Курс лучевой диагностики и лучевой терапии

Получение ультразвуковых колебаний. Основой генерирования и регистрации ультразвуковых колебаний является прямой и обратный пьезоэлектрический эффект. Для получения ультразвуковых колебаний используют обратный пьезоэлектрический эффект, сущность которого заключается в том, что при создании электрических зарядов на поверхности граней кристалла последний начинает сжиматься и растягиваться. Возникают колебания, частота которых зависит от частоты смены знака потенциала на гранях кристалла. Большим преимуществом пьезоэлектрических преобразователей является то, что
источник ультразвука может служить одновременно и его приемником. При этом в действие вступает прямой пьезоэлектрический эффект, когда при деформации пьезокристалла воспринимаемым ультразвуковым сигналом на его гранях образуются разноименные электрические потенциалы, которые могут быть зарегистрированы. Для получения ультразвуковых колебаний чаще всего используется кристалл титаната циркония.
Частота ультразвукового сигнала при отражении его от движущегося объекта изменяется пропорционально скорости движения лоцируемого объекта вдоль оси распространения сигнала - это явление называется эффектом Доплера. При движении объекта в сторону датчика, генерирующего ультразвуковые импульсы, частота отраженного сигнала увеличивается, и наоборот, при отражении сигнала от удаляющегося объекта частота отражённого сигнала уменьшается. Измеряя частоту отраженного сигнала и зная частоту посланного сигнала, можно по сдвигу частоты () определить скорость движения исследуемого объекта в направлении, параллельном ходу ультразвукового луча. При движении объекта под углом по отношению к лучу для определения скорости вносится соответствующая поправка на величину угла.
Ультразвуковые изображения несут информацию о незначительных изменениях параметров сред ( порядка 1-2 %) и позволяют визуализировать структурно-топографические взаимоотношения внутренних органов и мягких тканей. Сильное отражение ультразвуковых колебаний (почти 100 %) от границ раздела мягкая ткань - воздух или мягкая ткань - кость ограничивает применение УЗИ для исследования легких, желудочно-кишечного тракта, головного мозга. Амплитуда эхосигналов несет информацию о процессах поглощения рассеяния и обратного отражения ультразвуковых зондирующих импульсов в исследуемой среде. Путём измерения этих величин, являющихся параметрами эхо-изображения, могут быть определены: 1) глубина залегания неоднородности; 2) направление на неё; 3) линейные размеры и расстояния между несколькими неоднородностями; 4) при соответствующем конструктивном обеспечении возможны измерения, связанные с преимуществом отдельных структур объектов относительно направления ультразвукового зондирования.
Простейшим видом отображения информации в ультразвуковой эхоскопии является продольная А-эхограмма, получаемая зондированием среды при неизменном направлении ультразвукового луча. В этом случае эхосигналы представляются в одномерном виде, как амплитудные отметки на оси времени. При неизменном направлении ультразвукового луча может быть получен еще один тип эхоизображения - М-эхограмма, характеризующая перемещение лоцируемых структур во времени. Такой тип эхограммы может быть сформирован при многократном ультразвуковом зондировании подвижной среды, если выполняется условие Тn>>Тк>>Тz, где Тn - время ультразвукового “наблюдения” (формирование М-эхограммы); Тк - период движения исследуемых структур; Тz - период повторения зондирующих импульсов (времени формирования продольной А-эхограммы). Данный тип эхоизображения позволяет фиксировать изменения во времени глубины залегания биологических структур, находящихся на трассе распространения ультразвука вдоль луча при их движении и получил широкое распространение при движении структур сердца.
Ценность метода резко повышается при применении двухмерного В-сканирования (поперечного фронтального С-сканирования). Также эхограммы называются еще эхотомограммами и характеризуются двухмерным распределением амплитуды эхосигналов. Принцип ультразвукового сканирования заключается в перемещении датчика в направлении, перпендикулярном линии распространения ультразвукового луча. Отраженные импульсы регистрируются на экране в виде светящихся точек. Поскольку датчик находится в постоянном движении, а экран имеет длительное послесвечение, отраженные импульсы сливаются, формируя изображение сечения обследуемого органа.
Получить дополнительную информацию о деталях обследуемой структуры позволяет сложное ультразвуковое сканирование, что достигается приданием датчику двух родов движения: основного и дополнительного. Например, линейное движение датчика может сопровождаться покачиванием его на определенный угол вокруг своей оси (секторальное сканирование). Причем, при одномерном сканировании направления луча в плоскостях Х и У могут быть получены поперечные, а при двухмерном сканировании луча в полости Х и У - фронтальные эхотомограммы. При отображении эхотомограмм С-типа яркостные отметки формируются путем селекции эхосигналов с определенной глубины и в соответствии с координатами двухмерного перемещения ультразвукового луча. В результате визуализируется фронтальное акустическое изображение среза исследуемого объекта на заданной глубине. Итак, в настоящее время наряду с одномерным используется двухмерный метод, доплероэхокардиография. Большие надежды возлагаются на развитие ультразвуковой компьютерной томографии. Ультразвуковые методы позволили более точно решать вопросы диагностики значительного числа заболеваний сердечно-сосудистой, пищеварительной, мочеполовой систем. С помощью этих методов получают ценные сведения в акушерстве и гинекологии, онкологии, неврологии и нейрохирургии, офтальмологии.
Особое практическое значение приобрело магнитно-резонансное изображение, т.е. результаты магнитно-резонансной томографии, дающей богатую информацию о физических и химических параметрах, позволяющих судить о природе и морфологическом строении исследуемых органов и тканей. К тому же изображение можно получить в любой плоскости.
Принцип исследования основан на изменении ядра атома водорода под влиянием магнитного поля. Большое количество атомов водорода в тканях и органах человеческого организма делает его наиболее удобным для МРТ. В то время как традиционные рентгенологические методики, при которых изображение зависит только от одного параметра - коэффициента поглощения рентгеновского излучения, при МРТ изображение находится в прямой зависимости от трех факторов - протонной плотности, времени релаксации Т₁ и Т₂. Протонная плотность означает число протонов в единице объема. Она значительно изменяется из-за характера тканей и служит основой для получения изображения. Фундаментальными параметрами МРТ является также время релаксации. Ядро водорода, протон можно уподобить маленькому волчку, который вращается вокруг своей оси. Т.к. протон обладает электрическим зарядом, то его вращение порождает магнитное поле, т.е. протон - это крошечный магнит со своим магнитным моментом. Когда ядер много, их оси направлены в разные стороны, но стоит только приложить достаточно сильное постоянное магнитное поле, как магнитные моменты устанавливаются параллельно магнитным силовым линиям внешнего поля. Если теперь приложить возбуждающее поперечное магнитное поле определенной частоты, магнитные моменты ядер отклоняются. Когда подача энергии прекратится, протоны самопроизвольно возвращаются в состояние равновесия - они релаксируют. Во время релаксации протоны индуцируют ЯМР - сигнал - электромагнитное излучение (но не ионизирующее), которое и воспринимается детектирующей системой. Может быть измерена лишь в совокупности векторов (М - вектор). Время Т₁ характеризуется возвратом М - вектора вдоль продольной оси в зависимости от В_о (интенсивности магнитного поля), время Т₂ - исчезновением М - вектора в плоскости, перпендикулярно В_о. В дистиллированной воде значение Т₂ вплотную приближается к значению Т₁, что приблизительно равно 2 с.
Время от начала исследования до начала получения первого изображения достигает 60 - 90 минут. Компьютер реконструирует изображение, которое может быть получено в различных плоскостях. В настоящее время считается доказанным, что ЯМР превосходит все другие методы при выявлении заболеваний головного мозга. Велико значение этого метода при исследовании спинного мозга, органов малого таза, сердца, опорно-двигательного аппарата, в ряде случаев (головной мозг, сердце) превосходя по своим возможностям КТ. С помощью МР-исследования определяются локализация, размеры, распространенность, связь с окружающими тканями, характер структуры патологического процесса.
Противопоказанием к ЯМР-интроскопии является наличие сердечных водителей ритма, электрических нейростимуляторов. Ферромагнитные имплантанты (внутричерепные сосудистые скрепки - металлические инородные тела в мягких тканях и другие) могут быть смещены магнитным полем. Некоторые виды металлических имплантантов, например, зубные протезы, не препятствуют исследованию, но вызывают множественные артефакты.