Современные тенденции развития визуализации медицинской информации
Министерство
Образования и Науки Украины
Севастопольский Национальный Технический Университет
Кафедра электронной техники
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО
ДИСЦИПЛИНЕ
“Биоэлектрические процессы”
НА ТЕМУ
“Современные тенденции визуализации медицинской информации”
Выполнил: ст. гр. ЭЛТ-43д
Савченко Ю.Ю.
Проверил:
Корепанов А.Л
Севастополь
2006г
Содержание
Введение………...……………………………………………………………………....3
1.
Томография……………………………………………………………………………...5
1.1 Развитие компьютерной томографии………………………………………………….5
1.2 Физические и технические основы томографии……………………………………...7
1.3 Получение компьютерной томограммы……………………………………………….9
1.4 Усиление контрастности томограммы……………………………………………….11
1.5 Цифровые рентгенографические системы…………………………………………...12
1.6 Состав технических средств АМР ВР………………………………………………..14
2.
Позитронно-эмиссионная томография……………………………………………….16
2.1 Что такое ПЭТ………………………………………………………………………….17
2.2 Развитие ПЭТ…………………………………………………………………………..18
2.3 Преимущества ПЭТ……………………………………………………………………20
2.4 ПЭТ в онкологии……………………………………………………………………….22
2.5 ПЭТ в кардиологии…………………………………………………………………….25
2.6 ПЭТ в неврологии……………………………………………………………………...26
Заключение……………………………………………………………………………..28
Список литературы…………….………………………………………………………30
1.ВВЕДЕНИЕ
Древняя латинская поговорка
гласит:"Diagnosis cetra - ullae therapiaefundamentum"
("Достоверный диагноз - основа любого лечения"). На протяжении многих
веков усилия врачей были направлены на решение труднейшей задачи - улучшение
распознавания заболеваний человека. Потребность в методе, который позволил бы
заглянуть внутрь человеческого тела, не повреждая его, была огромной, хотя и не
всегда осознанной. Ведь все сведения, касающиеся нормальной и патологической анатомии
человека, были основаны только на изучении трупов. После того, как в Европе
стали широко изучаться вскрытия трупов, врачи смогли изучить строение органов
человека, а также изменения, которые они претерпевают при тех или иных
заболеваниях. Какую огромную пользу принес бы непосредственный осмотр
человеческого организма, если бы он стал вдруг "прозрачным"! И вряд
ли кто-нибудь из ученых прошлого мог предположить, что эта мечта вполне
осуществима. Потребность увидеть не оболочку, а структуру организма живого
человека, его анатомию и физиологию была столь насущной, что, когда чудесные
лучи, позволявшие осуществить это на практике, были наконец открыты, обычно
консервативные и часто недоверчивые к новшествам врачи почти сразу поняли, что
в медицине наступила новая эра. Уже в первые дни и недели после того, как стало
известно о существовании и свойствах этих лучей, врачи различных стран начали
применять их для исследования важнейших органов и систем человеческого тела. В
течение первого же года появились сотни научных сообщений в печати, посвященных
результатам таких исследований. Количество сообщений в последующие годы
нарастало. Выяснялись все новые возможности рентгенологического метода.
Появились первые книги, посвященные этому методу. Вскоре эта литература стала
необозримой. В 1946 г. известный советский клиницист и организатор
здравоохранения Н.Н.Приоров на заседании, посвященном 50-летию рентгенологии,
говорил: "Что стало бы сегодня с физиотерапией и урологией, гинекологией,
неврологией и онкологией, хирургией и ортопедией, офтальмологией и
травматологией, если бы лишить их того, что дала рентгенология в области
диагностики и лечения?" Но процесс науки и техники неудержим. Не успели
врачи полностью освоить возможности рентгеновских лучей в диагностике, как
появились другие методы, позволяющие получить изображение внутренних органов
человека, дополняющие данные рентгенологического исследования. К ним относятся
радионуклеидное и ультразвуковое исследования, тепловидение, ядерно-магнитный
резонанс, фотонная эмиссия, позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и
некоторые другие методы, еще не получившие широкого распространения. Эти
способы основаны на использовании близких по своей природе волновых колебаний,
для проникновения которых ткани человеческого тела не являются непреодолимым
препятствием. Они объединяются и тем, что в результате взаимодействия волновых
колебаний с органами и тканями организма на различных приемниках - экране,
пленке, бумаге и др. – возникают их изображения, расшифровка которых позволяет
судить о состоянии различных анатомических образований. Такими образом, все
указанные методы принципиально близки рентгенодиагностике как по своей природе,
так и по характеру конечного результата их применения. Внедрение в практику
этих методов (наряду с рентгенологией) привело к возникновению новой обширной
медицинской дисциплины, получившей за рубежом название диагностической
радиологии (от латинского radius - луч), а у нас -лучевой диагностики.
Возможности этой дисциплины в распознавании заболеваний человека весьма велики.
Ей доступны практически все органы и системы человека, все анатомические
образования, размеры которых выше микроскопических. В отличие от классических
медицинских методик (пальпации, перкуссии, аускультации) основным анализатором
информации, получаемой способами лучевой диагностики, является орган зрения,
при помощи которого мы получаем около 90% сведений об окружающем мире, и притом
наиболее достоверных. Когда широкая сеть медицинских учреждений будет оснащена
высококачественной аппаратурой, позволяющей использовать все возможности
лучевой диагностики, а врачи, работающие в этих учреждениях, будут обучены
обращению с этой сложной аппаратурой и, главное, полноценной расшифровке
получаемых с ее помощью изображений, диагностика основных заболеваний человека
станет более ранней и достоверной не только в крупных научно-исследовательских
и клинических центрах, но и на передовом крае нашего здравоохранения - в
поликлиниках и районных больницах. В этих учреждениях работает основная масса
врачей. Именно сюда обращается подавляющее большинство больных при
возникновении каких-либо тревожных симптомов. От уровня работы именно этих
лечебно-диагностических учреждений в конечном итоге зависит ранняя и
своевременная диагностика, а следовательно во многом и результаты лечения
подавляющего большинства болезней.
2. ТОМОГРАФИЯ
2.1.РАЗВИТИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ
Изобретение рентгеновской томографии с обработкой
получаемой информации на ЭВМ произвело переворот в области получения
изображения в медицине. Впервые сообщил о новом методе инженер G.Hounsfield
(1972).Аппарат, изготовленный и опробованный группой инженеров английской фирмы
"EMI", получил название ЭМИ-сканера. Его применяли только для
исследования головного мозга. G.Hounsfield в своем аппарате использовал
кристаллический детектор с фотоэлектронным умножителем (ФЭУ), однако источником
была трубка, жестко связанная с детектором, которая делала сначала поступательное,
а затем вращательное движение при постоянном включении рентгеновского
излучения. Такое устройство томографа позволяло получить томограмму за 4-20
мин. Рентгеновские томографы с подобным устройством (I поколение) при-менялись
только для исследования головного мозга. Это объяснялось как большим временем
исследования (визуализации только неподвижных объектов),так и малым диаметром
зоны томографирования до (24 см). Однако получаемое изображение несло большое
количество дополнительной диагностической информации, что послужило толчком не
только к клиническому применению новой методики, но и к дальнейшему
совершенствованию самой аппаратуры. Вторым этапом в становлении нового метода
исследования был выпуск к1974 г. компьютерных томографов, содержащих несколько
детекторов. После поступательного движения, которое производилось быстрее, чем
у аппаратов I поколения, трубка с детекторами делала поворот на 3-10 градусов,
что способствовало ускорению исследования, уменьшению лучевой нагрузки на
пациента и улучшению качества изображения. Однако время получения одной
томограммы (20-60 с) значительно ограничивало применение томографов II
поколения для исследования всего тела ввиду неизбежных артефактов, появляющихся
из-за произвольных и непроизвольных движений. Аксиальные компьютерные
рентгеновские томографы данной генерации нашли широкое применение для
исследования головного мозга в неврологических и нейрохирургических клиниках.
Получение качественного изображения среза тела человека на любом уровне стало
возможным после разработки в 1976-1977 гг. Компьютерных томографов III
поколения. Принципиальное отличие их заключалось в том, что было исключено
поступательное движение системы трубка- детекторы , увеличены диаметр зоны
исследования до 50-70 см и первичная матрица компьютера (фирмы "Дженерал
Электрик", "Пикер", "Сименс", "Тошиба"). Это
привело к тому, что одну томограмму стало возможным получить за 3-5 с при
обороте системы трубка-детекторы на 360o. Качество изображения значительно
улучшилось и стало возможным обследование внутренних органов. С 1979 г. некоторые ведущие фирмы начали выпускать компьютерные томографы IV поколения. Детекторы
(1100-1200 шт.) в этих аппаратах расположены по кольцу и не вращаются. Движется
только рентгеновская трубка, что позволяет уменьшить время получения томограммы
до 1-1,5 с при повороте трубки на 360o. Это, а также сбор информации под
разными углами увеличивает объем получаемых сведений при уменьшении затрат
времени на томограмму. В 1986 г. произошел качественный скачок в аппаратостроении
для рентгеновской компьютерной томографии. Фирмой "Иматрон" выпущен
компьютерный томограф V поколения, работающий в реальном масштабе времени.
В1988 г. компьютерный томограф "Иматрон" куплен фирмой
"Пикер" (США) и теперь он называется "Фастрек". Учитывая
заинтересованность клиник в приобретении компьютерных томографов, с 1986 г. определилось направление по выпуску "дешевых" компактных систем для поликлиник и
небольших больниц (М250,"Меди-тек";2000Т,"Шимадзу";СТ
МАХ,"Дженерал Электрик"). Обладая некоторыми ограничениями,
связанными с числом детекторов или временем и объемом собираемой информации,
эти аппараты позволяют выполнять 75-95% (в зависимости от вида органа)
исследований, доступных "большим" компьютерным томографам.
2.2.ФИЗИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТОМОГРАФИИ
Принципы образования послойного изображения.
При выполнении обычной рентгенограммы три компонента - пленка, объект и
рентгеновская трубка - остаются в покое. Томографический эффект можно получить
при следующих комбинациях:
1) неподвижный объект и движущиеся источник
(рентгеновская трубка) и приемник (рентгенографическая пленка, селеновая
пластина, кристаллический детектор и т.п.) излучения;
2) неподвижный источник излучения и движущиеся
объект и приемник излучения;
3) неподвижный приемник излучения и движущиеся
объект и источник излучения. Наиболее распространены томографы с синхронным
перемещением трубки и пленки в противоположных направлениях.
При симультанной (многослойной) томографии в
один прием (одно перемещение трубки и пленки в противоположных направлениях)
получают несколько томограмм благодаря расположению в одной кассете нескольких
пленок, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Проекция
изображения первого слоя, находящегося на оси вращения системы (избранной
высоте слоя), получается на верхней пленке. Геометрически доказано, что на
последующих пленках получают свое изображение нижележащие параллельные к оси
движения системы слои, расстояния между которыми примерно равны расстояниям
между пленками. Основным недостатком продольной томографии является то, что
расплывчатые изображения выше и нижележащих плоскостей с нежелательной
информацией уменьшают естественную контрастность. Вследствие этого восприятие в
выделяемом слое тканей с невысокой контрастностью ухудшается. Указанного
недостатка лишена аксиальная компьютерная рентгеновская томография. Это
объясняется тем, что строго коллимированный пучок рентгеновского излучения
проходит только через ту плоскость, которая интересует врача. При этом
регистрация рассеянного излучения сведена к минимуму, что значительно улучшает
визуализацию тканей, особенно малоконтрастных. Снижение регистрации рассеянного
излучения при компьютерной томографии осуществляется коллиматорами, один из
которых расположен на выходе рентгеновского пучка из трубки, другой - перед
сборкой детекторов. Известно, что при одинаковой энергии рентгеновского
излучения материал с большей относительной молекулярной массой будет поглощать
рентгеновское излучение в большей степени, чем вещество с меньшей относительной
молекулярной массой. Подобное ослабление рентгеновского пучка может быть легко
зафиксировано. Однако на практике мы имеем дело с совершенно неоднородным
объектом - телом человека. Поэтому часто случается, что детекторы фиксируют
несколько рентгеновских пучков одинаковой интенсивности в то время, как они
прошли через совершенно различные среды. Это наблюдается, например, при
прохождении через однородный объект достаточной протяженности и неоднородный
объект с такой же суммарной плотностью. При продольной томографии разницу между
плотностью отдельных участков определить невозможно, поскольку "тени"
участков накладываются друг на друга. С помощью компьютерной томографии решена
и эта задача, так как при вращении рентгеновской трубки вокруг тела пациента
детекторы регистрируют 1,5 - 6 млн. сигналов из различных точек (проекций) и,
что особенно важно, каждая точка многократно проецируется на различные окружающие
точки. При регистрации ослабленного рентгеновского излучения на каждом детекторе
возбуждается ток, соответствующий величине излучения, попа-дающего на детектор.
В системе сбора данных ток от каждого детектора (500-2400 шт.) преобразуется в
цифровой сигнал и после усиления подается в ЭВМ для обработки и хранения.
Только после этого начинается собственно процесс восстановления изображения.
Восстановление изображения среза по сумме собранных проекций является чрезвычайно
сложным процессом, и конечный результат представляет собой некую матрицу с
относительными числами, соответствующую уровню поглощения каждой точки в
отдельности. В компьютерных томографах применяются матрицы первичного изображения
256х256, 320х320, 512х512 и 1024х1024 элементов. Качество изображения растет
при увеличении числа детекторов, увеличении количества регистрируемых проекций
за один оборот трубки и при увеличении первичной матрицы. Увеличение количества
регистрируемых проекций ведет к повышению лучевой нагрузки, применение большей
первичной матрицы - к увеличению времени обработки среза или необходимости
устанавливать дополнительные специальные процессоры видеоизображения.
2.3.ПОЛУЧЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАММЫ
Получение компьютерной томограммы (среза)
головы на выбранном уровне основывается на выполнении следующих операций:
1) формирование требуемой ширины
рентгеновского луча (коллимирование);
2) сканирование головы пучком рентгеновского
излучения, осуществляемого движением(вращательным и поступательным) вокруг
неподвижной головы пациента устройства "излучатель - детекторы";
3) измерение излучения и определение его
ослабления с последующим преобразованием результатов в цифровую форму;
4) машинный (компьютерный) синтез томограммы
по совокупности данных измерения, относящихся к выбранному слою;
5) построение изображения исследуемого слоя на
экране видеомонитора (дисплея). В системах компьютерных томографов сканирование
и получение изображения происходят следующим образом. Рентгеновская трубка в
режиме излучения "обходит" голову по дуге 240о, останавливаясь через
каждые 3о этой дуги и делая продольное перемещение. На одной оси с
рентгеновским излучателем закреплены детекторы - кристаллы йодистого натрия, преобразующие
ионизирующее излучение в световое. Последнее попадает на фотоэлектронные
умножители, превращающие эту видимую часть в электрические сигналы. Электрические
сигналы подвергаются усилению, а затем преобразованию в цифры, которые вводят в
ЭВМ. Рентгеновский луч, пройдя через среду поглощения, ослабляется
пропорционально плотности тканей, встречающихся на его пути, и несет информацию
о степени его ослабления в каждом положении сканирования. Интенсивность
излучения во всех проекциях сравнивается с величиной сигнала, поступающего с
контрольного детектора, регистрирующего исходную энергию излучения сразу же на
выходе луча из рентгеновской трубки. Следовательно, формирование показателей
поглощения (ослабления) для каждой точки исследуемого слоя происходит после
вычисления отношения величины сигнала на выходе рентгеновского излучателя к
значению его после прохождения объекта исследования (коэффициенты поглощения).
В ЭВМ выполняется математическая реконструкция коэффициентов поглощения и
пространственное их распределение на квадратной многоклеточной матрице, а
полученные изображения передаются для визуальной оценки на экран дисплея. За
одно сканирование получают два соприкасающихся между собой среза толщиной 10 мм каждый. Картина среза восстанавливается на матрице размером 160х160. Полученные коэффициенты
поглощения выражают в относительных единицах шкалы, нижняя граница которой
(-1000 ед.Н.) (ед.Н. - единицы Хаунсфильда или числа компьютерной томографии)
соответствует ослаблению рентгеновских лучей в воздухе, верхняя (+1000 ед.Н.) -
ослаблению в костях, а за ноль принимается коэффициент поглощения воды.
Различные ткани мозга и жидкие среды имеют разные по величине коэффициенты
поглощения. Например коэффициент поглощения жира находится в пределах от -100
до 0 ед.Н., спинно-мозговой жидкости - от 2 до 16 ед.Н., крови - от 28 до 62
ед.Н. Это обеспечивает возможность получать на компьютерных томограммах
основные структуры мозга и многие патологические процессы в них.
Чувствительность системы в улавливании перепада рентгеновской плотности в
обычном режиме исследования не превышает 5 ед.Н., что составляет 0,5%. На
экране дисплея высоким значениям плотности (например, кости)соответствует
светлые участки, низким - темные. Градационная способность экрана составляет
15-16 полутоновых ступеней, различаемые человеческим глазом. На каждую ступень,
таким образом, приходится около 130 ед.Н. Для полной реализации высокой
разрешающей способности томографа по плотности в аппарате предусмотрены
средства управления так называемой ширины окна и его уровня (положения), чтобы
дать рентгенологу возможность анализировать изображение на различных участках
шкалы коэффициентов поглощения. Ширина окна - это величина разности наибольшего
и наименьшего коэффициентов поглощения, соответствующая указанному перепаду
яркости. Положение или уровень окна (центр окна) - это величина коэффициентов ослабления,
равная середине окна и выбираемая из условий наилучшего выявления плотностей
интересующей группы структур или тканей. Важнейшей характеристикой является
качество получаемого изображения. Известно, что качество визуализации анатомических
образований головного мозга и очагов поражения зависит в основном от двух
факторов :размера матрицы, на которой строится томограмма, и перепада
показателей поглощения. Величина матрицы может оказывать существенное влияние
на точность диагностики. Так, количество ошибочных диагнозов при анализе томограмм
на матрице 80х80 клеток составляло 27%, а при работе на матрице160х160 -
уменьшилось до 11%. Компьютерный томограф обладает двумя видами разрешающей
способности: пространственной и по перепаду плотности. первый тип определяется размером
клетки матрицы (обычно - 1,5х1,5 мм), второй равен 5 ед.Н.(0,5%). В
соответствии с этими характеристиками теоретически можно различать элементы
изображения размером 1,5х1,5 мм при перепаде плотности между ними не меньше 5
ед.Н. (1%) удается выявлять очаги величиной не менее 6х6 мм, а при разнице в 30
ед.Н. (3%) - детали размером 3х3 мм. Обычная рентгенография позволяет уловить
минимальную разницу по плотности между соседними участками в 10-20%. Однако при
очень значительном перепаде плотностей рядом расположенных структур возникают
специфические для данного метода условия, снижающие его разрешающую
способность, так как при построении изображения в этих случаях происходит
математическое усреднение и при этом очаги небольших размеров могут быть не
обнаружены. Чаще это происходит при небольших зонах пониженной плотности,
расположенных вблизи массивных костных структур (пирамиды височных костей) или
костей свода черепа. Важным условием для обеспечения проведения компьютерной
томографии является неподвижное положение пациента, ибо движение во время исследования
приводят к возникновению артефактов - наводок: полос темного цвета от
образований с низким коэффициентом поглощения (воздух) и белых полос от
структур с высоким КП (кость, металлические хирургические клипсы),что также
снижает диагностические возможности.
2.4.УСИЛЕНИЕ КОНТРАСТНОСТИ ТОМОГРАММЫ
Для получения более четкого изображения
патологически измененных участков в головном мозге применяют эффект усиления
контрастности, которых достигается внутривенным введением рентгеноконтрастного
вещества, Увеличение плотности изображения на компьютерной томограмме после внутривенного
введения контрастного вещества объясняется внутри- и вне- сосудистыми компонентами.
Внутрисосудистое усиление находится в прямой зависимости от содержания йода в
циркулирующей крови. При этом увеличение концентрации на 100 мг йода в 100 мл
обусловливает величины абсорбции на 26 ед.Н. (ед.Н. - единицы Хаунсфильда или
числа компьютерной томографии). При компьютерно-томографических измерениях венозных
проб после введения 60% контрастного вещества в дозе 1 мл на кг массы тела,
плотность потока повышается в среднем в течение 10 мин после инъекции,
составляет 39,2 плюс-минус 9,8 ед.Н. Содержание контрастного вещества в
протекающей крови изменяется в результате того, что относительно быстро
начинается выделение его почками. Уже в течение первых 5 мин после болюсной
инъекции концентрация вещества в крови в среднем снижается на 20%, в последующие
5 мин - на 13% и еще через 5 мин -на 5%. Нормальное увеличение плотности мозга
на компьютерной томограмме после введения контрастного вещества связано с
внутрисосудистой концентрацией йода. Можно получить изображение сосудов
диаметром до 1,5 мм, если уровень йода в крови составляет примерно 4 мг/мл и
при условии, что сосуд расположен перпендикулярно к плоскости среза. Наблюдения
привели к выводу, что контрастное вещество накапливается в опухолях.
Электронно-лучевая томография.
а - срез в поперечной плоскости. В просвете
аорты, заполненном контрастным препаратом, видна отслоившаяся интима,
b - реконструкция в сагиттальной плоскости.
Визуализируется проксимальный разрыв отслоившейся интимы,
с - трехмерная реконструкция.
2.5.ЦИФРОВЫЕ РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
Преобразование традиционной рентгенограммы в
цифровой массив с последующей возможностью обработки рентгенограмм методами
вычислительной техники стало распространенным процессом. Такие аналоговые
системы зачастую имеют очень жесткие ограничения на экспозицию из-за малого
динамического диапазона рентгеновской пленки. В отличие от аналоговых прямые
цифровые рентгенографические системы позволяют получать диагностические
изображения без промежуточных носителей, при любом необходимом уровне дозы,
причем это изображение можно обрабатывать и отображать самыми различными
способами. Рентгеновская трубка и приемник изображения сопряжены с компьютером
и управляются им, а получаемое изображение запоминается, обрабатывается (в
цифровой форме) и отображается на телеэкране, составляющем часть пульта
управления (или устройства вывода данных) оператора-рентгенолога. Аналогичные
пульты управления можно применять и в других системах получения изображения,
например на основе ядерного магнитного резонанса или компьютерной томографии.
Цифровое изображение можно записать на магнитном носителе, оптическом диске или
же на специальном записывающем устройстве, способном постоянно вести
регистрацию изображения на пленку в аналоговой форме. Составные элементы
цифровой системы получения рентгеновских изображений. В цифровой рентгенологии
могут найти применение два класса приемников изображения: приемники с
непосредственным формированием изображения и приемники с частичной регистрацией
изображения, в которых полное изображение формируется путем сканирования либо
рентгеновским пучком, либо приемным устройством (сканирующая проекционная рентгенография).
В цифровой рентгенографии применяют усилитель изображения, ионографическую
камеру и устройство с вынужденной люминесценцией. Эти приемники могут непосредственно
формировать цифровые изображения без промежуточной регистрации и хранения.
Усилители изображения не обладают наилучшим пространственным разрешением или
контрастом, однако имеют высокое быстродействие. Аналого-цифровое
преобразование флюорограммы с числом точек в изображении 512х512 может занимать
время менее 0,03 с. Даже при числе точек 2048х2048 в изображении время
преобразования изображения в цифровую форму составляет всего несколько секунд.
Время считывания изображения с пластины с вынужденной люминесценции или ионографической
камеры значительно больше, хотя последнее выгодно отличается лучшим разрешением
и динамическим диапазоном. Записанное на фотопленке изображение можно
преобразовать в цифровую форму с помощью сканирующего микроденситометра, но
любая информация, зафиксированная на фотопленке со слишком малой или, наоборот,
слишком высокой оптической плотностью, будет искажена из-за влияния характеристик
пленки. В цифровую форму можно преобразовать и ксерорентгенограмму также с
помощью сканирующего денситометра, работающего в отраженном свете, или путем
непосредственного считывания зарядового изображения с селеновой пластины. В
России прямая цифровая рентгенографическая система Института ядерной физики
(ИЯФ) СО РАН применяется в нескольких клинических больницах. В этой системе
рентгеновская пленка как регистратор рентгеновского излучения заменена
многопроволочной пропорциональной камерой. Такая камера вместе с электронными
схемами усиления и формирования импульсов представляет собой линейку на 256
практически независимых каналов, имеющих чувствительную поверхность 1х1 мм. (В
последних моделях 350 каналов и0,5х0,5 мм.) Использование в счетчиках в
качестве рабочего газа ксенона при давлении 3 кгс/см2 обеспечивает высокую
эффективность регистрации излучения. Эта система может быть отнесена к классу
ионографических приборов для цифровой рентгенографии, передающих изображение на
внешние устройства отображения. В других цифровых рентгенографических системах
используют твердотельные приемники с высоким коэффициентом поглощения рентгеновского
излучения. В обоих разновидностях упомянутых рентгенографических систем применяется
метод сканирования с построчной регистрацией изображения, которое воспроизводится
в целое на дисплее компьютера (сканирующая проекционная рентгенография). Ко
второму классу цифровых рентгенографических систем следует отнести люминофоры с
памятью и вынужденной люминесценцией, которая затем регистрируется. Это
приемник с непосредственным формированием изображения. Системы получения изображения
со сканированием рентгеновским пучком и приемником имеют важное преимущество,
состоящее в том, что в них хорошо подавляется рассеяние. В этих системах один
коллиматор располагается перед пациентом с целью ограничения первичного
рентгеновского пучка до размеров, необходимых для работы приемника, а другой -
за пациентом, чтобы уменьшить рассеяние. На рис.3 изображена линейная
сканирующая система для получения цифрового изображения грудной клетки.
Приемником в системе является полоска из оксисульфида гадолиния, считывание
информации с которой ведется линейной матрицей из 1024 фотодиодов. Проекционные
рентгенограммы синтезируются также сканерами компьютерной томографии и
выполняют вспомогательную роль при выделении соответствующего сечения. Главным
недостатком сканирующих систем является то, что большая часть полезной выходной
мощности рентгеновской трубки теряется и что необходимы большие времена
экспозиции (до 10 с).Система линейного сканирования для цифровой рентгенографии
грудной клетки. Матрицы изображения из 512х512 элементов может быть вполне
достаточно для целей цифровой флюороскопии, тогда как система рентгеноскопии
грудной клетки может потребовать матрицы с числом элементов 1024х1024 при размерах
элемента изображения 0,4 мм. Число градаций в изображении зависит от
медицинского назначения. Аналого-цифрового преобразования на 8 бит,
обеспечивающего точность0,4%, вполне достаточно для регистрации зашумленных
изображений или больших массивов (меньшей ступени градации яркости
соответствует больший уровень шума), однако для ряда приложений может
понадобиться и 10-битовый АЦП (точность 0,1%). Если требуется быстрый доступ к
информации, полученной за длительный период времени, целесообразно применять
оптические диски. Емкость памяти 12-дюймового оптического диска равна примерно
2 гигабайт, что соответствует 1900 изображениям размером 1024х1024 по 8 бит
каждое (без сжатия данных). Для считывания с оптического диска может быть
использовано автоматическое устройство съема, позволяющее обеспечить быстрый
доступ к любому изображению.
2.6.СОСТАВ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АРМ ВР
Возможность работы со всеми изображениями в
цифровой форме весьма привлекательна, а системы, выполняющие это, называются системами
хранения и передачи изображения (СПХИ). Система представлена тремя каналами:
1) традиционная рентгенография;
2) цифровая рентгенографическая установка;
3) рентгеноскопия(видеосигнал с УРИ). Первый
канал. Рентгенограммы, полученные с помощью традиционного процесса, поступают
на обработку в полутоновый графический сканер, с помощью которого
рентгенодиагностическое изображение вводится в память компьютера. После этого
такая преобразованная рентгенограмма может обрабатываться средствами
компьютерной техники, но в рамках узкого динамического диапазона рентгеновской
пленки. Это изображение может быть введено в электронный архив и извлекаться
оттуда по требованию. Эта оцифрованная рентгенограмма уже ничем не отличается
от прямых цифровых рентгенограмм по доступности средствам обработки. Третий
канал. Рентгеновские изображения из рентгенотелевизионного канала УРИ могут
захватываться специализированным адаптером видео ввода как в режиме реального
времени, так и с видеомагнитофонного кадра. Последнее предпочтительно, так как
позволяет при просмотре видеомагнитофонных изображений выбрать нужный кадр для
занесения его в архив. Объектом ввода в электронный архив могут быть любые
изображения, получаемые при рентгеноскопии с помощью УРИ. Первый и третий
каналы дают возможность преобразовать традиционные рентгеновские изображения
(рентгенограммы и кадры видеотелевизионного тракта) в цифровое изображение.
Этот прием имеет особое значение, потому что он представляет возможность
достоверно сравнить изображения, полученные различными способами. Следующим
преимуществом преобразования являются возможность помещения его в электронный
архив и выполнение всех операций с цифровым изображением. Следует особенно
подчеркнуть возможность передачи изображения по компьютерным сетям, потому что
в последние годы"взгляды медиков фокусируются на передаче
изображений" как основном средстве обеспечения доступа к материалам, что
имеет колоссальное значение как для диагностики, так и для процессов обучения.
Второй канал. Это собственно канал цифровой рентгенографической установки. Он
состоит из двух подсистем: автоматизированного рабочего места (АРМ) лаборанта и
АРМ врача-рентгенолога (ВР), объединенных в локальную сеть. В АРМ лаборанта
происходит внесение сведений о больном, необходимых организационных и
клинических данных и управление процессом регистрации изображения (синхронное
включение сканера и высокого напряжения и др.). После получения рентгеновского
изображения оно и сведения о пациенте по локальной сети поступают в АРМ ВР. При
этом процесс рентгенографии и передачи изображений от АРМ лаборанта в АРМ врача
происходит без промедлений и в реальном времени, не прерывая работы врача ни на
одной ступени, т.е. происходит непрерывная и независимая работа на обоих
рабочих местах. На АРМ ВР выполняются программная обработка изображений для
извлечения диагностической информации, поиск предшествующих изображений
пациентов и сравнение с вновь полученными, регистрация новых пациентов и
изображений в базе данных, приведение их к формату, оптимальному для
архивирования, и другие манипуляции, доступные электронным технологиям
персонального компьютера. Программное обеспечение позволяет врачу-рентгенологу
при необходимости создать твердые копии изображений на лазерном принтере ( этот
способ получения твердых копий несколько уступает в точности передачи
диагностических изображений теплопечати или поляроидному фотопроцессу, но
значительно дешевле всех других способов воспроизведения изображения); при
наличии сетевой связи позволяет передать их клинические подразделения,
связаться с консультационными центрами или центральным архивом по электронной
связи. Блок базы данных, являющийся сердцевиной системы, формализует все этапы
работы с пациентом от внесения данных лаборантом до размещения в архивное
хранение, позволяет врачу-рентгенологу создавать все виды стандартной
отчетности, а также анализировать проведенную работу по целевым выборкам.
Конечным этапом работы с цифровым изображением всех трех видов является его
архивирование на магнитный или оптический носитель. Состав технических средств
АМР ВР. Выбор технических средств для АМР ВР во многом зависит от типа решаемых
задач. Обычно в качестве технической базы для АМР обработки изображений
используют графические станции или персональные компьютеры. Графические
станции, созданные прежде всего для решений задач машинной графики, оборудованы
специальными графическими процессорами, ускоряющими процедуры построения
графических примитивов (особенно трехмерных). Для задач обработки и анализа
изображений более существенна скорость обработки видеоданных. Поэтому в качестве
технической базы АМР ВР использована широко распространенная и дешевая ПЭВМ
типа IBM PC/AT.. Практическая работа показала, что производительность
персонального компьютера во многих случаях достаточна, чтобы решать задачи
обработки видеоданных в реальном времени врача. Кроме того ПЭВМ имеют мощные технические
и программные средства для организации "оконного" человеко-машинного
диалога. При использовании изображений, записанных в аналоговом виде, например рентгенограмм,
необходимо устройство для ввода и визуализации их в ЭВМ. В качестве такого
устройства удобно использовать фрейм-граббер конструктивно оформленный в виде
платы, расположенной в корпусе ПЭВМ. Также необходимо иметь телекамеру с
объективом, световой стол для подсветки рентгенограмм (негатоскоп) и
телемонитор для визуализации изображений. Устройство цифрового ввода и
визуализации изображений должно обеспечивать высокое качество представления
медицинских изображений, чтобы при их использовании не терялась важная
диагностическая информация.
3.ПОЗИТРОННО-ЭМИССИОННАЯ ТОМОГРАФИЯ
Позитронно-эмиссионная томография
(ПЭТ) является одним из самых информативных методов, применяемых в ядерной
медицине. В основе принципа позитронно-эмиссионной томографии лежит регистрация
двух противоположно направленных гамма-лучей одинаковых энергий, возникающих в
результате аннигиляции. Процесс, аннигиляции происходит в тех случаях, когда
излученный ядром радиоизотопа позитрон (положительно заряженная частица)
встречается с электроном (отрицательно заряженной частицей) в тканях пациента.
При этом обе частицы превращаются в качественно новую частицу - фотон, который
и регистрируется специальным устройством. Позитронно-эмиссионная томография
основана на использовании так называемых обменно-активных веществ (например,
простых сахаров, чаще всего глюкозы), которые удается надежно метить
позитронными эмиттерами (обычно это изотоп фтора-8,18-F), результатом чего
является соединение 18-FDG (18-флюоро-деоксиглюкоза). Будучи введены с
диагностической целью внутривенно и достигнув органов-мишеней или тканей, в
которых обменные процессы усилены, подобного рода соединения накапливаются в
них с существенной разницей орган-фон. Позитроны, эмитируемые 18-F, имеют очень
короткий пробег в тканях и при "встрече" с электронами аннигилируют,
испуская кванты энергии, которые и улавливаются детекторами ПЭТ-томографов.
Получив "карту распределения" 18-FDG в организме, исследователь может
сделать вывод о метаболической, функциональной активности того или иного органа
или ткани.
3.1.ЧТО ТАКОЕ ПЭТ.
ПЭТ, или позитронно-эмиссионная томография- это новейший метод
медицинской визуализации (радиоизотопной диагностики), основанный на применении
радиофармпрепаратов (РФП), меченных изотопами - позитронными излучателями.
Как работает ПЭТ.
В ПЭТ используются радиофармпрепараты, меченные
изотопами-позитронными излучателями.
- Эмиссия позитрона из ядра атома
Позитрон представляет собой положительно
заряженную частицу, по массе равную электрону. После эмиссии из ядра атома
позитрон проходит в окружающих тканях расстояние, равное 1-3 мм, теряя энергию при соударении с другими молекулами.
- Аннигиляция
В момент остановки позитрон соединяется с
электроном и масса обеих частиц превращается в энергию в виде двух
высокоэнергетических гамма-квантов, разлетающихся в противоположные
стороны. Этот процесс называется аннигиляцией.
- Регистрация гамма-квантов
В позитронно-эмиссионном томографе происходит
регистрация этих гамма-квантов с помощью нескольких колец детекторов,
окружающих пациента.
- Формирование линии ответа
При помощи блока совпадений, томограф выделяет
только те гамма-кванты, которые зарегистрированы одновременно, формируя
так называемую «линию ответа».
- Реконструкция изображения
Затем ПЭТ- система суммирует все линии ответа от
пар детекторов, зарегистрированные за время записи и реконструирует
изображение по алгоритму, сходному с используемыми в КТ, МРТ и ОЭКТ.
Изотопы для ПЭТ.
Как правило, изотопы для ПЭТ вырабатывают на месте проведения
исследования. Это связано с тем, что большинство ПЭТ- изотопов являются
ультракороткоживущими.
Их период полураспада исчисляется несколькими минутами и даже секундами,
оставляя слишком мало времени на производство и доставку РФП. Для большинства
изотопов используются компактные, автоматизированные циклотроны.
Наиболее распространенным РФП для ПЭТ является фтордезоксиглюкоза (FDG).
Относительно продолжительный период полураспада (110 минут) позволяет
располагать производство отдельно, транспортируя полученный РФП в несколько
близлежащих ПЭТ- центров. Однако, наиболее качественные изображения получаются
при использовании РФП, меченных 13N и 15O.
Первые клинические позитронно-эмиссионные
томографы появились в начале 70-х годов прошлого столетия, однако только к
концу 70-х появились первые коммерческие модели томографов. Первые аппараты
были оборудованы малым числом детекторов. Не было возможности одновременного
сбора информации для нескольких срезов, толщина срезов была большая. Но даже
отсутствие возможности детализации анатомических структур по данным ПЭТ,
не смогло задержать распространение методики в клиниках. Метод позволял
получать истинно функциональные изображения, основанные на избранных
метаболических цепях.
Бурное развитие
позитронно-эмиссионной томографии обусловлено тем, что с каждым годом
появляется большое число новых радиофармпрепаратов, использование которых
открывает новые горизонты использования данного метода лучевой диагностики. При
этом позитронно-эмиссионная томография позволяет количественно оценивать
распределение радиоактивности на мл или г ткани организма.
Несмотря на длительную
историю позитронно-эмиссионной томографии, в настоящее время метод непрерывно
совершенствуется, появляются новые радиофармпрепараты, клинические пакеты для
исследований и сами томографы. Все крупные производители медицинского
диагностического оборудования разработали и выпускают позитронно-эмиссионные
томографы, комбинированные с компьютерными томографами. Данные системы
позволяют за одно исследование получать функциональные данные
(позитронно-эмиссионные томографические изображения) и анатомические данные
(рентгеновские компьютерные томографические изображения).
Постоянное
совершенствование аппаратного и программного обеспечения позитронно-эмиссионных
томографов позволили существенно снизить лучевую нагрузку на пациента,
одновременно повышая информативность исследований.
Для производства
радиофармпрепаратов используются специализированные медицинские циклотроны и
радиофармлаборатории.
Радиофармпрепараты,
использующиеся при проведении позитронно-эмиссионных исследований представляют
собой вещества, участвующие в различных метаболических процессах. При
производстве радиофармпрепаратов для ядерной медицины, некоторые атомы
заменяются на их изотопы. Особенностью радиофармпрепаратов, применяемых в
позитронно-эмиссионной томографии является то, что при их производстве
используются короткоживущие радиоизотопы, которые должны производиться в
непосредственной близости от места проведения исследования. В Европе существуют
спеиальные службы скоростной доставки радиофармпрепаратов для
позитронно-эмиссионной томографии от мест их производства.
3.3.ПРИЕМУЩЕСТВА ПЭТ.
- получение
уникальной диагностической информации
Метод ПЭТ дает уникальную диагностическую
информацию, позволяет изменить тактику лечения в соответствии с этими
данными и в ряде случаев уменьшить стоимость дальнейшей диагностики
и лечения.
- получение
функциональных изображений
ПЭТ позволяет получать функциональные
изображения, отражающие процессы жизнедеятельности органов и тканей
организма человека на молекулярном уровне, включая метаболизм глюкозы и
утилизацию кислорода, оценку кровотока и перфузии, оценку концентрации и
сродства специфических рецепторов.
В чем сходство ПЭТ с КТ и МРТ.
Подобно КТ и МРТ, в ПЭТ
используется техника томографии, что позволяет получать срезы в различных
плоскостях.
В чем сходство ПЭТ с
методами ядерной медицины.
Также как и в других методах
ядерной медицины, изображение ПЭТ отображает распределение радиофармпрепарата в
исследуемом органе.
ПЭТ является необходимым
дополнениям к традиционным методам лучевой диагностики.
Насколько уникален ПЭТ.
- оценка
изменений на уровне клеточного метаболизма
В отличие от КТ и МРТ при ПЭТ оцениваются
функциональные изменения на уровне клеточного метаболизма. Это очень
важно, поскольку часто изменения на функциональном клеточном уровне
предшествуют морфологическим изменениям. Поэтому, многие заболевания
диагностируются при помощи ПЭТ намного раньше, чем на КТ и МРТ.
- использование
уникальных радиофармпрепаратов
В отличие от традиционных методов ядерной
медицины, при ПЭТ используются уникальные радиофармпрепараты, меченные
кислородом, углеродом, азотом глюкозой которые являются естественными
метаболитами организма и включаются в обмен веществ на равных с
собственными эндогенными метаболитами: сахаром, водой, белками,
кислородом. Как результат, становится возможным оценка процессов,
протекающих на клеточном уровне.
- оценка
метаболических процессов in vivo
ПЭТ является единственной методикой для оценки метаболических процессов in
vivo.
Что дает ПЭТ врачам различных
специальностей.
ПЭТ обладает уникальными
возможностями для врачей многих специальностей, открывая перед ними новые
горизонты:
- ранней
диагностики различных заболеваний до появления структурных изменений, что
существенно улучшает прогноз;
- проведение
мониторинга терапии с ранней оценкой эффективности проводимого лечения,
что позволяет сократить длительность лечения и, в ряде случаев, избежать
госпитализации больного;
- замена серии
исследований одним наиболее информативным;
- прогнозирование
результатов хирургического лечения;
- выявление
внеорганных и отдаленных метастазов, что может коренным образом повлиять
на тактику лечения.
В каких областях медицины
применяется ПЭТ.
В настоящее время ПЭТ применяется
для диагностики главным образом в трех областях медицины: онкологии,
кардиологии и неврологии.
3.4.ПРИМЕНЕНИЕ ПЭТ В ОНКОЛОГИИ.
Опухоли легких
|
ПЭТ с
18F-ФДГ
Центральная бронхокарцинома
|
|
|
|
ПЭТ+КТ
|
- диагностика и стадирование опухолей
легких
ПЭТ предоставляет невероятные возможности для
диагностики и стадирования опухолей легких.
- неинвазивное определение степени
злокачественности опухоли
Становится возможным неинвазивное определение
степени злокачественности опухоли. Как результат, значительно снижается
частота хирургических вмешательств при доброкачественных процессах.
- диагностика медиастинальных и отдаленных
метастазов
ПЭТ также является ценной методикой при
диагностике медиастинальных и отдаленных метастазов.
Таким образом, становится возможным более точное стадирование
онкологического процесса с выбором наиболее оптимальной тактики лечения.
- оценка ответной реакции опухоли на
химиолучевое лечение
Поскольку ПЭТ отражает метаболизм глюкозы,
становится возможным оценка ответной реакции опухоли на химиолучевое
лечение, что при соответствующем изменении тактики лечения также улучшает
прогноз и исход заболевания.
Применение в онкологии. Рак молочной железы
|
ПЭТ с
18F-ФДГ
Рак молочной железы
|
|
|
|
Томограммы
в трех ортогональных сечениях
|
Наиболее важным фактором в определении долговременного
прогноза при раке молочной железы является оценка поражения подмышечных
лимфоузлов. Как правило, таким больным производится биопсия лимфоузлов.
- определение поражения подмышечных
лимфоузлов
ПЭТ является альтернативным, неинвазиным и
безболезненным скриниговым методом определения поражения подмышечных
лимфоузлов. Только при положительных ПЭТ- данных становится необходимым
проведение биопсии лимфоузлов. Это позволяет отказаться от биопсии у 75%
больных.
- проведение скрининговых обследований
Хотя ПЭТ не позволяет полностью заменить
традиционные методы диагностики опухолей молочной железы, однако обладает
большими потенциальными возможности при проведении скрининговых
обследований, особенно у пациентов из группы риска.
- диагностике отдаленных метастазов
Кроме того, ПЭТ- исследование высоко эффективно в
диагностике отдаленных метастазов рака молочной железы.
Применение в онкологии
Рак толстой кишки.
У 2/3 пациентов, прооперированных по поводу рака толстой
кишки, в течение 2-х лет диагностируется рецидив опухоли. В этом случае для
уточнения характера и выяснения операбельности рецидива производится
лапаротомия.
- диагностика рецидива и отдаленных
метастазов
По сравнению с КТ, колоноскопией и определением
уровня CEA, ПЭТ обладает намного более высокой чувствительностью и
специфичностью в диагностике как самого рецидива, так и отдаленных
метастазов, что позволяет избежать лапоротомии в случае заведомой
неэффективности локальной резекции.
- проведение дифференциальной диагностики
Кроме того, посредством ПЭТ становиться возможным
проведение дифдиагностики между рубцовыми изменениями и рецидивом опухоли.
|
ПЭТ с
18F-ФДГ
Рак толстой кишки без метастазов
|
|
|
|
|
Фронтальный
|
Сагиттальный
|
Применение в онкологии.
Мониторинг эффективности лечения.
- оценка ответа опухоли на химиолучевое
лечение
ПЭТ дает возможность дать оценку ответа опухоли
на химиотерапевтическое лечение и лучевую терапию. Это становится возможно
благодаря тому, что при эффективной терапии резко снижается потребление
глюкозы опухолевыми клетками, и с помощью ПЭТ этот процесс можно
зарегистрировать в течение минут и часов, дав заключение о позитивном или
негативном эффекте терапии.
- мониторинг лечения различных опухолей
Метод применим при мониторинге лечения различных
опухолей, включая рак молочной железы, легкого, яичников, опухолей головы
и шеи, рака щитовидной железы, меланомы и лимфом.
|
ПЭТ с
18F-ФДГ
Множественные метастазы мелономы
|
|
|
|
|
Передняя
проекция
|
Задняя
проекция
|
3.5.ПРИМЕНЕНИЕ ПЭТ В КАРДИОЛОГИИ.
- оценка перфузии миокарда
ПЭТ является прекрасной методикой для оценки миокардиального кровотока и
перфузии миокарда, для диагностики коронарной болезни сердца. Благодаря
высокой энергии позитронов высококачественные изображения удается получать
даже у тучных больных.
- оценка жизнеспособности миокарда
В клинике очень часто возникает вопрос об наличии
жизнеспособного миокарда в зоне перенесенного инфаркта. В таких случаях
при исследовании с фторглюкозой (FDG) определяются
участки повышенного потребления глюкозы в зоне сниженной перфузии. Таким
образом, появляется возможность прогнозировать результаты реваскуляризации
этой области миокарда, тогда как без применения ПЭТу около 20% больных
результаты реваскуляризации оказываются отрицательными.
- диагностика коронарной болезни
Изображения ПЭТ демонстрируют участки снижения
миокардиального кровотока. Поскольку изотопы ПЭТ имеют очень короткий
период полураспада, возможно последовательное проведение исследования
покой-нагрузка.
- определение нежизнеспособного миокарда
Посредством ПЭТ удается выявить участки миокарда
с пониженным потреблением глюкозы в зоне перенесенного инфаркта – это
участки рубцовых изменений с нежизнеспособными кардиомиоцитами.
3.6.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЭТ В НЕВРОЛОГИИ.
- исследование метаболизма тканей головного
мозга
|
ПЭТ с
18F-ФДГ
Исследование метаболизма головного мозга
|
|
|
- выявление объемных образований в головном
мозге
|
ПЭТ с
18F-FBPA
Диагностика опухолей головного мозга
|
|
|
|
|
Глиобластома
|
Астроцитома
|
- дагностика эпилептогенных фокусов
В настоящее время насчитывается около 2 миллионов больных эпилепсией, из
них 80.000 страдают от парциальной эпилепсии, приступы которой плохо
поддаются медикаментозному лечению. Методом выбора для лечения таких
больных является фокальная резекция эпилептогенного фокуса в головном
мозге; однако точно идентифицировать такие фокусы посредством рутинных
методик затруднительно.
ПЭТ с фторглюкозой позволяет оценить увеличение или уменьшение потребления
глюкозы и локализовать эпилептогенные фокусы.
- диагностика деменции
ПЭТ используется в диагностике различных видов деменций, включая сенильную
деменцию и болезнь Альцгеймера. Для болезни Альцгеймера характерно
снижения потребления глюкозы в височно-теменных отделах головного мозга.
- оценка двигательных расстройств
Болезнь Паркинсона, болезнь Гентингтона, синдром Туретта могут быть трудны
для диагностики. Во многих случаях при этих заболеваниях отсутствуют
изменения на изображениях КТ и МРТ.
При ПЭТ с F-DOPA определяется изменения накопления препарата в допаминовых
рецепторах: при болезни Паркинсона визуализируется снижение фиксации F-
DOPA в проекции хвостатого ядра и скорлупы.
4.ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
К преимуществам цифровых рентгенографических
систем относятся следующие четыре фактора: цифровое отображение изображения;
пониженная доза облучения; цифровая обработка изображений; цифровое хранение и
улучшение качества изображений. Рассмотрим первое преимущество, связанное с
отображением цифровой информации. Разложение изображения по уровням яркости на
экране становится в полной мере доступным для пользователя. Весь диапазон
оптических яркостей может быть использован для отображения лишь одного участка
изображения, что приводит к повышению контраста в интересующей области. В
распоряжении оператора имеются алгоритмы для аналоговой обработки изображения с
целью оптимального использования возможностей систем отображения. Это свойство
цифровой рентгенографии также дает возможность снизить лучевую нагрузку на
пациента путем уменьшения количества рентгенограмм для получения
диагностической информации (той же полезности). Цифровое отображение при его
компьютерной обработке позволяет извлечь количественную и качественную
информацию и таким образом перейти от интуитивно-эмпирического способа
изображения к объективно измеренному. Существенным преимуществам цифровой
рентгенографии перед экранно-пленочным процессом являются простота и скорость
получения изображения. Изображение становится доступным анализу
врачом-рентгенологом в момент окончания экспозиции. Второе преимущество
цифровой рентгенологии - возможность снижения дозы облучения. Если в обычной
рентгенологии доза облучения зависит от чувствительности приемника изображения
и динамического диапазона пленки, то в цифровой рентгенологии оба этих
показателя могут оказаться несущественными. Снижения дозы можно достичь
установкой экспозиции, при которой поддерживается требуемый уровень шума в
изображении. Дальнейшее уменьшение дозы возможно путем подбора такой длины
волны рентгеновского излучения, которая обеспечивала бы минимальную дозу при
данном отношении сигнал/шум, а также путем ликвидации любых потерь контраста с
помощью описанных выше методов отображения цифровых изображений. Третье
преимущество цифровой рентгенологии - это возможность цифровой обработки
изображений. Рентгенолог должен выявить аномальные образования на осложненной
фоном нормальной структуре биоткани. Он может не заметить мелких деталей в
изображении, которые система разрешает, или пропустить слабоконтрастную структуру,
видимую на фоне шумов изображения, из-за сложного строения окружающих (или
сверхлежащих) тканей. Субстракционный метод в рентгенографии позволяет
устранить большую часть паразитной фоновой структуры и тем самым увеличить
вероятность выявления важных деталей на рентгенограмме. Компьютерную томографию
можно рассматривать как частный случай метода субстракционной рентгенографии, в
котором из обычных проекционных изображений устраняется информация о
вышележащих структурах. Особенная ценность применения цифровой рентгенографии
заключается в возможности полного отказа от рентгеновской пленки и связанного с
ней фотохимического процесса. Это делает рентгенологическое исследование экологически
чище, а хранение информации в цифровом виде позволяет создать легкодоступные
рентгеновские архивы. Новые количественные формы обработки информации открывают
широкие возможности стандартизации получения изображений, приведения их к
стандарту качества в момент получения и при отсроченных повторных исследованиях.
Немаловажна открывающаяся возможность передачи изображения на любые расстояния
при помощи средств компьютерных коммуникаций. Приведенные соображения с
достаточной наглядностью демонстрируют прогрессивность внедрения в практику
цифровой рентгенографии, которая сможет перевести диагностическую рентгенологию
на новый более высокий технологический уровень. Отказ от дорогостоящих
расходных материалов обнаруживает и ее высокую экономическую эффективность, что
в сочетании с возможностью уменьшения лучевых нагрузок на пациентов делает ее
применение в практике особенно привлекательным.
Среди
применений компьютера для медицины можно отметить автоматизацию диагностики.
Одним из таких приложений является скрининг – фильтрация по некоторому набору
диагностических параметров пациентов при массовых обследования и выделение
группы риска для проведения более полного обследования. При этом не требуется высокой
достоверности первичной диагностики, поскольку порог отбора может быть задан с
достаточным запасом. Для скрининга могут использоваться довольно простые
алгоритмы типа дерева признаков или расчета некоторой весовой метрики входных
параметров. Более сложные диагностические программы – экспертные системы –
опираются на некоторую базу знаний, формируемые накоплением опыта из применения
других методов диагностики. Они используют сложные алгоритмы, основанные на
анализе связей между признаками или опираются на модели нейронных сетей,
которые могут самонастраиваться по некоторой обучающей выборке, что делает их
практически универсальными. Для получения объективной диагностической
информации может использоваться текстурный анализ томограмм или ультразвуковых
изображений, автоматическое выделение объектов, определение количественных
характеристик с последующей их идентификацией и классификация при помощи систем
распознавания образов.
Такие
системы компьютерной диагностики могут использоваться как совместно с информационными
системами типа электронной истории болезни, так и автономно, например
непосредственно в диагностических центрах или в кабинетах приема
врачей-специалистов. Совместно с диагностическим оборудованием могут
использоваться также специальные прикладные программы, оптимизированные под
узкое использование – настройку оптимальной визуализации, построение
произвольных срезов или проекций, трехмерное моделирование, совмещение
изображений, форматирование групп изображений для печати. Все это избавляет врачей-диагностов
от и вспомогательный персонал от рутинных операций, значительно упрощает,
облегчает и в конечном счете ускоряет их работу. В Украине такие программные
продукты активно разрабатываются и внедряются.
Таким
образом, совмесно с физичскими методами диагностики, информатика постепенно
осваивает рабочее место врача. Образование таких новых сложных направлений, как
медицинская информатика и медицинская физика, требует и подготовки новых
специалистов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Розенштраух Л.С. Невидимое стало зримым
(успехи и проблемы лучевой диагностики).- М.: Знание, 1987.- 64 с.
2. Томография грудной клетки / Помозгов А.И.,
Терновой С.К., Бабий Я.С., Лепихин Н.М. - К.:Здоровья,1992.- 288 с.
3. Компьютерная томография мозга. Верещагин
Н.В., Брагина Л.К., Вавилов С.Б., Левина Г.Я.-М.:Медицина,1986.-256 с.
4. Коновалов А.Н., Корниенко В.Н. Компьютерная
томография в нейрохирургической клинике.- М.: Медицина,1988. - 346 с.
5. Физика визуализации изображений в медицине:
В 2-х томах. Т.1:Пер. с англ./Под ред. С.Уэбба.-М.:Мир,1991.- 408 с.
6. Антонов А.О., Антонов О.С.,Лыткин С.А.//Мед.техника.-1995.
7. Беликова Т.П.,Лапшин В.В.,Яшунская
Н.И.//Мед.техника.-1995.
8.