты. При пероральном контрастировании, которое используют при исследовании же- лудочно-кишечного тракта, больной перед его выполнением выпивает дробно 500 мл 2,5 % раствора одного из этих препаратов. 86
Рис. 37. Динамическая КТ печени. а — нативная фаза: патологические изменения не выявлены; б — артериальная фаза после введения РКП (20-я секхнда): скопление препарата преимущественно по краям образования; в — портально-венозная фаза (40-я секунда) опухолевый узел контрастируется более интенсивно, видны внутрипеченочные вены; г — отсро- ченная фаза (180-я секунда): виден опухолевый узел, плотность которого ниже плотности ткани печени (симп- том вымывания РКП из опухоли). Красными кружками обозначены "зоны интереса". Внутривенный метод контрастирования применяют при исследовании сосудов (КТ-ангиография) и сердца (КТ-кардиография), а также для уточнения характера патологических изменений во внутренних органах (динамическая компьютерная томография). При внутривенном контрастировании используют только неион- ные препараты (омнипак, ультравист, визипак и др.). Рентгеноконтрастный пре- парат в количестве 100—150 мл вводят струйно с помощью шприца-инжектора. Сканирование начинают до введения препарата (нативная томограмма). Через 20—30 с выполняют исследование, при этом визуализируется артериальное рус- ло (артериальная фаза). Далее томограммы повторяют через 40—60 с (портально- венозная фаза) и 180 с (отсроченная фаза) (рис. 37). КТ-ангиография — рентгенологическое исследование сосудистого русла с по- мощью компьютерной томографии. На основе изображений, полученных в момент струйного введения 100 мл рентгеноконтрастного препарата, производят трехмерную 87
Рис. 38. Двухисточииковая КТ-ангиограм \ta. а — изображение головы в формате 3D; б — изолированная визуализация сосудов головного мозга после устра- нения окружающего фона (изображения костей черепа) на первом снимке. Рис. 39. Двххлкпючииковая КТ стопы. Хорошо ви зуализируются связки и сухо- жилия реконструкцию, результатом которой являет- ся трехмерная модель (3D) сосудистого русла. DSCT позволяет произвести субтракцию (вы- читание) изображений, что улучшает качество визуализации сосудов (рис. 38). Новым направлением в компьютерной то- мографии является использование DSCT для визуализации сухожилий и связок опорно-дви- гательной системы (рис. 39). Значение этого ме- тода в травматологии, ортопедии, сухожильно- мышечной пластике трудно переоценить. Современные компьютерные томографы имеют специализированное программное обе- спечение в виде готовых пакетов программ, предназначенных для решения конкретных клинических задач. Наиболее популярными из них являются: • онкологический пакету с его помощью осуществляют диагностику злокачествен- ных опухолей, их идентификацию, разграничение с другими патологическими процессами, поиск метастазов в ближайших («сторожевых») лимфатических узлах, мониторинг заболевания; • сердечно-сосудистый пакету он предназначен для решения вопросов, связанных с диагностикой заболеваний сердца, определением его функциональных параметров, диагностикой клапанных пороков и мышечных дисфункций, заболеваний сосудов; • нейропакепк он обеспечивает установление причин различных неврологических нарушений, выявление опухолей головного мозга, диагностику ишемических и ге- моррагических инсультов, определение характера перфузии в них; • пакет диагностики неотложных состояний — грудной и брюшной жабы, выра- женного болевого синдрома неопределенного характера. 88
В дополнение к стандартным пакетам в арсенале компьютерных томографов име- ется система CAD — «компьютерный помощник в диагностике». В последние годы компьютерные томографы используют в радионуклидной диа- гностике — так называемые гибридные технологии. Значение компьютерной томографии не ограничивается ее использованием в диа- гностике заболеваний. Под ее контролем производят пункцию и прицельную биоп- сию различных органов и патологических очагов. Компьютерная томография играет важную роль в контроле эффективности консервативного и хирургического лечения больных. Наконец, она позволяет точно определить локализацию опухолевых пора- жений. что необходимо для наводки источника радиоактивного излучения на очаг при проведении лучевой терапии злокачественных новообразований. Список литературы Алексеев К Н и др. Рентгеновская компьютерная томография: Руководство для врачей / Под ред. Г. Е. Труфанова. С. Д. Руля. — СПб.: Фолиант. 2008. — 1194 с. Глаголев Н А. Основы и принципы рентгеновской компьютерной томографии: методологиче- ские аспекты — М.: Видар-М. 2009. — 79 с. Морозов С П Мультиспиральная компьютерная томография / С. П. Морозов, И. Ю. Насникова, В. Е. Синицын Под ред. С. К. Тернового. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. — 107 с. Прокоп М. Спиральная и многослойная компьютерная томография: Учебное пособие для системы послевузовского профессионального образования врачей / Под ред. А. В. Зубарева, Ш. Ш. Шотемора. — 2-е изд. — М.: МЕДпресс-информ, 2009. — Т. 1. — 413 с.; Т. 2. — 710 с. Терновой С. К. Компьютерная томография: Учебное пособие для системы послевузовского профессионального образования врачей / С. К. Терновой. А. Б. Абдураимов, И. С. Федотен- ков. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009. — 176 с. 1.9. Ангиография На обычных рентгенограммах не удается получить изображение артерий, вен и лимфатических сосудов, поскольку они поглощают рентгеновское излучение так же, как окружающие их ткани. Исключением являются артерии и вены легких, ко- торые вырисовываются как ветвящиеся темные полоски на фоне светлых легочных полей. Кроме того, у больных атеросклерозом, в основном пожилого и старческого возраста, наблюдается отложение извести в стенках сосудов, и эти известковые бляш- ки хорошо видны на снимках. Ангиография — рентгенологическое исследование кровеносных сосудов, произ- водимое с применением контрастных препаратов. В зависимости от того, какую часть сосудистой системы контрастируют, различают артериографию, флебогра- фию (венография) и лимфографию. Артериографию иногда обозначают по анато- мическому названию сосуда: аортография, коронарография, целиакография и т. д. Ангиографию выполняют только после общеклинического обследования и лишь в тех случаях, когда с помощью неинвазивных методов не удается диагностиро- вать болезнь и предполагается, что на основании картины сосудов или результа- тов изучения кровотока можно выявить поражение собственно сосудов или их изменения при заболеваниях других органов. Однако нужно помнить, что ангио- графия — инвазивное исследование, которое может сопровождаться осложнени- ями и сопряжено со значительной лучевой нагрузкой. Показаниями к ангиографии являются заболевания сосудистой системы (суже- ния, окклюзии, аневризмы), артериовенозные мальформации (нарушения развития), фистулы, опухоли различных органов, тромбоэмболия легочных артерий. Противопо- казаниями к ангиографии служат крайне тяжелое, нестабильное состояние больного, 89
острые инфекционные, воспалительные и психические заболевания, выраженная сер- дечная, печеночная и почечная недостаточность, беременность, повышенная чувстви- тельность к рентеноконтрастным препаратам. На современном уровне развития лучевой визуализации сосудов, характеризую- щемся применением неинвазивных исследований, таких как магнитно-резонанс- ная ангиография, допплерография, рентгеновская ангиография остает «золотым стандартом» получения изображения просвета сосудов. С ней в научных исследо- ваниях сверяют точность всех других методов визуализации сосудов. Однако с кли- нических позиций ее роль в большинстве случаев заключается лишь в получении анатомических ориентиров при выполнении эндоваскулярных вмешательств. Рис. 40. Аортограмма. Сужение просвета аорты на уровне ее бифуркации. Рис. 41. Селективная ангиограмма по- чечной артерии. Возможность идиосинкразии к рентгенокон- трастным препаратам выясняют во время опроса больного до исследования, а также путем проведе- ния пробы на чувствительность к препарату, кото- рый собираются использовать. Для этого больному вводят внутривенно 1—2 мл этого препарата. При- знаками аллергической реакции считают головную боль, тошноту, кожный зуд, крапивницу, конъюн- ктивит, ринит, нарушение сердечного ритма. До проведения ангиографии выполняют раз- вернутое исследование крови: определяют про- тромбированное время (оно должно быть менее 15 с), международное нормализованное отноше- ние (оно не должно превышать 1,5 ед.), количество тромбоцитов (оно должно быть более 180 109/л) и уровень креатинина в крови (нормальные показа- тели 53—115 мкмоль/л, его повышение — признак почечной недостаточности). Перед исследованием врач должен разъяснить пациенту необходимость и характер процедуры и получить его согласие на ее проведение. Для того чтобы уменьшить токсическое действие рентгено- контрастного препарата на почки, а его обычно вво- дят в большом количестве (нередко 100 мл и более), больному накануне исследования проводят гидра- тацию — насыщение жидкостью. Одновременно назначают транквилизаторы и антигистаминные препараты. Артериографию производят путем катете- ризации артерии по методике шведского врача Сельдингера. Чаще всего для катетеризации ис- пользуют бедренную артерию на уровне паховой области. После местной анестезии делают разрез кожи длиной 0,3—0,4 см. Из него тупым путем прокладывают узкий ход к артерии. В проделанный ход с небольшим наклоном вводят специальную иглу с широким просветом. Ею прокалывают стен- ку артерии, после чего колющий стилет удаляют. Подтягивая иглу, локализуют ее конец в просвете артерии. Через иглу в артерию вводят металличе- 90
Рис. 42. Рентгенооперационный зал. ский проводник, который затем продвигают во внутреннюю и общую подвздошную артерии и далее в аорту до избранного уровня. Иглу удаляют, а по проводнику вводят тонкостенный катетер-интродьюсера с гомеостатическим клапаном, который оста- ется в сосуде на все время исследования. Затем через просвет интродьюсера вводят рентгеноконтрастный катетер. За его продвижением наблюдают по дисплею. По достижении заданного участка артериального русла через катетер под высо- ким давлением с помощью специального шприца-автомата — инжектора вводят рент- геноконтрастный препарат, после чего начинается компьютерная регистрация изобра- жений. В зависимости от места введения рентгеноконтрастного препарата в сосуди- стое русло различают общую и селективную ангиографию. При общей ангиографии рентгеноконтрастный препарат вводят в аорту (рис. 40), при селективной — в иссле- дуемые сосуды: коронарные, мезентериальные, головного мозга и др. (рис. 41). Ангиографию проводят в специально выделенном рентгенооперационном каби- нете (рис. 42), входящем в струк- туру операционного блока боль- ницы, в котором соблюдаются все правила асептики и анти- септики. Такое требование необ- ходимо, чтобы обеспечить опе- рационное пособие открытым доступом при возникновении осложнений, которые могут воз- никнуть при катетеризации со- судов и эндоваскулярных микро- хирургических вмешательствах. Рентгеновский аппарат для ангиографии — ангиограф — устроен по типу С-дуги. В не- которых сложных ангиографах имеются две дуги, располага- ющиеся под разными углами к телу больного. Это позволя- ет одновременно производить рентгеносъемку в различных ракурсах, что дает возможность провести анализ топографиче- ской картины сосудистого русла. Наряду с мощными рентгенов- скими излучателями в аппарате имеется сложная система колли- мации рентгеновского излуче- ния, управляемая компьютером. Это позволяет снизить дозу об- лучения и улучшить качество рентгеновского изображения. В качестве детектора излучения используют плоские матрич- ные детекторы высокого разре- шения с матрицей 1924 х 1024 и 12-битным пикселем. Таким Рис. 43. Демонстрационная дисплейная панель. образом, современная ангиогра- 91
Рис. 44. Серия ангиограмм гоювного мозга, выполненных по методике дигитазъной субтракционной ан- гиографии с интерваюм 1с — от 1-й до 9-й секунды. фия — это по существу разновидность прямой цифровой рентгенографии, но с при- менением рентгеноконтрастных препаратов. Все манипуляции при ангиографии осуществляют под контролем цифровой рентгеноскопии. Ее выполняют в импульсном режиме с частотой смены фреймов 5—30 кадров/с. Все принимающие участие в ангиографическом исследовании работа- ют в защитных фартуках, поверх которых надеты стерильные халаты. У всех сотрудни- ков должна быть дополнительная защита области щитовидной железы. Для предотвра- щения переоблучения пациента в компьютерное обеспечение аппарата инсталлирова- ны программы (например, программа «Саге» корпорации «Siemens»), показывающие на мониторе в режиме «on line» текущую актуальную дозу на коже больного в течение всего исследования. По достижении предельного уровня (2 Гр) персонал извещается об этом специальным сигналом. Эта программа управляет процессом исследования таким образом, чтобы лучевая нагрузка на пациента была минимальной. 92
Рис. 45. Интегрированная ангиограмма, полученная из ангиограм м предыдущей серии (см. рис. 44). Цветовое кодирование сосудистого русла. Ток крови представлен палитрой цветов — от красного (артериальное русло) до синего (венозное русло). Рис. 46. Трехмерная .модель сосудов, полученная д1я выполнения расчетов. После инъекции рентгеноконтрастного препарата он заполняет основной ствол и крупные ветви, затем переходит в ветви среднего и малого калибра. Далее препарат накапливается в капиллярах, отчего интенсивность тени органов, снабжаемых иссле- дуемым сосудом, возрастает. Наконец, он появляется в венозных путях оттока. Все современные ангиографы работают в режиме субтракции (вычитания). Рань- ше, да иногда и сейчас, такое исследование называли дигитальной субтракционной ангиографией (ДСА). Это не совсем корректно, так как в XXI веке нецифровую (ана- логовую) ангиографию выполняют редко. Суть ДСА состоит в том, чтобы получить изолированное изображение сосудов на чистом фоне, без мешающих анализу теней окружающих органов — скелета и мягких тканей. Принцип метода сводится к следующему. В процессе рентгеновской съемки в компьютере запоминается самый первый кадр исследуемой области, сделанный еще до введения рентгеноконтрастного препарата. На нем отображаются все находящиеся в поле зрения рентгеновского луча участки скелета и мягких тканей. Это так называ- емая маска, своего рода «платформа», на которой затем будут располагаться контра- стированные в процессе исследования сосуды. «Маска» переводится компьютером из позитива в негатив. Этот негатив с помощью компьютерной программы наслаивают на все последующие ангиографические изображения. Поскольку «маска» была в не- гативе, происходит вычитание из итоговых изображений с контрастированными со- судами всех находящихся в «маске» мешающих тканей. В итоге получается четкое контрастное изображение сосудов на окружающем светлом фоне. Ангиографические изображения просматривают на специальных операционных дисплейных панелях, установленных непосредственно в операционном зале (рис. 43). Опорными рентгенологическими изображениями при ангиографии являются сним- ки, произведенные в артериальную, капиллярную (паренхиматозную) и венозную фазы кровотока. На них получают изображение соответствующих сосудов, что позволяет в из- вестной степени судить о гемодинамике. Однако на практике это оказывается далеко не так. Деление кровотока на указанные фазы весьма условно, поэтому на ангиограм- 93
Рис. 47. Флебограмма нижней конеч- ности. Недостаточность комму пи- кантных вен Рис. 48. Лимфограмма нижних конеч- ностей в норме. 1 — лимфа!ический узел; 2 — лимфати- ческие сосуды. мах эти фазы «наплывают» друг на друга, смазывая получающуюся картину. Некоторые ангиографы с высокопроизводительными компьютерами и мощ- ными силовыми установками («Axiom» корпорации «Siemens») позволяют получать фиксированные изображения сосудов высокого качества в строго заданные короткие промежутки времени (рис. 44). Далее эти изображения с помощью компьютерной программы «сшивают» на одном кадре и получают интегрированную картину кровотока (рис. 45). Современные ангиографы имеют мощное про- граммное обеспечение. Оно позволяет не только управлять аппаратом, но и проводить различные манипуляции с изображением: осуществлять под- черкивание контуров в реальном времени, просма- тривать негативные и позитивные изображения, настраивать контрастность и яркость, применять электронные шторки и панорамирование, прово- дить количественный анализ изображений сосудов с определением их диаметра, вычислять площади просвета и углы деления с помощью трехмерной графики (рис. 46). Аппараты могут быть встроены в локальную компьютерную сеть и передавать по ней изображения в формате DICOM, а также по запро- сам получать из этой сети все необходимые данные. Флебографию, как правило, производят пря- мым способом, с введением рентгеноконтрастного препарата в вену, и применяют главным образом для исследования вен нижних конечностей, ре- же — вен брюшной и грудной полостей. При фле- бографии нижних конечностей рентгеноконтраст- ный препарат вводят в одну из вен стопы. Снимки выполняют в вертикальном положении пациента, в спокойном состоянии и при натуживании (про- ба Вальсальвы), что позволяет выявить недоста- точность венозных клапанов и оценить состояние коммуникантных вен (рис. 47). К проведению флебографии есть ряд специаль- ных показаний: хронический тромбофлебит, тром- боэмболия, посттромбофлебитические изменения вен, подозрение на аномалию развития венозных стволов, различные нарушения венозного кровото- ка, в том числе из-за недостаточности клапанного аппарата вен, ранение вен, состояния после опера- тивных вмешательств на венах. Противопоказанием к флебографии является острый тромбофлебит. Лимфографию производят только для иссле- дования лимфотока в нижних конечностях. Для выполнения лимфографии рентгеноконтрастный препарат — жидкую масляную эмульсию йоди- стого соединения — вводят в сосуд со скоростью 94
0,25—0,5 мл/мин. Рентгенограммы лимфатических сосудов делают спустя 15— 20 мин, а рентгенограммы лимфатических узлов — через 24 ч (рис. 48). Показания к лимфографии сравнительно узкие. Ее производят для выявления лимфовенозных анастомозов при планировании оперативного вмешательства. 1.10. Интервенционная радиология Интервенционная радиология — область медицины, включающая выполнение диагностических и лечебных микрохирургических процедур под контролем лу- чевых исследований — рентгенологического, ультразвукового, магнитно-резо- нансного. Интервенционная радиология возникла на стыке двух дисциплин — рентгеноло- гии и хирургии. Ее началом считают 1964 г., когда в Портленде (США) врач-радиолог Чарльз Доггер и его ассистент Мелвин Джадкинс во время выполнения аортографии случайно прошли катетером в аорту через облитерированную подвздошную артерию. После завершения исследования кровоток в конечности у больного восстановился. Идея Ч. Доттера была подхвачена в Европе. Ч. Гиантуро стал проводить рекана- лизацию артерий с помощью созданного им катетера с баллончиком на конце. При введении катетера в суженный участок артерии баллончик раздували и он раздавливал атеросклеротическую бляшку. Однако конструкция баллончика оказалась несовер- шенной, поэтому дело затормозилось. В 1974 г. швейцарский врач Андреас Грюнтциг, изготовив более совершенный катетер с баллончиком из полихлорвинила, произвел удачную операцию по восстановлению кровотока в нижней конечности у больного с атеросклерозом. На следующий год ему пришла в голову оригинальная идея — сделать катетер двухпросветным; один из просветов, внешний, предназначался спе- циально для нагнетания жидкости в конце- вой баллончик. В 1977 г. появились первые серийно выпущенные двухпросветные ка- тетеры Грюнтцига. В этом же году он про- извел первую ангиопластику коронарных сосудов без наркоза. Таким образом, в 70-х годах прошлого столетия начал формироваться новый раз- дел рентгенологии, который получил назва- ние «интервенционная рентгенология», или «рентгенохирургия». В 1980 г. в Ленинграде в Институте рентгенологии и радиологии был создан Отдел интервенционной радио- логии и оперативной хирургии (А. М. Гра- нов, В. Н. Анисимов, Е. А. Жербин). В течение последующих десятилетий интервенционная радиология стремитель- но развивалась, обогащаясь новыми тех- нологиями, инструментарием, способами лучевой визуализации. Начало формиро- ваться новое направление интервенцион- ной радиологии — пункционная биопсия Рис. 49. Выполнение рентгеноинтервенционной процедуры. На персонале поверх защитных фартуков надеты стерильные халаты, на шее имеются дополнитель- ные защитные экраны, предотвращающие облуче- ние щитовидной железы. 95
Рис. 50. Стентирование сосуда сердца (httpy'/ni.wikipedia.oi'g/wiki/CmeumupoeaHue). А — проводник с баллончиком и стентом установлен в месте сужения сосуда; В — раздувающийся баллончик сдавливает атеросклеротическую бляшку и вдавливает стент в стенку сосуда; С — из сосуда удален проводник с баллончиком, стент вдавлен в стенку сосуда, проходимость сосуда восстановлена. 96
под ультразвуковым контролем. В последнее время для выполнения интервенцион- ной процедуры начали применять, правда, пока довольно осторожно, метод магнит- но-резонансной визуализации. Для этой цели уже создан специальный немагнитный хирургический инструментарий. Традиционно основным методом интервенционной радиологии принято считать эндоваскулярные вмешательства, которые выполняют в кабинете для ангиографии, при этом соблюдают все правила асептики и антисептики (рис. 49). Процедуру проводят под местной анестезией после предварительной премедикации. Обычно применяют до- ступ через бедренную артерию, реже — через лучевую. В артерию вводят интродьюсер, который облегчает выполнение всех последующих этапов внутрисосудистого вмеша- тельства. На первом, диагностическом, этапе производят ангиографию, при которой определяют локализацию и характер поражения сосуда. Затем приступают ко второй части процедуры — собственно лечебному этапу. Контроль за проведением процедуры осуществляют с помощью цифровой импульсной рентгеноскопии с частотой 30 кадр/с. Различают несколько видов рентгеноэндоваскулярных вмешательств. Дилатация сосуда, или ангиопластика. Суженый сосуд расширяют с помощью катетера, снабженного баллончиком. Помимо сосудистой ангиопластики, применяют дилатацию суженного пищевода, желчных и мочевых путей. Стентирование сосуда (рис. 50). В суженное место сосуда вставляют стент — упругую металлическую конструкцию цилиндрической формы, покрытую специаль- ными лекарственными препаратами, которые замедляют тромбообразование. Стенты крепят на баллончике, смонтированном на конце проводника. После подведения про- водника к суженному месту баллончик раздувают, он сдавливает атеросклеротиче- скую бляшку и вдавливает стент в стенку сосуда. Стентирование — один из наиболее распространенных методов лечения атеро- склеротических поражений коронарных сосудов и сосудов, снабжающих кровью го- ловной мозг, брюшную полость и нижние конечности: ежегодно в мире выполняют более 1 млн стентирований. Для выполнения процедуры стентирования ряд фирм раз- работали специальные программно-аппаратные модули (например, «Siemens» Syngo IC3D), позволяющие оптимизировать расчет и установку стента в сосуде (рис. 51). Поскольку проводник и стент металлические, их положение может быть докумен- тировано на снимках (рис. 52). При поражении сосуда на значительном протяжении в него могут быть установлены несколько стентов (рис. 53). Рентгеноэндоваскулярное протезирование. Это вмешательство производят при поражении крупных сосудов на значительном протяжении. Через периферические сосуды вводят специальный стент, который устанавливают в зоне поражения. Таким образом, в результате проведенной процедуры происходит ремоделирование сосуди- стого русла (рис. 54). Помимо эндоваскулярного протезирования, применяют также ремоделирование желчных протоков, бронхов, мочеточников. Рентгеноэндоваскулярная окклюзия. Суть метода заключается во временной или постоянной эмболизации сосуда с целью прекращения в нем кровотока. Наиболее ча- сто эмболизацию сосудов применяют для остановки кровотечения из бронхиальных и мезентериальных сосудов. В качестве эмболов используют различные материалы: гемостатические губки, мышечный гомогенат, нити из тефлона, отрывные латексные баллончики и др. Предварительно выполняют селективную ангиографию для опре- деления кровоточащего сосуда (рис. 55). Эмболизацию сосудов широко применяют для закрытия патологических соустий между сосудами, например открытого артери- ального (боталлова) протока, тромбирования аневризм, лечения крупных геманги- ом и артериовенозных мальформаций (нарушение развития сосудов), находящихся в труднодоступных местах. Эмболизацию артерий проводят также для уменьшения кровоснабжения органа перед выполнением оперативного вмешательства по поводу 97
Рис. 51. Компьютерное планирование стентирования. а — на коронарограмме определяют зоны для расчета параметров стента; б — планирование процедуры по трех- мерной модели сосудов. стента виден металлический проводник. Рис. 53. КТ области шеи (сагиттальная ре- конструкция). Во внутренней сонной артерии установлено три стента. злокачественных опухолей. Наиболее часто такую процедуру выполняют при гипер- нефроме — злокачественной опухоли почки (рис. 56). Рентгеноэндоваскулярное разрушение тканей органов, например ткани надпочеч- ников при тяжелой форме болезни Иценко—Кушинга (в основе этого заболевания ле- жит поражение головного мозга) или селезенки при некоторых болезнях системы крови. Чрескатетерное удаление инородных тел из сердца и сосудов: стентов, обрывков катетеров и пр., а также сгустков крови — эмболов (чрескатетерная эмболэктомия). Чрескатетерное введение лекарственных препаратов. Наиболее широко этот метод применяют при проведении тромболитической терапии больным с тромбоэм- болией легочной артерии и инфарктом миокарда. Этот селективный метод введения химиотерапевтических препаратов также часто применяют в онкологии и при лече- нии ишемических инсультов, острых панкреатитов. Чрескатетерная установка фильтров (так называемые кава-фильтры) в нижнюю полую вену. Вмешательство осуществляют для предотвращения тромбоэмболии легоч- ной артерии больным с заболеваниями вен нижних конечностей и некоторым пациентам перед плановыми оперативными вмешательствами. Следует помнить, что тромбоэмбо- 98
Рис. 54. Протезирование аорты. а — аортснрамма. выполненная до протезирования: значительная деформация и аневризматическое расширение аорты; б — рентге- нограмма этой же области после протезирования сосуда: видны прозе) в обласзи бифуркации аорты и два проводника, установлен- ные в подвздошных артериях. Рис. 55. Ангиограмма бронхиальной ар- терии. Скопление контрастного веще- ства — экстравазат (указано стрелкой) вне просвета артерии. лия легочной артерии — одна из наиболее частых причин смерти в послеоперационном периоде. С помощью методов интервенционной ради- ологии выполняют большое количество эндоби- лиарных вмешательств. Так, при обтурационной желтухе посредством чрескожной пункции под контролем рентгеноскопии производят катетери- зацию и декомпрессию желчных путей (рис. 57), осуществляют их внутреннее или наружное дре- нирование. Эта процедура позволяет также вво- дить лекарственные препараты для растворения мелких желчных конкрементов, расширять су- женные билиодигестивные соустья. Пункция тканей и органов — часто выполня- емая процедура, при этом наиболее распростра- ненным способом контроля за местонахождением пункционной иглы является ультразвуковая био- локация — сонография. С этой целью в ультразву- ковых аппаратах применяют специальные пункци- онные датчики, внутри которых имеется туннель для проведения хирургического инструментария. С помощью ультразвука пунктируют различные мягкотканные образования — абсцессы, кисты, опухоли, образования неясной природы. Большое распространение пункционная биопсия под контролем ультразвука получила в акушерстве. С ее помощью производят амниоцентез (пункция амниотической оболочки с целью получения околоплодных вод для последующего лабораторного исследования), пункцию хориона (околоплодная оболочка), забирают кровь у плода для исследования. В тех случаях, когда выполнение пункции и биопсии под контролем ультразву- ковой биолокации затруднено, в качестве средства визуализации может быть исполь- зована компьютерная томография (рис. 58). Широко применяют чрескожную тонкои- гольную аспирацию очагов в легких под КТ-наведением, трансторакальную биопсию Рис. 56. Сезективная ангиограмма по- чечной артерии после эмболизации по поводу опухоли. Виден короткий участок почечной артерии, в которой установлен катетер. Артерия, питающая опухоль, закрыта. 99
Рис. 57. Чрескожные билиграммы при билиарной гипертензии до декомпрессии (а) и после дренирования жеччной системы (б). Рис. 58. Выполнение пункционной биопсии под контролем компьютерной томографии. медиастинальных образований (тимомы, лимфомы). Под КТ-навигацией осущест- вляют транспульмональную гемоэмболи- зацию с целью паллиативного лечения не- резектабельных метастазов рака в легких, а также чрескожную вертебропластику. Особое значение приобрели методы интервенционной медицины в маммоло- гии. Дело в том, что маммография как ос- новной метод диагностики ранних форм рака молочной железы характеризуется высокой частотой «ложных тревог» или гипердиагностики, которая иногда, в за- висимости от применяемого оборудования и квалификации врача, может достигать 25 %. В таких случаях для установления диагноза следует применять пункционную биопсию под контролем рентгенологиче- ского исследования. Похожая ситуация возникает при ультразвуковом исследовании молочной железы. С целью решения этой проблемы созданы специальные рентгеновские установки со стереотаксическими приставками для подведения пункционной иглы к «сомнительно- му» участку молочной железы. Этот метод будет рассмотрен далее, при изложении диа- гностики заболеваний молочной железы. Здесь же лишь отметим, что стереотаксис — это метод выполнения диагностических и лечебных процедур под контролем трехмер- ной графики, основанной на компьютерной реконструкции исследуемого органа либо на анализе многопроекционных аналоговых изображений. Стереотаксические оперативные вмешательства производят под навигационным рентгенологическим контролем, в том числе с использованием робототехники и методик виртуальной эндоскопии. Широкое распространение получила интервенционная радиология в диагностике заболеваний опорно-двигательной системы. С ее помощью выполняют трепанобиоп- сию (забор кусочков костной ткани и костного мозга для гистологического исследо- 100
Рис. 59. Компьютерная система планирования вертебропластики (компании «Siemens»). вания) и биопсию синовиальных оболочек. На основе интервенционной радиологии сформировано новое направление в лечении позвоночника — вертебропластика. При ней для укрепления тела позвонка, разрушенного вследствие некоторых заболе- ваний (метастазы опухолей, гемангиомы) или в результате компрессионного перело- ма, в губчатое вещество позвонка вводят специальную пластмассу — костный цемент. Под рентгенологическим контролем выполняют также другие вмешательства на по- звоночнике: чрескожную люмбальную декомпрессию и дискэктомию, хемонуклеоз — введение протеолитических ферментов в студенистое ядро диска (выполняют при хрящевых грыжах). Для осуществления всех этих процедур под рентгенологическим контролем созданы специализированные программные пакеты (рис. 59). В последнее время сформировалось новое направление интервенционной радио- логии — абляция (от лат. ablation — отнятие). Абляция — восстановление нормаль- ного ритма сердца путем прижигания его очень маленьких и точно установленных участков с помощью передаваемых по катетеру радиочастотных импульсов. По- скольку частота развития сердечных аритмий у жителей нашей планеты весьма высо- ка, так же как и смертность больных с этой патологией, ряд фирм — производителей медицинского оборудования создали специальные рентгеновские комплексы для та- 101
Рис. 60. Рентгеновский кабинет для выполнения абляции по методу роботизированной магнитной навигации. Рис. 61. Трехмерная виртуальная модечь сердца для магнитной навигации. Обозна- чены точки возможной абляции. кого лечения (рис. 60). На смену первым катетерам для выполнения абляции, весьма жестким и малоподвижным, пришло новое поколение мягких катетеров, которыми управляют с помощью роботизированной магнитной навигации. Созданы системы магнитной навигации эластичного катетера по камерам сердца. Разработаны специ- альные компьютерные программы, реализующие в формате трехмерной графики вир- туальный фантом сердца для магнитной навигации при абляции (рис. 61). Вполне естественно, что одновременное осуществление диагностических и ле- чебных процедур под объективным визуальным контролем обеспечивает более вы- сокие результаты, экономит материальные, физические, финансовые, кадровые ре- сурсы, так как выполняет эти процедуры один специалист, владеющий широким спектром методик. Однако для этого требуются строгое соблюдение режима работы, специальное оснащение кабинета, радиационная защита врача, мониторинг состоя- ния пациента и обеспечение его безопасности при осуществлении интервенционных вмешательствах и реанимационных мероприятий. Интервенционная радиология как медицинская дисциплина и совокупность ме- дицинских специальностей вобрала в себя новейшие достижения рентгенологии, микрохирургии, аппаратостроения и вычислительной техники. В нее, в частно- сти, входит новая, недавно утвержденная Минздравсоцразвития РФ рентгеноло- гическая специальность —рентгеноэндоваскулярная диагностика и лечение. Уровень развития интервенционной радиологии в стране, городе, регионе или лечебном учреждении служит показателем культуры организации медицинской помощи населению. В настоящее время созданы Европейское общество сердеч- но-сосудистых и интервенционных радиологов (SIRCE) (http://www.cirse.org/) и Северо-Американское общество сердечно-сосудистых и интервенционных ра- диологов (SCVIR) (http://www.scvir.org), Российское общество интервенционных онкорадиологов (http://www.interventor.ru/). Список литературы Рабкин И. X., Матевосов А. Л., Гетман Л. И. Рентгеноэндоваскулярная хирургия. — М.: Ме- дицина, 1987. Коков Л. С., Цыганков С. Н., Черная Н. Т. Интервенционная радиология. — М.: ГЭОТАР- Медиа, 2008. 102
2. РАДИОНУКЛИДНЫЙ МЕТОД Наше проникновение в мир атомов можно сравнить с великими, полными открытий кругосветными пу- тешествиями и дерзкими исследованиями астроно- мов, проникших в глубины мирового пространства. Нильс Бор Удручающе длинной казалась дистанция между физическими лабораториями, где ученые регистрировали треки ядерных частиц, и будничной клинической прак- тикой. Сама мысль о возможности использования ядерно-физических феноменов для обследования больных могла показаться, если не сумасбродной, то сказочной. Однако именно такая идея родилась в опытах венгерского ученого Д. Хевеши, впоследствии лауреата Нобелевской премии. В один из осенних дней 1912 г. Э. Резерфорд показал ему груду хлорида свинца, валявшуюся в подвале лаборатории, и сказал: «Вот, займи- тесь этой кучей. Постарайтесь из соли свинца выделить радий D». После множества опытов, проведенных Д. Хевеши совместно с австрийским хи- миком А. Панетом, стало ясно, что химическим способом разделить свинец и радий D невозможно, так как это не отдельные элементы, а изотопы одного элемента — свин- ца! Они различаются только тем, что один из них радиоактивный: распадаясь, он ис- пускает ионизирующее излучение. Значит, радиоактивный изотоп — радионуклид — можно применять как метку при изучении поведения его нерадиоактивного близнеца. Перед врачами открылись заманчивые перспективы: вводя в организм больно- го радионуклиды, наблюдать за их местонахождением с помощью радиометрических приборов. За сравнительно короткий период радионуклидная диагностика превра- тилась в самостоятельную медицинскую дисциплину — ядерную медицину {nuclear medicine). Ядерная медицина — область фундаментальной и практической медицины, раз- рабатывающая проблемы диагностики и лечения заболеваний человека, в том числе на ранних стадиях поражения клеток, тканей и органов. Различают три основных направления ядерной медицины: радионуклидная диа- гностика in vivo, радионуклидная диагностика in vitro и радионуклидная терапия. Радионуклидная (радиоизотопная) диагностика in vivo охватывает широкий круг исследований органов и систем с использованием радиофармацевтических препаратов (РФП). Основные методы радионуклидной визуализации: радиометрия, сцинтигра- фия, однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), позитронная эмиссионная томография (ПЭТ). Эти методы позволяют получать радионуклидные изображения, необходимые для изучения кровотока, микроциркуляции и метаболизма в органах и тканях, выявлять места с аномальным метаболизмом (опухоли, очаги вос- паления, места тромбоза). Эти методы важны для оценки накопления РФП в организ- ме и их выведения, измерения радиоактивности проб жидкостей и тканей организма. Радионуклидную диагностику in vitro широко используют в радиоиммунных ис- следованиях с целью определения концентрации биологически активных соединений (гормоны, ферменты, лекарственные препараты) в жидкостях организма. Кроме того, применяют ряд лабораторных радионуклидных методов, например определение йод- поглотительной функции щитовидной железы, изучение метаболизма витамина В12 и железа и др. Радионуклидная терапия основана на применении РФП, ориентированных на за- держку в намеченных местах в организме. РФП испускают излучение с коротким про- бегом, разрушающие ткань опухоли при минимальном повреждении нормальных тканей. 103
Радиофармацевтическим препаратом называют разрешенное для введения чело- веку с диагностической или лечебной целью химическое соединение, в молекуле которого содержится радионуклид. Радионуклид должен обладать оптимальным спектром излучаемой энергии, приемлемым периодом полураспада и обусловли- вать минимальную лучевую нагрузку на пациента. В связи с этим РФП выбирают с учетом его фармакодинамических (поведение в организме) и ядерно-физических свойств. Фармакодинамику РФП определяет то химическое соединение, на основе которого он синтезирован. Возможности же реги- страции РФП зависят от типа распада радионуклида, которым он помечен. Выбирая РФП для исследования, врач должен прежде всего учесть его физиоло- гическую направленность и фармакодинамику. Рассмотрим это на примере введения РФП в кровь. После инъекции в вену РФП первоначально равномерно распределяется в крови и транспортируется по всем органам и тканям. Если врача интересуют гемо- динамика и кровенаполнение органов, то он выберет индикатор, который длительное время циркулирует в кровеносном русле, не выходя за пределы стенок сосудов в окру- жающие ткани (например, альбумин человеческой сыворотки). При исследовании пе- чени врач предпочтет химическое соединение, которое избирательно улавливается этим органом. Некоторые вещества захватываются из крови почками и выделяются с мочой, поэтому они служат для исследования почек и мочевых путей. Одни РФП избирательно накапливаются в костной ткани, в связи с чем они незаменимы при ис- следовании костно-суставной системы, другие — в печени, сердечной мышце, ткани головного мозга, щитовидной железе. Изучая сроки транспортировки и характер рас- пределения и выведения РФП из организма, врач судит о функциональном состоянии и структурно-топографических особенностях этих органов. Однако недостаточно учитывать лишь фармакодинамику РФП. Нужно обязатель- но принимать во внимание ядерно-физические свойства входящего в его состав ради- онуклида. Прежде всего он должен иметь определенный спектр излучения. Для полу- чения изображения органов применяют только радионуклиды, испускающие у-лучи, которые можно зафиксировать при наружной регистрации. Чем больше у-квантов об- разуется при радиоактивном распаде и чем эффективнее их регистрация в детекторах излучения, тем эффективнее данный РФП в диагностическом отношении. В то же время радионуклид должен испускать по возможности меньше корпускулярного из- лучения — электронов, которые поглощаются в теле пациента и не участвуют в полу- чении изображения органов. С этих позиций предпочтительны радионуклиды с ядер- ным превращением по типу изомерного перехода. Наибольшее распространение по- лучил радионуклид 99п1Тс. Его период полураспада 6 ч, энергия фотонов 140 кэВ. Радионуклиды, период полураспада которых составляет несколько десятков дней, принято считать долгоживущими, несколько дней — среднеживущими, несколь- ко часов — короткоживущими, несколько минут —улътракороткоживущими. По понятным соображениям стремятся использовать в основном короткоживу- щие радионуклиды. Применение в диагностике среднеживущих радионуклидов менее предпочтительно, а долгоживущих вообще неприемлемо. Работать с уль- тракороткоживущими радионуклидами сложно, поэтому их используют лишь в ограниченном числе диагностических лабораторий, хотя перспективы приме- нения этих радионуклидов весьма привлекательны. Существует несколько способов получения радионуклидов. Часть из них обра- зуется в реакторах (П|1, 19хАи, шХе и др.), другая часть — в ускорителях (67Ga, llImIn, 12’1, 15О, ИС, 2П|Т1, x2Rb, lxF и др.). Однако наиболее распространенным способом полу- чения радионуклидов является генераторный, т. е. изготовление радионуклидов не- посредственно в лаборатории радионуклидной диагностики с помощью генераторов. 104
Рис. 62. Ггнерапюр коротко- живущих радионуклидов. Таким образом получают самый распространенный ради- онуклид — WmTc. Генератор представляет собою полый сосуд, содержащий материнский нуклид — радиоактив- ный молибден. Сосуд помещен в металлический защит- ный переносный контейнер (рис. 62). Промыв генератор стерильным изотоническим раствором натрия хлорида, получают рабочий раствор технеция — пертехнетат, кото- рым метят различные химические вещества и получают таким образом РФП для клинического использования. Очень важный параметр радионуклида — энергия квантов электромагнитного излучения. Кванты очень низких энергий задерживаются в тканях и, следователь- но, не попадают на детектор радиометрического при- бора. Кванты же очень высоких энергий частично про- летают детектор насквозь, поэтому эффективность их регистрации также невысока. Оптимальным диапазоном энергии квантов в радионуклидной диагностике счита- ют 70—200 кэВ, что обеспечивает максимально эффек- тивную регистрацию излучения современными сцин- тилляционными детекторами. Важным требованием к РФП является минимальная лучевая нагрузка при его введении. Известно, что актив- ность примененного радионуклида уменьшается вследствие действия двух факторов: распада его атомов, т. е. физического процесса, и выведения его из организма — био- логического процесса. Время распада половины атомов радионуклида называют фи- зическим периодом полувыведения (Тфи|). Время, за которое активность препарата, вве- денного в организм, снижается в 2 раза в результате его выведения, именуют перио- дом биологического полу выведения. Время, в течение которого активность введенного в организм РФП снижается в 2 раза вследствие физического распада и выведения, называют эффективным периодом полувыведения (Т ). Для радионуклидных исследований стремятся выбрать РФП с наименее продол- жительным Т . Это и понятно: ведь от данного параметра зависит лучевая нагрузка на больного. Однако очень короткий физический период полураспада неудобен: нуж- но успеть доставить РФП в лабораторию и провести исследование. Общее же правило таково: Т препарата должен приближаться к продолжительности диагностической процедуры. Исторически первым радионуклидом был ,3,1. В 40-е годы прошлого столетия его начали использовать для диагностики функции щитовидной железы. Именно тогда была заложена основа современной радионуклидной диагностики. Одна- ко длительный период полураспада этого радионуклида (8,14 дня) и неадекватная энергия у-излучения, а также значительное количество вылетающих при его радио- активном распаде Р-частиц стали тормозом в его использовании. В настоящее время этот радионуклид применяют только в лучевой терапии при лечении заболеваний щитовидной железы. В настоящее время в лабораториях радионуклидной диагностики чаще исполь- зуют генераторный способ получения радионуклидов, причем в 90—95 % случаев — это радионуклид 99тТс. Кроме радиактивного технеция, иногда применяют 133Хе, 67Ga, 21,,Т1 и некоторые другие радионуклиды. В специализированных лабораториях радио- нуклидной диагностики используют ультракороткоживущие циклотронные радиону- клиды — ,XF, H2Rb. Далее приведены радиофармпрепараты, наиболее часто используе- мые в клинической практике. 105
Диагностические радиофармпрепараты и области их применения Радиофармпрепарат 99тТс-альбумин 99тТс-микросферы альбумина 99тТс-коллоид 99тТс-технефит 99mTc-HIDA 99тТс-пертехнетат 99тТс-МАА (макроагрегаты альбумина) 99тТс-пирофосфат (дифосфонат) 99тТс-сестамиби (MIBI) 99mTc-MAG3 99mTc-DMSA 99mTc-DTPA 99тТс-моноклональные антитела ,33Хе ,23I-MIBG ,3,Ina 670а-трансферин ,8F-DG (меченая глюкоза) 82Rb Область применения Исследование кровотока Исследование легких Исследование печени Исследование печени Исследование печение Исследование щитовидной железы Исследование легких Исследование скелета Туморотропный препарат Исследование почек Исследование почек Исследование почек, головного мозга Туморотропный препарат Исследование легких Исследование надпочечников Исследование щитовидной железы Туморотропный препарат Исследование головного мозга и сердца. Туморотропный препарат Исследование сердца Необходимо отметить, что представленный перечень РФП постоянно пополня- ется, их названия часто изменяют различные фирмы-производители, несмотря на то, что они одной и той же фармакопейной структуры. Кроме того, с накоплением науч- ных данных меняются их точки приложения в радионуклидной диагностике. Однажды во время обучения в Геттингене Нильс Бор плохо подготовился к кол- локвиуму и его выступление оказалось слабым. Однако Бор не пал духом и в за- ключение с улыбкой сказал: «Я выслушал здесь столь плохие выступления, что прошу рассматривать мое нынешнее как месть». (Физики шутят. — М.: Мир, 1966.) Для выполнения радионуклидных исследований разработаны разнообразные диагностические приборы. Независимо от их конкретного назначения все эти приборы устроены по единому принципу: в них есть детектор, преобразующий ионизирующее излучение в электрические импульсы, блок электронной обработ- ки и блок представления данных. Все радиодиагностические приборы оснащены компьютерами и микропроцессорами. В качестве детектора ионизирующего излучения обычно используют сцинтилля- торы. Сцинтиллятор — это вещество (кристалл йодида натрия), в котором под дей- ствием фотонов возникают световые вспышки — сцинтилляции, которые улавлива- ются фотоэлектронными умножителями (ФЭУ), превращающими световые вспышки в электрические сигналы. Сцинтилляционный кристалл и ФЭУ помещают в защит- ный металлический кожух — коллиматор, ограничивающий «поле видения» кристал- ла размерами органа или исследуемой части тела пациента. 106
Обычно у радиодиагностического прибора несколько сменных коллиматоров, ко- торые подбирает врач в зависимости от задач исследования. В коллиматоре имеется одно большое или несколько мелких отверстий, через которые радиоактивное излу- чение проникает в детектор. В принципе, чем больше размеры отверстия в колли- маторе, тем выше чувствительность детектора, т. е. его способность регистрировать ионизирующее излучение, но одновременно ниже его разрешающая способность, т. е. способность раздельно различать мелкие источники излучения. В современных коллиматорах имеется несколько десятков мелких отверстий, положение которых вы- брано с учетом оптимального «видения» объекта исследования. В приборах, пред- назначенных для определения радиоактивности биологических проб, применяют сцинтилляционные детекторы в виде так называемых колодезных счетчиков. Внутри такого детектора имеется цилиндрический канал, в который помещают пробирку с ис- следуемым материалом. В современных эмиссионных томографах применяют много- пинхоловые коллиматоры с системой кодирования сигнала. Это повышает эффектив- ность регистрации у-излучения в детекторе. При выполнении любого исследования in vivo требуется психологическая под- готовка пациента. Ему необходимо разъяснить цель процедуры, ее значение для диа- гностики, порядок проведения. Особенно важно подчеркнуть безопасность исследо- вания. В специальной подготовке, как правило, нет необходимости. Следует лишь проинформировать пациента о его поведении во время исследования. При исследо- ваниях in vivo применяют различные способы введения РФП в зависимости от задач процедуры. В большинстве методик предусматривается проведение инъекции РФП, преимущественно в вену, реже в ткани, а также ингаляции (вдыхание). Показания к радионуклидному исследованию определяет лечащий врач после консультации с радиологом. Как правило, его проводят после других клинических, лабораторных исследований и ультразвуковой биолокации, когда становится ясна необходимость радионуклидных данных о функции и морфологии того или иного органа. Противопоказаний к радионуклидной диагностике нет, имеются лишь ограниче- ния, предусмотренные инструкциями Минздравсоцразвития РФ. Среди радионуклидных методов различают: методы радионуклидной визуализа- ции, радиографию (как составную часть визуализации), клиническую и лабора- торную радиометрию. Термином «визуализация» (от англ, vision — зрение) обозначают получение изо- бражения, в данном случае с помощью радиоактивных нуклидов. Радионуклидная ви- зуализация — это создание картины пространственного распределения РФП в органах и тканях при введении его в организм пациента. Основным методом радионуклидной визуализации является сцинтиграфия. Сцинтиграфия — это получение изображения органов и тканей пациента по- средством регистрации на гамма-камере излучения, испускаемого радионукли- дом, инкорпорированным в теле пациента. Поскольку при сцинтиграфии речь идет, как правило, об изображении, получае- мом в результате активного процесса метаболизма РФП, его называют также функ- циональным, или молекулярным, — Molecular Imaging (любителям англоязычного Интернета советуем запомнить приведенный термин). Этим сцинтиграфия принци- пиально отличается от других методов лучевой диагностики — классического рентге- нологического исследования, базовой компьютерной томографии, базовой магнитно- резонансной томографии и ультразвуковой биолокации. Заметим, что благодаря соз- данию новейших моделей рентгеновских компьютерных и магнитно-резонансных 107
томографов можно говорить о получении также молекулярных изображений. Отдель- ная область применения сцинтиграфии — изучение прохождения РФП по сосудам, протокам или камерам органа. Понятно, что такая визуализация имеет в основном функциональный характер. Физиологическая сущность сцинтиграфии — органотропность РФП, т. е. его спо- собность избирательно аккумулироваться в определенном органе: накапливаться, вы- деляться или проходить по нему в виде компактного радиоактивного болюса. Различают следующие виды сцинтиграфии: • планарная сцинтиграфия; • однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ); • позитронная эмиссионная томография (ПЭТ); • гибридная (совмещенная) сцинтиграфия — сочетание ее с другими методами ви- зуализации, как правило, в виде ОФЭКТ и КТ, реже ПЭТ и КТ. Как планарная, так и эмиссионная томография могут работать в статическом режиме, при котором получают изображение органа в статичном состоянии. На та- ких изображениях отражается итоговое накопление РФП. Подобный метод получил название «статическая сцинтиграфия». Другой режим работы гамма-камеры со- стоит в регистрации серии изображений органа в течение всего прохождения РФП по органу. Наименование этого режима визуализации — «динамическая сцинтигра- фия». Итогом динамической сцинтиграфии является радиография — графическое отображение прохождения РФП. Оба вида радионуклидной визуализации позволя- ют получить изображения всего тела, отразив в нем накопления РФП в отдельных органах. Такое исследование получило название «сцинтиграфия всего тела». Для радионуклидного исследования сердца гамма-камеры оснащают специальными мо- дулям — кардиосинхронизаторами (триггерами), с помощью которых можно полу- чать информации в точно заданные периоды кардиоцикла. Это — кардиосинхрони- зированная сцинтиграфия. Основным инструментом выполнения сцинтиграфии является гамма-камера. Она представляет собой сложное техническое устройство, «насыщенное» микроэлектро- никой и компьютерной техникой (рис. 63). В качестве детектора радиоактивных излу- чений применяют сцинтилляционный кристалл йодида натрия больших размеров — диаметром до 50 см. Это обеспечивает регистрацию излучения одномоментно над всей исследуемой частью тела. Исходящие из органа у-кванты вызывают в кристалле световые вспышки. Эти вспышки регистрируются несколькими ФЭУ, которые равно- мерно расположены над поверхностью кристалла. Электрические импульсы из ФЭУ через усилитель и дискриминатор передаются в блок анализатора, который формиру- ет сигнал на экране дисплея. При этом координаты светящейся на экране точки точно соответствуют координа- там световой вспышки в сцинтилля- торе и, следовательно, расположению радионуклида в органе. Одновремен- но с помощью электроники анализи- руется момент возникновения каждой сцинтилляции, что дает возможность определить время прохождения ради- онуклида по органу. Таким образом, в гамма-камере реализуется регистра- ция радиоактивности в формате x-y-t, где х и у — ориентиры точки РФП в двухмерном пространстве (плоскос- Рис. 63. Гамма-камера компании «Siemens» с двумя сцинтилляционными детекторами. 108
ти), t — время регистрации. Некоторые гамма-камеры позволяют создавать трехмер- ные изображения (3D), т. е. в формате x-y-z (z — третье измерение), и четырехмерные (4D) — в формате x-y-z-t. Важнейшей составной частью гамма-камеры, безусловно, является специализи- рованный компьютер, который позволяет производить разнообразную компьютер- ную обработку изображения: выделять на нем заслуживающие внимания поля — так называемые зоны интереса — и проводить в них различные процедуры: измерение радиоактивности (общей и локальной), определение размеров органа или его частей, изучение скорости прохождения РФП в этом поле. С помощью компьютера можно улучшить качество изображения, выделить на нем интересующие детали, например сосуды, питающие орган. При анализе сцинтиграмм широко применяют математические методы, систем- ный анализ, камерное моделирование физиологических и патологических процессов. Естественно, все полученные данные не только отображаются на дисплее, но также могут быть перенесены на магнитные носители, переданы по компьютерным сетям. Заключительным этапом сцинтиграфии обычно является создание электронной копии изображения в базе данных лечебного учреждения, а также при необходимости изготовление твердой копии на бумаге (с помощью лазерного принтера) или пленке (посредством цифровой лазерной камеры). Сцинтиграфию широко применяют практически во всех разделах клиниче- ской медицины: в терапии, хирургии, онкологии, кардиологии, эндокринологии и др. — там, где необходимо получить «функциональное изображение» органа. В настоящее время планарную сцинтиграфию из-за ее низкой эффективности применяют редко. Основным методом современной радионуклидной визуализа- ции является ОФЭКТ, предпочтительно в комбинации с КТ— гибридная техника ОФЭКТ/КТ. При анализе статических сцинтиграмм наряду с топографией, размерами и фор- мой органа определяют степень однородности его изображения (рис. 64). Участки с повышенным накоплением РФП называют «горячими» очагами, или «горячими»уз- лами. Обычно им соответствуют избыточно активно функционирующие участки орга- на: воспалительно-измененные ткани, некоторые виды опухолей, зоны гиперплазии. Если же на сцинтиграмме выявляют область пониженного накопления РФП, значит, речь идет о каком-то объемном образовании, заместившем нормально функциониру- ющую паренхиму органа. Это так называемые «холодные» очаги. Они наблюдаются Рис. 64. Сцинтиграмма щитовид- ной железы. Видна функционирующая ткань же- лезы. а Гб в Рис. 65. Сцинтиграммы щитовидной жезезы. а — "холодный", или афункциональный, узел в нижнем отделе левой доли (рак); б — "горячий", или гиперфункциональный, узел в нижнем отделе левой доли (аденома); в — множественные гиперфункциональ- ные очаги (множественный узловой зоб). 109
Рис. 66. Сцинтиграмма щитовидной железы. Аномалии развития 1 — пирамидальная доля, исходящая из правой доли железы; 2 — дополни- тельная доля под нижним полюсом ле- вой доли железы. Рис. 67. Сцинтиграммы печени, полученные при выполнении динамической планарной сцинтиграфии. при кистах, метастазах, очаговом склерозе, некоторых первичных опухолях (рис. 65). Сцинтиграфия позволяет выявить необычное расположение органа или аномалию его развития (рис. 66). Лимфосцинтиграфия дает возможность оценить транспорт РФП по коллекторам и накопление его в регионарных лимфатических узлах. Чаще всего этот метод ис- пользуют при обследовании больных с лимфедемой (лимфостаз). В онкологической практике лимфосцинтиграфию иногда проводят для обнаружения «сторожевых» лим- фатических узлов — первых лимфатических узлов на пути оттока лимфы от злока- чественной опухоли (например, от опухоли молочной железы или очага меланомы в каком-либо органе). Синтезированы РФП, избирательно накапливающиеся в опухолевой ткани, — ту- моротропные, которые включаются преимущественно в клетки, обладающие высокой митотической и метаболической активностью. Вследствие повышенной концентра- ции РФП опухоль будет вырисовываться на сцинтиграмме в виде «горячего» очага. Сцинтиграфия с мечеными моноклональными антителами носит название «иммунос- цинтиграфия». Динамическая сцинтиграфия основана на получении серии функциональных изо- бражений органа, выполненных через различные промежутки времени, измеряемого секундами или минутами (рис. 67). Проанализировав на компьютере полученную се- рию сцинтиграмм и выбрав в качестве «зоны интереса» весь орган или его часть, мож- но получить на дисплее кривую, отображающую прохождение РФП через этот орган (или его часть). Такие кривые, построенные на основании результатов компьютерного анализа серии сцинтиграмм и отражающие зависимость активность/время, именуют радиограммами (см. часть III, главу 7). Они предназначены для изучения функции органа (или его части). Важным достоинством радиограмм является возможность об- рабатывать их на компьютере: сглаживать, выделять отдельные составляющие части, суммировать и вычитать, оцифровывать и подвергать математическому анализу. 110
Среднее время, которое ученый отдает работе Среднее время жизни человека — 60 лет. Детство (школа, колледж, университет) — 24 года. Сон (8 часов в сутки; сон во время научных дискуссий, лекций и семинаров не учитывается) — 20 лет. Отпуск (плюс выходные дни и праздники, 73 дня в году) — 12 лет. Еда (1 час в день) — 2,5 года. Прочие потребности (0,5 часа в день) — 1,5 года. Итого... — 59,75 года Чистое рабочее время — 0,25 года, т. е. около 90 дней. Ученый в среднем работает 1,5 дня в год или, если исключить детство, — 2,5 дня в год. (Физики продолжают шутить. — М.: Мир, 1968) Однофотонная эмиссионная компьютерная томография постепенно вытесняет планарную сцинтиграфию, так как позволяет с таким же количеством того же РФП добиться лучшего пространственного разрешения, т. е. выявлять значительно более мелкие участки поражения органа — «горячие» и «холодные» узлы. Для выполнения ОФЭКТ применяют специальные гамма-камеры. От планарных они отличаются тем, что два детектора камеры, расположенные под разными углами, вращаются вокруг тела больного. В процессе вращения сцинтилляционные сигналы поступают на ком- пьютер из разных ракурсов съемки, что дает возможность построить на экране дис- плея послойное изображение органа. ОФЭКТ предназначена для тех же целей, что и планарная сцинтиграфия, т. е. для получения анатомо-функционального изображения органа, но отличается от по- следней более высоким качеством изображения. Она позволяет выявить более мелкие детали и, следовательно, распознать заболевание на более ранних стадиях и с боль- шей достоверностью. При наличии достаточного количества поперечных «срезов», полученных за короткий период времени, с помощью компьютера можно построить на экране дисплея трехмерное объемное (3D) изображение органа, позволяющее по- лучить более точное представление о его структуре и функции (рис. 68). С помощью современных гамма-камер можно проводить визуализацию всего те- ла пациента. При этом информация о местонахождении РФП снимается непрерывно во время поступательного движения ложа с пациентом под детекторами гамма-камеры. Такую сцинтиграфию широко используют в онкологии для выявления скрытых метаста- зов в костях скелета (рис. 69). Существует еще один вид послой- ной радионуклидной визуализации — по- зитронная (двухфотонная) эмиссионная томография. В качестве РФП используют радионуклиды, испускающие позитроны, в основном ультракороткоживущие нукли- ды, период полураспада которых составля- ет несколько минут, — ,4С (20,4 мин), ,3N (10 мин), ,5О (2,03 мин), ,8F (НО мин). Ис- пускаемые этими радионуклидами пози- троны аннигилируют вблизи атомов с элек- Рис. 68. Сцинтиграммы щитовидной железы, выполненные в режиме 3D. Раковый узел в пра- вой доле жечезы. 111
Рис. 69. Сцинтиграмма всего тела, полученная при исследовании с остеотропным РФП. Многочисленные «горячие» узлы в ребрах (метастазы) Поскольку данный РФП выделяется почками, обычно видно их изображение, однако у этого пациента визуали- зируется только правая почка, так как левая удалена из-за злокачественной опухоли. Рис. 70. ПЭТ, демонстрирующая влияние нар- котика (кокаин) на обмен веществ в ткани мозга. а — норма; б — выраженное нарушение метабо- лизма мозга вследствие поражения наркотиком, проявляющееся значительным уменьшением на- копления индикатора (меченой глюкозы). тронами, следствием чего является возникновение двух у-квантов — фотонов (отсюда и название метода), разлетающихся из точки аннигиляции в строго противоположных направлениях. Разлетающиеся кванты регистрируются несколькими детекторами гамма-камеры, располагающимися вокруг обследуемого пациента. Основным достоинством ПЭТ является то, что используемыми при ее проведении радионуклидами можно метить очень важные в физиологическом отношении лекар- ственные препараты, например глюкозу, которая, как известно, принимает активное участие во многих метаболических процессах. При введении в организм пациента меченой глюкозы она активно включается в тканевый обмен головного мозга и сер- дечной мышцы. Регистрируя с помощью ПЭТ поведение этого препарата в названных органах, можно судить о характере метаболических процессов в тканях. В головном мозге, например, таким методом выявляют ранние формы нарушения кровообраще- ния или развития опухолей и даже обнаруживают изменения физиологической актив- ности мозговой ткани в ответ на действие физиологических раздражителей — света и звука, влияние на головной мозг наркотиков (рис. 70). С помощью ультракоротко- живущих РФП можно выявить скрытые метастазы злокачественной опухоли (рис. 71). Все большее распространение получает ПЭТ в диагностике болезни Альцгейме- ра (старческое слабоумие) и болезни Паркинсона (нейродегенаративное заболевание центральной нервной системы). В сердечной мышце с помощью ПЭТ определяют начальные проявления нарушения метаболизма (рис. 72). При ПЭТ, так же как и при ОФЭКТ, можно создавать трехмерное (3D) изображение органа. Распространение этого важного и весьма перспективного метода в клинической практике сдерживает то обстоятельство, что ультракороткоживушие радионуклиды производят на ускорителях ядерных частиц — циклотронах. Ясно, что работать с ни- 112
Рис. 71. ПЭТ всего тела, вы- полненная с меченой глюкозой (,SF-DG) Множественные ме- тастазы опухоли (яркие очаги). Накопление РФП в головном мозге явчяется физиологиче- ским: обусловлено высоким ме- таболизмом глюкозы. Рис. 72. ПЭТ сердца, выполненная с 82 Rb. Ишемия сердечной мышцы. Стрелкой указан пробел в накоплении индикатора. Рис. 73. Аппарат компании «Siemens» для комбинированного исследо- вания (ОФЭКТ/КТ). ми можно только в том случае, если циклотрон расположен непосредственно в лечеб- ном учреждении, а это, по понятным причинам, доступно лишь ограниченному числу медицинских центров. Правда, в настоящее время предпринимаются попытки создать генераторы ультракороткоживущих радионуклидов, что, конечно же, позволит рас- ширить географию применения ОФЭКТ. Венцом радионуклидной визуализации стали гибридные методы, или сплавлен- ные изображения — Fusion Imaging (английский термин опять-таки важен для квали- фицированной навигации в Интернете). Иногда такие изображения называют муль- тимодальными. Гибридные изображения получают путем программной «сшивки» на компьюте- ре двух образов. Один из них, получаемый с помощью радионуклидной визуализа- ции — ОФЭКТ, реже ПЭТ, имеет преимущественно метаболический и функциональ- ный характер. Другой образ получают с помощью преимущественно анатомического метода визуализации — КТ, реже МРТ. Таким образом, при гибридной визуализации функционально-метаболическое изображение органа привязывается к точно обозна- ченным анатомическим ориентирам. Идея гибридных технологий визуализации возникла в самом конце прошлого века. Первоначально «сшивали» изображения, полученные на различных аппаратах и в разное время. Это создавало большие трудности в исследовании, кроме того, оно не отличалось высокой точностью: пространственное разрешение, т. е. способность выявлять мелкие детали изображения, составляла всего 5—7 мм. Прорыв в технологии гибридной визуализации произошел в 2004 г., когда компания «Siemens» представила единый аппарат, включающий компьютерный рентгеновский то- мограф — КТ (анатомические изображение) и однофотонный эмиссионный компьютер- ный томограф — ОФЭКТ (метаболическое изображение) (рис. 73). В таком аппарате 113
Рис. 74. ОФЭКТ/КТ стопы (изображение в режиме 3D). Очаг повышенной метаболи- ческой активности в медиазь- ной клиновидной кости — вос- палительный процесс (абсцесс Броди). Рис. 75. ОФЭКТ/КТ скезета. Ло- кальный очаг повышенного мета- болизма в Ln — метастаз ззокаче- ственной опухоли. Рис. 76. ОФЭКТ/КТ кисти. Ло- кальный очаг повышенного ме- таболизма в трапециевидной ко- сти — скрытый перезом. кванты от введенного в организм радионуклида собираются сцинтилляционным детек- тором под контролем электрических сигналов, получаемых компьютерным томогра- фом. В результате значительно повысилась точность всего исследования и можно гово- рить о реальном молекулярном изображении. В настоящее время гибридная технология ОФЕКТ/КТ является мировым стандартом радионуклидной визуализации. Отметим, что большое количество таких аппаратов поступило в нашу страну в конце прошлого десятилетия по национальному проекту «Здоровье». Вслед за технологией ОФЭКТ/КТ появились другие гибридные технологии: ПЭТ/КТ, ОФЭКТ/МРТ, ПЭТ/МРТ, но они из- за технической сложности имеют гораздо меньшее практическое значение. Гибридные технологии радионуклидной визуализации позволяют точно опреде- лять участки повышенной метаболической активности среди анатомических структур организма, выявлять мельчайшие изменения в структуре мягких и костных тканей, которые не видны ни при рентгенографии, ни при компьютерной томографии (рис. 74—76). Коррекция сбора радионуклидной информации с помощью сигналов от ком- пьютерного томографа позволила повысить информативность метода при исследова- нии быстропротекающих процессов, например при сцинтиграфии сердца. Под клинической радиометрией понимают измерение радиоактивности всего те- ла или его части после введения в организм РФП. Обычно в клинической практике используют радионуклиды, излучающие у-кванты. После введения в организм РФП, содержащего такой радионуклид, его излучения улавливаются сцинтилляционным детектором, расположенным над соответствующей частью тела пациента. Результаты исследования обычно представляются на световом табло в виде цифр, соответствую- щих количеству импульсов, зарегистрированных за определенный промежуток вре- мени, либо в виде скорости счета (имп/мин). В клинической практике данный метод не имеет большого значения. Обычно его используют в тех случаях, когда необходимо выявить и оценить инкорпорацию радионуклидов при их случайном попадании в ор- ганизм человека — по неосторожности, при катастрофах. 114
Для лабораторной радиометрии ис- пользуют автоматизированные радио- метры (счетчики проб; рис. 77). В них на конвейере располагаются пробир- ки с радиоактивным материалом. Под управлением микропроцессора пробир- ки автоматически подаются к окну ко- лодезного счетчика; после выполнения радиометрии происходит автоматиче- ская смена пробирок. Результаты изме- рения подсчитываются в компьютере, и после соответствующей обработки они поступают на печатающее устройство. В современных радиометрах в автома- Рис. 77. Радиометр для автоматического из- мерения радиоактивности проб крови. тическом режиме производятся сложные расчеты, и врач получает готовую ин- формацию, например о концентрации в крови гормонов и ферментов, с указанием точности выполненных измерений. Если объем работы по лабораторной радиоме- трии невелик, то применяют более простые радиометры с ручным перемещением пробирок и выполняют радиометрию вручную, в неавтоматическом режиме. Радионуклидная диагностика in vitro (от лат. vitrum — стекло, поскольку все ис- следования проводят в пробирках) относится к микроанализу и занимает пограничное положение между радиологией и клинической биохимией. Она позволяет обнаружить присутствие в биологических жидкостях (кровь, моча) различных веществ эндоген- ного и экзогенного происхождения, находящихся там в ничтожно малых или, как го- ворят химики, исчезающих концентрациях. К таким веществам относятся гормоны, ферменты, лекарственные препараты, введенные в организм с лечебной целью, и др. При различных заболеваниях, например при раке или инфаркте миокарда, в ор- ганизме появляются вещества, специфические для этих заболеваний. Их называют маркерами (от англ, mark— метка). Концентрация маркеров столь же ничтожно мала, как и концентрация гормонов: буквально единичные молекулы в 1 мл крови. Все эти уникальные по своей точности исследования могут быть выполнены с применением радиоиммунологического анализа, разработанного в 1960 г. американ- скими исследователями С. Берсоном и Р. Ялоу, которым впоследствии за эту работу была присуждена Нобелевская премия. Широкое внедрение его в клиническую прак- тику ознаменовало революционный прорыв в микроанализе и радионуклидной диа- гностике. Впервые врачи получили возможность, причем весьма реальную, расшиф- ровывать механизмы развития многих заболеваний и диагностировать их на самых ранних стадиях. Наиболее зримо ощутили значение нового метода эндокринологи, терапевты, акушеры, педиатры. Принцип радиоиммунологического анализа состоит в конкурентном связывании искомых стабильных и аналогичных им меченых веществ со специфической вос- принимающей системой. Чаще всего при этом используют принцип иммунного связывания антиген—антитело. Для выполнения такого анализа выпускают стандартные наборы реагентов, каж- дый из которых предназначен для определения концентрации какого-либо одного конкретного вещества. Необходимо отметить, что наряду с радиоиммунологическим методом для решения аналогичных задач в клинической практике применяют био- химический иммуноферментный анализ. Несмотря на это, оба исследования благопо- лучно сосуществуют и весьма популярны. 115
Список литературы Малаховский В. Н. Радиационная безопасность при радионуклидных исследованиях: Учебно- методическое пособие для врачей. — СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2008. — 136 с. Наркевич Б. Я., Костылев В. А. Физические основы ядерной медицины. — М.: АМФ-Пресс, 2001. Паша С. П. Радионуклидная диагностика: Учебное пособие для системы послевузовского про- фессионального образования врачей / С. П. Паша, С. К. Терновой. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. — 365 с. Позитронная эмиссионная томография: руководство для врачей / А. М. Гранов и др.; под ред. А. М. Гранова, Л. А. Тютина. — СПб.: Фолиант, 2008. — 366 с. Терновой С. К. Радионуклидная диагностика. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. — 208 с. Цыб А. Ф., Королюк И. П.. Капишников А. В. Беседы о ядерной медицине. — 2-е изд. — М.: Медицина, 2009. — 192 с. Эмиссионная томография: основы ПЭТ и ОФЭКТ / Под ред. Арсвольда: Пер. с англ. — Изд-во НГМА, 2009. — 600 с. 3. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД Словом: наша речь о том, Как он сделался царем. И. П. Ершов «Ультразвуковой диагностический аппарат — это стетоскоп XXI века». Лозунг на Международной выставке медицинского оборудования «Medica 2010» (Дюссельдорф, Германия, 2010 г.) История ультразвуковой диагностики восходит к началу 40-х годов прошлого столетия, когда немецкий ученый Дуссиле начал «освещать» ультразвуковым пучком тело человека и измерять интенсивность прошедшего через него ультразвукового по- тока. В начале 50-х годов американские ученые Уилд и Хаури впервые применили ультразвук в клинической практике при обследовании пациентов с заболеваниями головного мозга. Революционный прорыв в ультразвуковой диагностике произошел в 80-е годы, когда в медицинскую практику были введены компьютерные технологии. Очередной скачок ультразвуковая диагностика совершила в начале XXI века. В ее арсенале появились новейшие компьютерные программы нового поколения, которые радикальным образом повысили информативность ультразвукового исследования. Ультразвуковые волны — это упругие колебания среды с частотой, превыша- ющей частоту колебания звуков, которые слышит человек, т. е. свыше 20 кГц. В ультразвуковой диагностике используют продольные ультразвуковые волны, которые обладают высокой проникающей способностью и проходят через ткани организма, не пропускающие видимый свет. Они относятся к числу неионизиру- ющих излучений и в диапазоне, применяемом в диагностике, не вызывают выра- женных биологических эффектов. Средняя интенсивность энергии этих волн при использовании коротких импульсов не превышает 0,01 Вт/см2, поэтому противо- показаний к исследованию нет. Процедура ультразвуковой диагностики непро- должительная, безболезненная, может быть многократно повторена. Ультразву- ковой аппарат занимает мало места и может быть использован для обследования как стационарных, так и амбулаторных больных. Ультразвуковой метод — способ дистанционного определения положения, фор- мы, величины, структуры и движения органов и тканей, а также патологиче- ских очагов с помощью ультразвукового излучения. 116
Этот метод позволяет зарегистрировать даже незначительные изменения плот- ности биологических сред. Благодаря перечисленным выше достоинствам ультразву- ковой метод стал одним из наиболее популярных и доступных в клинической медици- не. В некоторых ее разделах, например в акушерстве, педиатрии, он стал основным, а иногда единственным методом диагностической визуализации. Аппарат для ультразвукового исследования представляет собой сложную кон- струкцию, выполняемую в стационарном или переносном варианте (рис. 78). Некото- рые ультразвуковые аппараты сверхминиатюрные. Такой аппарат умещается на ладони (рис. 79), и с его помощью можно проводить исследования в экстренных ситуациях: в медицине катастроф, отделениях реанимации, бригадах службы «скорой помощи». Датчик аппарата, называемый также транс- дьюсером, включает ультразвуковой преоб- разователь, основной частью которого явля- ется пьезокерамический кристалл. Короткие электрические импульсы, поступающие из электронного блока прибора, возбуждают в нем ультразвуковые колебания — обратный пьезоэлектрический эффект. Применяемые для диагностики колеба- ния характеризуются небольшой длиной вол- ны, что позволяет формировать из них узкий пучок, направляемый на исследуемую часть тела. Отраженные волны («эхо») восприни- маются тем же пьезо элементом и преобра- зуются в электрические сигналы — прямой пьезоэлектрический эффект. Последние по- ступают в высокочастотный усилитель, обра- батываются в электронном блоке прибора и выдаются пользователю в виде одномерного (в форме кривой), двухмерного (в форме кар- тинки) или трехмерного (3D) изображения на экране монитора или в виде твердой ко- пии, получаемой на термопринтере. Инициа- ция пьезоэлементов датчика осуществляется с помощью сканирующих электронных схем. Таким образом, ультразвуковой преоб- разователь выполняет следующие функции: преобразует электрические сигналы в уль- тразвуковые колебания; принимает отражен- ные эхосигналы и преобразует их в электри- ческие; формирует пучок ультразвуковых колебаний необходимой формы; обеспечива- ет перемещение пучка ультразвуковых волн в исследуемой области. Ультразвуковые датчики состоят из боль- шого количества собранных в линейки пье- зоэлементов. В зависимости от формы ли- нейки и получаемого при этом изображения различают линейные, конвексные (выпуклые) и секторные датчики. Линейные датчики ис- пользуют для исследования поверхностно Рис. 78. Аппарат для ультразвуковой диагно- стики. Рис. 79. Сверхминиатюрный ультразвуковой аппарат. 117
расположенных структур (щитовидной, молочной желез, мелких суставов) и сосудов. Конвексные датчики служат для исследования глубокорасположенных органов (брюш- ной полости и забрюшинного пространства, мочеполовой системы, крупных суставов). Секторные датчики предназначены для визуализации участков тела через узкие про- странства (межреберные промежутки, «акустические окна» в черепе) и исследования сердца. Кроме того, имеются датчики пункционные и внутриполостные. Пункционные датчики используют для проведения микрохирургических процедур (пункции, биоп- сии) под контролем ультразвуковой визуализации, внутриполостные — для исследо- ваний пищеварительного канала (пищевод, желудок) и органов малого таза (простата, матка). Имеются датчики для прижизненного морфологического исследования структу- ры стенки сосудов и эндотелия сердца, это — неинвазивная биопсия. Частоту ультразвуковых волн подбирают в зависимости от цели исследования. Их диапазон обычно составляет от 1,5 до 15 МГц. Для исследования глубокорасположен- ных структур применяют более низкие частоты биолокации, для поверхностно располо- женных — более высокие. Так, для исследования сердца используют волны с частотой 2,2—5,0 МГц, глаза— 10—15 МГц, для внутрисосудистых исследований — 45 МГц. По принципу действия все ультразвуковые датчики делят на две группы: эхоим- пульсные и допплеровские. Приборы первой группы служат для определения анато- мических структур, их визуализации и измерения. Допплеровские датчики позволяют получить кинематическую характеристику быстро протекающих процессов: кровото- ка в сосудах, сокращений сердца. Однако такое деление условно. Многие установки дают возможность одновременно изучать как анатомические, так и функциональные параметры. Для исследования головного мозга, глаза, щитовидной, слюнных и молочной же- лез, сердца, почек, обследования беременных при сроке беременности более 20 нед специальной подготовки не требуется. Перед исследованием органов брюшной по- лости, особенно поджелудочной железы, следует тщательно подготовить кишечник, чтобы в нем не было скопления газа. Больной должен явиться в ультразвуковой каби- нет натощак. Исследование органов таза рекомендуется проводить при наполненном мочевом пузыре. Больного обследуют при разном положении тела и датчика, при этом врач обычно не ограничивается стандартными позициями, а, изменяя положение датчика, стремит- ся получить возможно более полную информацию о состоянии органов. Для улуч- шения контакта с датчиком кожу над исследуемой областью тела хорошо смазывают специальным акустическим гелем, пропускающим ультразвук. Отраженные сигналы, которые принимает датчик, и используют для диагностики, называют эхосигналами. Ослабление ультразвука в среде определяется так называемым акустическим со- противлением, или импедансом. Величина его зависит от плотности среды, ее эластичности и скорости распространения в ней ультразвуковых волн. Достигнув границы двух сред с разным импедансом, пучок этих волн претерпе- вает изменения: часть его продолжает распространяться в новой среде, а часть от- ражается. Коэффициент отражения зависит от разности импеданса соприкасающихся сред, т. е. от степени акустической неоднородности граничащих тканей: чем выше различие в импедансе, тем больше волн отражается. Кроме того, степень отражения зависит от угла падения волн на граничащую плоскость: наибольшее отражение от- мечается при прямом угле падения. Из-за почти полного отражения ультразвуковых волн на границе некоторых сред при ультразвуковом исследовании приходится стал- киваться со «слепыми» зонами: это наполненные воздухом легкие, кишечник (при на- личии в нем газа), участки тканей, расположенные за костями. На границе мышечной ткани и кости отражается до 40 % волн, а на границе мягких тканей и газа — практи- 118
чески 100 %, поскольку газ не проводит ультразвуковые волны. При необходимости ультразвуковое исследование проводят с применением контрастных препаратов. К их числу относятся, в частности, микропузырьки газа, растворенные в галактозе. Различают три основных варианта ультразвукового исследования: М-р ежим, В-режим и допплерографию. В дополнение к этим трем основным методам про- водят дуплексные и триплексные исследования — сочетание двух или трех ука- занных выше методов. М-режим (от англ, motion — движение) относится к одномерным ультразвуковым исследованиям. Он предназначен для исследования движущегося объекта, прежде все- го сердца. Датчик находится в фиксированном положении. Частота посылки ультразву- ковых импульсов очень высокая — 1000 в 1 с, а продолжительность импульса очень не- большая, всего 1 мкс. Таким образом, датчик лишь 0,1 % времени работает как излуча- тель, а 99,9 % — как воспринимающее устройство. Отраженные от движущихся стенок сердца эхосигналы записываются на фотобумагу (рис. 80). По форме и расположению зарегистрированных кривых можно составить представление о характере сокращений сердца. М-метод благодаря его простоте и доступности широко используют в клиниче- ской практике, преимущественно на первичном, доклиническом этапе обследования. В-режим (от англ, brightness — яркость) позволяет получать плоскостное (двух- мерное) изображение органов. Этот метод известен также под названием «соногра- фия», или «ультрасонография». Сущность метода заключается в сканировании уль- тразвуковым пучком поверхности тела пациента во время исследования. Этим обе- спечивается регистрация сигналов одновременно или последовательно от многих объектов Получаемая серия сигналов служит для формирования изображения. Оно возникает на дисплее и может быть зафиксировано на термобумаге. Это изображение можно подвергнуть математической обработке, определяя размеры (площадь, пери- метр, поверхность и объем) исследуемого органа и патологических образований. При ультразвуковом сканировании яркость каждой светящейся точки на экране индикатора находится в прямой зависимости от интенсивности эхосигнала. Сигна- лы разной силы обусловливают на экране участки потемнения различной степени (от белого до черного цвета). В принятой терминологии участки исследуемой области, Рис. 80. ЭхоКГ, выполненная в М-режиме. Горизонтальная ось — время исследования, вер- тикальная — амплигуда перемещения структур сердца. В верхней части рисунка поперечное се- чение сердца, через которое производили биоло- кацию. Рис. 81. Сонограхша сердца. Видно поперечное сечение камер сердца. 119
имеющие низкое акустическое сопротивление, принято обозначать как анэхогенные или гипоэхогенные. На сонограммах они выглядят как зоны черного цвета (анэхоген- ные) или серого цвета различной плотности (гипоэхогенные). В теле человека такими структурами являются жидкости: кровь, моча, желчь, экссудат, транссудат. Участки исследуемой области с повышенным акустическим сопротивлением (кость, кальцина- ты, воздух) выглядят на сонограммах более светлыми — гиперэхогенные. Кроме того, в сонографической картине следует отмечать изоденсный (однородный) и гетероденс- ный (неоднородный) характер патологического образования (рис. 81). В настоящее время В-режим является наиболее распространенным методом исследования сердца, брюшной полости, забрюшинного пространства, органов малого таза и мочевыдели- тельной системы, а также при мониторинге беременности. Большинство ультразвуковых установок позволяет производить сканирование пучком волн относительно большого диаметра и с большой частотой кадров в 1 с. При этом время перемещения ультразвукового луча оказывается намного меньше периода движения внутренних органов. Это обеспечивает прямое наблюдение на дисплее за движением органов (сокращениями и расслаблениями сердца, перемещениями орга- нов при дыхании и т. д.). О таких исследованиях говорят, что их проводят в режиме реального времени (on line). Важнейшим элементом ультразвукового сканера, обеспечивающим использование режима реального времени и серой шкалы, является блок промежуточной цифровой па- мяти. В нем ультразвуковое изображение по мере поступления сигналов от датчика пре- образуется в цифровое и накапливается. Одновременно осуществляются считывание изображения из памяти специальным устройством и представление его с необходимой скоростью на дисплее. У промежуточной памяти есть еще одно назначение: благодаря ей изображение имеет полутоновый характер, такой же, как на рентгенограмме. Одна- ко диапазон градаций серого цвета на рентгенограмме не превышает 15—20 уровней, тогда как в ультразвуковой установке он достигает 64—256 градаций. Промежуточная цифровая память позволяет остановить изображение движущегося органа, т. е. сделать стоп-кадр, и внимательно изучить его на экране дисплея. При необходимости с этого стоп-кадра может быть сделана твердая копия на термобумаге, можно записать движе- ние органов на стационарные или съемные магнитные носители. Большая часть ультразвуковых сканеров оснащена стандартными программами, которые расширяют возможности исследования в В-режиме, используя нативную и тканевую гармонику, панорамное сканирование и трехмерную реконструкцию. Нативная гармоника позволяет получить больше информации, сделать изображе- ние более контрастным, а контуры органов и дополнительных образований более четкими. С помощью панорамного сканирования можно получить расширенное изображение всего органа и изучить его соотношение с близлежащими структу- рами. Трехмерная реконструкция обеспечивает анализ многоплоскостных срезов исследуемого органа, в том числе фронтальных. Допплерография — одна из самых изящных инструментальных методик. Она основана на эффекте Допплера, названном так по имени австрийского ученого — фи- зика и астронома Христиана Андреаса Допплера (1803—1853). Этот эффект состоит в изменении длины волны (или частоты) при движении источника волн относительно принимающего их устройства. Он характерен для любых волн (свет, звук и т. д.). При приближении источника к приемнику длина волны уменьшается, а при удалении от него — увеличивается. На эффекте Допплера основана работа целого класса ультра- звуковых приборов как в медицинской диагностике, так и в других областях знаний: астрономии, физике, криминалистике, навигации и др. Существует насколько видов допплерографических исследований. 120
Рис. 82. Одномерное допплеровское исследование сердца. Объяснение в тексте. Потоковая спектральная допплерография предназначена для оценки состояния кровотока в крупных сосудах и камерах сердца. При этом диагностическую инфор- мацию получают в виде спектрографической кривой (рис. 82), отображающей изме- нения интенсивности ультразвукового сигнала (по вертикали) во времени (по гори- зонтали). Сигналы от крови, двигающейся по направлению к датчику, располагают- ся выше горизонтальной линии, а по направлению от датчика — ниже этой линии. Ламинарный (нормальный) кровоток отображается ровными линиями, турбулентный (патологический) — широкой и неоднородной кривой. В потоковой спектральной допплерографии применяют два режима исследова- ния — непрерывный (постоянноволновой) и импульсный. При первом генерация уль- тразвуковых волн осуществляется непрерывно одним пьезокристаллическим элемен- том, а регистрация отраженных волн — другим. В электронном блоке прибора произ- водится сравнение двух частот ультразвуковых колебаний: направленных на больного и отраженных от него. По изменению частот этих колебаний судят о скорости движе- ния анатомических структур. Анализ сдвига частот может производиться акустически или путем регистрации на термобумаге. Непрерывная допплерография наиболее эффективна при высоких скоростях дви- жения крови, например в местах сужения сосудов. Однако у этого метода имеется существенный недостаток: частота отраженного сигнала изменяется вследствие дви- жения не только крови в исследуемом сосуде, но и любых других структур, которые встречаются на пути падающей ультразвуковой волны. Таким образом, при непре- рывной допплерографии определяется суммарная скорость движения всех объектов. Этого недостатка лишена импульсная допплерография. Она позволяет измерить скорость движения крови на заданном врачом участке контрольного объема. Размеры этого объема невелики — всего несколько миллиметров в диаметре, а его положение врач может устанавливать произвольно в соответствии с конкретной задачей исследо- вания. В некоторых аппаратах скорость кровотока можно определять одновременно в нескольких (до 10) контрольных объемах. Такая информация отражает полную кар- тину кровотока в исследуемой зоне тела пациента. Отметим, кстати, что метод изуче- ния скорости кровотока иногда называют ультразвуковой флоуметрией. Результаты импульсного допплерографического исследования могут быть пред- ставлены тремя способами: в виде количественных показателей скорости кровотока, в виде кривых — одномерное допплеровское исследование (см. рис. 82) и аудиально, 121
т. е. тональными сигналами на звуковом выходе аппарата. Звуковой выход позволя- ет на слух дифференцировать однородное, правильное, ламинарное течение крови и вихревой турбулентный кровоток в патологически измененном сосуде. Широкое распространение в клинической медицине, особенно в ангиологии, по- лучила ультразвуковая ангиография, или цветовое допплеровское картирование (ЦДК). Метод основан на кодировании в цвете среднего значения допплеровского сдвига излучаемой частоты. При этом кровь, двигающаяся к датчику (обычно это соответствует движению крови в артериях), окрашивается в красный цвет, а дви- гающаяся от датчика (обычно в венах) — в синий. Кровь, двигающаяся в про- межуточных направлениях, имеет различные цветовые оттенки — от желтого до оранжевого. При этом интенсивность цвета возрастает с увеличением скорости кровотока. Обычно цветовое кодирование кровотока осуществляют на фоне изо- бражения окружающих тканей, выполненного в В-режиме (рис. 83), т. е. произ- водят так называемое дуплексное сканирование. Иногда для усиления контрасти- рования в кровь вводят контрастное вещество — свободные микропузырьки газа, которые имитируют эритроциты. С помощью внутривенного введения эхокон- трастных препаратов можно изучать перфузию органа, опухолевый ангиогенез, визуализировать сосудистые структуры. Дуплексное сканирование — ультразвуковое исследование, сочетающее в себе анатомическую визуализацию, которую осуществляют в В-режиме, и оценку функ- ционального компонента кровотока — допплерографию (см. рис. 83). Получаемое изображение может быть представлено в виде цветового картирования или потоковой спектрограммы либо и того, и другого вместе (рис. 84). Последнее сочетание называ- ют триплексным сканированием. Ультразвуковое исследование сердца независимо от режима регистрации имеет название «эхокардиография». Результатом дальнейшего развития допплеровского картирования стал так на- зываемый энергетический допплер. При этом методе в цвете кодируют не среднюю величину допплеровского сдвига, как при обычном допплеровском картировании, а интеграл амплитуд всех эхосигналов допплеровского спектра. Это дает возможность получать изображение кровеносного сосуда на значительно большем протяжении, ви- зуализировать сосуды даже очень небольшого диаметра (ультразвуковая ангиография). На ангиограммах, полученных с помощью энергетического допплера (рис. 85), отра- жается не скорость движения эритроцитов, как при обычном цветовом картировании, а плотность эритроцитов в заданном объеме. Благодаря своим диагностическим возмож- ностям ультразвуковая ангиография, выпол- няемая с помощью энергетического доппле- ра, в ряде случаев может заменить более ин- вазивную рентгеновскую ангиографию. Допплеровское картирование использу- ют для изучения формы, контуров и просве- та кровеносных сосудов. С помощью этого метода легко выявляют сужения и тром- боз сосудов, атеросклеротические бляшки в них, нарушения кровотока. Кроме того, введение в клиническую практику энерге- тического допплера позволило этому ме- Рис. 83. Дуплексное исследование сосуда (со- ТОДу ВЫЙТИ За рамки «ЧИСТОЙ» аНГИОЛОГИИ нография + ЦДК). и занять достойное место в исследовании 122
Рис. 84. Триплексное исследование сосудов. В верхней части рисунка — дуплексная сканограмма (В-режим + ЦДК), в нижней части — потоковая допплеровская спектрограмма. различных паренхиматозных органов с диффузными и очаговыми поражениями, на- пример у больных циррозом печени, диффузным или узловым зобом, пиелонефритом и нефросклерозом, при контроле над состоянием пересаженной почки. Еще один вид допплеровского картирования — тканевый допплер. Он основан на визуализации нативных тканевых гармоник, которые возникают как дополнитель- ные частоты при распространении волнового сигнала в материальной среде, являются составной частью этого сигнала и кратны его основной (фундаментальной) частоте. Регистрируя только тканевые гармоники (без основного сигнала), удается получить изолированное изображение сердечной мышцы без изображения крови, содержащей- ся в полостях сердца. Подобная визуализация сердечной мышцы, выполненная в фик- сированные фазы сердечного цикла — систолу и диастолу, позволяет неинвазивным путем оценить сократительную функцию миокарда (рис. 86). В режиме реального Рис. 85. Исследование сосуда в режиме энерге- тического допплера. Рис. 86. Исследование сердца в режиме тканевого доплера. 123
времени тканевый допплер дает возможность четко визуализировать анатомические структуры сердца — мышечную стенку, перегородки, клапаны — в процессе его ра- боты и дать ее объективную оценку. Трехмерное допплеровское картирование позволяет наблюдать объемную карти- ну расположения сосудов в режиме реального времени и различных ракурсах. Логическим итогом совместного развития двух методов исследования — ультра- звукового и эндоскопического — стала ультразвуковая эндоскопия. При ее выполнении ультразвуковой датчик закрепляют на конце световода, введенного в полость исследуе- мого органа, например желудка или кишечника. Предварительно в исследуемую по- лость вводят около 100 мл воды, что улучшает визуализацию стенки органа. При этом удается не только получить изображение стенки органа на всю ее глубину, но и устано- вить наличие в ней патологических изменений, в первую очередь опухолей, и степень их распространения. Эндоскопический ультразвуковой зонд можно вводить в полость сердца. Этот метод называют внутрисердечной эхокардиографией. Он позволяет полу- чить изображение сердечной мышцы и патологических образованиях (тромбы, опухоли) в полостях сердца. Ультразвуковую эндоскопию применяют не только для диагностики заболеваний, но и для их лечения — интервенционная ультразвуковая эндоскопия. Соноэластография — метод ультразвуковой визуализации модуля сдвиговой упругости тканей, т. е. способности деформироваться при действии на них внешней силы. С помощью ультразвуковой волны и небольшой компрессии можно опреде- Рис. 87. Сонограмма желчного пузыря. Опредезяются плотная известковая жезчь (стрезка) и камень (.метки}. Рис. 88. Ультразвуковое изображе- ние плода в режиме 3D. Рис. 89. Панорамная сонограмма пяточного (ахиллова) сухожилия неповрежденный участок сухожилия (1) и зона его разрыва (2). 124
лить степень деформации ткани органа и отличить нормальные мягкие ткани от зло- качественной опухоли. При наличии опухоли на цветовой шкале прибора возникает участок синего цвета. Метод применяют при заболеваниях молочной железы, матки, яичников и маточных труб, мочевого пузыря, простаты (в первую очередь с целью диагностики злокачественных опухолей). Результаты ультразвукового исследования анализируют с учетом анамнеза и кли- нической картины болезни и в соответствии с общей схемой изучения лучевых изо- бражений. Что же касается конкретных деталей, то первоначально определяют тип со- нограммы (линейная, секторная) и положение датчика (оно указано на сонограмме спе- циальной меткой). Затем устанавливают проекцию, в которой выполнено исследование, и элементы сонограммы: координатную сетку, изображение различных структур, после чего тщательно оценивают положение, форму и размеры исследуемого органа. Большинство мягкотканных органов (щитовидная железа, печень, почки и т. д.) вы- рисовываются на сонограммах как темные поля, на которых в виде светлых полосок вы- деляются сигналы от элементов стромы (кровеносные сосуды, желчные протоки и др.). При развитии в органе неоднородных структур на сонограммах появляются светлые сигналы от них в виде штрихов, очагов, разнообразных полос. Демонстративна картина кисты, заполненной жидкостью, — округлое однородное темное поле, окруженное свет- лым ободком плотной ткани. Если содержимое полости неоднородно (например, абсцесс с обрывками некротизированной ткани и гноя), то на темном фоне полости обнаружива- ют светлые участки. Воспалительный инфильтрат выделяется как светлый участок не- правильной формы с расплывчатыми контурами. Опухолевое образование, наоборот, ча- ще имеет более правильную форму и более четкие контуры. Самые яркие светлые очаги соответствуют конкрементам (рис. 87). За ними иногда прослеживается длинная темная полоса — «симптом кометы». За темными фокусами на сонограммах может быть видна светлая полоска — «симптом шлейфа». При диффузных поражениях органа (распро- страненная инфильтрация, полнокровие, разрастание соединительной ткани) изображе- ние его становится неоднородным: темные и светлые участки чередуются в различных сочетаниях. Чем плотнее ткань, тем светлее ее отображение на сонограмме. Прогресс в компьютерной технологии, как в области ее аппаратной части, так и особенно программного обеспечения, позволил значительно расширить рамки уль- тразвуковой диагностики, сделать ее более точной и комфортной. Так, появились технологии трехмерной (3D) ультразвуковой визуализации, которая нашла широкое применение в акушерстве при мониторинге беременности (рис. 88). Четырехмерная графика (4D) позволяет оценить трехмерную ультразвуковую картину в четвертом из- мерении — режиме реального времени. При панорамной сонографии можно с помо- щью компьютерной программы «склеивать» сонограммы отдельных участков протя- женных органов, например мышц и сухожилий, и получать таким образом их цельную картину (рис. 89). Технология «Syngo Auto ОВ» (компания «Siemens») позволяет ав- томатизировать регистрацию биометрических показателей плода. Существует техно- логия ARF1 — «Acoustic Radiation Force Impulse», предназначенная для диагностики очаговых и диффузных изменений печени. Программа «SmartScan» дает врачу новей- шие алгоритмы для эффективной работы с пациентом. Этот список можно продолжать довольно долго. Вершиной программного «продукта» в ультразвуковой диагностике является упоминавшаяся уже ранее система CAD — компьютерный помощник в диа- гностике, которая одинаково эффективна во всех разделах лучевой диагностики. Необходимо помнить, что в лучевой диагностике ультразвуковой метод относит- ся к операторозависимым исследованиям, т. е. качество получаемых с его по- мощью изображений в значительной степени зависит от условий исследования и мастерства врача, а также ракурса съемки, поэтому твердые копии ультразву- ковых изображений имеют ограниченное клиническое и юридическое значение. 125
Список литературы Блок Б., Зубарева А. В. Ультразвуковое исследование внутренних органов. — М.: МЕДпресс- информ, 2007. — 256 с. Блют Э., Бенсон К., Раллс Ф. и др.Ультразвуковая диагностика. — М.: Медицинская литерату- ра, 2010.— 176 с. Васильев А. К)., Ольхова Е. Б. Ультразвуковая диагностика в детской практике. — М.: ГЭОТАР- Медиа, 2007. — 160 с. Олти Д. Ультразвуковое исследование: иллюстрированное руководство. 370 наглядных схем и изображений / Дж. Олти, Э. Хоун: Пер. с англ.; под ред. В. А. Сандрикова. — М.: ГЭОТАР- Медиа, 2010. — 2435 с. Руководство по ультразвуковой диагностике / Б. Брейер, А. Деспот и др.; пер. с англ.; под ред. П. Е. Пальмера. — М.: Медицина, 2009. — 334 с. Стандарты ультразвуковой диагностики: Учебное пособие / Н. В. Ширинская, С. А. Вольф, Н. И. Орлова, В. А. Остапенко. — Омск, 2008. — 119 с. Ультразвуковая диагностика: Руководство для врачей / С. С. Богиенко и др.; под ред. Г. Е. Тру- фанова, В. В. Рязанова. — СПб.: Фолиант, 2009. — 796 с. Шмидт Г. Ультразвуковая диагностика: Практическое руководство. — М.: МЕДпресс-информ, 2009. — 560 с. 4. МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫЙ МЕТОД Иногда физические принципы некоторых технологий, используемых человеком с большой эффективностью, настолько запутаны и туманны, что проходят многие годы, прежде чем люди четко осознают законы и правила, на которых эти технологии основаны. М. X. Мескон, М. Альберт, Ф. Хедоури (Основы менеджмента. — М.: Дею, 1992) История создания магнитно-резонансной томографии (МРТ) весьма любопытна. В 1946 г. группы исследователей в Стэндфордском и Гарвардском университетах не- зависимо друг от друга открыли явление, которое было названо ядерно-магнитным резонансом (ЯМР). Суть его состоит в том, что ядра некоторых атомов, находясь в магнитном поле, под действием внешнего электромагнитного поля способны погло- щать энергию, а затем испускать ее в виде радиосигнала. За это открытие Феликс Блох и Уильям Э. Перселл в 1952 г. были удостоены Нобелевской премии. Новый феномен вскоре научились использовать для спектрального анализа биологических структур (ЯМР-спектроскопия). В 1973 г. американский химик Пол Лотербур впервые показал возможность получать изображения с помощью ЯМР-сигналов: он предста- вил изображение двух наполненных водой капиллярных трубочек. Первое послойное изображение человека на основе ЯМР было получено в 1977 г., а продемонстрировано в Париже на Международном конгрессе радиологов в 1982 г. Так родилась ядерно- магнитно-резонансная томография. В 1986 г. вследствие возникшей у населения после Чернобыльской трагедии «радиофобии» по предложению Американской ассоциации радиологов ядерно- магнитно-резонансная томография была переименована в магнитно-резонансную томографию. В конце 90-х годов в результате бурного прогресса в компьютерных технологиях возникли новые направления использования этого метода в клинической практике: исследование сосудов, изучение перфузии и диффузии органов, построе- ние трехмерной (3D) и четырехмерной (4D) графики, получение изображения всего тела, выполнение прижизненной спектроскопии и др. В связи с этим вместо термина «магнитно-резонансная томография» стали применять новый, более корректный тер- 126
мин — «магнитно-резонансная визуализация» (MRI — Magnetic Resonance Imaging). Однако в России используют более привычный прежний термин — МРТ. МРТ основана на явлении ядерно-магнитного резонанса атомов водорода. Если на тело, находящееся в постоянном магнитном поле, воздействовать внешним перемен- ным электромагнитным полем, частота которого точно равна частоте перехода меж- ду энергетическими уровнями ядер атомов, то ядра начнут переходить в состояния с более высокой энергией. Иными словами, наблюдается избирательное (резонанс- ное) поглощение энергии электромагнитного поля. После прекращения воздействия переменного электромагнитного поля возникает резонансное выделение энергии. Ядра водорода, т. е. протоны, ведут себя как магнитные диполи. Вследствие вра- щения вокруг протона образуется магнитное поле, которое имеет магнитный момент, или спин. При помещении вращающегося протона в магнитное поле возникает его до- полнительное вращение (прецессирование) по круговой конической поверхности на- подобие оси вращающегося волчка (рис. 90). Частота прецессии протона (она назы- вается резонансной, или ларморовой, частотой по имени ирландского физика и мате- матика Джозефа Лармора) определяется величиной приложенного магнитного поля. Так, в магнитном поле напряженностью 1 Тл (тесла) резонансная частота протона равна 42,57 МГц. Именно на этой частоте при воздействии электромагнитного поля данной напряженности возникает явление ядерно-магнитного резонанса. В обычном состоянии спины протонов, находящихся в теле пациента, направлены в разные стороны — хао- тично (рис. 91, а). При помещении пациента в магнитное поле спины протонов выстра- иваются вдоль силовых линий магнитного поля. При этом часть из них располагается в северном направлении, другая часть ориентируется в южном. Преобладанием спинов, расположенных в одном направлении, создает магнитный момент М (рис. 91, б). Обычно дополнительное радиочастотное поле действует в виде импульса, кото- рый поворачивает протон на 90° или 180°. Когда радиочастотный импульс заканчи- вается, протон возвращается в исходное положение (наступает его релаксация), что сопровождается излучением порции энергии. Каждый элемент объема исследуемого объекта, т. е. каждый воксель, за счет релак- сации распределенных в нем протонов возбуждает электрический ток («МР-сигналы») в приемной катушке, находящейся вне объекта. Магнитно-резонансными характеристи- ками объекта служат 3 параметра: плотность протонов, типы релаксации Т1 и Т2. Т1 называют спин-решетчатой, или продольной, релаксацией, а Т2 — спин-спиновой, или поперечной. Амплитуда зарегистрированного сигнала характеризует плотность прото- нов или, что то же самое, концентрацию элемента в исследуемой среде. Что же касает- ся продолжительности Т1 и Т2, то она зависит от многих факторов (молекулярной структуры вещества, температу- ры, вязкости и др.). В образовании MP-изображения уча- ствуют также два других фактора — частота и последова- тельность радиочастотных импульсов. При этом выделя- ют два параметр: Т — время отклика на радиочастотный импульс, или спин-эхо, и TR — время повтора радиоча- стотных импульсов, или инверсия восстановления. Система для выполнения магнитно-резонансной томографии состоит из сильного магнита, создающе- го статическое магнитное поле. Магнит полый, в нем имеется туннель, в котором располагается пациент (рис. Рис. 90. Прецессирование про- тона в магнитном поле с на- пряженностью В. 92). Стол для пациента имеет автоматическую систему управления движением в горизонтальном и вертикаль- ном направлениях. 127
Рис. 91. Изменение положения протонов в магнитном поле. а — спины протонов тела человека в обычных условиях располагаются хаотично; б — при помещении человека в магнитное поле спины протонов выстраиваются вдоль силовых линий: у 7 из 12 протонов спины направлены к северному полюсу, у 5 — к южному. Преобладание протонов, спины которых направлены на север (обозначены синими цветом), создает магнитный момент (М). Рис. 92. Кабинет для проведения магнитно-резонансной томографии. 128
Рис. 93. Магнитно-резонансный томограф открытого типа. Рис. 94. Матричные многоканальные радиочастотные ка- тушки, позволяющие получить МРТ всего тела. С целью предотвращения у пациентов клаустрофобии (боязнь закрытых пространств) освоен выпуск так называе- мых открытых МР-томографов (рис. 93). В них нет длинного магнитного туннеля, а постоян- ное магнитное поле создается постоянными магнитами, кото- рые размещают сбоку от боль- ного. Аппарат открытого типа позволяет не только избежать клаустрофобии, но и выполнить инструментальные вмешатель- ства под контролем магнитно- резонансной томографии. Для радиоволнового воз- буждения ядер водорода до- полнительно устанавливают радиочастотные катушки, кото- рые одновременно служат для приема сигнала релаксации. Современные радиочастотные катушки являются матричными и многоканальными (до 128 ка- налов) (рис. 94), что позволяет собирать информацию одно- временно с большой поверх- ности и получать изображение всего тела пациента или, при использовании болюсного контрастирования, всей сосудистой системы. С помощью градиентных магнитов накладывается дополнительное переменное магнитное поле, которое служит для кодирования MP-сигнала, в частности оно задает уровень и тол- щину выделяемого слоя. При воздействии радиочастотных импульсов на прецессирующие в магнитном поле протоны происходят их резонансное возбуждение и поглощение энергии. При этом резонансная частота пропорциональна силе приложенного статического поля. После окончания импульса происходит релаксация протонов: они возвращаются в ис- ходное положение, что сопровождается выделением энергии в виде MP-сигнала. Этот сигнал подается на компьютер для анализа. В MP-установке обязательно имеется мощный высокопроизводительный компьютер. В зависимости от напряженности статического магнитного поля выделяют сле- дующие категории МР-томографов: приборы с ультраслабым полем — ниже 0,1 Тл, низкопольные — от 0,1 до 0,5 Тл, сильнопольные — до 1,5 Тл, сверхсильнопольные — выше 1,5 Тл. В последних моделях МР-томографов (пока еще эеспериментальных) напряженность магнитного поля достигает 13 Тл (!). Аппараты с напряженностью поля ниже 0,5 Тл, как правило, имеют в основе резистивные магниты, эти аппараты небольших размеров, что позволяет разместить их примерно в таком же помещении, как обычный рентгеновский кабинет. Аппараты с напряженностью поля 0,5 Тл и вы- ше создают на основе сверхпроводящих магнитов, работающих в условиях глубокого охлаждения жидким гелием. 129
Рис. 95. MPT головного мозга. а — Т1-взвешенное изображение; б — Т2- взвешенное изображение; в — магнитно-взвешенное изображение: видна мелкая гемангиома (указано красной стрелкой), не определяемая на предыдущих изображениях. Добавим, что к размещению высокопольного магнитно-резонансного томографа в лечебном учреждении предъявляются очень строгие требования. Необходимы от- дельные помещения, тщательно экранированные от внешних магнитных и радиоча- стотных полей. Обычно процедурный кабинет, где находится MP-томограф, заключен в металлическую сетчатую клетку (клетка Фарадея), поверх которой нанесен отделоч- ный материал. Доступ в этот кабинет строго ограничен. Медицинский и обслуживаю- щий персонал проходит специальный инструктаж. Характер изображений, получаемых при магнитно-резонансной томографии, определяется тремя факторами: плотностью протонов, т. е. концентраци- ей ядер водорода, продолжительностью продольной релаксации — Т1 (спин- решетчатая) и поперечной релаксации — Т2 (спин-спиновая). При этом основ- ной вклад в создание изображения вносит анализ продолжительности релакса- ции, а не плотности протонов. Так, серое и белое вещества головного мозга по концентрации воды различаются всего на 10 %, в то время как по продолжитель- ности релаксации протонов в них — в 1,5 раза. На изображение влияют также параметры Tf и Т . Существует несколько способов получения магнитно-резонансных томограмм. Т1 -взвешенное изображение — первый тип стандартной базовой томограммы (рис. 95, а). Она основана на регистрации продолжительности спин-решетчатой ре- лаксации с использованием градиентной эхо-последовательности с короткими ТЕ и TR и служит в основном для дифференциации жировой ткани от жидкости. Непродолжи- тельность повтора при этом виде релаксации позволяет собрать большое количество информации, что обеспечивает качественное построение изображений в форматах 3D и 4D. Различные ткани (серое и белое вещества головного мозга, цереброспи- нальная жидкость, опухолевая ткань, хрящи, мышцы и т. д.) имеют в своем составе протоны с разной продолжительностью релаксации Т1, от которой зависит величина MP-сигнала: чем короче Т1, тем сильнее MP-сигнал и светлее данная область изо- бражения на дисплее. Жировая ткань на МРТ белая, менее светлое изображение дают головной и спинной мозг, плотные внутренние органы, сосудистые стенки и мышцы. Воздух, кости, кальцификаты практически не дают MP-сигнала, поэтому их изобра- жения черного цвета. Продолжительность Т1 мозговой ткани также неоднородная: у белого и серого вещества она разная. Продолжительность Т1 опухолевой ткани отличается от таковой нормальной одноименной ткани. Указанные различия в про- должительности релаксации Т1 создают предпосылки для визуализации нормальных и патологически измененных тканей на магнитно-резонансных томограммах. 130
Т2-взвешенное изображение — второй тип стан- дартной базовой томограммы (рис. 95, б). Оно осно- вано на спин-спиновой релаксации с использованием спин-эховой последовательности с длинными ТЕ и TR. Интенсивность ответного сигнала зависит от продол- жительности Т2: чем короче Т2, тем слабее сигнал и, следовательно, ниже яркость свечения экрана. Т2- взвешенное изображение, так же как и Т1-взвешенное, служит для разграничения жировой ткани и воды, но на томограммах этого типа изображение жировой тка- ни темное, а воды — светлое. Данный вид томогра- фии особенно эффективен в диагностике отека голов- ного мозга. Как вариант существует изображение Т2* (T2star — звезда), предназначенное для визуализации венозного кровотока. Магнитно-взвешенное изображение является про- граммным развитием предыдущих изображений. Оно предназначено для выявления мелких, в основном со- судистых, реже опухолевых образований в головном мозге (рис. 95, в). Метод был разработан компанией «Siemens» в 2003 г. Магнитно-резонансная томография высокого разрешения дает возможность с помощью специаль- ных программ получить изображение мелких деталей (рис. 96). Спин-взвешенное изображение отражает плот- ность протонов. Его получают при регистрации элек- тромагнитного отклика с коротким ТЕ и длинным TR; используют редко, только как дополнение к Т1- и Т2- взвешенным изображениям. Быстро развивается метод получения диффузион- но-взвешенных магнитно-резонансных изображений. Рис. 96. МРТ головного мозга высокого разрешения. Рис. 97. Перфузионная МРТ головного мозга. Хорошо видна зона ишемии. Рис. 98. Функциональные МРТ головного мозга. Активация двигатечь- Рис. 99. МР-трактограмма. ной зоны при движениях правой руки (а) и языка (б). Изображение нервных пучков го- ловного мозга в режиме 3D. 131
Рис. 100. МР-трактограмма. Изо- бражение нервных пучков шейной области спинного мозга в форма- те 3D. Рис. 101. MP-ангиограмма головного мозга. Он позволяет регистрировать характер броуновского движения молекул воды во вне- клеточном, внутриклеточном и внутрисосудистом пространствах и измерять коэффи- циент диффузии — КД (ADC — Apparent Diffusion Coefficient). Диффузионная магнитно-резонансная томография отражает диффузию молекул воды в биологических тканях. Она основана на анализе перехода тока жидкости из изотропного (линейный) в анизотропный (вихревой) и позволяет количественно оце- нить движение воды через мембрану клеток. Диффузионную магнитно-резонансную томографию часто используют для диагностики инсульта на ранних фазах его разви- тия (уже через 5—10 мин после его начала). Методика исследования проста, введения контрастных веществ не требуется. Перфузионная магнитно-резонансная томография позволяет оценить состояние капиллярного кровотока. Она исключительно информативна при определении нару- шения мозгового кровотока (рис. 97). Функциональная магнитно-резонансная томография основана на регистрации насыщения гемоглобина крови кислородом. При активизации функции нервных кле- ток увеличивается поглощение ими кислорода, что находит отображение на МРТ. Цветовое картирование функциональных МРТ позволяет получить изображение функциональных зон головного мозга, например двигательной или речевой (рис. 98). Магнитно-резонансную трактографию используют для визуализации проводя- щих путей головного мозга в протоколе изображения в формате 2D (рис. 99) и нерв- ных пучков в протоколе изображения в формате 3D (рис. 100). Магнитно-резонансная ангиография дает возможность получать изображение кровеносного русла головного мозга (рис. 101), шеи, брюшной полости и конечно- стей. MP-кардиография (рис. 102) имеет исключительно высокую ценность в кардио- логии и часто является «золотым стандартом» диагностики. 132
Рис. 102. МР- кардиограмма. Рис. 103. MPT всего тела. С помощью специальных алгоритмов и подбора радиочастотных импульсов современные высокопольные магнитно-резонансные томографы позволяют полу- чать двухмерное и трехмерное (объемное) изображения сердца и сосудистого рус- ла. Крупные сосуды и их разветвления среднего калибра удается достаточно чет- ко визуализировать на магнитно-резонансных томограммах без дополнительного введения контрастного вещества. Разработаны ультравысокоскоростные МР-то- мографы, позволяющие наблюдать движение сердца и крови в его полостях и со- судах и получать матрицы повышенной разрешающей способности для визуализа- ции очень тонких слоев. Существенную помощь в диагностике ряда заболеваний оказывает магнитно-резонансное исследование, выполняемое в режиме реального времени. Для улучшения визуализации сосудов и тканей при магнитно-резонансной томо- графии можно применять искусственное контрастирование. С этой целью используют парамагнетики на основе элемента гадолиния (Gd) — гадовист, магневист, которые изменяют продолжительность релаксации воды и тем самым усиливают контраст- ность изображения на МРТ. На магнитно-резонансных томограммах лучше, чем на рентгеновских компью- терных томограммах, отображаются мягкие ткани: мышцы, хрящи, жировые про- слойки. Использование магнитно-резонансных томографов с многоканальными ра- диочастотными катушками и широкопольными градиентными магнитами позволяет получать изображение всего тела (рис. 103). Магнитно-резонансная спектроскопия дает возможность оценить уровень мета- болизма в тканях. Метод основан на различной релаксации протонов в исследуемом объеме в зависимости от молекулярной структуры окружающей ткани. При этом воз- никает возможность определить концентрацию метаболитов (рис. 104) и pH ткани в заранее заданной «зоне интереса». Подобные исследования могут быть выполнены только на аппаратах с напряженностью магнитного поля 3 Тл и выше. 133
Рис. 104. МР-спектрограммы, выполненные в матриксном (а) и графическом (б) режимах. Мультимодальные («сплавленные») изображения являются вершиной современ- ной функциональной визуализации. Обычно «склеивают» два изображения — МРТ и ПЭТ (рис. 105). На подобных томограммах удается «привязать» нормальные и пато- логически функционирующие структуры к анатомическим ориентирам и, кроме того, проникнуть в глубокие тайны метаболического изображения. Все современные MP-томографы оснащены клиническими и технологическими программными приложениями. Главными из них являются пакеты для исследования мозга (головного и спинного), костно-суставной системы, сердца и сосудов. Имеются технологии по автоматизации настройки аппарата на заранее заданные клинические задачи, технологии «интегрированного панорамного массива», позволяющие иссле- довать отдельные объемы тела пациента по заданным алгоритмам, и др. Заслуживает внимания недавно разработанная компанией «Siemens» технология in line. Она по- зволяет уже на первом этапе сбора диагностической информации осуществить ее компьютерную предпроцессорную обработку соответственно задачам исследования и тем самым значительно уменьшить продолжительность и облегчить проведение диагностической процедуры в целом. На современном уровне развития клинической медицины МРТ применяют прак- тически во всех ее разделах: неврологии, травматологии, терапии, кардиологии, нейрохирургии, педиатрии, онкологии и др. (рис. 106; 107). В зависимости от плоскости получаемого изображения различают коронарные, фронтальные и са- гиттальные реконструкции, а также в формате 3D. Перспективным направлением является использование магнитно-резонансной томографии для выполнения ин- тервенционных вмешательств. Для этих целей изготавливают специальный хи- рургический инструментарий из немагнитных материалов. Нельзя не отметить появление публикаций об использовании МРТ для исследо- вания трупов в патолого-анатомических отделениях. Подобное посмертное исследо- вание с помощью этого метода (как и с помощью рентгеновской компьютерной томо- графии) получило название «добродетельная томография». Важным направлением магнитно-резонансной диагностики является исполь- зование ее возможностей в распознавании таких социально значимых заболеваний, 134
Рис. 105. Ставленные изо- бражения. Злокачественная опухоль (опухоль Юинга) прок- симального метафиза правой бедренной кости (указано стрезкой), метастазы в других отдезах скезета (обозначены красным цветом). а — МРТ; б — МРТ/ПЭТ. как остеоартроз (его выявляют у 8—10 % населения) и цирроз печени (ежегодно в разных странах от него умирают 14—30 человек на 100 000 населения). Новые компьютерные программы сбора информации при маг- нитно-резонансной томографии позволяют получить так называемое биохимическое (макромолекулярное) MP-изображение. Оно дает возможность визуализиро- вать потерю протеогликина — основного составляю- щего вещества матрикса хряща (рис. 108) и тем самым диагностировать остеоартроз на самых ранних стадиях развития. С помощью другого метода — магнитно-ре- зонансной эластографии (рис. 109) — можно оценить потерю эластичности печеночной ткани на ранних ста- диях развития цирроза печени. При направлении больного на магнитно-резонанс- ное исследование необходимо учитывать некоторые ограничения в применении этого метода. В частности, абсолютными противопоказаниями к его выполнению является наличие в организме человека кардиостиму- ляторов, ферромагнитных или электронных имплан- татов среднего уха, металлических штифтов (кроме титановых, которые неферромагнитны и поэтому не- опасны), аппаратов Илизарова, кровоостанавливающих клипс сосудов головного мозга, металлических осколков в глазнице и глазном яблоке. В настоящее время многие металлические устройства, имплантируемые в тело па- циента (стенты, кава-фильтры), маркированы как «МР- совместимые» или «MP-несовместимые». Выполнение магнитно-резонансной томографии у таких больных может привести к трагическим результатам, даже смер- Рис. 107. МРТ коленного су- става. Киста Бейкера в под- коленной ямке (указано стрез- кой). Рис. 106. МРТ спинного мозга, Сдавзение спинномозгового кана- ла (указано стрезкой) выпячива- ющимся межпозвонковым диском. 135
Рис. 108. «Биохимическое (макро- Рис. 109. МР-эластограима печени. Снижение эластичности пече- молекулярное) MP-изображение» ночной ткани вследствие цирроза (обозначено синим цветом), коленного сустава. Снижение кон- центрации протеогликана в хряще дистального эпифиза бедренной кости (указано стрелкой). ти. Относительными противопоказаниями являются имплантированные инсулиновые насосы, неферромагнитные имплантаты внутреннего уха, стенты, кровоостанавлива- ющие внемозговые клипсы, протезы клапанов сердца, татуировки из металлосодер- жащей краски, некоторые экспандеры для молочных желез, а также I триместр бере- менности. Применительно к имплантированным объектам необходимо иметь точный перечень их конкретных производителей и марок, которые могут оказаться несовме- стимыми с магнитно-резонансной томографией. Как и в радиационной зоне отделения лучевой диагностики, в отделении магнитно-резонансной томографии на оборудова- нии должны быть установлены сигнальные знаки совместимости предметов: МРТ-несовместимые MPT-условно совместимые MR МРТ-совместимые Направляя больного на магнитно-резонансную томографию, врач должен очень тщательно изучить его состояние с целью выявления всех отмеченных особен- ностей. В заключение сравним два метода современной послойной визуализации, близ- кие по стилю выполнения, но различающиеся по принципам получения изображе- ния, — компьютерную томографию и магнитно-резонансную томографию. 136
Компьютерная tomoi рафия Магнитно-резонансная томография Принцип метода Поглощение рентгеновских лучей | Ядерно-магнитный резонанс Наличие ионизирующего излучения Присутствует Отсутствует Визуализация первичного слоя Только в аксиальной плоскости В трех плоскостях: аксиальной, сагиттальной и коронарной Визуализация в трех плоскостях: аксиальной, сагиттальной и коронарной Есть 1 Есть Изображение в формате 3D Есть Есть Изображение в формате 4D Есть Нет Изображения в режиме реального времени Есть Есть Ангиография Есть Есть Спектроскопия Нет Есть Изображение всего тела Есть Есть Перфузионные изображения Есть Есть Диффузионные изображения Нет Есть Метаболические изображения Нет Есть Пространственное разрешение (способность выявлять мелкие детали) Высокое 1 Умеренное Контрастное разрешение (способность выявлять перепады плотности ткани) Умеренное I Высокое Абсолютные противопоказания Нет (кроме угрожающего жизни состояния больного) Есть: ферромагнитные инородные материалы угрожающее жизни состояние больного Из приведенных данных видно, что эти методы не конкурируют, а дополняют друг друга и вместе составляют мощный тандем медицинской визуализации XXI века. Список литературы Л/ягншино-резонансная спектроскопия: Руководство для врачей / Под ред. Г. Е. Труфанова, Л. А. Тютина. — СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2008. — 239 с. Синицын В. Е., Устюжанин Д. В. Магнитно-резонансная томография: Учебное пособие для системы послевузовского профессионального образования врачей. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2008. — 208 с. 137
Василий Поленов. Московский дворик, 1878. 5. КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ В РАДИОЛОГИИ Мы живем в эпоху, когда окружающий нас мир переходит на цифровую информа- цию. Истоки цифровой культуры восходят к древнему Китаю, к классической Книге Перемен. Индийский математик Пингала (2 в. до н. э.) разработал двоичную систему для описания поэзии. Общая теория двоичного кодирования была представлена миру в 1605 г. английским философом и историком Френсисом Бэконом. Однако современ- ная теория двоичного счисления была описана лишь в XVII в. немецким математиком Годфридом Лейбницем (1646—1716). Спустя век, в 1854 г., английский математик Джордж Буль (1815—1864) опубликовал работу, в которой были описаны алгебраиче- ские системы применительно к логике. Она получила название «булева алгебра», или алгебра логики. Двоичное счисление и булева алгебра послужили фундаментом для создания компьютерной технологии следующего столетия. Век XX стал основополагающим в становлении современной информационной культуры. Прежде всего в этом веке был создан главный инструмент современной цивилизации — компьютер. Он перевернул наше представление о мире, ибо поставил перед человечеством доселе непостижимые цели — стать не только помощником че- ловека в вычислительных операциях, для чего он и был вначале задуман, но и созда- телем творческих процессов в сфере интеллекта. Персональный компьютер, который первоначально собрали в гараже два амери- канских инженера — Стив Джобс и Стивен Возняк (впоследствии они создали знаме- нитую компьютерную компанию «Apple»), за короткий промежуток времени стал на- стольным инструментом всех людей на Земле: инженера, врача, артиста, художника, музыканта, домохозяйки, ученого, ученика, студента и др. 138
Еще одно эпохальное достижение XX в. — Всемирная паутина, или Интернет. Хотя, строго говоря, эти понятия неоднозначны: Интернет — это физическое объеди- нение компьютеров, а Всемирная паутина — www — объединение как компьютеров, так и программ, но, согласно устоявшейся практике, применяют термин «Интернет». Первоначально задуманный в недрах университетской жизни США, он за несколько десятков лет превратился в такой же атрибут нашей повседневной жизни, как телеви- зор или телефон. Интернет — это неисчерпаемый кладезь информации, окно в окру- жающий нас мир Земли, способ учиться, заниматься профессиональной практикой, общаться с друзьями и коллегами, познавать культурный (и не только) мир нашей планеты. Интернет-ресурсы, Интернет-телефония, Интернет-телевидение, электрон- ная почта, социальные сети и др. — все это атрибуты современной жизни. Новое направление развития компьютерных технологий — компьютерные сети. Все прогрессивные медицинские учреждения и высшие учебные заведения охвачены этими сетями. Компьютерная сеть — это совершенно новая жизнь медицинского кол- лектива. С ее помощью проводят запись пациента на исследование или лечение, его регистрацию и дальнейший мониторинг, планируют исследования, оформляют про- токолы, отчеты и финансовые документы, пополняют и поддерживают базы данных и знаний, обмениваются информацией между лечебными учреждениями. Интернет и компьютерные сети прочно вошли в медицину, в частности в радиологию. В настоящее время умение работать на компьютере, а также в компьютерных сетях, в частности в Интернете, — обязательная составная часть профессио- нальной характеристики врача-радиолога. Компьютерные сети — предмет специального изучения в технических вузах со- ответствующего профиля. По этому вопросу имеется много учебной и справочной литературы, с которой полезно познакомиться студенту-медику и врачу. В настоящем разделе учебника мы расскажем лишь об основных принципах использования ком- пьютерных сетей применительно к задачам курса медицинской радиологии. 5.1. Компьютерные сети общего назначения Лучевой диагност, несмотря на имеющийся у него клинический опыт и информа- ционную вооруженность, является лишь звеном в длинной технологической цепочке: пациент — аппарат — компьютер — врач — вычислительная сеть. Нужно отчетливо понимать, что в XXI веке без конечного звена, вычислительной сети, работа врача непродуктивна. Согласно решениям Правительства РФ, предусмотрен переход всей информационной составляющей отечественной медицины в электронное русло. Объединение двух и более компьютеров для решения общих задач называют ком- пьютерной сетью. Для создания компьютерных сетей необходимы три составляю- щих: аппаратная часть — компьютер (в разных его вариантах — персональный, рабочая станция, сервер), средства печати, сканер и др.; средства связи —моде- мы, сетевые карты, оптико-волоконные кабели, беспроводная радиочастотная связь; программное обеспечение. Обязательным компонентом компьютерных сетей достаточной сложности явля- ются сетевые службы: • авторизация пользователей; • служба файлов; • электронная почта; • печать; • выход в Интернет и доступ к сетевым базам данных и знаний. 139
Общей задачей всех компьютерных сетей любой сложности, в том числе исполь- зуемых в медицине, является совместное использование ресурсов — аппаратных, про- граммных, информационных. В зависимости от зоны охвата используемые в медици- не компьютерные сети подразделяют следующим образом: • локальные (LAN — Local Area Network), обслуживающие одно лечебное учреждение. Это сети закрытого типа, доступ к которым разрешен ограниченному кругу лиц; • корпоративные, предназначенные для нескольких лечебных учреждений; • региональные (MAN — Metropolitan Area Network), действующие в пределах одно- го региона — области или края; • федеральные', • глобальные (WAN — Wide Area Network), в частности Интернет. В настоящее время во всех компьютерных сетях общепринята «модель взаимодей- ствия открытых систем OSI — Model of Open System Interconnection», разработанная Международным институтом ISO. Такую модель часто обозначают как OSI/ISO. IB компьютерных сетях принято выделять два основных программных компонен- та: клиент и сервер. Клиент — это программное приложение, устанавливаемое на компьютер, при- надлежащий пользователю: врачу, лаборанту, оператору, администратору. Его мож- но устанавливать на персональные компьютеры, рабочие станции, компьютерные терминалы. В качестве клиента используют специальные медицинские, в том числе радиологические, приложения, а также компьютерные программы общего назначе- ния: офисные, вычислительные, графические и др. Применительно к службе лучевой диагностики клиентами принято обозначать программы, установленные только в се- тях этого назначения. Все другие программные приложения, инсталлированные на других компьютерах лечебного учреждения (лечащих врачей, регистратуры, админи- страции и др.), принято именовать веб-кчиентами. Сервер (от англ, to serve — служить) — это программный компонент вычисли- тельной системы, который выполняет сервисную, обслуживающую функцию по за- просу клиента, предоставляя ему доступ к информационным ресурсам. Сервером на- зывают также компьютер различной сложности, осуществляющий данную функцию. В сложных вычислительных системах имеется многоуровневая архитектура серве- ров. Одни из них служат для выполнения специализированных медицинских, в том числе радиологических, процедур, другие предназначены для поддержки баз данных и знаний, третьи, так называемые прокси-серверы, — для согласования локальной сети с другими сетями — внутрибольничными, корпоративными, Интернетом и др. Заметим, что сервером называют также программу, установленную на находящемся в сети мощном высокопроизводительном компьютере, который поддерживает работу клиентов. Локальные компьютерные сети относят к наиболее распространенным, их ши- роко используют в медицине. Локальная компьютерная сеть может функциони- ровать в двух основных вариантах: одноранговая и по принципу клиент—сер- вер. В одноранговой сети все включенные в нее компьютеры имеют одинаковые права. В сети нет серверов. Каждый из компьютеров является как клиентом, так и сервером. Такую сеть иногда называют децентрализованной или пиринговой (от англ, peer-to-peer P2P — равный к равному), а ее участников — пирами. Про- токолы, по которым обмениваются информацией в этих сетях, называют тор- рентами {BitTorrent), а веб-серверы, обслуживающие клиентов по этим прото- колам, — трекерами {BitTorrent-трекерами). Через одноранговые сети осущест- вляют обмен файлами большого объема — свыше 100 МБ. 140
В одноранговой сети используют три варианта, или вида, сетевой топологии (ар- хитектуры) объединения компьютеров: «шина», «звезда» и «кольцо». Каждый из ва- риантов имеет достоинства и недостатки. При объединении компьютеров по топологии «шина» все компьютеры подключа- ют к одному кабелю — каналу. Подобная архитектура сети обеспечивает ее беспере- бойную работу при выходе из строя одного или нескольких компьютеров. Топология «звезда» — одна из самых распространенных в медицинских учреж- дениях. Она предусматривает соединение всех компьютеров через центральный узел и обладает наибольшей пропускной способностью. Однако построение и обслужива- ние подобной конфигурации более сложные. Каждый компьютер подсоединяют к уз- лу отдельным кабелем. В качестве узла используют специальное электронное устрой- ство, называемое концентратором, или хабом (от англ, hub — центр внимания, инте- реса, деятельности). Концентратор работает довольно примитивно: он не сортирует сигналы, а просто отправляет их на все подключенные к нему компьютеры и пери- ферийные устройства, поэтому концентраторы применяют в небольших сетях — до 30 устройств — и при невысокой интенсивности работы сети. Более сложным узловым устройством является коммутатор, или свитч (от англ. sw itch — выключатель). Коммутатор анализирует приходящие к нему сигналы и далее адресует их тому устройству или компьютеру, для которого они предназначены. Если сеть очень большая — более 100 компьютеров, а это уже не редкость в современных лечебных учреждениях, то компьютеры соединяют через концентраторы по иерархи- ческому принципу. При топологии «кольцо» все компьютеры объединены между собою по замкну- тому кругу. Понятно, что выход из строя даже одного компьютера «обваливает» всю локальную сеть. Кроме того, при большом числе компьютеров в сети значительно снижается скорость обмена информацией. Локальная сеть клиент—сервер — наиболее распространенная в лучевой диагности- ке. В ней сетевая нагрузка распределена неравномерно. Роль поставщика услуг (обработ- ка медицинских изображений, поддержка баз данных и знаний, выполнение различных специализированных диагностических программ и др.) играют серверы. Заказы на эти услуги поступают с программ-клиентов, установленных на рабочих местах персонала. Совокупность пользователей, работающих в одной сети (или ее части) называет- ся рабочей группой. Существует также понятие «политика сети» — набор приемов и правил работы в сети. За соблюдением политики сети обычно наблюдают два ад- министратора сети — клинический и системный. В задачи клинического админи- стратора входят обслуживание данных, а также управление записями пользователей и конфигурирование каталогов, календарей и деревьев каталогов. Этот администра- тор обладает правами доступа к необходимым функциям для обслуживания данных и обеспечения их целости. Системный администратор отвечает за администрирова- ние работы сервера. Совокупность рабочих групп пользователей и аппаратного обеспечения компью- терной сети (системных блоков, рабочих станций, сканеров, принтеров и др.) по- лучил название «домен». Таким образом, в лечебном учреждении существует только один домен. В его составе может быть несколько рабочих групп: электронного документооборота, фор- мирования и поддержки медицинских диагностических изображений, финансово- хозяйственного направления и др. Создание домена в лечебном учреждении позво- ляет оптимизировать работу всей компьютерной сети, в частности упростить авто- ризацию пользователя, работу с общим хранилищем файлов, использование общих программных и аппаратных ресурсов. 141
В составе локальной компьютерной сети лечебного учреждения необходимо поддер- живать определенный ассортимент сервисных служб, главные из которых следующие. • Файловая служба. Предназначена для совместного использования дискового пространства на компьютерах клиент и сервер. В некоторых организациях для под- держки файловой службы выделяют специальный сервер. • Служба авторизации пользователей. Ее задача — идентифицировать пользо- вателя, определить его права к доступу тех или иных ресурсов сети. Обычно автори- зацию производят на основании двух идентификаторов — имени пользователя {login) и его пароля (password). В последнее время все чаще используют новые приемы иден- тификации — по отпечаткам пальцев, параметрам голоса и др. • Служба архивирования и сетевых баз данных. Предназначена для хранения ме- дицинских и других данных на дисковом пространстве сервера и специальных архив- ных магнитных накопителях (стримеры). Чаще всего в лечебных учреждениях и ор- ганизациях управления здравоохранением выделяют три уровня хранения данных: оперативный, краткосрочного и долговременного хранения. • Служба электронной почты. • Служба печати. Предназначена для оптимизации работы принтеров и мульти- форматных камер. • Служба доступа в Интернет. В ее функцию входит не только организация выхода во Всемирную глобальную сеть, но и защита собственной сети от несанкцио- нированного доступа в нее посторонних лиц. • Служба поддержки электронных медицинских данных. Предназначена контро- лировать правильность ведения всей медицинской документации, созданной компью- терными средствами: электронная история болезни, амбулаторная карта, медицин- ские диагностические изображения и др. • Служба компьютерной поддержки менеджмента. В ее компетенцию входит под- держка компьютерных технологий, обеспечивающих управленческие функции в органи- зации, правовые вопросы медицинской практики, взаимоотношение с внешними учреж- дениями — медицинскими, юридическими, административными, страховыми и пр. • Служба технической поддержки компьютерной сети. В ее состав входят си- стемные администраторы, специалисты по техническому и программному обслужи- ванию компьютеров и периферийных устройств. • Служба сетевой безопасности. Обеспечивает сохранность данных, циркули- рующих внутри сети, от несанкционированного доступа посторонних лиц, что осо- бенно важно при соединении локальной сети с глобальной сетью, а также ограничи- вает выход за пределы сети и обращение к внутрисетевым ресурсам тех сотрудников организации, которые не имеют на это соответствующих прав. Для обеспечения сете- вой безопасности между локальной и глобальной сетями устанавливают специальный компьютер, оснащенный специальным программным обеспечением. Такое устрой- ство (а также программа) называют брандмауэр. Внутри локальной компьютерной сети, установленной в лечебном учреждении, возможен обмен документами, сообщениями, а также различными диагностическими изображениями — рентгеновскими, ультразвуковыми и пр. Электронный докумен- тооборот является эффективным средством общения сотрудников лечебного учреж- дения. Для организации службы электронного документооборота обычно применя- ют две серверные программы: почтовый сервер, предназначенный для соединения локальной сети с Интернетом, и сервер обмена, задача которого состоит в организа- ции различных служб внутри локальной компьютерной сети. Несколько локальных сетей, которые функционируют внутри одного лечебного учреждения или в рамках корпоративной компьютерной сети, могут быть связаны между собой специальными аппаратными и программными средствами. Эти средства в совокупности называются 142
шлюзами. В некоторых случаях для обеспечения надежной связи и эффективности использования ресурсов в сети выделяют специальные компьютеры — шлюзовой сер- вер, или брокер. Обмен электронными документами и сообщениями осуществляют на сервере обмена на основании списка адресов сотрудников учреждения. Там же производят учетную запись пользователей сети. При необходимости отправить документ в гло- бальную сеть его посылают на почтовый сервер, где производят авторизацию пользо- вателя, сверяют его право выхода во внешнюю сеть и регистрируют учетную запись обращения к ресурсу. На каждом компьютере пользователя локальной сети должна быть установлена по- чтовая программа — почтовый клиент. Он очень удобен в текущей работе: сортирует почту в зависимости от заданных параметров, хранит необходимые почтовые адреса в удобном виде и, что очень важно, шифрует почту и защищает ее паролем пользовате- ля. Он содержит также дополнительные программные модули, помогающие планиро- вать офисную работу, т. е. является своего рода компьютерным органайзером. По типу передачи информации компьютерные сети делят на проводные (оптико- волоконный кабель, витая пара) и беспроводные (по радиоволнам в определенном диапазоне частот — Bluetooth, Wi-Fi), по скорости передачи информации (трафик) — на низкоскоростные (до 10 Мбит/с), среднескоростные (до 100 Мбит/с) и высокоско- ростные (свыше 100 Мбит/с). 5.2. Специальные медицинские компьютерные сети Недалеко то время, когда привычные для нас истории болезни, справки и другая «бумажная информация» уйдут в прошлое и больница будет окутана компьютерными сетями. На авторучку и клочок бумаги работники больницы будут смотреть как на анахронический остаток цивилизации. Специальной локальной компьютерной сетью, предназначенной для организации информационных потоков в лечебном учреждении (стационаре, поликлинике), является госпитачъная информационная система — HIS (Hospital Information System). Специальной компьютерной сетью, предназначенной для организации информа- ционных потоков в радиологическом отделении больницы, служит информацион- ная система радиологического отделения — RIS (Radiological Information System). RIS позволяет организовать работу радиологического отделения на всех этапах обследования больного: от его регистрации, проведения исследования до составления отчетов и рассылки их по больнице и сторонним пользователям через Интернет. Од- ной из наиболее распространенных в нашей стране RIS является разработанная ком- панией «Siemens» локальная сеть Syngo Workflow. Эта сеть, как и другие RIS, опира- ется на стандарт HL7 (Health Level Seven — «седьмой уровень здравоохранения») — общепринятый стандарт обмена и управления медицинской информацией, а также ее интеграции. Он обеспечивает выполнение таких важных задач, как доступность и структурирование данных, идентификация участников, достижение согласованно- сти задач и безопасность, а также выполняет роль канала связи между другими систе- мами — HIS, PACS (см. далее) — и медицинским оборудованием. RIS представляет собою программное приложение клиент—сервер, т. е. имеет центральную часть — сервер (или несколько серверов), на котором находятся все све- 143
дения о пациентах и исследованиях, и клиентскую часть (клиент), устанавливаемую на персональных компьютерах и рабочих станциях. Система имеет модульный тип строения, поэтому ее легко перестраивать, подгоняя конфигурацию к конкретному лечебному учреждению и выполняемым производственным процессам. При работе в сети RIS, как и в других сетях, каждый пользователь обязан иметь уникальный идентификатор и учетную запись, включающую имя, пароль и назначен- ные привилегии. Назначенные привилегии — это четко очерченный круг задач, кото- рые необходимо решать пользователю при выполнении им служебных обязанностей. Например, врач-рентгенолог может анализировать и описывать рентгенограммы, но не вправе удалять их из базы данных. Это может делать только заведующий отделени- ем — у него есть такие привилегии. Для каждого пользователя (или пользователей) сетью создается профиль привиле- гий, который называется ролью. Роль включает перечень задач, которые может и дол- жен решать пользователь. В качестве примера можно назвать роли «главного врача», «рентгенолога», «лаборанта», «заведующего отделением» или «медсестры». Роль мож- но назначить и конкретному лицу, например «врач Иванов». Заметим также, что одному пользователю в зависимости от текущей ситуации можно назначить несколько ролей. Прохождение пациента через радиологическое отделение регулируется рабочим процессом. Рабочий процесс — это цепочка процедур, выполняемых при нахождении пациента в лечебном учреждении, в частности в радиологическом отделении. Рабо- чий процесс обеспечивается модульной структурой R1S (рис. 110). Здесь уместно отметить несколько важных моментов, относящихся к технологии движения информационных потоков в сети RIS. • Направление на лучевое исследование дает лечащий врач. Заметим, что данное положение правомерно и для несетевой, традиционной лучевой диагностики. • Обоснованность и объем лучевых исследований определяет радиолог, что тоже является общепринятым в традиционной лучевой диагностике. При этом радиолог устанавливает соответствие запрашиваемого исследования предварительному диа- гнозу заболевания. • Движение информационных потоков в системе строго упорядочено и закрыто от несанкционированного доступа к ней. • С помощью специальных программ распознавания речи надиктованный текст может быть распознан и направлен прямо в память компьютера. • В технологической цепочке диагностического процесса имеется расшифров- щик — специалист, помогающий врачу в составлении и оформлении отчета. • В качестве этапа диагностического процесса предусмотрено коллективное мышление, т. е. обсуждение с коллегами результатов обследования пациентов. Подоб- ное обсуждение носит название «клиническая презентация». Таким образом, диагноз заболевания становится коллективным. В традиционной лучевой диагностике из-за объективных причин (территориальная удаленность) такой этап диагностики являет- ся скорее пожеланием, чем требованием. Все этапы рабочего процесса, выполняемые пользователем с одной и той же ро- лью, объединяют в рабочий элемент. Рабочий элемент характеризуется определен- ным типом и статусом (рис. 111). Работа персонала радиологического отделения в локальной сети осуществляется с так называемого рабочего места. Рабочее место — это совокупность программ, позволяющая работнику осуществлять профессиональную деятельность в соответ- ствии с заданными ему профилем и ролью. Обычно в отделении создают несколько рабочих мест. Рабочие места не «привязаны» к конкретному компьютеру. Они вирту- ально «следуют» за пользователем и могут быть активированы на любом компьютере, даже находящемся у него дома. 144
Направление на исследование Лечащий врач регистрирует пациента и оформляет электронное направление Медицинский контроль Радиолог просматривает направление и подтверждает необходимость исследования Рис. ПО. Этапы рабочего процесса в радиологической информационной системе RIS. 145
Изображение или требуемая процедура Рис. 111. Структура рабочего процесса в радиологической информационной системе R1S. Рис. 112. Стандартный вариант интерфейса рабочего места PACS. 1 — линейка доступа; 2 — зона контроля; 3 — зона изображения. Интерфейс рабочего места в стандартном варианте обычно имеет три поля: ли- нейку доступа, зону контроля и зону изображения (рис. 112). Линейка доступа позволяет управлять рабочим процессом во время исследования. Верхняя часть этой линейки предоставляет доступ к системным функциям, например к инструментам конфигурирования и интерактивной справке. Нижняя часть этой линейки содержит доступ к обследованиям и рабочим спискам. На ней пользователь найдет все инструменты, необходимые для поиска пациента и необходимого исследования. Зона контроля обеспечивает быстрый доступ к компоновке и инструментам, не- обходимым для ответа на вопросы клиники. Эта зона также позволяет контролировать этапы и инструменты текущего документооборота. Она содержит функции навига- тора по истории болезни, средства управления этапами документооборота и общие инструменты. В зоне изображения на дисплей выводятся изображения, графики, таблицы и средства управления, которые предназначены для навигации, обработки, анализа 146
Рис. 113. Интерфейс рабочего места PACS с развитой архитектурой. и редактирования выводимой на дисплей информации. Специальные инструменты внутри зоны изображения предоставляют пользователю право присваивать изобра- жениям и запрошенным процедурам шаблоны документооборота. Эти правила при- сваивания задаются во время конфигурирования системы и могут быть изменены ад- министратором клиники. Интерфейс рабочего места с развитой архитектурой (рис. 113) имеет более слож- ную структуру: в нем имеются панель доступа, палитра форм, навигатор объектов, на- страиваемые панели инструментов, область управления, вкладка пациентов, область отображения и навигатор форматов изображения. Рабочее место сотрудника регистратуры радиологического от- деления. На нем осуществляют ввод сведений о пациентах и иссле- дованиях, планирование исследований и создание рабочих списков устройств подключенного оборудования для визуализации. Рабочее место оператора. С него управляют процессом создания изображений, определяют их качество и подготавливают для пред- ставления радиологу. Рабочее место радиолога. На нем производят оценку изображения и документирование исследований. Рабочее место может быть уста- новлено как в отделении, так и дома (!) (Есть такое направление в ради- ологии — телерадиология.) Обычно на этом рабочем месте устанавли- вают интегрированного клиента RIS/HIS и три монитора: для просмо- тра клинических данных, изображений и трехмерной реконструкции. 147
Рабочее место радиолога. Оно предназначено для подготовки и проведения клинических презентаций. Рабочее место лечащего врача. Его задачи — предоставление изображений и отчетов для просмотра лечащим врачам из того же учреждения и других организаций. Для распространения отчетов необходимо подключение к системе HISIRIS. Рабочее место системного администратора. На нем осуществля- ют конфигурирование системы, архивирование, администрирова- ние пользователей и настройку правил для телерадиологии. Рабочее место сотрудника регистратуры. Здесь создают диски с данными пациента и программой просмотра £)/СОЛ/-данных (DICOM— см. далее), осуществляют вывод изображений на плен- ку (функции печати в формате DICOM) и импорт носителей с дан- ными пациентов из других отделений. В систему RIS обычно входит так называемый биллинговый инструмент (от англ. bill — счет). Он обеспечивает определение стоимости выполненных в отделении ра- бот с учетом всех затрат, отсылку полученных данных в систему HIS и выставление счетов сторонним организациям, направившим пациента на обследование. Понятно, что в условиях страховой медицины данная функция весьма полезна. Важным стандартом в лучевой диагностике является международный стандарт DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine). Как следует из самого на- звания, данный стандарт предназначен для передачи медицинских изображений — рентгеновских, ультразвуковых, магнитно-резонансных, радионуклидных, эндоско- пических и др. (всего 29 типов изображений) между компьютерами. Он опирается на стандарт OSIIISO. Стандарт DICOM позволяет организовать цифровую связь между различными диагностическими аппаратами, персональными компьютерами и рабочи- ми станциями, архивными серверами и другими компьютерными устройствами, кото- рые располагаются внутри лечебного учреждения. Он помогает также обмениваться данными в пределах одного города или между несколькими городами по системе от- крытых глобальных сетей. Сетевым решением, объединяющим все диагностическое оборудование визуали- зации, является локальная сеть PACS — Picture Archiving and Communication System (система архивирования и передачи изображений). Она объединяет все диагностиче- ские аппараты для визуализации, персональные компьютеры, рабочие станции, ви- деоархивы, средства представления изображений в локальную единую внутреннюю сеть цифровых изображений. Сеть работает на стандарте DICOM и поддерживает операционную систему Windows, поэтому все цифровые аппарата для визуализации должны обязательно иметь конченый программный модуль DICOM. IB настоящее время во всех развитых странах радиологическая сеть PACS явля- ется общепринятым стандартом организации работы лечебного учреждения. Архитектура PACS сложная. Она зависит от фирм-изготовителей, структуры радиологического отделения и круга профессиональных задач. Большое распростра- нение получила радиологическая информационная система клиент—сервис syngo plaza, разработанная компанией «Siemens». Система пластично приспосабливается 148
Оборудование •давши Интегрированные станции HIS/PACS в отделениях Рис. 114. Архитектура локальной радиологической сети PACS. 149
к конфигурации радиологического отделения и хорошо интегрируется в общеболь- ничную компьютерную сеть. Она содержит большой комплекс оборудования и про- граммного обеспечения. Предельно упрощая ситуацию, в PACS можно выделить не- сколько узловых компонентов (рис. 114). Первый блок составляет оборудование для лучевой диагностики: рентгеновские и ультразвуковые аппараты, компьютерные томографы, гамма-камеры и пр. Сюда же можно включить специальный сканер для оцифровки аналоговых рентгенограмм, ко- торый может находиться в рентгенологическом отделении. Как уже отмечалось, все эти аппараты создают изображение в стандарте DICOM. Вторым важным объектом системы является сервер (чаще их несколько). Серверы играют главную роль в управ- лении системой и одновременно служат базой данных и знаний. В системе имеются также серверы для хранения изображений и документов. Обычно хранение инфор- мации осуществляется в два этапа: кратковременное (STS) и долговременное (LTS) хранение. Устройства STS обеспечивают быстрый доступ к изображениям, a LTS — архивное хранение очень больших объемов данных на недорогих носителях. Изобра- жения периодически копируют с устройств STS на устройства LTS. Постоянно произ- водят резервное копирование. Архивирование и транспорт медицинских изображений по сетям осуществляют, как правило, в сжатом виде. С этой целью применят широко известные форматы сжа- тия JPEG и JPEG 2000. Существует два типа сжатия: без потерь и с потерями инфор- мации. Тип сжатия выбирают, исходя из конкретных задач. Цифровые рентгенограм- мы, полученные прямым путем на плоском матричном детекторе, и маммограммы сжимают только без потерь. Периферийное оборудование включает многочисленные персональные ком- пьютеры и рабочие станции, которые располагаются в радиологическом отделении, клинических отделениях, администрации и группе технической поддержки системы. Большинство персональных компьютеров программно интегрировано в PACS и го- спитальную информационную систему (HIS). Это позволяет получать доступ одно- временно ко всей информации, циркулирующей в больнице. Отдельно выделяют блок печати на пленку. Очень важным блоком информационной системы являются средства выхода в Интернет: шлюзы, брокеры, брандмауэры и др. Интернет позволяет сотрудникам радиологического отделения общаться с внешним миром, обмениваться изображени- ями, получать необходимую информацию и консультации. Новым, бурно развиваю- щимся направлением взаимоотношения локальной сети и Интернета является вынос сложных программ на внешние серверы. Это позволяет дистанционно задействовать в работе системы огромные базы данных, программы искусственного интеллекта, развитые экспертные системы, программу «компьютерный помощник в диагностике» (CAD). Частичный перенос информационных ресурсов на мощные внешние серверы получил название «облачная технология». Вынос реализации сложных программ с периферийных компьютеров на цен- тральные серверы Интернета в настоящее время является отчетливо выра- женной тенденцией во всем развивающемся компьютерном мире. Для того чтобы получить представление о пропускной способности локальной сети PACS, приведем ориентировочные величины объема некоторых основных меди- цинских диагностических изображений: • компьютерная и магнитно-резонансная томограмма — 1—2 Гбайт; • УЗИ и радионуклидная сцинтиграфия — до 512 кбайт, • цифровая рентгенограмма — 2—5 Мбайт; • цифровая маммограмма — 6— 10 Мбайт. 150
5.3. Всемирная компьютерная сеть — Интернет Всемирная компьютерная сеть, или Интернет, — объединение локальных, региональных и национальных компьютерных сетей в одно информационное про- странство без территориальных и национальных границ. Сегодня Интернет представ- ляет собой глобальное средство коммуникаций, обеспечивающее обмен различной информацией — текстовой, графической, ауди- и видеоинформацией, онлайновыми службами — по всей планете. К настоящему времени число пользователей Интернета превышает 1 млрд. По оценке Всесоюзного центра изучения общественного мнения, в 2009 г. в России Интернетом пользовались 31 % населения. Связь между компьютерами нельзя понимать как прямое физическое или вирту- альное соединение. Компьютеры обмениваются информацией в виде пакетов, каж- дый из которых промаркирован и доставляется адресату разными путями, по разным маршрутам. В пункте назначения эти пакеты соединяются в установленном порядке, и конечный пользователь получает информацию в готовом виде. В отличие от телефон- ной связи и радиосвязи информация в Интернете не только передается, но и хранится на жестких дисках, называемых серверами, или узлами связи (хосты), Интернета. Хотя принцип объединения нескольких сетей в единое вневедомственное на- циональное информационное пространство возник в США еще в 1969 г. в виде сети ARPANET, настоящей датой рождения Интернета считают 1983 г. В это время была решена проблема устойчивости соединения разнообразных компьютерных устройств путем разработки и утверждения единого протокола обмена данными TCP/IP. Иными словами, протокол TCP/IP — это не один, а два самостоятельных протоко- ла. Первый из них — TCP (Transmission Control Protocol) — протокол транспортного уровня. Он управляет тем, как происходит передача информации. Согласно этому про- токолу, отправляемая информация «нарезается» на небольшие пакеты, каждый из ко- торых маркируется таким образом, чтобы на компьютере получателя все пакеты были правильно собраны. Пакеты информации отправляют по разным маршрутам в зависи- мости от их структуры и загруженности сети. В то же время два физически соединен- ных компьютера могут одновременно поддерживать различные ГСР-соединения. Протокол IP (Internet Protocol) — адресный. Он определяет, куда должна быть до- ставлена необходимая информация. Суть этого протокола состоит в том, что каждому участнику сети присваивается свой уникальный адрес {1Р-адрес) — постоянный или временный, т. е. только на момент соединения. Этот адрес выражается четырьмя бай- тами, например 567.55.32.88. Поскольку один байт может иметь 256 различных зна- чений, теоретически количество возможных уникальных /P-адресов составляет около 4 млрд. IP-протокол определяет, по какому маршруту следует направить конкретный блок (пакет) информации. Оптимизацией маршрута движения информации занима- ются специальные компьютеры и программы {маршрутизаторы), находящиеся на узловом сервере сети. Кроме протокола TCP/IP существуют и другие, например протокол UDP (User Datagram Protocol). Его предпочтительнее применять при передаче потоковой видео- и аудиоинформации. При С/РР-транспортировке данные помещают в специальный UDP-конверт, который в свою очередь упаковывают в IP-конверт. Если в локаль- ной сети функционируют другие протоколы передачи данных (например, UUCP или BITnet), то выход в Интернет осуществляется через особое устройство, именуемое шлюзом, преобразующим их в типовой протокол TCP/IP и обратно. Для подключения компьютера к Интернету имеются специальные организа- ции — провайдеры. С ними решают все вопросы, связанные с использованием раз- личных ресурсов Интернета. Возможно два варианта подключения к сети. Первый — без постоянного соединения с сервером (режим off line)', соединение устанавливают 151
только на момент связи с помощью модемов, коммуникационных и сервисных служб. Другой вид соединения — режим on line, при котором пользователь постоянно соеди- нен с сервером, а через него — со всем Интернетом. Режим offline более экономичен, так как позволяет более детально ознакомиться с полученными материалами через Интернет и в свою очередь более вдумчиво и осмысленно подготовить ответ своему корреспонденту. Режим on line более мобилен, он создает эффект присутствия при обмене информацией со своим корреспондентом или сервером. Способы подключения к Интернету могут быть различными. В настоящее время наиболее популярно подключение через оптико-волоконную сеть и через спутник. Оптико-волоконная сеть обладает наибольшей пропускной способностью и в на- стоящее время является наиболее прогрессивным коммуникационным решением. Второй способ соединения с Интернетом — через спутник и Интернет-провайдера. В настоящее время скорость трафика в Интернете составляет 10—1000 Мбит/с. На рынке телекоммуникационных услуг получает распространение технология WAP (Wireless Application Protocol — протокол беспроводной связи). Она позволяет осуществлять выход в Интернет через мобильный телефон. Беспроводный канал Wireless, или Wi-Fi, предназначен в основном для передачи данных внутри корпоративных сетей и дистанционного подключения к сети Интер- нет. Его пропускная способность в стандарте 802.11g достигает 54 Мбит/с, радиус связи — нескольких сотен метров. Как видим, способ подключения пользователя к Интернету может быть разным и определяется требованиями к скорости обмена информации, надежности связи и финансовыми соображениями. Существует два вида поиска нужных данных в Интер- нете. Ознакомительный просмотр Web-документов называется Web-серфингом, целе- направленный поиск информации в Интернет-пространстве — Web-навигация. Поскольку человеку нелегко запомнить числовые значения Интернет-адреса (IP- адрес), сложилась практика использования Доменной Системы Имен (DNS—Domain Name System). Эти имена распределяет и утверждает Международный координаци- онный центр имен и IP-адресов (ICANN). Доменные имена имеют иерархическую структуру: домены верхнего уровня — домены второго уровня — домены третьего уровня и т. д. Домены верхнего уровня бывают трех типов — административные, географиче- ские и профессиональные. Административные домены верхнего уровня: • .сот— коммерческая организация, • .org — некоммерческая организация, • .edu — образовательная организация, • .gov — правительственная организация США, • .int — международная организация, • .net — компьютерная сеть, • .mil — военное ведомство США. Другой тип доменов верхнего уровня имеет географический характер. Это доме- ны, поддерживающие информационное пространство на территории того или иного государства: • .ru — Россия, • .de — Германия, • .са — Канада, • .us — США. В последнее время начинает функционировать российский домен на кириллице. Международная организация ICANN расширила список доменных имен, в частности для бизнеса, туризма, развлечений и др. К настоящему времени указанной организа- цией зарегистрировано около 250 доменов верхнего уровня. 152
Структура Интернета представляет собой набор служб — совокупность про- грамм, взаимодействующих между собою в соответствии с установленными протоко- лами. Программы объединены по парам. Одну из программ конкретной пары устанав- ливают на сервере — программа-сервер, вторую — на компьютере пользователя — программа-клиент. При передаче информации в Интернете пользователю нередко приходится обра- щаться к файлообменникам. Файлообменник, или файловый хостинг, — это сервис, который предоставляет пользователю место на сервере под его файлы. На главной странице файлообменника пользователь загружает файл на этот сервер, а файлооб- менник отдает пользователю постоянную ссылку, которую он может рассылать по электронной почте. По этой ссылке пользователь-адресат, зайдя на сервер файлооб- менника, может скачать всю необходимую информацию. Некоторые файлообменники имеют партнерские (аффелированные) программы, которые облегчают и оптимизиру- ют деловые взаимоотношения между пользователями. К основным ресурсам Интернета относят: электронную службу протокол переноса файлов, Всемирную паутину, листы рассылки, службы конференций, группы новостей, терминальный режим работы компьютера, Интернет- телефонию, социальные сети (например, Skype, Facebook, Live Journal) и не- которые другие. Телерадиология — это использование ресурсов Интернета для решения задач в области этой сферы медицинской деятельности. В радиологических информаци- онных системах, как правило, существуют приложения, поддерживающие данный вид сервиса. К настоящему времени сложились и успешно функционируют следую- щие направления телерадиологии. • Дистанционная консультация. Ее осуществляют с помощью специальных аппаратно-программных модулей, веб-камер или электронной почты. • Дистанционное обучение. В Интернете имеется большое количество специальных радиологических порталов, электронных учебников, образовательных сайтов по радиологии. • Научная радиология. Она включает участие в форумах, ведение блогов, монито- ринг конгрессов и семинаров, публикацию электронных версий научных статей, тезисов, рефератов. • Личные контакты радиологов: социальные сети, технология P2P. • Дистанционная работа «на дому». Новый, набирающий силу вид трудовой дея- тельности радиологов. Это — консультации, выполнение отчетов, подготовка до- кументов, наконец, так называемый аутсорсинг — ведение с домашнего компью- тера бизнес-проектов по радиологии. • Использование центральных ресурсов Интернета для расширения функциональ- ных возможностей локальных компьютерных сетей, персональных компьютеров и рабочих станций — «облачная технология». • Использование Интернета для контроля над радиологическим оборудованием с сайта фирмы-производителя. В настоящее время все большее распространение получает система фриланс (от англ, freelancer — свободный копьеносец, наемник; в переносном значении — вольный художник). Суть ее состоит в выполнении работы «на дому» с использова- нием персонального компьютера и Сети. Имея дело с медицинскими изображениями, врач-радиолог может в ряде случаев, находясь в домашних условиях, проводить кон- сультации дистанционно через Интернет. Далее приводен список Интернет-ресурсов в сфере лучевой диагностики. 153
Поисковые системы www.google.com.ruwww.rambler.ruwww.yandex.ru www.yahoo.comwww.aport.ruwww.altavista.ru Сайты радиологических научных обществ и журналов Российская ассоциация радиологов Московское объединение российских радиологов Общество специалистов в области лучевой диагностики Санкт-Петербургское радиологическое общество «Медицинская визуализация» «Радиология-практика» «Ультразвуковая и функциональная диагностика» www.ruradiology.org www.momr.ru www.radiologia.ru www.spbra.ru www.medvis.ru www.radp.ru www.usfd.ru Сайты зарубежных издательств и журналов Список журналов издательства Шпрингера Сводный список ряда зарубежных журналов «Academic Radiology» «Diagnostic Imaging» «Investigative Radiology» www.springerlihk.com www.radiology.org www.academicradiology.org www.diagnosticimaging.com www.investigativeradiology.com Медицинские издания. Научные новости. Радиологические коллекции Европейский архив лучевых изображений Архив лучевых диагностических изображений Атлас мозга Нервная система Лекции по компьютерной томографии Основы МРТ Radiol. Anatomy of Mr.Gill Обзорный медицинский сайт «Вместе против рака» Информационный сайт для пациентов и врачей Научные новости www.eurorad www.medimage.ru www.med.harvard/AANLIB/home.html www.spiwarp.ucsd/NeuroWebw www.ctisus.com www.cis.rit.edu/htboooks/mri http://sppprojects.mmip.mcgill.ca/radiologywww.netoncology.ru www.radiologie.de www.elementy.ru www.sciam.ru Список литературы Королюк И. П. Медицинская информатика. — Самара: ОФОРТ, 2012. — 241 с. 6. МЕДИЦИНСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ КАК ОБЪЕКТ ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ Главным источником диагностической информации, получаемой с помощью средств лучевой диагностики, являются медицинские изображения органов (Medical Imaging), которые также называют диагностическими изображения- ми (Diagnostic Imaging). Медицинское изображение — структурно-функциональный образ органов человека, предназначенный для диагностики заболеваний и изучения анатомо- физиологической картины организма. Основными источниками для получения медицинских изображений являются методы лучевой диагностики — рентгено- логический, магнитно-резонансный, радионуклидный и ультразвуковой. К этим изображениям можно отнести также оптические изображения, основанные на биолюминесценции и флюоресценции. 154
По данным Института здоровья США, в 2010 г. в мире выполнено 5 млрд диа- гностических изображений, при этом доза облучения населения составила 50 % от всей совокупной дозы радиации. В широком понимании термин «медицинское изо- бражение» включает, помимо лучевых образов, картины органов, получаемые с ис- пользованием других физических способов исследования: эндоскопических, оптиче- ских, микроскопических, инфракрасных и пр. Заметим, что визуализацию органов, удаленных в процессе операции, например рентгенографическую картину удаленной молочной железы, или изображение трупа на компьютерной томограмме (так назы- ваемая добродетельная аутопсия) нельзя считать медицинскими изображениями. Их относят к другому разделу медицины — патологии. Многообразные медицинские изображения независимо от способа их получения (рентгенологический, ультразвуковой, радионуклидный или магнитно-резонанс- ный) могут быть объединены в две основные группы: аналоговые и цифровые (дигитальные). К аналоговым изображениям относят те, в которых заключена информация не- прерывного характера. Подобные изображения являются основными при восприятии человеком окружающего его мира. Эти изображения предъявляют врачу для распо- знавания заболеваний. Всем аналоговым изображениям, включая медицинские, свой- ствен ряд недостатков. В частности, затруднены их компактное хранение, обработка в соответствии с потребностями диагностики, передача от пользователя к пользовате- лю. В них всегда много лишних сигналов, или шумов, которые ухудшают их качество. Этих недостатков лишены цифровые (дигитальные) медицинские изображения. Они имеют в своей основе ячеистую структуру (матрицу), содержащую в виде цифр информацию об органе, которая поступила от датчиков диагностического аппарата. С помощью компьютера сигналов, которые хранятся в матрице, по сложным алгорит- мам создают (реконструируют) изображение органов. Цифровые изображения харак- теризуются высоким качеством, отсутствием посторонних сигналов (шумов), их лег- ко сохранять на различных магнитных носителях, легко обрабатывать на компьютере и пересылать на большие расстояния по сетям телекоммуникации. Необходимо под- черкнуть, что на современном этапе развития медицинской визуализации цифровые изображения становятся доминирующими в лучевой диагностике. Аналоговые медицинские изображения могут быть преобразованы в матричные и, наоборот, матричные — в аналоговые. Оцифровку аналоговых изображений с твер- дых носителей и ввод их в память компьютера осуществляют с помощью специальных считывающих устройств — сканеров и фотокамер. Для оцифровки пленочных рентге- нограмм применяют транспарентные сканеры — дигитайзеры. У этих сканеров рабо- чий диапазон оптической плотности должен быть выше 3,0 D. В качестве оцифровочно- го устройства может быть использована также цифровая фотокамера. Основным спосо- бом оцифровки рентгеновского изображения с УРИ или оптической системы является ПЗС-матрица (прибор с зарядовой связью). Кроме того, цифровые рентгеновские изо- бражения можно получать путем прямой рентгенографии, выполняемой с использова- нием плоских полупроводниковых детекторов — ddR (digital direct Radiography), либо пластин с «запоминающим» люминофором — CR (Computer Radiography). Устройства для реализации технологии CR, так же как и транспарентные сканеры, именуют диги- тайзерами (подробнее см. раздел 1, главу 4). В некоторых аппаратах для лучевой визу- ализации (гамма-камеры, ультразвуковые аппараты) цифровые изображения получают из аналоговых с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Медицинские изображения в кардиологии собираются детекторами в точно за- данные периоды кардиоцикла под управлением электрокардиограммы — так называе- мые ЭКГ-синхронизированные исследования. Таким путем осуществляют визуализа- 155
цию сердца при рентгеновской компьютерной и магнитно-резонансной томографии, сцинтиграфии (ОФЭКТ и ПЭТ). Одновременно при этих исследованиях компьютер производит расчет и представление всех требуемых функциональных параметров деятельности сердца (см. рис. 90 в части III). На современном этапе развития лучевой диагностики цифровые изображения являются доминирующими. В ближайшем будущем они полностью вытеснят анало- говые изображения. Далее сгруппированы медицинские изображения и методы лучевой диагностики, с помощью которых их получают. Аналоговые изображения: • традиционная пленочная рентгенография, • линейная томография, • аналоговая рентгеноскопия. Цифровые изображения: • цифровая рентгенография, • цифровая рентгеноскопия, • визиография, • рентгеновская компьютерная томография, • дентальная компьютерная томография, • магнитно-резонансная томография, • однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), • позитронная эмиссионная томография (ПЭТ), • сонография, • ультразвуковое допплеровское картирование, • мультимодальные (сплавленные, гибридные) изображения (КТ/ОФЭКТ, КТ/ПЭТ, МРТ/ПЭТ). Представление диагностических изображений на дисплее может иметь двоякий характер. Векторные изображения состоят из набора элементарных линий и кривых, описываемых математическими формулами в виде математических объектов, называ- емых векторами. Последние имеют графическую характеристику, врач может изме- нять их в соответствии с выбранными программами без ухудшения качества изобра- жения. Недостатком векторных изображений является необходимость значительных ресурсов адресуемой памяти компьютера. Матричные изображения имеют в своей основе растр, состоящий из большого количества ячеек — пикселей. Пространственное разрешение матричных изображе- ний зависит от количества содержащихся в них пикселов. Вследствие этого при об- работке такого изображения, связанной с изменением его размеров (всего или отдель- ных деталей), распечаткой на принтере с разрешающей способностью, отличающейся от таковой на экране, оно может в значительной степени деформироваться: появляет- ся зубчатость контуров, исчезают детали изображения. Матричные изображения фор- мируют на растровом дисплее путем электронного сканирования. Тем самым создают условия для восприятия изображения в режиме реального времени. Каждому из элементов матрицы изображения на экране дисплея соответствует определенный участок адресуемой памяти. Таким образом, вся площадь растрового дисплея содержит совокупность пикселей, имеющую свою размерность. В лучевой ди- агностике экранную площадь дисплея обычно формируют в виде следующих матриц: 64 х 64, 128 х 128,256 х 256, 512 х 512, 1024 х 1024 пикселей. Чем больше количество пикселей, на которое разбивают экранную площадь дисплея, тем выше разрешающая способность системы отображения. Чем крупнее матрица изображения, тем более фраг- 156
Рис. 115. Влияние размера матрицы на качество изображения. а — матрица размером 64*64 пикселей; б — 128*128 пикселей; в — 256*256 пикселей; г — 512*512 пикселей. ментарным оно представляется наблюдателю (рис. 115), но с увеличением количества пикселей в изображении возрастает емкость адресуемой памяти компьютера, а для это- го требуются дополнительные аппаратные и программные ресурсы. В связи с этим на практике выбирают оптимальный размер матрицы, при котором сохраняется баланс между производительностью компьютера и приемлемым качеством изображения. При получении изображения в цвете наилучшим вариантом является трехбайт- ный пиксель, который содержит 16,7 млн цветов {стандарт RGB — red, green, blue — красный, зеленый, голубой). Однако такая палитра цветов требует большого объема памяти компьютера, поэтому в медицинской практике чаще применяют упрощенный, так называемый индексированный, цвет — однобайтный, который содержит 256 цве- тов. Он несколько хуже по качеству, но намного рациональнее расходует память ком- пьютера. Кроме того, он быстрее и проще передается по линиям компьютерной связи. И все же для ускорения передачи изображений и более рационального хранения в ком- пьютерной памяти их сжимают, т. е. производят их компрессию с помощью специ- альных программ в несколько раз, или архивируют. При обратном процессе — разар- хивировании — качество изображения восстанавливается практически до исходного. 157
Все изображения в лучевой диагностике имеют растровый характер. У каждого из них свой формат. Формат TIFF предназначен для создания и хранения медицинских изо- бражений высокого качества. Он поддерживает широкую палитру передачи цветов — от монохромного черно-белого до 32-разрядной цветной модели CMYK (специальный цве- товой формат для полиграфии) и сжимается без потери данных. Формат характеризуется возможностью переноса изображения между платформами IBM PC и Apple Macintosh. Формат JPEG — основной формат, который предназначен для хранения растровых медицинских изображений. Он воспроизводит достаточно высокое качество изображения, позволяя его сжимать в несколько раз без ощутимой потери качества (рис. 116) за счет изъятия избыточной информации. Новый вариант этого формата {JPEG 2000) обладает более высокой способностью сжатия (до 100 степеней) без потери качества изображения. Формат GIF характеризуется высокой степенью сжатия, однако с потерей качества изображения, работает с фиксированным (256) количеством цветов. Предназначен для передачи медицинских изображений в сети Интернет и поддержки телерадиологии. Формат PNG — распространенный формат для работы с медицинскими изобра- жениями в Интернете. Он поддерживает 8- и 24-битные цветные изображения и стан- дартную серую шкалу с 256 оттенками. Формат PDF предназначен для хранения документа целиком, включая его текстовую и изобразительную части. Благодаря мощному алгоритму сжатия он получил широкое распространение в Интернете при работе с материалами по лучевой диагностике. Формат DjVu создан специально для хранения сканированных документов — книг, журналов, рукописей, в которых много формул, схем, рисунков и рукописных символов. Данный формат применяют в основном для хранения и скачивания книг, атласов, учебников из электронных библиотек. Необходимо отметить, что в распоряжении лучевого диагноста обязательно должны быть программы-конвертеры, которые позволяют переводить медицинские изображения и сопровождающие их документальные данные из одного формата в другой: PDF в WORD, DjVu в WORD, YouTube в AVI и др. При работе с медицинскими изображениями следует также иметь в виду возможность их переноса на платформы IBMC PC и Apple Macihtosh. Существуют также внутренние форматы, которые создают фирмы, разрабаты- вающие оборудование для лучевой диагностики. К ним относится, например, формат «Siemens» для компьютерной томографии. Однако независимо от типа оборудования и его происхождения все аппараты для лучевой диагностики обязательно оканчива- ются терминалом, поддерживающим стандарт DICOM(см. ранее). Рис. 116. КТ коленного сустава (трех мерная реконструкция). а — формат TIFF (495 кбайт); б — формат PNG (193 кбайт); в — формат JPEG (25 кбайт). Несмотря на значительные различия в размерах памяти, качество изображения практически одинаковое. 158
Растровые изображения, используемые в лучевой диагностике, имеют не только различные размеры матрицы в зависимости от поставленных задач и, следовательно, количество находящихся в ней пикселей, но и различную структуру самого пикселя. Каждый пиксель изображения формируется в памяти дисплейного процессора различным количеством бит — от 1 до 24. Чем большим количеством бит информа- ции представлен каждый пиксел изображения, тем богаче изображение по своим зри- тельным свойствам и тем больше информации об исследуемом объекте оно содержит. Так, 2-битный пиксел содержит всего 22=4 уровня передачи изображения, 8-битный (однобайтный) — 256,24-битный пиксел — более 16 млн вариантов. Количество бит, содержащихся в одном пикселе, называют его глубиной. Чем больше глубина пикселя, тем качественнее изображение. Оптимальным вариантом черно-белого изображения является однобайтный пиксель, который содержит 256 градаций серого цвета (от бе- лого — 0 до черного — 256), — так называемая стандартная серая шкала. Глубина пикселя и ширина шкалы серого цвета Глубина пикселя, бит Ширина шкалы серого цвета, ед. 8 256 10 1024 12 4096 16 16 384 Однако при большей глубине пикселя требуется больше ресурсов компьютера, что отражается на его конечной производительности. В связи с этим в лучевой диагностике применяют различную глубину пикселя в зависимости от поставленной задачи. Глубина пикселя при использовании различных цифровых методов лучевой диагностики Метод Глубина пикселя, бит Сонография Допплеровское картирование Сцинтиграфия (ОФЭКТ/ПЭТ) Рентгеноскопия Рентгеноскопия (ddR/CR) Ангиография Компьютерная томография Магнитно-резонансная томография 6—8 12 6—8 8 10—14 10—12 16 16 В ультразвуковой диагностике, которая решает в основном функциональные за- дачи, чаще используют 6-битный пиксель, у которого 26=64 оттенка серого цвета, реже — 8-битный с 256 оттенками серой шкалы. Для допплеровского сканирова- ния требуется большая глубина пикселя, вплоть до 12-битного, цветовая палитра которого состоит из нескольких миллионов оттенков. В радионуклидной диагностике, в которой изображения служат для получения главным образом функциональных параметров, применяют преимущественно 8-битный пиксель (байтная система формирования пиксела), в котором 28=256 ва- риантов оценок, т. е. уровней серой шкалы или цвета. Нетрудно подсчитать, что для получения матричного изображения размером 64 х 64 пикселей требуется 4096 байт памяти, размером 128 х 128 пикселей — 16 384 байт, т. е. около 16 кбайт (приблизительно столько, сколько занимает одна страница машинописного текста). 159
Более совершенные системы радионуклидной диагностики позволяют получить изображения размером 256 х 256, 512 х 512 и даже 1024 х Ю24 пикселей. Для форми- рования таких образов при соответствующем 8-битном пикселе нужно занять в памяти компьютера соответственно 64, 256 и около 1000 кбайт (1 Мбайт). Увеличение объема памяти неизбежно приводит к снижению скорости обмена информацией, что сопрово- ждается увеличением времени, необходимого для построения каждого кадра изображе- ния. В связи с этим мелкие растры (256 х 256 и 512 х 512) применяют преимущественно для получения статических изображений с высоким пространственным разрешением, т. е. в диагностике очаговых поражений в органах, тогда как крупные матрицы (64 х 64 и 128 х 128) используют главным образом для динамических исследований. Цель рентгенологической и магнитно-резонансной визуализации — получение в основном морфологической информации с максимально высоким пространствен- ным и спектрографическим разрешением, поэтому требования, предъявляемые к размеру матрицы и глубине пикселя, а следовательно, и к производительности компьютера более высокие. В компьютерной томографии используют 2-байтные (16-битные) пиксели. При размере матрицы 512 х 512 на получение одной компьютерной томограммы будет затрачено 412 кбайт памяти компьютера. Приблизительно такой же объем памяти не- обходим для получения магнитно-резонансных изображений. При матрице размером 1024 х Ю24 пикселя требуется свыше 1 Мбайт памяти. Еще больше ресурсов ком- пьютера расходуется при построении объемных (3D) изображений и особенно при создании четырехмерной (4D) графики. В дигитальной рентгенографии и рентгеноскопии применяют дисплей с очень мелкой матрицей, как правило, 1024 х 1024 пикселей. Такое изображение практиче- ски неотличимо от обычной полутоновой аналоговой картины. Однако для получения такого изображения нужно свыше 1 Мбайт памяти компьютера. Еще больший объем компьютерной памяти — свыше 2 Мбайт — необходим для построения одного кадра в дигитальной субтракционной ангиографии. Для работы с цветными изображениями требуется в 3 раза большая память ком- пьютера, чем для черно-белых, по количеству основных цветов (стандарт RGB). По- нятно, что для реализации такой задачи нужны высокопроизводительные компьюте- ры с большим объемом дисковой и оперативной памяти и развитым программным обеспечением. Лучевому диагносту эти многочисленные цифровые данные необходимо пом- нить, чтобы правильно ориентироваться в создании архивов и работе в Интернете. Все медицинские изображения в лучевой диагностике могут существовать в двух вариантах: в виде твердых копий — рентгенограмм, отпечатков на бумаге, лазерной пленке, фотобумаге и в электронном виде — на экране дисплея, магнитных носите- лях, оптических дисках и пр. Уместно напомнить, что емкость оптического диска CD- ROM составляет 700 Мбайт, DVD-диска — 4,7 Мбайт, DVD-DS-DL (двустороннего высокой плотности) — 17 Мбайт, диска Blue-ray — 150 Мбайт, флэш-карты — до 30 Мбайт, выносного винчестера — до 500 Мбайт, жесткого диска (винчестера) пер- сонального компьютера — несколько сотен гигабайт. Скорость передачи информации по современным коммуникационным системам обычно не превышает 100 Мбит/с. Та- ковы «взаимоотношения» медицинских изображений и современных цифровых спо- собов их хранения и передачи. Медицинские изображения можно разделить также на статические и динамиче- ские. Первые служат для оценки морфологии органов и развивающихся в них пато- логических процессов, вторые — преимущественно для изучения функции органов, поэтому их называют функциональными. Изучение функциональных изображений 160
является одним из важнейших направлений современной медицинкой диагностики. При этом можно выделить четыре типа таких изображений: • функциональные изображения I типа — характеризуют двигательную активность органов (моторную, сократительную, эвакуаторную и др.); • функциональные изображения II типа — характеризуют накопительно- экскреторную функцию органа; • функциональные изображения III типа — отражают активность перфузионных процессов в органе; • функциональные изображения IV типа — характеризуют метаболическую актив- ность в биологических тканях. Получить функциональное изображение I типа^ т. е. исследовать двигательную активность органов, можно на дисплее рентгеновского или ультразвукового аппара- та. На практике широко используют регистрацию сократительной способности кон- трастированных пищевода и желудка на серии стоп-кадров, выполняемой в процессе рентгеноскопии. Широко применяют изучение двигательной функции органов при сонографии. Двигательную функцию сердечной мышцы можно изучить с помощью КТ, МРТ и ОФЭКТ, которые выполняют с использованием кардиосинхронизаторов и специальных программных алгоритмов. Применение компьютерной технологии по- зволяет оценить сократительную функцию органов в количественных показателях. Функциональные изображения II типа отражают накопительно-экскреторную функцию органа. С этой целью применяют маркеры радиофармпрепараты (РФП) или рентгеноконтрастные вещества, избирательно и быстро захватываемые из крови исследуемыми органами. Таким путем изучают, например, функцию печени, почек, желчевыделительной системы. Типичными примерами функциональных изображе- ний этого типа являются картины, получаемые при рентгенологическом исследова- нии почек — урографии и радионуклидном исследовании гепатобилиарной систе- мы — сцинтиграфии. Функциональные изображения III типа — перфузионные. Они основаны на визу- ализации перфузии в капиллярном русле органа. Изображения подобного типа приме- няют в компьютерной томографии для диагностики ишемии миокарда, определения нарушения кровотока в головном мозге при ишемическом инсульте. Другим приме- ром функциональных изображений этого типа является картина тромбоэмболии ле- гочных артерий при сцинтиграфии и перфузионной компьютерной томографии. Функциональные изображения IV типа — метаболические — отражают состо- яние метаболизма в изучаемом органе. Они основаны на визуализации изменения тока жидкости с помощью магнитно-резонансной томографии во вне- или внутри- клеточных пространствах, в частности при переходе тока жидкости из изотропного (линейного) в анизотропный (вихревой). Метаболическая магнитно-резонансная то- мография основана на регистрации насыщения гемоглобина крови кислородом. При активизации функции нервных клеток увеличивается поглощение ими кислорода, что находит отображение на томограммах. Цветовое картирование функциональных магнитно-резонансных томограмм позволяет получить изображение функциональ- ных зон головного мозга, например двигательной или речевой. МР-трактографию используют для визуализации проводящих путей головного мозга и нервных пучков в формате 3D. Метаболический характер имеют изображения, получаемые при радио- нуклидной визуализации — сцинтиграфии и позитронной эмиссионной томографии. Метаболические изображения называют также (с некоторыми оговорками) молеку- лярными и биохимическими. С их помощью осуществляют визуализацию биохимиче- ских и молекулярных процессов в живой ткани. По типу формирования можно выделить следующие группы медицинских изо- бражений: 161
• планарные изображения — рентгенография, сцинтиграфия; • послойные изображения — линейная томография, КТ, МРТ, ОФЭКТ, ПЭТ, соно- графия, когерентная лазерная томография; • трехмерные изображения — 3D-rendering при КТ, УЗИ, МРТ; • четырехмерные изображения (трехмерные изображения в режиме реального вре- мени — потоковые файлы) — 4D-rendering при КТ, УЗИ, МРТ; • энергетические изображения — энергетический допплер, КТ с выделением изо- мерных по напряжениям потоков крови, сосудистых стенок; • изображения с параметрическими эквивалентами — MP-спектрография, остео- денситомерия; • мультимодальные (сплавленные, гибридные) изображения — ОФЭКТ/КТ, ПЭТ/ КТ, ПЭТ/МРТ Все работы с цифровыми изображениями осуществляют с помощью специализи- рованных компьютеров. Одни из них (управляющие компьютеры) служат для управ- ления работой аппарата и оформления документации, другие (рабочие станции, или АРМ) — для обработки полученных изображений и выполнения врачебных заключе- ний. Рабочие станции оснащены большим набором клинических и инструментальных программных приложений, которые предназначены для выполнения конкретных кли- нических задач в онкологии, кардиологии, акушерстве и др. Эти станции позволяют манипулировать с полученным массивом цифровых данных при выполнении вычис- лительных работ, проводить постпроцессорную обработку изображений, получать со- вмещенные изображения, изображения в формате 3D и 4D. Важным достоинством дигитальных изображений является возможность их компьютерной обработки. Первый этап такой обработки — предварительный. Его осуществляют во время сбора информации, т. е. в момент получения самого изо- бражения. С этой целью проводят коррекцию изображения для «выправления» технических дефектов детекторов излучений, например неоднородности в чув- ствительности по полю большого сцинтилляционного кристалла гамма-камеры или линейки ультразвуковых датчиков. На этом же этапе осуществляют коррек- цию физиологических факторов, ухудшающих изображение. Например, при ра- дионуклидном исследовании почек исключают влияние радиоактивности, нахо- дящейся в кровеносных сосудах и окружающих мягких тканях, при исследовании печени необходимо учесть и исключить динамическую нерезкость, вызванную ее дыхательными перемещениями. На рентгеновских компьютерных и магнитно- резонансных томографах подобные коррекции проводят с помощью специальных компьютерных программ. Следующий этап обработки изображений — аналитический. Его проводят во время анализа изображений. Так, с целью улучшения качества изображения можно провести процедуру сглаживания, т. е. выравнивание неоднородностей, контрастирование органов путем отсечения окружающего фона, который мешает зрительному восприятию исследуемого органа. Можно выполнить также цветовое кодирование изображения, что также улучшит качество его восприятия. С помо- щью специальных алгоритмов можно построить аксонометрическое, или псев- дообъемное, трехмерное изображение органа. Естественно, все указанные выше преобразования выполняют с помощью компьютера по заложенным в него при- кладным программам. Своеобразной формой обработки изображения является «алгебра кадров»: сло- жение или вычитание нескольких изображений органа с помощью компьютера, осу- ществляемое, как правило, автоматически во время исследования. Таким путем, на- пример, получают изолированное изображение сосудов при дигитальной субтракци- онной ангиографии. 162
Многие современные аппараты для цифровой визуализации имеют встроенную систему анализа сигналов. Она позволяет уже на этапе сбора информации осу- ществлять ее компьютерную обработку в соответствие с задачами исследования, т. е. до вмешательства оператора — технолога, лаборанта, врача. Это в значи- тельной степени облегчает работу персонала и повышает эффективность диагно- стического метода. Такая система получила название «коррекция in line». Новое направление визуализации — совмещение изображений, полученных по- средством разных методов исследования. Такие картины носят название «мульти- модальные, или сплавленные, изображения». Подобным образом получают, напри- мер, сплав компьютерной томограммы с однофотонной эмиссионной компьютерной томограммой (КТ + ОФЭКТ) или позитронной эмиссионной томограммой (КТ + ПЭТ), магнитно-резонансной томограммы с позитронной эмиссионной томограммой (МРТ + ПЭТ). Сплавленные изображения являются венцом современной анатомо- функциональной визуализации. С помощью компьютера можно обрабатывать кривые, полученные при анали- зе медицинских изображений. Можно, например, сгладить (аппроксимировать) эти кривые, т. е. сделать их визуально более наглядными Специальные прикладные про- граммы позволяют провести на компьютере математическое моделирование изучае- мых функций, что помогает выявить патологические изменения и оценить степень их выраженности. Выделение «зон интереса» — один из основных этапов обработки диагностиче- ских изображений на компьютере. «Зона интереса» — это участок изображения органа (рентгенологического, ультразвукового, магнитно-резонансного, радио- нуклидного), который представляет наибольший интерес для диагностики. Как правило, выделение «зоны интереса» осуществляет в ручном режиме оператор или врач. Кроме того, существуют компьютерные программы по автоматизиро- ванному выделению «зон интереса» — CAD. «Зоной интереса» может быть весь орган или его часть. На одном изображении может быть несколько «зон интереса», например исследуемый орган, окружающие его ткани, пучок питающих орган сосудов, соседние органы. Применительно к от- дельному органу такими «зонами интереса» могут быть, в частности, кортикальный слой и выделительная система органа. Форму, размеры и количество «зон интереса» врач выбирает произвольно в за- висимости от вида исследования и конкретных задач диагностики с помощью кур- сора на экране дисплея либо автоматически по специальным программам обработки изображений. Выбранную «зону интереса» изучают отдельно или же во взаимосвязи с другими. В этой зоне с помощью компьютера можно проследить прохождение рент- геноконтрастного вещества или РФП. Кривые, построенные на основании результа- тов такого анализа, отражают функцию органа (или его части). В «зонах интереса» можно определить оптическую плотность изображения органа, выявить и оценить степень неоднородности его ткани, произвести различные измерения. Перспективным направлением использования компьютера для анализа медицин- ских изображений является их автоматизированный анализ. Особенно эффективна та- кая обработка при массовых проверочных исследованиях, например при флюорогра- фии грудной клетки или маммографии. Представляется перспективным на аналитиче- ском этапе компьютерного анализа изображений использовать специализированные приложения, решающие конкретные клинические задачи, и, конечно же, программу «компьютерный помощник в диагностике» (CAD). С помощью особо сложных ком- пьютерных систем, состоящих из нескольких сотен высокопроизводительных процес- 163
соров, собранных по специальной схеме (так называемые нейрокомпьютеры), удает- ся автоматизировать процесс распознавания заболеваний. Для этого такие системы предварительно длительное время «обучают» на большом клиническом материале, т. е. создают «базу знаний» по данному предмету. Все большее распространение в автоматизированном компьютерном анализе полу- чает система «нечеткой логики» (fuzzy logic) — концепция построения решений (в том числе медицинских) не по принципу «да/нет»