Медицинские приборы и методики используемые в диагностике

Рентгенологические установки.

Уже спустя несколько лет после открытия в 1895 году немецким физиком Рентгеном Вильгельмом коротковолнового электромагнитного излучения, его начали использовать в медицинских целях. Рентгеновский аппарат стал одним из первых электромедицинских приборов для исследования заболеваний внутренних органов.

В дальнейшем был проведен ряд существенных усовершенствований рентгенологической техники. В частности создание электроннооптических усилителей, дало возможность строить рентгенотелевизионные установки, позволяющие вести наблюдение в реальном масштабе времени. Это значительно повысило информативность метода.

Некоторое распространение получили также методы рентгенологических исследований с введением контрастного вещества во внутренние полости органов, для наблюдения за динамикой происходящих там процессов.

Внедрение в практику рентгенологических исследований вычислительной техники открыло очень широкие возможности. В результате диагностическая ценность метода резко возросла, одновременно значительно снизились дозы облучения. Благодаря компьютерной обработке результатов стало возможным получение трехмерных изображений исследуемых органов, а также наблюдение за происходящими в них процессах.

Ультразвуковые диагностические приборы.

В последнее время в медицинской практике очень широко используются ультразвуковые методы исследования внутренних органов. Они достаточно информативны и в отличие от рентгенологических исследований практически безвредны.

Ультразвуковые приборы работают используя принцип отраженного сигнала. Ультразвуковые волны отражаются от целей—мишеней, которыми являются анатомические структуры внутренних органов. Все ультразвуковые приборы имеют датчик с пьезокристаллом, который посылает ультразвуковые волны в тело человека, затем воспринимает отраженные импульсы, преобразуя их в электрические сигналы которые через усилитель в итоге попадают на экран видеомонитора и регистратора.

Датчик излучает волны с частотой 1—10 МГц. Эти волны в импульсных датчиках воспроизводятся в виде вспышек с определенной частотой которая называется частотой повторения импульсов (ЧПИ) и находится в пределах 1—10 кГц. При контакте датчика с кожей исследуемого ультразвуковые волны проникают в тело человека с определенной скоростью (1540 м/с). На границе раздела сред с разной акустической плотностью часть волн отражается, часть рассеивается, а оставшаяся часть проникает к структурам органа. Зная скорость прохождения ультразвука в биологической среде и время его прохождения от датчика к структуре, можно определить глубину ее залегания, что выполняется прибором автоматически (на экране появляется шкала измерений).

Рисунок 1.

Ультразвуковые приборы могут работать в нескольких режимах, обычно используются 3 основные режима работы: М — режим (одномерная эхокардиография, m-mode, motion time mote), В — режим (двухмерная эхокардиография, секторальное сканирование, two dimensional echocardiography) и допплеровский режим (допплерэхокардиография). Исследование начинается с двухмерного режима. Затем для получения одномерного изображения необходимой структуры устанавливают на нее курсор (линия, появляющаяся на двухмерном изображении от верхушки сектора до его основания) и переходят в одномерный режим. Изучение внутрисосудистых и внутрисердечных потоков крови осуществляется в дуплекс режиме (сочетание двухмерного и допплеровскою режимов) с помощью подвижной метки на линии курсора, указывающей положение контролируемого объема. Каждый из этих режимов имеет свои преимущества. Двухмерная эхокардиография дает пространственную ориентации, однако такие измерения, как толщина стенок, фазовый анализ сердечной деятельности значительно проще и точнее проводить в одномерном режиме. Измерение фаз сердечной деятельности можно проводить и при записи внутрисердечных потоков с помощью допплерэхокардиографии. Этот режим дает более широкие возможности для изучения фазовой структуры сердечной деятельности—он позволяет рассчитывать фазу ускорения и фазу замедления потоков, которые нельзя рассчитать с помощью других методик.

В последние годы успешно применяется контрастная эхокардиография, расширяющая диагностические возможности одно- и двухмерной эхокардиографии.

Электронная обработка сигналов проводится по-разному, в зависимости от режима работы прибора. В «М – режиме» (рис. 1) регистрируются структуры, расположенные по ходу луча, т. е. очерчиваются осциллограммы движения структур в строгом порядке их глубинного залегания. Это происходит благодаря движению подающегося с электронной трубки сигнала на экран слева направо или справа налево. При этом записываются только те движения, которые совершаются параллельно направлению ультразвукового пучка, латеральные движения не записываются. Акустически более плотные структуры отражаются на экране в виде более ярких графиков, а менее плотные менее ярких, что позволяет дифференцировать эти структуры, измерять их размеры.

Рисунок 2.

В двухмерном режиме (рис. 2) пучок ультразвуковых волн распространяется от датчика и возвращается к нему не по линии, как в предыдущем режиме, а в плоскости, т. е. имеет длину и ширину. Это позволяет ультразвуку проходить через структуры, находящиеся на разных глубинах и на одной и той же глубине. Эти структуры в зависимости от их акустической плотности регистрируются на экране в виде движущихся точек разной яркости. Помимо вертикального движения, свойственного одномерному режиму, в двухмерном режиме точки движутся и по горизонтали, т. е. записывается боковое движение точек. На экране эти точки появляются с частотой более 30 раз в секунду. Все это создает условия для регистрации среза структур органа в реальном масштабе времени. Необходимо отметить, что отражение ультразвука зависит не только от акустической плотности ткани, но и от угла падения его на структуру. Лучше всего ультразвук отражается при его вертикальном падении, так как при атом создаются оптимальные условия для увеличения разности яркости точек, т. е. границы структур лучше отделяются друг от друга, что создает оптимальные условия для исследования органа.

При отражении от движущихся структур ультразвук меняет свою частоту. Изменение частот зависит от скорости движения объекта и угла падения ультразвука по отношению к движущемуся объекту. При уходящем от датчика движении частота отраженного ультразвука по сравнению с посылаемым уменьшается, т. е. изменение частот будет отрицательным, а при движении объекта навстречу датчику частота отраженного ультразвука увеличивается, и изменение частот будет положительным. При увеличении угла между пучком ультразвука и движущимся объектом от 0° до 90° изменение частот уменьшается до нуля, т. е. при перпендикулярном падении ультразвука изменения частот не происходит, а при параллельном направлении пучка ультразвука по отношению к движущемуся объекту оно максимально.

При исследовании внутрисердечных потоков с помощью допплерэхокардиографии (рис. 3) обработка сигналов основывается на этом принципе, т. е. анализируются не отраженные ультразвуковые волны, а изменение частот ультразвука при отражении от движущихся эритроцитов. Изменения частот в зависимости от их величины и времени происхождения располагаются в виде точек по обе стороны условной изолинии на определенном расстоянии, выражающемся в кГц или единицах скорости (см/с, м/с), которые отражают скорость кровотока в данный момент. Так как эритроциты в одном объеме крови имеют разную скорость, одновременно фиксируется не одна, а множество точек, имеющих разное расстояние от изолинии, т. е. рисуется спектр скоростей потока. Яркость точки на экране зависит от количества эритроцитов, имеющих одинаковую скорость. Положительные изменения частот регистрируются выше изолинии, отрицательные — ниже нее.

В современных приборах существует 2 принципа посылки и приема ультразвуковых волн импульсный и непрерывный. Датчик при импульсном режиме часть времени работает как излучатель, часть — как приемник, при непрерывном режиме — как излучатель и приемник одновременно. Импульсная модификация прибора позволяет выбрать глубину, на которой изучаются внутрисердечные потоки. Данная глубина называется контролируемым или стробирующим объемом. Однако выбор глубины при использовании этой модификации ограничен. Обычно в каждом приборе существует максимальная глубина, дальше которой нельзя изучать эти потоки. Кроме того, с увеличением глубины способность измерять большие скорости уменьшается. В некоторых приборах эти ограничения преодолеваются с помощью специального устройства, увеличивающего частоту повторения импульсов. При этом используется не один контролируемый объем, а два или даже три. С помощью непрерывной модификации прибора анализируются изменения частот на протяжении всего ультразвукового пучка. При этом можно анализировать большие скорости на разных глубинах, но сложно идентифицировать происхождение потока, так как этот поток собирательный. В случае необходимости при исследовании используются обе модификации. Нормальные потоки дают ясный тональный звук, небольшой диапазон разброса частот и записываются в определенную фазу сердечной деятельности.

Патологические (турбулентные) потоки регистрируются по тембру звучания как грубые, скрежещущие, имеют большой диапазон изменения частот. Они либо появляются в той фазе сердечной деятельности, когда их не должно быть, либо регистрируются в обычную фазу, но меняются их скорость и диапазон изменения частот. В настоящее время существует еще один принцип оценки внутрисердечных потоков в реальном масштабе времени с помощью двухмерной допплерэхокардиографии. Он основывается на записи потоков разным цветом в зависимости от их направления с одновременной регистрацией изображения структур сердца. Поток к датчику обычно окрашен в красный цвет, от датчика в синий Этот метод позволяет выявлять небольшие потоки, определять их направление, что бывает затруднено при спектральном анализе. Спектральный принцип записи потоков также может быть цветным, при этом на направление потока указывает не только расположение спектра выше или ниже изолинии, но и его цвет.