Возможности и пределы визуализации
Содержание
Введение
1. Рентгеноконтрастные средства. Определение понятия. Применение в практике
2. Классификация рентгеноконтрастных средств
3. Основные требования к контрастным веществам.
4. Возможности и пределы визуализации.
Заключение
Введение
Рентгеноконтрастные средства -препараты, заметно отличающиеся по способности поглощать рентгеновское излучение от биологических тканей, в связи с чем их используют для визуа-лизации структурорганов и систем, не выявляемых или плохо выявляемых при обычной рентгенографии, рентгеноскопии, компьютерной томографии.
Необходимым условием рентгенологического распознавания патологических изменений в органах и тканях является достаточная степень контрастности как между отдельными деталями исследуемого объекта, так и между самим объектом и окружающим его фоном, на котором этот объект выделяется. Прохождение рентгеновского излучения через исследуемый объект сопровождается поглощением той или иной части излучения в самом объекте, а рентгеновское изображение создается той частью энергии рентгеновского излучения, которая, пройдя через объект, воздействует на экран или пленку. Если степень поглощения рентгеновских лучей различными тканями исследуемого объекта будет одинаковой, то изображение его также будет однородным, то есть бесструктурным. Необходимая степень структурности и контрастности может быть достигнута только при условии различной степени поглощения энергии рентгеновского излучения различными тканями объекта.
При обычной рентгеноскопии и рентгенографии отчетливо дифференцируются кости, легкие, обызвествления и металлические инородные тела. Кости благодаря содержанию фосфорнокислой извести сильнее, чем мягкие ткани, поглощают рентгеновское излучение и поэтому представляются более плотными (темными), чем окружающие их мышцы, связки, сосуды и т. д. Легкие же, содержащие воздух, напротив, слабо поглощают рентгеновское излучение и поэтому представляются более светлыми, чем плотные ткани грудной клетки и тень сердца и сосудов.
Желудочно-кишечный тракт, кровеносные сосуды, мышцы и большинство внутренних органов поглощают рентгеновское излучение почти в одинаковой степени и дают при рентгенологическом исследовании однородные, неконтрастные изображения. Применение соответствующих контрастных веществ меняет степень поглощения рентгеновского излучения невидимыми органами, то есть создает необходимые условия контрастности и делает их видимыми и доступными рентгенологическому исследованию.
Поглощение рентгеновского излучения различными веществами возрастает прямо пропорционально четвертой степени их атомного числа. На этом основании (в зависимости от степени поглощения) все контрастные вещества делят на легкие и тяжелые (низкоатомные и высокоатомные) или, иначе, на негативные, поглощающие рентгеновское излучение в меньшей степени, чем ткани организма, и позитивные, характеризующиеся более высокой, чем ткани организма, поглощающей способностью.
В настоящее время для лучевой диагностики различных заболеваний внутренних органов используют рентгеновские лучи, явления магнитного резонанса и ультразвук.
Возможности любого из этих видов диагностики многократно увеличиваются при использовании контрастных средств, которые можно разделить на 3 группы:
1) рентгеноконтрастные средства (РКС);
2) магнитно-резонансные контрастные средства (МРКС);
3) ультразвуковые контрастные средства (УЗКС).
В то время как история разработки РКС началась практически сразу после открытия В.К. Рентгеном Х-лучей в 1895 году, МРКС и УЗКС применяются медицине лишь несколько десятилетий. Однако именно среди препаратов этих групп контрастных средств в последние годы заметен наибольший прогресс, хотя продолжают появляться и новые препараты в ряду РКС, которые остаются самыми применяемыми средствами для лучевой диагностики.
Согласно классификации П.В. Сергеева, РКС разделяются на две группы: рентгенонегативные, пропускающие рентгеновские лучи, и рентгенопозитивные, задерживающие их.
К первой группе относятся диоксид углерода, азот, кислород, ксенон и другие газы, ко второй — йодзамещенные и не содержащие йод вещества.
Рентгенопозитивные препараты имеют более высокую плотность, чем мягкие ткани и кости. Плотность определяется молекулярной массой. Увеличение атомной массы элементов, входящих в состав РКС, приводит к повышению контрастирования внутренних органов. Плотность мягких тканей равна примерно плотности воды (0,92–1,06 г/см3), плотность йода — 4,94 г/см3 и бария — 3,51 г/см3.
В качестве элементов, включаемых в РКС, наиболее приемлемыми оказались йод и барий. Препараты бария (сульфат) уже в течение полувека применяются для контрастирования ЖКТ, их главное достоинство — фармакологическая инертность, однако они неприменимы для контрастирования закрытых полостей или сосудистых образований.
Для целей ангиографии, урографии, холецистографии, миелографии и других разновидностей этих методов, начиная с 50-х годов, все шире используются органические йодсодержащие РКС.
Среди них в настоящее время выделяют ионные и неионные мономерные и димерные йодсодержащие РКС. По результатам существующих доклинических и клинических исследований неионные РКС, по сравнению с ионными, обладают большей безопасностью и лучшей переносимостью.
Внедренные в медицинскую практику до 1969 года йодсодержащие органические РКС представляют собой соли, диссоциирующие в водных растворах. Ионный их характер и, следовательно, гиперосмолярность (в 5 раз выше осмотичности крови) обусловливает ряд побочных эффектов: гипотонию, нефропатию, увеличение проницаемости капилляров, болезненность сосудов, тошноту, рвоту и др. Поэтому заметным шагом на пути к улучшению переносимости РКС стало создание неионных препаратов, осмотичность которых в 2–3 раза ниже по сравнению с ионными РКС. Первым таким препаратом стал метризамид (амипак), который из-за нестабильности не получил широкого распространения. Начиная с 80-х годов прошлого столетия, были созданы и внедрены стабильные трийодированные мономерные неионные РКС (иогексол, иопромид и др.), дающие наилучшие гарантии рентгенологам с точки зрения диагностической эффективности и безопасности. Несмотря на более низкую токсичность и лучшую переносимость, неионные РКС из-за высокой стоимости в России и ряде других стран пока не вытеснили полностью ионные РКС.
Все трийодзамещенные органические РКС классифицируются следующим образом:
I. Ионные.
1. Мономерные
- производные бензойной кислоты (диатризоат, иокситаламат, йоталамат, метризоат, йодамид),
2. Димерные
- производные ариламиноацетиламинйодбензойной кислоты (йоксаглат),
- полиметиленовые димеры трийодбензойной кислоты (йодипамид, йодоксамат, йотроксат).
II. Неионные.
1. Мономерные (йопамидол, йопромид, йогексол).
2. Димерные (йотролан, йодиксанол).
РКС, применяемые для холеграфии и ангиографии, отличаются особенностями фармакокинетики и вводятся либо внутрь, либо внутривенно, либо внутриартериально.
Внутривенные холецистографические вещества проникают через клеточные мембраны, активно секретируются печенью и диффундируют в желчные протоки. Они экскретируются печенью в неизмененном виде.
Определенная часть холеграфических йодсодержащих РКС выделяется из организма с мочой, что необходимо учитывать при рентгенологическом исследовании больных с патологическими состояниями почек.
Особенностью фармакокинетики ангиоурографических средств является циркуляция в сосудистом русле вне связи с белками и высокая (отчасти поэтому) скорость их экскреции почками (при условии нормального функционирования мочевыделительной системы). Они экскретируются почками обычно в неизмененном виде.
На основании изучения механизмов транспорта РКС, их взаимодействия с белками плазмы, форменными элементами крови, мембранными структурами печени и почек сформулирована теория органотропности РКС, суть которой заключается в существовании для холецистографических РКС транспортных систем в клеточных мембранах, функционирующих по принципу молекулярного «узнавания», а для урографических РКС — специальных механизмов секреции и концентрирования в почечных канальцах.
Побочные реакции на внутрисосудистое введение ионных ангиоурографических РКС возникают примерно в 12 % случаев, причем некоторые из них требуют проведения экстренных реанимационных мероприятий. Несмотря на создание в последние десятилетия новых, менее токсичных РКС, проблема безопасности их использования остается весьма актуальной.
Все побочные явления, вызываемые РКС, разделяют на хемотоксические и атопические (анафилактоидные и аллергические).
Атопические реакции, индуцируемые РКС, обусловлены высвобождением гистамина и других медиаторов. Они встречаются чаще у пациентов, склонных к аллергическим заболеваниям, и представляют главную опасность при клиническом использовании РКС. Хемотоксические эффекты присутствуют практически всегда и объясняются осмотической активностью РКС (снижением гематокрита вследствие выхода в сосудистое русло тканевой жидкости и воды из клеток крови; осмотическим диурезом после попадания молекул РКС в просвет почечных канальцев), их липофильностью, электрическим зарядом, способностью взаимодействовать с биомакромолекулами и др. В отдельных участках ЦНС нет ГЭБ, например, в области postrema, в которой расположены триггерные зоны, определяющие возникновение тошноты и рвоты. Прямое действие контрастных средств на эти зоны (оно тем выше, чем выше осмотичность РКС) и может быть причиной этих побочных эффектов.
Для уменьшения риска развития анафилактоидных реакций следует применять премедикацию (антигистаминные препараты, глюкокортикоиды, адреномиметики и др.), а хемотоксческих реакций (особенно актуально в отношении ионных высокоосмотичных РКС) — противорвотные средства (метоклопрамид).
Ряд средств используют при магнитно-резонансных и ультразвуковых исследованиях. Например, некоторые гадолинийсодержащие соединения (Магневист) способствуют повышению контрастности изображения тканей и очагов патологии в ЦНС и других внутренних органах во время МРТ, микронизированная Д-галактоза (Левовист) увеличивает (опосредованно) интенсивность отраженного ЭХО-сигнала при ультразвуковой диагностике.
Подгруппы
Рентгеноконтрастные средства
Магнитно-резонансные контрастные средства
Ультразвуковые контрастные средства
К негативным контрастным веществам относятся газы (воздух, кислород, закись азота, углекислый газ), на фоне которых исследуемые органы представляются более плотными.
К позитивным контрастным веществам относятся масляные и водорастворимые йодистые соединения (порядковый номер йода 53), сернокислый барий и другие высокоатомные соединения, а также зонды и катетеры, сильно поглощающие рентгеновское излучение.
Наряду с контрастными веществами, которые, будучи введены непосредственно в те или иные органы, контрастируют их (например, йодолипол, применяемый при бронхографии или при фистулографии), имеются и такие, применение которых основано на свойствах ряда органов накапливать их и выделять. Таковы контрастные вещества, применяемые при исследовании мочевыводящей системы (сергозин, трийотраст) или желчного пузыря и желчных путей (билитраст, билигност).
Основные требования ко всем контрастным веществам:
1) безвредность, то есть минимальная токсичность для организма (не должно наблюдаться выраженных местных и общих реакций, побочных явлений и осложнений как в процессе введения, так и в дальнейшем);
2) изотоничность по отношению к жидким средам организма, с которыми они должны хорошо смешиваться, что особенно важно при введении тех или иных контрастных веществ в кровяное русло;
3) легкое и полное выведение из организма в неизмененном виде;
4) способность в необходимых случаях избирательно (селективно) накапливаться и выделяться определенными органами и системами (желчный пузырь, мочевыводящая система);
5) относительная простота изготовления, хранения и применения.
В медицинской практике разрешается использовать контрастные вещества, утвержденные Фармакологическим комитетом и снабженные соответствующими инструктивными и методическими указаниями по их применению. Использование тех или иных контрастных веществ должно быть обосновано в каждом отдельном случае. Противопоказаны содержащие йод контрастные вещества при индивидуальной непереносимости или повышенной чувствительности к йоду.
Диагностическому применению ряда контрастных веществ должна предшествовать проба на переносимость: за 1—2 дня до предполагаемого исследования внутривенно вводят 2 мл контрастного вещества и затем тщательно наблюдают за больным. Появление признаков йодизма (конъюнктивит, ринит, крапивница, диспептические явления, нарушение сердечной деятельности) является абсолютным противопоказанием к применению контрастных веществ.
Наиболее часто применяемые контрастные вещества: бария сульфат при исследовании желудочно-кишечного тракта; негативные контрастные вещества (воздух и другие газы), используемые как самостоятельно (при пневмоперитонеуме, пневмоартрографии, пневмоэнцефалографии и вентрикулографии), так и в комбинации с некоторыми позитивными контрастными веществами (так называемые методы двойного контрастирования, часто применяемые при исследовании желудка и кишечника); сергозин, применяемый при исследовании мочеполовой системы; йодолипол и пропилйодон — при бронхографии, миелографии, гистеросальпингографии и др.; гипак, урографин, кардиотраст , трийотраст — при ангиокардиографии; билитраст и билигност применяемый при исследовании желчного пузыря и желчных путей (холецистография, холеграфия).
Возможности и пределы визуализации
Клиницисту полезно представлять, на каких данных основываются диагностические заключения, выносимые по изображениям. В самом общем виде визуализация обеспечивает характеристику макроморфологии патологического процесса. Каждое образование, анатомическое или патологическое, характеризуется положением, размерами, формой, характером поверхности, отображающейся в контурах, и структурой.
В послойных изображениях важную роль играют еще итканевые характеристики - плотность (КТ), эхогенность (УЗИ) и интенсивность МР-сигнала. КТ-плотность выражается количественно в единицах шкалы Хаунсфильда, в которой плотность воды принята за 0, плотность воздуха за -1000, и по отношению к ним вычисляются плотности остальных тканей. Однако если в элементе объема содержатся ткани с разной плотностью (или с разным MP-сигналом), показатель плотности при КТ или сигнал при МРТ усредняется (частичное объемное усреднение). Чаще тканевые характеристики приводятся относительно окружающих нормальных тканей. Для последних они также неодинаковы. Так, КТ-плотность печеночной ткани обычно на 10 ед больше, чем плотность селезенки. При МРТ сигнал серого вещества головного мозга в одних видах изображения менее интенсивный по сравнению с белым, а в других - наоборот. Нормальная ткань печени более эхогенна, чем ткань почек. Более высокой плотности (эхогенности, интенсивности MP-сигнала) соответствует большая яркость изображения.
 |
Шкала тканевой плотности при КТ (в единицах Хаунсфильда).
Диффузные поражения различных органов (гепатит, нефрит и др.) проявляются в изображениях скудной и за немногими исключениями неспецифической симптоматикой: увеличением (уменьшением) размеров органа и диффузными изменениями его тканевых характеристик. При очаговых поражениях перед визуализацией ставится задача оценить количество очагов, их локализацию, распространенность, топографические взаимоотношения с соседними анатомическими структурами, отграниченость от нормальных тканей, характер очертаний, структуру.
Размеры. Оценка по рентгенограммам требует поправки на проекционное увеличение. При УЗИ, КТ и МРТ можно точно измерить размеры органа (патологического образования). Расхождения между УЗИ и КТ (МРТ) объясняются в основном тем, что измерения проводятся в разных плоскостях.
Форма. Оценка при сложной конфигурации образований затруднительна, если исследование проведено в одной плоскости (КТ). Она требует или реформации в других плоскостях или, лучше, многоплоскостного отображения (МРТ, часто УЗИ). Оценка формы, особенно важная, например, в челюстно-лицевой хирургии, наиболее точна при использовании трехмерных реконструкций.
Поверхность (контуры). При одноплоскостной визуализации (КТ) легко оценить поверхности образований или плоские образования, расположенные перпендикулярно или хотя бы под углом, близким к 90°, к плоскости изображения. Чем острее угол, образуемый с ней поверхностью, тем менее отчетлив контур из-за частичного объемного усреднения граничащих тканей или сред. Если поверхность образований или границы между последними совпадают с плоскостью слоя, они вообще не получают отображения. Оптимальны для демонстрации всех поверхностей анатомических и патологических образований многоплоскостные изображения; альтернатива - многоплоскостная реформация. Поэтому краниокаудальное распространение патологического процесса, которое трудно точно определить при аксиальной КТ, легко устанавливается при МРТ в сагиттальной и фронтальной плоскостях.
 |
Схематическое пояснение частичного объемного усреднения при КТ и МРТ. Верхний полюс шаровидного образования занимает только часть толщины верхнего слоя(слой1), поэтому измеряемая здесь плотность не соответствует истинной (взвешенное среднее между плотностью образования и окружающих тканей). Толщина слоя 2 уменьшается к краю, поэтому измеренная плотность падает к краю постепенно, что создает нечеткость контура. В слое 3, проходящем через экваторобразования, рентгеновское излучение проходит по касательной к его поверхности, что обусловливает четкий контур и равномерную плотность на всем протяжении.
Рентгенологически дифференцируются только 4 вида тканей и сред:
воздух,
жировая ткань,
мягкие ткани + жидкость,
костная ткань + обызвествления.
КТ обеспечивает более тонкое и объективное дифференцирование тканей исред по их плотности, гораздо чувствительнее других методов к обызвествлениям и газу.
Наличие жидкости в полости может быть установлено рентгенологически втом случае, если в ней одновременно имеется воздух или другой газ. При этом виден горизонтальный уровень - граница раздела между жидкостью и газом.