 |
| Рентгеновская трубка, вращаясь вокруг пациента, посылает узкий веер лучей, которые принимаются неподвижно закрепленными детекторами. |
ВЗГЛЯД В ПРОШЛОЕ
По преданиям, древнеегипетские жрецы ставили диагноз, посмотрев больному в глаза. В этом не было ничего сверхъестественного: радужная оболочка глаза реагирует на ряд патологических изменений в организме. Эта область медицины — иридодиагностика — существует и поныне.
А древнекитайский медик Бянь Цио, живший в VI веке до нашей эры, в своем «Трактате о болезнях» описал, как можно определить заболевание, измерив пульс пациента. Исследованиям пульса уделялось большое внимание также в древнеиндийской медицине.
Современные тибетские медики и сейчас поражают врачей, ставя безошибочные диагнозы по ритму и частоте пульса больного. Мистика? Нет, веками накопленный опыт и богатая интуиция. Овладевают этим искусством единицы, самые способные и трудолюбивые...
Однако время чародеев-одиночек давно прошло. Будущее медицинской диагностики — за методами исследований с помощью приборов.
Первые медицинские диагностические приборы были предельно просты. Например, плессиметр — металлическую пластинку — прикладывали к телу больного и ударяли по ней молоточком. Органы, содержащие воздух или газ, давали более ясный звук, плотные — более глухой. Таким способом врачи определяли границы сердца, легких, печени — однако нельзя сказать, чтобы этот способ был намного эффективнее обычного простукивания пальцами.
В начале XX века французский врач Р. Лаэннек предложил метод аускультации — выслушивания звуков, возникающих при работе внутренних органов, с помощью всем известного стетоскопа, а позднее — фонендоскопа.
Затем в арсенале медиков появились и прибор для измерения кровяного давления, и бронхоскоп для определения бронхиальных заболеваний, и электрокардиограф для диагностики болезней сердца. Информация о тех или иных изменениях в организме, полученная с их помощью, с большей или меньшей точностью расшифровывалась врачом, позволяя ему на основании собственного опыта и опыта его коллег судить о характере недуга.
Однако все перечисленные методы диагностики можно считать лишь косвенными, позволяющими только догадываться о том, что же на самом деле происходит в человеческом организме...
ТОМОГРАФИЯ ВЧЕРА И СЕГОДНЯ
В 1895 году немецкий ученый В. К. Рентген открыл лучи, позволяющие «видеть насквозь». Год спустя он создал первый рентгеновский аппарат. Новый метод медицинской диагностики использовал свойство тканей различной плотности по-разному ослаблять рентгеновское излучение. (При этом тело пациента пронизывал пучок параллельных лучей, и на пленке получались теневые изображения внутренних органов.) Такой метод позволял достаточно хорошо разглядеть только костные ткани, изображение внутренних органов (по способности ослаблять рентгеновское излучение они различаются слабо) на снимках представляло собой смутные пятна, наложенные одно на другое. Точное диагностирование по этим нечетким, расплывчатым снимкам казалось немыслимым. И все же с большим трудом после серии многочисленных обследований рентгенологи научились ставить правильный диагноз.
А нельзя ли повысить информативность рентгеновских снимков — воспроизводить на них один за другим срезы интересующего врача органа? Так возникла идея рентгеновской томографии, что означает «описание сечений».
Существует немало технических решений, позволяющих осуществлять послойную рентгеновскую съемку. Например, в современных вычислительных томографах используется такая система сканирования: большое число приемников рентгеновского излучения смонтировано на неподвижном кольце. В центре кольца помещается пациент, по окружности вращается рентгеновская трубка. Она формирует узкий веер лучей, которые пронизывают тело пациента и регистрируются детекторами. Детекторы преобразуют интенсивность рентгеновского излучения в электрические сигналы. Амплитуда сигналов зависит от плотности тех тканей, сквозь которые проходят лучи. В результате получается набор сигналов разной интенсивности, который называют проекцией. Для того чтобы получить изображение требуемого сечения, снимается набор проекций под разными углами. Составить из этого набора изображение сечения объекта можно только с помощью математических преобразований. Они были предложены еще в начале нашего века австрийским ученым И. Радоном, который в то время и не предполагал, что его исследования окажут большую услугу медицине.
Итак, задача имеет решение и требует большого числа расчетов. Но как их проделать в считанные минуты и секунды, а не через месяц или неделю, когда самый точный диагноз может и не понадобиться, ибо болезнь будет запущена. На помощь пришла ЭВМ. Появление в 1970 году первого вычислительного томографа совершило переворот в рентгеновской диагностике. По сравнению с рентгеновским аппаратом разрешающая способность, чувствительность и информативность вычислительного томографа намного больше. Достаточно сказать, что он «улавливает» разницу в плотности тканей до 0,1% (обычный рентгеновский аппарат дает информацию о тканях лишь тогда, когда их плотности отличаются не менее чем на 10 %). С помощью вычислительного томографа можно заглянуть даже в живой мозг, ткани соседних областей которого различаются по плотности столь незначительно, что на обычных рентгеновских снимках их изображение сливается.
Увеличение быстродействия современного томографа дает возможность получать томограммы непосредственно в момент исследования. Врач по своему усмотрению имеет возможность выбирать интересующие его плоскости во время работы аппарата. Повышается, таким образом, эффективность обследования.
Вычислительная томография удобна еще и тем, что обработанные на ЭВМ томограммы сохраняются в ее электронной памяти сколь угодно долго, так что в любой момент можно сравнить снимки пациента, сделанные в разное время.
Один из видов вычислительной томографии — эмиссионная. Ее особенность в том, что источник излучения в виде раствора, содержащего слабую дозу радиоактивных изотопов, вводят больному, а регистрирующие датчики располагают вокруг него. Изотопы в разных количествах накапливаются в различных органах и тканях. После обработки сигналов на экране ЭВМ формируется изображение сечения, яркость той или иной точки которого зависит от уровня концентрации радиоактивных изотопов.
К сожалению, подобные методы небезопасны и для больных, и для медицинского персонала. Снимать такие томограммы часто нельзя, ибо превысится допустимая для человека доза облучения. Поэтому очень заманчиво заменить рентгеновское или гамма-излучение безвредным, скажем, ультразвуковым. Тем более что зарегистрировать изменение скорости ультразвука в тканях можно даже тогда, когда они отличаются по плотности совсем незначительно. Но задача получения ультразвуковых томограмм натолкнулась на серьезные трудности. На границе раздела тканей с различной плотностью ультразвуковые волны каждый раз преломляются в отличие от рентгеновских лучей. Поэтому путь, по которому ультразвук проходит через тело от источника к детектору, бывает сильно искривлен. Использовать преобразования Радона в этом случае нельзя. Пока ультразвуковые томографы успешно применяются только для исследования мягких тканей, например молочной железы, где искривлением луча можно пренебречь, так как эти ткани незначительно отличаются по плотности.
НА АВАНСЦЕНЕ — ЯМР-ТОМОГРАФ
Томограмма дает гораздо более информативную картину, чем то, что, скажем, предстает перед хирургом, делающим операцию. Однако ее возможности еще далеко не исчерпаны. Сегодня благодаря появлению нового метода медицинской диагностики — ЯМР-томографии исследователь получил возможность не только увидеть отдельные органы, но и пронаблюдать за происходящими в них физиологическими и биохимическими процессами.
Явление ЯМР —- ядерного магнитного резонанса — было обнаружено и объяснено американскими учеными Ф. Блохом и Э. Перселлом в 1946 году. Суть его в следующем.
 |
| Постоянное магнитное поле «закодировано» так, что при подаче извне возбуждающего электромагнитного импульса на той или иной частоте возбуждается ядерный магнитный резонанс в определенном тонком слое |
Атомные ядра с нечетным числом нуклонов (протонов и нейтронов) можно представить в виде крошечных «магнитиков» (волчков), обладающих магнитным моментом. Такие ядра вращаются вокруг своей оси, то есть обладают собственным моментом вращения — спином. В обычном состоянии «магнитики» расположены хаотично. Но если их поместить в постоянное магнитное поле, они выстраиваются в направлении его силовых линий. При этом «магнитики» прецессируют — их ось вращения описывает небольшой конус (так ведет себя механический волчок перед тем, как упасть). Частота прецессии, а для каждого вида ядер она своя, тем больше, чем выше напряженность магнитного поля. На такой, как говорят физики, резонансной частоте ядра могут поглощать подаваемую извне энергию возбуждающих электромагнитных колебаний, имеющих ту же (резонансную) частоту. При этом «магнитики» отклоняются от положения, в котором они были первоначально ориентированы постоянным магнитным полем. С прекращением «подкачки» ядра постепенно возвращаются в прежнее состояние, самопроизвольно излучая полученную энергию, которую можно зарегистрировать прибором. Это и есть сигнал ЯМР. Его величина соответствует концентрации протонов — ядер атомов водорода — в исследуемом объекте Так как организм человека более чем на 3/4 состоит из молекул воды (содержащих протоны), по их распределению можно построить изображение внутренних органов. Но, оказывается, это еще далеко не вся информация, которую позволяет получить метод ЯМР.
Возвращение «магнитиков» в исходное состояние после прекращения подачи энергии характеризуется так называемыми временами продольной и поперечной релаксации (в переводе с латинского — восстановление). Оба параметра зависят от вида и состояния тканей объекта и несут важную информацию о них. Так, еще в экспериментах на образцах тканей человека и животных было обнаружено, что по времени продольной релаксации злокачественные опухоли и нормальные ткани сильно различаются. Так что ЯМР-томографы можно применять и для диагностики онкологических заболеваний.
Для получения изображения сечений объекта — томограмм — существует около двух десятков различных методов. Основа каждого из них — формирование магнитного поля, напряженность которого заданным образом меняется в пространстве. Зная, как «закодировано» магнитное поле, можно «расшифровать» сигнал ядерного магнитного резонанса в каждой точке исследуемого объекта и построить его изображение. Причем оно может быть плоским, двухмерным, и объемным, трехмерным.
Вредных влияний, как показали исследования, даже сильное магнитное поле ЯМР-томографа на пациента не оказывает. Поэтому в отличие от рентгеновского ЯМР-обследование можно повторять много раз. Это позволяет за короткое время проводить большой объем исследований.
Современный ЯМР-томограф включает следующие функциональные системы. Магнитная необходима для получения постоянного магнитного поля с большой однородностью. Радиочастотная обеспечивает формирование, прием и предварительную обработку радиочастотных импульсов. Система управления магнитным полем позволяет его «кодировать». Вычислительно-отображающий комплекс выполняет операции сбора данных, обработки и отображения информации, а также управляет режимами работы ЯМР-томографа. По мнению специалистов, это самое сложное, но и самое информативное устройство медицинской техники за всю ее историю.
Комментариев нет:
Отправить комментарий