Ім'я файлу: Розділ2-Тема3-Візуал.doc
Розширення: doc
Розмір: 595кб.
Дата: 09.02.2023
скачати
Пов'язані файли:
Практика.docx
Розширення: doc
Розмір: 595кб.
Дата: 09.02.2023
скачати
Пов'язані файли:
Практика.docx
Міністерство охорони здоров’я України
Харківський національний медичний університет
Візуалізація медико-біологічних даних.
Обробка й аналіз медичних зображень.
Методичні вказівки з дисципліни «Медична інформатика»
для студентів 2 курсу медичних та стоматологічного факультетів
Затверджено
вченою радою ХНМУ.
Протокол № 11 від 17.05.2016.
Харків, ХНМУ
2016
Візуалізація медико-біологічних даних. Обробка й аналіз медичних зображень «Медична інформатика» / упор. Рисована Л.М., Радзішевська Є.Б. – Харків : ХНМУ, 2016. – 23 с.
Укладачі: асистент кафедри медичної та біологічної фізики і медичної інформатики Рисована Л.М.
доцент кафедри медичної та біологічної фізики і медичної інформатики, канд. фіз.-мат. наук Радзішевська Є.Б.
Розділ 2. Медичні дані. Методологія обробки, аналізу й надання інформації.
Тема 3. Візуалізація медико-біологічних даних. Обробка й аналіз медичних зображень.
Актуальність теми. Вивчення медичного зображення, як одного з найважливіших засобів отримання візуальної інформації о внутрішніх структурах й функціях організму людини, є актуальною проблемою медицини.
Загальна мета: ознайомитись з основними засобами візуалізації медико-біологічних даних, обробкою та аналізом медичних зображень.
Конкретні цілі:
1. Оволодіти основними засобами отримання медичних зображень та сучасними тенденціями їх обробки.
2. Ознайомитись з обробкою та трансформацією медичних зображень в світі сучасних комп’ютерних технологій.
1.Значення візуалізації в медичних дослідженнях
Сучасна медична діагностика нерозривно пов'язана з візуалізацією внутрішніх структур біомедичних об'єктів. Існує багато різних видів візуалізації. Виникають нові методи, але вони не замінюють ті, що вже існують, а лише доповнюють їх. Різні методи візуалізації ґрунтуються на різноманітних фізичних взаємодіях електромагнітного випромінювання з матеріалами, середовищами, біотканинами і, як наслідок, забезпечують вимірювання різних фізичних властивостей цих об'єктів. До сучасних методів діагностики відносяться рентгенівське дослідження, рентгенівська комп'ютерна томографія, ультразвукове дослідження, магнітно-резонансна томографія та ін. Сучасна діагностика надає лікарям різноманітні способи виявлення не тільки морфологічних, а й функціональних змін, що відбуваються в органах людини, уражених хворобою.
За даними фізіологів, понад 90% поточної інформації про навколишній світ людина отримує через орган зору. Ще 30 років тому фантастичною була можливість отримувати майже реальне зображення внутрішніх органів. Сьогодні лікарі мають змогу бачити (візуалізувати) стан будь-якого внутрішнього органа людини на плівці або екрані монітора з роздільною здатністю до 1 мм не тільки у двовимірному (2D), але й у тривимірному (3D) вигляді (спіральна комп'ютерна томографія). З'явилася можливість віртуально повернути і роздивитися орган у різних ракурсах навіть під час функціонування в реальному вимірі часу. Удосконалені можливості тривимірних зображень дали змогу ефективніше супроводжувати хірургічні та інтервенційні процедури і революціонізували шляхи дослідження патологічних процесів
Зображення служить для подання інформації у візуальному вигляді. Воно є однією з найбільш зручних форм представлення інформації при діагностуванні органів людини в медицині. Ефективність сприйняття цієї інформації людиною залежить від багатьох чинників. Урахування впливу цих чинників можливе за умови вивчення цілого ряду питань, пов'язаних із способами отримання, властивостями зорового сприйняття та обробкою зображень.
Медична візуалізація (медична інтроскопія) — це методика і процес створення візуальних зображень внутрішніх органів з метою проведення клінічного аналізу і медичного втручання. Медична візуалізація використовується для огляду внутрішніх структур тіла людини, а також для діагностики і лікування хвороб. Крім того, за допомогою цієї методики створюють бази даних нормальної анатомії і фізіології, які дозволить виявляти аномалії. У медицині також виконують візуалізацію видалених органів і тканин, однак такі процедури зазвичай відносять до патології, а не до медичної візуалізації.
У широкому розумінні інтроскопія - це візуальне спостереження об'єктів, явищ і процесів в оптично непрозорих тілах і середовищах, а також в умовах неповної видимості. У сучасній медицині для візуалізації зображень різних об'єктів використовуються практично весь спектр електромагнітного випромінювання: від радіохвиль до жорсткого гамма-випромінювання. За допомогою електромагнітного випромінювання можна отримати зображення як зовнішніх, так і внутрішніх структур об'єкта, що досліджується. Наприклад, рентгенівське випромінювання застосовується для отримання візуального зображення кісткових та інших біологічних тканин, а імпульсне радіо-випромінювання в магнітно-резонансної томографії (МРТ) використовується для отримання зображення кісткового або головного мозку, відокремленого, практично, всебічно кістковою тканиною. Зображення об'єктів в оптичному діапазоні з урахуванням всієї колірної гами містить інформацію про форму біологічних тканин, їх температурі характеристики, про складові крові, локалізацію ділянок запалених тощо. За допомогою сучасних оптичних мікроскопів можна вивчати мікрооб'єкти з розмірами близько 200 нм (обмеження визначається довжиною хвилі видимого випромінювання). Електронні та скануючі зондові мікроскопи, що мають просторову роздільну здатність кілька нанометрів, дозволяють розглянути окремі молекули й атоми досліджуваних об'єктів. З їх допомогою можна проводити вивчення механізмів біохімічних процесів на рівні генів і білкових молекул. Поряд з електромагнітним випромінюванням сьогодні в медичній інтроскопії активно використовується ультразвукове випромінювання, за допомогою якого, практично без будь-яких негативних наслідків для пацієнта, вдається отримати зображення його внутрішніх органів. Ультразвукові діагностичні прилади знайшли найбільш широке використння в акушерстві, кардіології, урології та ряді інших областей сучасної медицини. З кожним роком в практиці медичної інтроскопії розширюється застосування радіоактивних ізотопів. Введення їх в організм людини в мікроскопічних (практично нешкідливих) кількостях, дозволяє отримати зображення внутрішніх органів і їх окремих структур. Радіонукліди розподіляються в організмі відповідно до їх хімічної приналежності та можуть накопичуватися в ділянках, що мають ту чи іншу патологію. Отримання зображень цих об'єктів здійснюється шляхом реєстрації радіоактивного випромінювання ізотопів. Дана методика є основою позитронної емісійної томографії (ПЕТ), де використовуються радіоактивні ізотопи, що при розпаді випускають позитрони. У сучасній медичній інтроскопії також використовуються пучки нейтральних і заряджених частинок (нейтрони, протони, електрони та ін.), які вже давно застосовуються в експериментальній фізиці для вивчення структури речовини.
Революційні процеси в сучасній медичній інтроскопії пов'язані із бурхливим розвитком сучасних комп'ютерних технологій. На їх основі створюється принципово нове медичне обладнання, що дозволяє реалізувати перспективні методи візуалізації статичних і динамічних зображень з їх подальшою обробкою. Завдяки феноменальній швидкості обробки даних за допомогою сучасних комп'ютерів з'явилася можливість реалізувати різні математичні методи (деякі з них були розроблені ще на початку минулого століття) і отримувати приховані від людського ока тривимірні як статичні, так і динамічні зображення об'єктів в масштабі реального часу. Прогрес у розвитку медичної інтроскопії є результатом об'єднання досягнень різних галузей науки: медицини, фізики, математики, хімії, електроніки, комп'ютерних технологій та інші.
2.Види медичних зображень
Все розмаїття медичних зображень, незалежно від способів їх отримання, може бути віднесено до однієї з двох основних груп: аналогове і цифрове (матричне) зображення.
До аналогових зображень відносяться ті, які несуть в собі інформацію безперервного характеру. Наприклад, зображення на звичайних рентгенограмах, сцинтіграмах, термограмах. Аналогові сигнали – це безперервні сигнали, в них присутнє багато зайвої інформації.
До цифрових (матричних) зображень відносяться такі, що отримані за допомогою комп'ютера. Вони мають у своїй основі матрицю (растр), яка знаходиться в пам'яті ПК. Растр складається з великої кількості комірок - пікселів, або, при об'ємному характері, - вокселів. Відповідно, чим більше пікселів має растр, тим кращою є якість зображення. При обробці таких зображень можливою є їх деформація, що пов'язана, зокрема, зі зміною розміру зображень. При цьому з'являється зернистість і втрачається деталізація зображення. У рентгенології таке явище спостерігається при спробах зробити паперові копії при цифровій флюорографії та комп'ютерній томографії.
Матричне зображення формується шляхом сканування електронним променем по рядках. Тим самим створюється можливість для сприйняття зображення в реальному часі. Для цього застосовується спеціальний дисплейний процесор, який через систему зв'язку (інтерфейс) підключений до основної ЕОМ. Таким чином вся площа екрану дисплея є матрицею – сукупністю пікселів. Чим на більшу кількість пікселів розбивається площа дисплея, тим вище роздільна здатність системи відображення.
Рис. 1. Піксельне зображення
У матричних зображеннях кожному елементові матриці відповідає ділянка пам'яті, що адресується. У медичній діагностиці екранна площа дисплея зазвичай формується у вигляді наступних матриць: 64x64, 128x128, 256x256, 512x512. 1024x1024, 2048х2048, 4096х4096 пікселів. Чим більше матриця, тим більше детально представлено зображення. Але зі збільшенням якості зображення зростає також ємність пам'яті, що адресується. Це потребує додаткових апаратних і програмних ресурсів. Таким чином, на практиці обирають оптимальний рівень розміру матриці, при якому зберігається баланс якості та продуктивності. Так, наприклад, в радіонуклідної візуалізації (ПЕТ), при якій діагностична інформація носить, в основному, функціональний характер, віддають перевагу великим матрицями: 128х128 і 256х256. При цьому звільняється оперативна пам'ять комп'ютера для виконання складних параметричних розрахунків і побудов. У цифровій рентгенографії, комп'ютерній та магнітно-резонансній томографії, при яких вирішуються діагностичні завдання переважно структурного характеру, застосовуються більш детальні матриці: 512х512, 1024х1024. Окрім розміру матриці растрові зображення також мають різну структуру пікселя. Як відомо, кожен піксель зображення формується в пам'яті, що адресується різним числом біт - від 1 до 24 (так звана, глибина пікселя). Чим більшою кількістю біт представлено кожен піксель зображення, тим воно багатіше за своїми зоровим властивостями та потребує більшої продуктивності. Тому в променевій діагностиці застосовують різну глибину пікселя. Так, в ультразвуковій діагностиці, яка вирішує, в основному, функціональні завдання, або розпізнання порівняно грубих морфологічних структур, частіше використовують 6-бітний піксель, що адресує 64 відтінки сірого кольору або 8-бітний із 256 відтінками сірої шкали. При формуванні таких образів в пам'яті комп'ютера буде потрібно 1-5 МБ пам'яті.
При побудові об'ємних зображенні і створення чотиривимірної графіки (рухливі зображення) потрібно ще більше ресурсів. Сучасні комп'ютерні томографи для виконання одного дослідження з потоковими та тривимірними файлами у кольоровій шкалі кодуванням даних потребують до 5 ГБ оперативної пам'яті комп'ютера.
У деяких системах для отримання медичних зображень прийнята воксельна (об'ємна) структура їх побудови та інтерпретації (рис. 2). Вокселі традиційно використовуються для візуалізації та аналізу медичних та наукових даних. Окрім того, таку технологію використовують деякі прогресивні програми тривимірного моделювання, та комп'ютерні ігри, для генерації складного зображення. Подібно до пікселів, самі вокселі, як правило, не містять інформації про своє розміщення в просторі (координати), натомість координати обчислюються на основі розташування в структурі даних, яка утворює єдине просторове зображення.
Рис. 2. Воксельне зображення
Також, об'єкти медичного зображення можна розділити на тверді фрагменти (кістки) і фрагменти, які можуть деформуватися (структури м'якої тканини); або на статичні фрагменти (череп) і динамічні (серце, рухливі з'єднання).
Розмірність воксельної матриці така ж, як і піксельної: 256х256, 512х512 і т.п. У кольоровому зображенні використовується трибайтний піксель, що містить 16,7 мільйонів кольорів. Але таке зображення вимагає більшого обсягу пам'яті комп'ютера. Тому використовують індексований колір, який містить 256 кольорів. Головні його плюси в тому, що він потребує менше пам'яті, швидше і простіше передається по лініях передачі зв'язку.
Треба відзначити, що аналогові зображення можуть бути перетворені в матричні і, навпаки матричні – в аналогові. З цією метою застосовують спеціальні пристрої: аналогово-цифрові (АЦП) і цифро-аналогові (ЦАП) перетворювачі.
3.Методи візуалізації.
Робота з графічною інформацією традиційно є одним з найважливіших напрямів застосування комп’ютера в медицині. Медичне зображення є одним з важливих засобів отримання візуальної інформації про внутрішні структури й функції людського тіла. Воно може бути отримане радіологічними або нерадіологічними методами.
Призначення радіологічних методів - зробити доступною для візуального сприйняття інформацію, що не сприймається безпосередньо зором. Така інформація (зображення органів або частин органів) виникає за допомогою іонізуючого випромінювання. Медичне зображення органів, отримане за допомогою засобів радіологічної діагностики, є головним джерелом інформації в області охорони здоров'я. Всі ці методи для одержання зображень використовують обчислювальні процедури.
Нерадіологічні зображення отримують, за допомогою відеокамери (ендоскопія) або фотокамери (мікроскопічні зображення в гістології, дерматологічні зображення тощо). Ці типи зображень також можуть бути переведені в цифрову форму й оброблені.
На сьогоднішній день в Україні значно зростає попит на використання саме інтроскопічних методів дослідження та постановки діагнозу. Найбільш актуальними є:
Рентгенографія – (звичайна радіологія) використовує іонізуюче випромінювання від джерела рентгенівських променів. Це найбільш поширений метод у відділеннях радіології. Зображення реєструється на плівці, чутливою до рентгенівських променів, і може бути потім переведено в цифрову форму (рис.3). Можна отримати і безпосередньо цифрові зображення, обмикаючи стадію рентгенівської плівки – у нових апаратах, які замість плівок використовують спеціальні матриці.
Рис.3. Рентгенограма
Взагалі, реєстрація зображення в цифровий рентгенографії представлена трьома основними методами:
Метод оптичного переносу рентгенівського зображення з люмінесцентного екрану на ПЗЗ-матрицю* (непряма цифрова рентгенографія).
Використання стимулюючих люмінофорів із подальшим скануванням рентгенівського зображення.
Використання напівпровідникових детекторів (пряма цифрова рентгенографія).
(*Примітка: ПЗЗ – матриця (скор. від «прилад із зарядним зв'язком») - спеціалізована аналогова інтегральна мікросхема, що складається з світлочутливих фотодіодів та виконана на основі кремнію. У принципі дії ПЗЗ- матриць лежав той факт, що кремній здатний реагувати на електромагнітні хвилі оптичного діапазону. Цей факт привів до гіпотези, що вказаний феномен може використовуватися для отримання зображень об'єктів, що світяться.)
Найбільш поширеною є система, яка використовує оптичний підсилювач і метод цифрування рентгенівського зображення за допомогою АЦП, що перетворює аналоговий сигнал в цифровий. Основною частиною перетворювача є ПЗЗ-матриця.
Застосування систем з оптичним перенесенням рентгенівського зображення з люмінесцентного екрану на ПЗЗ-матрицю до недавнього часу обмежувалося профілактичним обстеженням грудної клітини (цифрова флюорографія). Зараз широко використовується в кардіо- та ангіографії.
Цифрова система з використанням люмінофорних пластин займає друге місце по частоті використання. В основі методу лежить фіксація зображення анатомічних структур люмінофором, що запам'ятовує. Покритий таким люмінофором екран запам'ятовує інформацію у формі прихованого зображення, яке зберігається тривалий час (до кількох годин).
Приховане зображення зчитується з екрану інфрачервоним лазером, який послідовно сканує його, стимулюючи при цьому люмінофор і звільняючи накопичену в ньому енергію у вигляді спалахів видимого світла (явище фотостимульованої люмінесценції). Світіння пропорційно числу поглинених люмінофором рентгенівських фотонів. Спалахи світла перетворюються в серію електричних сигналів, які потім перетворюються в цифрові сигнали.
Приховане зображення, що залишилося на екрані, стирається способом інтенсивного засвічення видимим світлом і надалі екран може знову використовуватися. Перевагою люмінофорів є те, що їх можна застосовувати в комплекті з традиційною аналогової рентгенівської апаратурою, що значно підвищує якість візуалізації.
В основі прямої цифрової рентгенографії лежить використання напівпровідникових детекторів або твердотільних панелей на основі аморфного кремнію та селену. Повномасштабні твердотільні панелі створюються за двома принципами:
- напилення люмінесцентного екрану на фотодіодних матрицю з аморфного кремнію;
- контактна суміщення шару селенового напівпровідника з матрицею з кремнію.
Метод прямої реєстрації рентгенівського зображення з використанням напівпровідникових детекторів вважається найбільш перспективним. Безпосередній зв'язок детекторів з комп'ютером може значно підвищити якість рентгенівського зображення. Повноформатна твердотільна матриця здатна на площі 40х40 см відтворити цифрове зображення з кількістю пікселів 4000х4000 і градаціями контрастів до 12 біт. Така перетворювальна структура являє собою двомірну площину, розбиту на комірки, кожна з яких «поштучно» реєструє рентгенівські кванти і підсумовує їх. Сцинтіляційний екран матриці безпосередньо з'єднується з фотодіодами за допомогою оптоволокна. Сцинтіляційних покриття перетворює рентгенівські кванти в видиме світло, яке потім зчитується кремнієвим фотодіодом.
За методом прямої цифрової рентгенографії працюють цифрові рентгенівські апарати нового покоління.
Перевагами цифрової рентгенографії є:
висока якість рентгенівського зображення, можливість його цифрової обробки і виявлення важливих деталей;
можливість знизити дозу опромінення;
простота і швидкість отримання зображення, яке стає доступно для аналізу відразу після закінчення експозиції;
зберігання інформації в цифровому вигляді дає можливість створювати легкодоступні і мобільні рентгенівські архіви, передавати інформацію на будь-які відстані з комп'ютерної мережі;
зменшення вартості цифрової рентгенографії, а, так само, підвищення її екологічної безпеки в порівнянні з традиційною, оскільки виключається необхідність у дорогій плівці і реактивах, в оснащенні фотолабораторії і «отруйному» процесі проявлення;
більш швидке отримання результатів дає можливість підвищити пропускну здатність рентген-кабінетів;
висока якість знімків з можливістю їх резервного копіювання виключає необхідність у повторних процедурах з додатковим опроміненням пацієнта.
При всіх вище перерахованих перевагах цифрова рентгенографія має один істотний недолік - висока вартість обладнання в порівнянні з аналоговою рентгенівською апаратурою.
Ангіографія показує судини, видаляючи зображення небажаних структур (кістки і внутрішні органи). Дослідження проводять у два етапи. Спочатку одержують зображення до ін'єкції контрастної речовини і переводять їх у цифрову форму. Потім вони використовуються для утворення маски, яка буде вилучена із зображень, отриманих після ін'єкції (рис. 4).
Рис. 4. Ангіограма
Вперше метод ангіографії було застосований ще в 1927 році. Введення в кров рентген-контрастної речовини, поглинання рентгенівських променів якою відрізняється від їх поглинання навколишніми тканинами, дозволяло візуалізувати судини на фоні кісток і м'яких тканин. Для досягнення чіткої візуалізації необхідно було вводити рентген-контрастну речовину у великих дозах. Незважаючи на те, що ці речовини зараз практично безпечні та мають низьку токсичність, швидке введення в кров великої кількості препарату може спровокувати алергічну реакцію та, в деяких випадках, важкі ускладнення. Знизити дози контрастної речовини дозволив метод цифрової субтракційної ангіографії (DSA). Digital- цифрова, subtraction- віднімання. Віднімаються (виключаються) об'єкти, які не мають діагностичної цінності, залишаючи тільки мережу судин. Комп'ютерна обробка дозволяє посилювати зображення судин. Завдяки високій роздільної здатності зображень, можливим є використання рентген-контрастних препаратів у менших дозах. Також цей метод дозволяє робити ін'єкцію контрастного препарату в місці, віддаленому від об'єкта дослідження.
DSA використовують:
при ураженні церебральних і сонних артерій;
при ураження судин ніг;
при ураженні черевної та грудної аорти;
якщо неможливо застосувати існуючі методи ангіографії;
для оцінки органів та судин після операції;
при ураженні вісцеральних і ниркових артерій.
Сфера застосування субтракційної ангіографії постійно розширюється, в тому числі, в педіатричній практиці. Широко застосовується DSA й як метод ранньої діагностики. Це значно скорочує терміни обстеження хворих. Плюсом також є економічна вигода такого обстеження.
Виділяють три основні групи DSA в залежності від того, яка фізична величина бере участь в процесі субтракції. Це може бути енергія, час або глибина. В процесі субтракції «першого порядку» для формування остаточного зображення використовується одна фізична змінна, якщо використовується дві або більше змінних, то це є субтракцією «другого порядку».
Тимчасова субтракція, в свою чергу, підрозділяється на традиційну субтракційну ангіографію, поворотну і відповідну фільтрації та інтегральний метод. Грунтується принцип тимчасової субтракції на зйомці об'єкта дослідження з того моменту, як в крові з'явилася контрастна речовину і до її зникнення. Остаточне зображення формується з серії знімків, де щільність візуалізації є максимальною і знімків, де контрастна речовина відсутня. Цей принцип лежить в основі традиційної цифрової ангіографії. Інтегральний метод ґрунтується на відмінності зображень судин, де відсутня контрастна речовина і зображення судин після введення цієї речовини. Відповідна фільтрація виключає зображення, які містять небажані рухи судин. Рекурсивна фільтрація передбачає отримання диференційованого зображення з серії фрагментів, що складаються з комбінації зображень, які послідкують одне за одним. Гібридна (субтракція «другого порядку») виключає рух органів і тканин, що межують судинами, які досліджуються. Значення цього методу особливо велике, коли треба згладити явища, що виникають при ковтанні, пульсації великих судин, перистальтиці кишечника, битті серця.
Мамографія— це дослідження молочних залоз за допомогою рентгена. Вона використовується для виявлення пухлин та визначення того, є вони доброякісними або злоякісними (рис. 5).
Рис.5. Мамограма
Комп'ютерна томографія (КТ) також використовує рентгенівські промені, але замість одного плоского зображення КТ – зображення отримується в результаті комп'ютерної обробки безлічі проекцій (т.зв. променевих сум), що реконструюються в зображення (рис. 6).
Рис.6. Комп’ютерна томограма
КТ є одним з найбільш ефективних і найбільш точних методів сучасної діагностики. На відміну від звичайної рентгенографії, комп'ютерна томографія дозволяє отримати об'ємне зображення досліджуваної області організму. При цьому товщина зрізу може становити до 0,5 мм. За допомогою комп'ютерної томографії можна побачити структури, які не видно на звичайних рентгенограмах. В даний час комп'ютерна томографія підрозділяється на покрокову (традиційну) КТ і спіральну КТ, більш інформативну. Спіральне сканування полягає в одночасному виконанні двох дій: безперервного обертання рентгенівської трубки, що генерує випромінювання навколо тіла пацієнта, і безперервного поступального руху столу з пацієнтом. У цьому випадку траєкторія руху рентгенівської трубки щодо осі руху столу з пацієнтом, приймає форму спіралі. Спіральна КТ підрозділяється на одношарову, при якій одночасно можна отримати тільки один томографічний шар і багатошарову, при якій одночасно реконструюються від 2 до 640 томографічних зрізів.
Мультизрізова спіральна КТ дозволяє одномоментно досліджувати відразу кілька анатомічних областей (грудну і черевну порожнини, малий таз і черевну порожнину, шийний і грудний відділи хребта та ін.).
Тривимірні моделі дозволяють більш наочно уявити характер і поширеність патологічного процесу і здійснювати більш точне планування хірургічного втручання. Можливо проводити, так звані, віртуальні ендоскопічні дослідження, що підвищують діагностичну спроможність методу. Технологія дозволяє виконувати КТ - ангіографію з отриманням тривимірного зображення судин досліджуваного відділу, проводити КТ - коронароангіографію і отримувати чітке зображення коронарних артерій, забезпечуючи візуалізацію не тільки стінок судин, але й внутрішньо-судинного просвіту. Променеве навантаження при комп'ютерній томографії значно нижче, ніж при звичайному рентгенівському дослідженні. Це дозволяє говорити про більшу безпеку методу в порівнянні з іншими дослідженнями, які використовують Х-промені.
При МРТ комп'ютер відтворює зображення від отриманих радіосигналів, інтенсивність і тривалість яких залежить від біологічних характеристик тканини. Не використовуючи іонізуюче випромінювання, МРТ дає зображення, вигляд яких залежить від обміну речовин і характеристик тканини (рис. 7).
Рис. 7. Магнито-резонансна томограма
Магнітно-резонансна томографія (ядерно-магнітна резонансна томографія, МРТ, ЯМР, NMR, MRI) — інформативний, безпечний, неінвазивний метод діагностики, який дозволяє отримати з високою роздільною здатністю зображення органів і систем, судинних структур в різних площинах, з використанням тривимірних реконструкцій. Магнітно-резонансна томографія - нерентгенологіческій метод дослідження внутрішніх органів і тканин людини. МРТ заснована на принципах ядерно-магнітного резонансу (ЯМР) та методі спектроскопії. МРТ отримала початок як метод інтроскрпії, що дає зображення ЯМР-сигналу з тонких зрізів, які проходять скрізь тіло пацієнта. МРТ розвивалася від методу томографічного відображення до методу об'ємного відображення. Метод є особливо ефективним для вивчення динамічних процесів (наприклад, стану кровотоку й результатів його порушення) в органах і тканинах. Технологія МРТ досить складна: використовується ефект резонансного поглинання атомами електро-магнітних хвиль. Пацієнта поміщають в магнітне поле, яке створює апарат. Молекули в організмі при цьому упорядковуються відповідно до направлення магнітного поля. Після цього радіохвилею проводять сканування. Зміна стану молекул фіксується на спеціальній матриці і передається в комп'ютер, де проводиться обробка отриманих даних. На відміну від КТ, МРТ дозволяє отримати зображення патологічного процесу в різних площинах. Магнітно-резонансний томограф за своїм зовнішнім виглядом схожий на комп'ютерний. Дослідження проходить так само, як і комп'ютерна томографія. Стіл поступово просувається уздовж сканера. МРТ вимагає більше часу, ніж КТ та займає не менше 1 години. МРТ не може також проводитися у пацієнтів, в організмі яких знаходяться різні металеві конструкції - штучні суглоби, водії ритму серця, дефібрилятори, ортопедичні конструкції, що утримують кістки і т.п.
Позитронно-емісійна томографія (ПЕТ) - унікальний метод радіоізотопної діагностики. Головна перевага ПЕТ – можливість не тільки отримувати зображення внутрішніх органів, але і оцінювати їх функцію і метаболізм. За допомогою позитронної томографії вдається виявляти хворобу на найранішому етапі, ще до прояву клінічних симптомів (рис. 8). Особливу роль ПЕТ грає в онкології, кардіології і неврології, де рання діагностика захворювань є особливо важливою.
Рис.8. Позитронно-емісійна томограма
Для проведення ПЕТ хворому внутрішньовенно вводять радіофармпрепарат (РФП) - біологічно активну сполуку, мічену радіоактивним ізотопом. Найчастіше використовується фтордезоксиглюкоза, мічена радіоактивним ізотопом 18F (F-ФДГ). При радіоактивному розпаді РФП виникає випромінювання. Чим більше інтенсивність обміну речовин в тій чи іншій ділянці, тим більше РФП буде там накопичуватися і, відповідно, тим сильніше буде виявлене приладом «світіння» від цих ділянок. При цьому, на відміну від сцинтіграфії, де також використовуються РФП, ПЕТ дозволяє отримувати докладні тривимірні зображення цікавлять лікаря ділянок тіла.Позитронно-емісійна томографія відіграє велику роль в онкології. Вона корисна для діагностики пухлин, а особливо - для оцінки відповіді на лікування. Діагностична цінність ПЕТ неоднакова для різних пухлин. Крім онкології, ПЕТ застосовується також в неврології і кардіології.У сучасних приладах ПЕТ може комбінуватися з комп'ютерною томографією (ПЕТ / КТ дослідження). При цьому ПЕТ використовується для ідентифікації пухлин, а КТ дозволяє визначити їх точну локалізацію
Ультразвуковий метод використовує звукові (механічні) коливання високої частоти. Зонд випромінює ультразвукові імпульси і отримує відбиті імпульси, які за допомогою п'єзоелектричних датчиків перетворюються на електричні сигнали. Сигнали, які отримані від декількох напрямків санірування, перетворюються в цифрову форму і обробляються, внаслідок чого утворюється зображення (рис.9).
Рис. 9. Ультразвукове зображення
Доплерографія - це спосіб вивчення кровотоку у великих і середніх судинах людини, заснований на застосуванні ефекту Допплера. Дане обстеження застосовується при вагітності - для оцінки роботи плаценти і артерій матки. У невагітних пацієнтів метод використовується для уточнення характеру та ступеня порушення кровообігу в будь-яких, у тому числі, дрібних судинах (рис. 10). За відчуттями для пацієнта і характеру підготовки УЗ доплерографія не відрізняється від звичайного ультразвукового дослідження.
Рис.10. Ультразвукова доплерографія
Під час радіонуклідних досліджень в організм вводиться радіоактивна мітка, що має тропізм до певного виду тканини. Випромінювання, що випромінюється міткою, фіксується за допомогою чутливої до радіації камери. Такий метод діагностики має назву «сцинтіграфія» (рис.11).
Рис.11. Сцинтіграма
Ендоскопія метод візуального дослідження порожнистих органів і порожнин організму з допомогою оптичних приладів (ендоскопів), забезпечених освітлювальним пристроєм (рис. 12). За необхідністю ендоскопія поєднується з прицільною біопсією та подальшим морфологічним дослідженням отриманого матеріалу, а також з рентгенологічним та ультразвуковим дослідженням.
Рис. 12. Ендоскопічне зображення
Одним з методів ендоскопії є оптична колоноскопія – метод інструментального дослідження товстої кишки за допомогою спеціального оптичного апарата (колоноскопа). Більша частина колоноскопа є оптичною системою, яка дозволяє оглянути просвіт кишки (рис. 13). Віртуальна колоноскопія (вона ж — комп’ютерна колонография, вона ж — СТ – колонография або СТ – колоноскопія, комп’ютерна томографія – КТ колонография) це сучасний безболісний променевий метод дослідження товстого кишечника. На відміну від звичайної комп’ютерної томографії, отримане рентгенівське зображення оброблюється спеціальною програмою. На виході лікар «бачить» картинки з внутрішньої поверхні кишечника (рис. 14).
Рис.13. Колоноскопічне зображення
Рис.14. Цифрове колоноскопічне зображення
З розвитком систем і методів обробки біологічних сигналів, а також методів їх візуалізації стало можливим отримувати видимі відображення розподілу багатьох інших інформативних параметрів біологічних тканин (ІЧ-поглинання, електричного імпедансу та ін.). Відновлене зображення використовується для оцінки функції органу.
Зрозуміло, що при використанні різних методик, зображення буде різним. Рентгенограми розкривають перед нами переважно макроморфологію органів і систем. Радіонуклідні сцинтіграми відображають, в першу чергу, функціональну анатомію людини. Ультразвукове дослідження дозволяє судити про будову і функції органів шляхом аналізу їх акустичної структури. Термографія – метод оцінки теплового поля людини (рис. 15).
Рис. 15. Термограма
Променеві дослідження планує і проводить лікар-діагност. Це лікар, який отримав спеціальну підготовку в певній галузі променевої діагностики, або оволодів усіма її розділами. Його діяльність полягає в отриманні візуальної інформації, інтерпретації результатів і затвердження діагностичного рішення.
1 2