Общие принципы визуализации медицинских изображений

ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ЛУЧЕВОЙ ДИАГНОСТИКИ

Вопросы

1. Общие принципы визуализации медицинских изображений.

2. Рентгенологические методы исследования.

3. Частные рентгенологические методы.

4. Методы радионуклидной диагностики.

5. Принцип и диагностические возможности ультразвукового исследования.

6. Магнитно-резонансная томография. Принцип и диагностические возможности метода.

7. Тепловое изображение. Принцип и диагностические возможности метода.

Дидактический материал с использованием слайдов:

1. Принципиальная схема визуализации.

2. Основные методы рентгенологического исследования

3. Особенности изображения при основных рентгенологических методах исследования.

4. Особенности изображения при специальных рентгенологических методах исследования

5. Особенности изображения при частных методах рентгенологического исследования.

6. Регистрация результатов исследования при радионуклидных методах

7. Типы УЗИ изображений.

8. МРТ в Т1 и Т2 – взвешенных изображениях.

9. Принцип и диагностические возможности дистанционной термографии.

Общие принципы визуализации медицинских изображений

По современным данным с помощью лучевых методов исследования ставится от 60 до 80% всех первичных диагнозов.

Наиболее широко для визуализации непрозрачных и недоступных прямому наблюдению анатомических органов и систем используются электромагнитные излучения. В настоящее время известны электромагнитные излучения с длиной волны от десяти миллиардных долей миллиметра до сотен километров.

Широкая область электромагнитного излучения (0,001-10 нм) принадлежит рентгеновским лучам. Рентгенодиагностика – распространенный вид медицинской интроскопии. В настоящее время в медицине с помощью рентгеновских лучей получают около 90% всех визуализируемых изображений. Электромагнитное ионизирующее излучение, создаваемое радиоактивными веществами, называется гамма-излучением. Радиоизотопная диагностика, которая основана на визуализации изображений, формируемых гамма-квантами радионуклидов, широко применяется при функциональных исследованиях, диагностике ряда заболеваний.

Большие возможности содержат в себе резонансные эффекты, наблюдаемые в веществе – ядерный магнитный резонанс.

Широкое применение в медицине нашло звуковидение – совокупность методов и средств для получения оптического изображения ультразвукового поля, возникающего в результате взаимодействия упругих акустических волн и объекта. По периодам волн от 1 мм до 10 км ультразвук совпадает с радиодиапазоном.

Любое изображение приобретает смысл в результате его анализа зрительной системой и последующей интерпретации на основе сведений о характере взаимодействия физического поля и изучаемого объекта.

В актах визуализации и анализа полученного изображения участвуют исследуемый объект, который модулирует параметры визуализируемого физического поля, система визуализации изображения и зрительный анализатор наблюдения (врача, оператора). Эта схема не соответствует радионуклидной визуализации, при которой источник гамма-излучения (радионуклиды) находится внутри тела человека.

Прошедшее отражение или испускаемое исследуемым объектом излучение промодулировано по одному или нескольким параметрам свойствами исследуемого объекта и содержит определенную информацию о нем. Пространственное распределение поля излучения объекта преобразуется устройством визуализации в аналогичное пространственное распределение светового потока, яркость или цвет которого изменяется от элемента к элементу изображения в зависимости от модулированных объектом параметров поля. Важно подчеркнуть, что при любом способе преобразования невидимого изображения в оптическое последнее не может содержать больше информации об объекте исследования, чем исходное изображение, сформированное в невидимом физическом поле. Входное и выходное изображения систем визуализации характеризуется следующими информативными параметрами: геометрическими размерами, детальностью, резкостью, подвижностью, контрастом, интенсивностью в белом (черном), отношением сигнал/шум и спектром (цветом) деталей изображения.

Рентгеновское и гамма-излучения являются наиболее распространенными видами излучения, при помощи которых получают световые изображения в медицинской диагностике. Получение световых изображений можно описать с помощью цепочки преобразований вида

g_f®g_n - hv₁®hv_n, где

g_f – кванты рабочего пучка излучения источника; g_n – кванты радиационного изображения, т.е. изображения, сформированного излучением в результате взаимодействия рабочего пучка с ослабляющей средой; hv₁ – фотоны (кванты), конвертируемые первичным преобразователем “ионизирующее излучение - свет”; hv_n – фотоны изображения, непосредственно воспринимаемые глазом человека.

Лучевое изображение в большинстве случаев представляет собой карты интегралов коэффициентов изменения излучения изучаемой средой, которые зависят от ее химического состава и физического состояния. В лучевых изображениях, в основном, представлена морфологическая информация. Например, рентгеновский снимок грудной клетки дает в большинстве случаев информацию об анатомическом строении органов человека. Однако в части изображений содержится информация о физиологическом состоянии органов человека. Так, если пациент вдыхает воздух, содержащий нуклид ¹³³Хе, то в этом случае вариации распределения нуклида в легких будут давать информацию о пространственных характеристиках воздушного потока в легких. Указанное распределение может быть визуализировано при помощи гамма-излучения, испускаемого ксеноном.

Как и любую систему передачи информации, систему лучевой диагностики можно представить в виде пространственно-временного фильтра, составленного из нескольких каскадов:

1. Каскада генерации излучения (рентгеновская трубка, радионуклид, пьезоэлектрический кристалл, источник радиоволн в магнитном поле);

2. Каскада модуляции, который представляется пространственно-временной неравномерностью исследуемого объекта;

3. Каскада детектирования (канала регистрации лучевого изображения);

4. Каскада преобразования в световое изображение и его диагностической оценки.

Представленным выше каскадам соответствуют процессы:

1. Генерация излучения,

2. Его взаимодействие с органами пациента,

3. Формирование лучевого изображения, преобразование последнего в световое,

4. Просмотр светового изображения и его профессиональная оценка.

Первые три процесса имеют физико-технический смысл, хотя некоторые из них связаны с физиологическими функциями органа или анатомической системы пациента; четвертый, помимо физических проблем, включает и физиологические, связанные со зрительным аппаратом лучевого диагноста. Пятый процесс – чисто профессиональный – заключается в том, чтобы из всего многообразия отображенных деталей в световом изображении выделить необходимые, руководствуясь опытом и знанием других клинических данных, поставить правильный диагноз.