Радиография

Основы радиографии и методы визуализации Радиография — это метод визуализации, использующий рентгеновские лучи для отображения внутренних структур организма в диагностических целях Рентгеновские лучи представляют собой высокоэнергетическое электромагнитное излучение с длиной волны между ультрафиолетовым светом и гамма-лучами Традиционная (проекционная) радиография создает двухмерные изображения исследуемого объекта Рентгеновский генератор направляет пучок лучей на объект В зависимости от плотности и структуры объект поглощает или рассеивает часть рентгеновских лучей Детектор, расположенный за объектом, фиксирует прошедшие лучи на фотопленке или цифровом носителе Радиография играет ключевую роль в оценке органов грудной клетки и брюшной полости, костных структур, молочных желез (маммография), кровеносных сосудов (ангиография) и мочевыделительной системы Контрастная радиография использует контрастное вещество для выделения определенных структур, которые нечетко различимы на обычном снимке Рентгенологические исследования связаны с высокими стандартами безопасности из-за рисков для здоровья Риски включают гибель клеток, тератогенность и канцерогенность Исследования должны проводиться только тогда, когда медицинская необходимость и польза превышают связанные с ними риски Порог показаний выше для детей и беременных женщин Доза облучения должна поддерживаться на минимально возможном уровне (принцип ALARA — As Low As Reasonably Achievable — настолько низкая доза, насколько это достижимо) Показания к проведению исследований Показания к рентгенографии сильно варьируются в зависимости от проблемы, анамнеза пациента, используемых рекомендаций и предпочтений учреждения или врача Диагностика органов грудной полости Пневмония (инфильтраты) Плевральный выпот (сглаживание реберно-диафрагмальных углов) Сердечная недостаточность (признаки застоя, увеличение сердца) Саркоидоз (двусторонняя прикорневая лимфаденопатия) Туберкулез (очаг Симона, каверны) Пневмоторакс (воздух в плевральной полости) Диагностика органов брюшной полости и костных структур Кишечная непроходимость (уровни жидкости и газа) Перфорация полых органов (свободный воздух) Оценка костных структур Переломы костей Опухоли и кисты костей Другие области применения Обследование молочных желез: маммография Диагностика мочевыделительной системы Экскреторная урография Микционная цистоуретрография Ретроградная уретроцистография Визуализация кровеносных сосудов Цифровая субтракционная ангиография Катетеризация сердца Противопоказания Абсолютных противопоказаний к рентгенологическим исследованиям не существует Необходимо проводить все обследования, связанные с ионизирующим излучением, только при медицинской необходимости Это касается диагностики, лечения или контроля инвазивных процедур Следует избегать высоких доз радиации у детей и во время беременности У этих групп существует больший риск негативных последствий (гибель клеток, тератогенность, канцерогенность) Техническое описание процесса Создание рентгеновского изображения включает три основные части Генерация пучка лучей в рентгеновской трубке Направление лучей на объект с детектором позади него Формирование изображения на основе данных детектора Генерация и поглощение излучения Рентгеновские лучи генерируются, когда электроны, ускоренные до большой скорости, ударяются о металлический анод Поглощение излучения тканями Чем плотнее ткань и чем «мягче» лучи, тем больше радиации поглощается Плотные области выглядят светлыми (рентгеноконтрастными), а области, пропускающие лучи — темными (рентгенопрозрачными) Мягкое рентгеновское излучение (< 100 кэВ) Степень поглощения зависит от атомного номера элементов в ткани Подходит для сканирования костей и маммографии, но не для легочной паренхимы Жесткое рентгеновское излучение (100–1000 кэВ) Степень поглощения зависит преимущественно от плотности ткани Подходит для анализа неоднородных структур (грудная клетка, живот) Генерация рентгеновского излучения Рентгеновские лучи — это тип ионизирующего излучения, которое возникает при ударе ускоренных до большой скорости электронов о металлический анод Напряжение накала катода дает энергию электронам, пока они не вылетят из атомов металла катода (обычно вольфрама) Высокое напряжение между катодом и анодом (анодное напряжение) ускоряет электроны в сторону положительного полюса При столкновении с металлом анода электроны отклоняются и/или замедляются В ходе этого процесса высвобождается энергия (тормозное излучение), испускаемая в виде рентгеновских лучей Интенсивность лучей зависит от напряжения и материала анода Модификация этих параметров позволяет генерировать широкий спектр излучения (от мягкого до жесткого) Рентгеновский генератор создает пучок лучей, направленный на объект Определенное количество лучей поглощается объектом в зависимости от его плотности и состава Лучи, прошедшие через объект, фиксируются детектором (пленкой или цифровым датчиком) Рисунок 1. Генерация рентгеновского излучения Тормозное рентгеновское излучение (Bremsstrahlung) Тормозное излучение возникает при замедлении ускоренных электронов, летящих от катода (падающих электронов), после их столкновения с атомами анода Положительно заряженное ядро рассеивает отрицательные падающие электроны, что приводит к испусканию энергии Количество испускаемой энергии и, следовательно, длина волны этого излучения зависят от степени отклонения рассеянных электронов В результате формируется непрерывный спектр излучения с различными длинами волн Характеристическое излучение Второй тип рентгеновского излучения — характеристическое излучение — создается при столкновении падающих электронов с электронами, окружающими ядро В результате такого столкновения электроны выбиваются из своих электронных оболочек Электрон с внешней оболочки переходит на внутреннюю оболочку, чтобы заполнить образовавшуюся вакансию При этом переходе разница энергий между двумя оболочками высвобождается в виде излучения Длины волн этого излучения специфичны для конкретного химического элемента атома Именно поэтому данный спектр излучения называют характеристическим Рисунок 2. Спектр рентгеновского излучения Состав и характеристики излучения Рентгеновское излучение (обозначаемое здесь как «общее излучение») состоит из тормозного и характеристического излучения Тормозное излучение представляет собой непрерывный спектр с максимальной интенсивностью на более коротких длинах волн Чем выше анодное напряжение, тем ниже минимальная длина волны Характеристическое излучение состоит из узких пиков интенсивности на длинах волн, специфичных для материала анода Поглощение рентгеновских лучей Чем плотнее ткань и чем «мягче» лучи, тем больше радиации поглощается тканью и не доходит до пленки Такие участки выглядят светлыми (рентгеноконтрастными или рентгеноплотными) Ткани, пропускающие лучи, выглядят темными (рентгенопрозрачными) Поглощенные лучи высвобождают энергию в окружающие ткани, что ведет к образованию свободных радикалов кислорода Этот эффект является причиной вредности рентгеновского излучения Мягкое излучение (< 100 кэВ) — низковольтная техника Мягкое излучение обладает более низкой энергией Чем ниже уровень энергии, тем сильнее атомный номер элементов в ткани влияет на скорость поглощения Чем выше атомный номер, тем выше скорость поглощения Оценка упрощается в тканях с высоким содержанием атомов с высокими номерами (например, кость или кальций) Применяется для сканирования костей и маммографии Плохо подходит для оценки паренхимы легких Жесткое излучение (100–1000 кэВ) — высоковольтная техника Жесткое излучение обладает более высокой энергией Чем выше уровень энергии, тем сильнее плотность ткани (а не атомный номер) влияет на скорость поглощения Повышается рентгенопрозрачность (прозрачность) костей Хорошо подходит для анализа неоднородных структур Применяется для традиционной рентгенографии грудной клетки и брюшной полости Плохо подходит для оценки костных структур Регистрация лучей и качество изображения Первоначально лучи регистрировались на рентгеновскую пленку, расположенную за объектом Сейчас цифровая радиография с чувствительными пластинами практически вытеснила фотопленку Терминология Рентгеноконтрастный (Radiopaque) : неэкспонированные области выглядят светлыми или белыми Например, лучи, попадающие в бедренную кость, в значительной степени поглощаются, что придает кости белый цвет на снимке Рентгенопрозрачный (Radiolucent) : экспонированные области выглядят темными или черными Например, нормальная легочная ткань выглядит темной, так как заполнена воздухом, который почти не поглощает лучи Параметры качества Качество изображения определяется четкостью и контрастностью Четкость : Снижается при увеличении расстояния между трубкой и объектом Чем ближе объект к детектору, тем более реалистичен его размер на проекции Контраст : зависит от дозы радиации, фильтров и степени рассеянного излучения Проблема рассеянного излучения : При попадании в ткань лучи частично отклоняются и попадают на детектор под углом, искажая анатомию Рассеивание можно уменьшить, установив решетку между объектом и детектором Рисунок 3. Фокусное расстояние и искажение размеров в радиографии Влияние расстояния на проекцию объекта Расстояние между объектом и детектором рентгеновского излучения (фокусное расстояние) определяет размер проекции объекта на детектор Чем ближе объект находится к рентгеновскому детектору, тем более реалистичным будет его размер на снимке Вариант расположения объекта близко к детектору Объект находится в непосредственной близости к записывающему устройству В результате размер проекции лишь незначительно превышает фактический размер объекта Вариант расположения объекта далеко от детектора Объект находится на значительном удалении от детектора В результате размер проекции оказывается существенно больше, чем фактический размер самого объекта Рисунок 4. Передне-задняя проекция в радиографии Особенности прохождения лучей и визуализации сердца Рентгеновский луч входит в тело спереди и проходит сквозь него к спине Сердце человека расположено вентрально, поэтому в передне-задней проекции оно находится дальше от детектора по сравнению с задне-передней проекцией Из-за большего расстояния до детектора сердце на рентгеновском снимке кажется увеличенным Границы сердца в данной проекции выглядят нечеткими Методика и этапы проведения Обзорная радиография Представляет собой проекционную радиографию без использования контрастного вещества Процедура : Пациент располагается исследуемой областью как можно ближе к детектору Это обеспечивает высокое качество, уменьшая размытие и искажение размера (увеличение) Задне-передняя (PA) проекция предпочтительна для грудной клетки, чтобы избежать увеличения тени сердца Изображения должны делаться как минимум в двух плоскостях Двумерные снимки в совокупности дают лучшую визуализацию трехмерной структуры Позволяют точно определить пространственное расположение видимых структур Снижают риск пропуска аномалий, не видимых в одной проекции Контрастная радиография Проекционная радиография с использованием контрастного вещества для визуализации определенных структур Урография и цистоуретрография : Визуализация мочевыводящих путей после введения йодсодержащего контраста Внутривенное введение (экскреторная урография) позволяет оценить систему при нормальной функции почек Ретроградное введение через уретру используется для уретроцистографии Цифровая субтракционная ангиография (ЦСА) : Позволяет в реальном времени визуализировать артерии Снимки до контраста вычитаются из снимков с контрастом для изоляции изображения сосуда Обладает высочайшей диагностической точностью при заболеваниях периферических артерий Рисунок 5. Микционная цистоуретрография (МЦУГ) Микционная цистоуретрограмма выполняется с помощью флюороскопии На снимках представлена боковая проекция (фронтальная и косая проекции не показаны) Исследование включает две основные фазы Фаза наполнения (A) Фаза мочеиспускания (B) Контрастное вещество вводилось через мочевой катетер Гиподенсивная стенка катетера обозначена стрелками Целью введения является оценка анатомии мочевого пузыря (B) и уретры (U), а также акта мочеиспускания На снимке фазы наполнения растянутый мочевой пузырь имеет нормальный вид Отсутствуют подозрительные аномалии контуров Внутрипросветные дефекты наполнения не обнаружены На снимке фазы мочеиспускания визуализируется нормальная уретра Во время исследования признаков пузырно-мочеточникового рефлюкса не наблюдалось Осложнения и риски радиографии Общие сведения об ионизирующем излучении Радиография связана с воздействием вредного ионизирующего излучения Рентгеновские лучи являются формой ионизирующего излучения, что означает их способность отрывать электроны от атомов и молекул (ионизация) Этот процесс разрушает молекулярные связи и повреждает органический материал Эффекты воздействия могут быть детерминированными или стохастическими Детерминированные эффекты Высокие дозы ионизирующего излучения вызывают гибель клеток (апоптоз) К острым реакциям относятся эритема и острый радиационный синдром Хроническое воздействие ионизирующего излучения вызывает перестройку тканей Примерами такой перестройки являются фиброз и катаракта Стохастические эффекты Ионизирующее излучение повреждает ДНК и другие клеточные компоненты напрямую или косвенно через образование радикалов Поврежденные клетки сохраняют способность к делению Они могут передавать свои генетические изменения и риск перерождения дочерним клеткам Вероятность возникновения клеточных изменений и генетических мутаций увеличивается с дозой радиации При этом тяжесть негативных последствий не зависит от дозы К стохастическим эффектам воздействия ионизирующего излучения относятся радиационно-индуцированный рак и тератогенез Источник https://next.amboss.com/us/article/in0JGg?q=x-ray Список литературы ACR Appropriateness Criteria. url: https://acsearch.acr.org/list