Современная роль рентгеновской техники в медицинской интроскопии

17.04.2017

Современная роль рентгеновской техники в медицинской интроскопии

Человек устроен так, что не менее 90% всей информации об окружающем мире он получает посредством зрения, на функцио-
нирование которого задействовано не менее 65% головного мозга.

Такая роль зрения предопределила развитие многих направлений медицинской диагностики.

Человек устроен так, что не менее 90% всей информации об окружающем мире он получает посредством зрения, на функцио-
нирование которого задействовано не менее 65% головного мозга.

Такая роль зрения предопределила развитие многих направлений медицинской диагностики.

Стремление врачей сделать тело пациента «прозрачным» привело к бурному развитию медицинской интроскопии, которая использует все возможные виды физических полей для получения изображений внутреннего строения человека.

Наиболее широко для визуализации непрозрачных и недоступных прямому наблюдению анатомических органов и систем используются электромагнитные излучения и ультразвуковые волны [4].

В связи с освоением огромного диапазона физических полей,которое воплощено в конкретной интроскопической технике
(рентгеновская аппаратура, УЗИ-системы, эндоскопы и офтальмоскопы, тепловизоры, гамма-камеры, различные классы реконструктивных томографов), возникает целый ряд вопросов.

1. Почему существует так много видов визуализации?

2. Нуждается ли каждое отделение лучевой диагностики в них?

1. Какова сравнительная клиническая значимость разных методов интроскопии и какая роль в настоящее время отводится
   рентгеновской технике?

Это трудные вопросы и на них нет однозначного ответа. Но вот что можно сказать с уверенностью.

Почти все новые методы медицинской интроскопии возникли как взаимодополняющие, а не заменяющие уже существующие.

Дело в том, что разные методы визуализации основаны на разных взаимодействиях с биотканью и, следовательно, несут информацию о разных свойствах биологических структур. Главное состоит в том, что необходимо научиться понимать, как визуализированное изображение отражает норму и патологию. Для многих видов визуализации как раз эта проблема еще далека от полного разрешения. Еще раз подчеркнем, что разные методы визуализации главным образом дополняют друг друга и только в некоторых случаях имеется достаточно сильная корреляция, позволяющая отказаться от одновременного применения конкурирующих методов. Например, ультразвуковые и эндоскопические исследования в ряде случаев ограничивают область применения рентгенологических методик. Но необходимо четко понимать, что, несмотря на вредное
действие рентгеновского облучения, ему в настоящее время нет альтернативы и, вероятно, в обозримом будущем не будет. В настоящее время с помощью рентгеновского излучения получают около 80% всех визуализируемых изображений и его потенциальные возможности далеко не исчерпаны.

Идеальный рентгеновский преобразователь должен детектировать каждый падающий на него информативный квант и давать
информацию без ошибок и искажений о его пространственном положении, энергии и времени поступления. Кроме того, идеальный преобразователь должен иметь достаточный для неискаженного детектирования динамический диапазон. Ни одна из реальных систем визуализации рентгеновских изображений не удовлетворяет всем этим требованиям.

Во-первых, первичное рентгеновское изображение зашумлено рассеянным излучением от объекта, которое тоже детектируется и создает мешающий сигнал. Во-вторых, не все падающие на преобразователь рентгеновские кванты детектируются (обнаруживаются). В-третьих, в отсутствии входного изображения система формирует изображение, порожденное собственными шумами.

В-четвертых, в современных системах пространственная разрешающая способность ограничивается не сечением взаимодействия рентгеновского излучения с веществом исследуемого объекта, а аппаратной функцией системы. В-пятых, точность регистрации времени поступления квантов ограничена инерционностью систем. Наконец, в-шестых (the last, but not least), энергия (спектр) рентгеновских изображений одноканальными системами не дифференцируется.

Только с развитием цифрового рентгенотелевидения начала просматриваться возможность приближения к идеальной системе [3,7], которая, впрочем, в полной мере никогда не будет реализована. Дефицит мировых запасов серебра и поиски мгновенных экологически чистых методов получения высококачественных рентгеновских изображений стимулировали развитие цифровой рентгенографии и малодозовой цифровой флюорографии. Новые типы твердотельных детекторов в сочетании с цифровой обработкой изображений позволяют приблизить реальные рентгенопреобразуюшие системы к их предельным потенциальным возможностям.

Несколько слов об упомянутых шести физических ограничениях в свете отмеченной выше тенденции.

1. Возможность цифровой обработки сигналов в плоскости изображения позволяет в большинстве случаев уменьшить или
   совсем свести на нет вредное влияние рассеяния на контрастную чувствительность, используя специальные программы, начиная с простого вычитания вуали и кончая сложной фильтрацией с применением кластерного анализа [6].

2. Прогресс в технологиях создания новых классов детекторов излучения позволяет значительно повысить эффективность преобразования излучения, которая в настоящее время в наиболее совершенных моделях приближается к 80%, и расширить динамический диапазон, достигающий 100 и более.

3. Современные технологические и компьютерные возможности позволяют значительно снизить уровень аппаратного шума,
   применяя низкошумящие электронные компоненты, криогенную технику, малокадровые схемы развертки, электронные системы памяти и т. п.

4. В обозримом будущем мы не достигнем пространственного разрешения на уровне сечений взаимодействия
   

В будущем следует ожидать, что пространственное разрешение рентгеновских изображений (за исключением специально увеличенных снимков отдельных органов; в стоматологии, офтальмологии, маммологии) сохранится на уровне 5—10 мм^-1.

В последние годы практически во всех методах рентгенодиагностики достигнут принципиальный предел снижения дозы при заданном пространственном разрешении. Этот предел можно характеризовать количеством энергии на пиксел, обеспечивающей заданное отношение сигнал/шум, или, что достаточно тесно взаимосвязано, заданную контрастную чувствительность, например 1,0%. Предельное значение количества квантов на пиксел в плоскости приемника при
этом будет лежать в пределах 8000—10 000 квантов за кадр [8].

1. Инерционность рентгеновских устройств при использовании современных средств силовой электроники и вычислительной техники может быть доведена до минимума, который не ограничивает никаких медицинских требований.
   

2. Импульсная запись изображения с последующей электронной фиксацией позволяет свести к нулю динамическую нерезкость, вызываемую даже самыми быстрыми движениями в организме (ток крови в коронарных сосудах), а использование полупроводниковых частотных инверторов позволяет достигнуть минимальной длительности импульса
   рентгеновского излучения 0,0005 с при мощности до 100 кВт. По этим причинам, в частности, из практики исчезает фото- и киносъемка с усилителями рентгеновского изображения [5].

3. Компьютерные технологии позволяют все чаще использовать возможности анализа спектрального состава излучения.
   

4. Примером тому служит так называемый метод дуальных энергий, применяемый в ангиографии для вычитания мешающих теней и в остеометрии для количественного определения кальция в костях.

Таким образом, мы являемся участниками и свидетелями трансформации традиционной рентгенотехники в цифровые сис-
темы визуализации рентгеновских изображений. К определенному моменту этой эволюции рентгеновский снимок на пленку перестанет быть основным документом о состоянии внутреннего строения организма и большинство рентгеновских изображений будет храниться в цифровой форме. Компьютерная обработка станет обычной в повседневной практике рентгенологии. Однако бурный прогресс рентгеновской техники будет сочетаться с ограничением ее роли в ряде диагностических областей.

Поэтому, возвращаясь к поставленным выше трем вопросам,на первый и второй вопросы можно дать утвердительный ответ:отделения лучевой диагностики крупных диагностических центров нуждаются в технических средствах для всех методов медицинской интроскопии. Выбирая метод медицинской визуализации для конкретного пациента, необходимо исходить из трех основополагающих принципов: более точная диагностика, наименьшее отрицательное воздействие на организм пациента, минимальная стоимость исследования. Как видно, эти принципы во многом являются взаимоисключающими, а мудрость врача-диагноста состоит в нахождении разумного компромисса. К сожалению, в связи с крайне низкой оснащенностью отделений лучевой диагностики интроскопической техникой врач и диагносты вынуждены применять ту методику, которая обеспечена техническими средствами.

Говоря о сравнительной клинической значимости методов медицинской визуализации (третий вопрос), можно сослаться на
частоту их применения в практической медицине. По имеющейся у нас неполной информации методы визуализации в порядке убывания частоты их применения сегодня можно расположить в следующей последовательности: рентгенология, ультразвуковые исследования, эндоскопия, разных видов реконструктивная томография, микроскопия (включая офтальмологию), радионуклидная диагностика, тепловидение. Отметим, что частота применения разных методов реконструктивной томографии ограничивается главным образом не их клинической значимостью, а дороговизной
аппаратуры и проводимых исследований. В таблице, заимствованной нами из [4], приведены объемы поставок различных видов интроскопических приборов в лечебные учреждения США.

Рынок США в области аппаратуры для лучевой диагностики ([4], источник: Medical Data Int.) (в млн долларов)

Примечание. РКТ, MPT - рентгеновский и магнитно-резонансная компьютерная томография; УЗ - ультразвуковая диагностика; РДА - рентгеновская диагностическая аппаратура; УРИ - усилители и преобразователи рентгеновского изображения; PACS - picture arhiving and communication systems.

Несмотря на первенство рентгенологических методик, необходимо понимать, что эра классической «пленочной» и «экранной» рентгенологии завершается. Рентгенология вместе с новыми лучевыми технологиями интегрируется в диагностические комплексы отделений лучевой диагностики. С медицинской точки зрения комплексный подход позволяет более глубоко изучать морфологические, функциональные, энергетические, иммунологические, биохимические структуры и механизмы человеческого организма. С технической точки зрения интеграционный подход позволяет выявить общее в теоретических основах и технических принципах систем визуализации изображений. Уже видны плоды единого подхода к процессам формирования, передачи, хранения и обработки информации о внутреннем строении человеческого организма. Единые диагностические комплексы позволяют синтезировать из разнородных изображений новый класс интегрированных изображе- ний повышенной диагностической ценности. С другой стороны, в диагностических центрах получит широкое распространение аппаратура, оптимизированная для узкоспециализированных методик (маммография, ангиография, системы для интервенционной рентгенологии и т. п.).

Отделения лучевой диагностики, оборудованные объединенными в сеть датчиками изображений в различных физических полях, средствами цифровой обработки, просмотра и архивирования изображений, должны обеспечивать применение всех существующих методик диагностических исследований. На базе экспертных систем появятся электронные ассистенты врача, а на базе международных сетей (в частности, Internet) получит широкое распространение телемедицина.

Настоящее время медицинской интроскопии — это главным образом век визуализации макроскопических изображений органов и систем, когда разрешаемый размер деталей исследуемых органов сравним с 1 мм. Однако компьютерные возможности уже в настоящее время позволяют в ряде рентгенологических методик переходить от качественной, во многом субъективной оценки изображений, к количественному анализу (рентгеновская остеоденситометрия, стерео-рентгенометрия, рентгеновская компьютерная томография).

Следующий этап развития — это получение изображений на микроскопическом (клеточном) уровне. Это этап развития лучевой диагностики начальных изменений в организме, клинические про-

Можно представить,что диагностика на клеточном уровне не обойдется без рентгенотелевизионных методов исследования микроструктур [2].

Разделение СССР практически разрушило рентгеновскую промышленность России, производящую системы визуализации.

Поэтому оснащенность отделений лучевой диагностики рентгеновскими системами визуализации крайне низка как в количественном, так и в качественном отношении. Имеющиеся технические средства в большинстве случаях изношены и по своим техническим и эксплуатационным параметрам существенно ниже уровня аппаратуры в лечебных учреждениях развитых стран. Обо всем спектре систем визуализации российским лучевым диагностам приходится только мечтать. Но жизнь не стоит на месте. На руинах старого рождается новое. За последние годы в России появились новые фирмы, которые разрабатывают и производят перспективные модели систем визуализации рентгеновских изображений, находящиеся на уровне современных зарубежных аналогов. К таким фирмам следует отнести ЗАО «Амико» (Москва), «НИПК «Электрон»(Санкт-Петербург), НПО «Экран» (Москва), Научно-практический центр медицинской рентгенологии (Москва), СП «Спектр-АП»(Москва), «Рентгенпром» (г. Истра), «Ренекс» (Новосибирск) и ряд других. К разработкам медицинской рентгеновской техники активно подключаются некоторые конверсионные и академические предприятия страны [1].

Несмотря на огромные экономические трудности и развал приборостроительной промышленности, уже в настоящее время в
России ведущие производители рентгеновской техники, широко используя зарубежные комплектующие элементы, в состоянии формировать современные диагностические комплексы и обеспечивать медицинские учреждения России практически всем спектром оборудования, необходимого рентгенологическим отделениям. О новой аппаратуре этих фирм подробно рассказано в статьях тематического номера журнала.

Литература

1. Блинов Н. Н., Варшавский Ю. В., Зеликман М. И. // Компьютерные технологии в медицине - 1997. - № 3. - С. 18-24.

2. Иванов С. А., КомякН. И., Мазуров А. И. Рентгенотелевизионные методы исследования микроструктур. - Л1983.

3. Мазуров А. И., Данилов В. А. Цифровое рентгенотелевидение. - М1990.

4. Технические средства медицинской интроскопии / Под ред. Б. И. Леонова. - М., 1989.

5. Busch H., Hoffman H., Kruppert Н., Morsdorf М. // Electromedica. -1997. - Vol. 66. - N 2. - P. 62-64.

1. Gluchev G. // Elektnk. - 1997. - Vol. 5. - N 1. - P. 139-145.

2. HalterP. // Hospimedica. - 1996.

3. OppeltA. // Electromedica. - 1997 - Vol. 66. - N 2. - P. 58-61.

Теги: рентгенологическая техника, интроскопия, цифровая обработка, доза, иннерционность
234567 Начало активности (дата): 17.04.2017 20:30:00
234567 Кем создан (ID): 645
234567 Ключевые слова:  рентгенологическая техника, интроскопия, цифровая обработка
12354567899