ГОУ ВПО СОГМА Росздрава
Кафедра общей хирургии с курсом
лучевой диагностики с лучевой терапией
Зав. курсом лучевой диагностики с лучевой
терапией – доцент, к.м.н. Олисаева Е.Т.
Учебно-методические разработки № 1, 2.
Для студентов СОГМА.
Тема: Физические основы лучевой диагностики и лучевой терапии.
Г. Владикавказ, 2008 г.
Введение.
Лучевая диагностика и лучевая терапия – это наука, охватывающая все стороны применения рентгеновских, радиоактивных, инфракрасных, ультразвуковых излучений и ядерно-магнитного резонанса в области здравоохранения, т.е. в целях изучения нормального человеческого организма, а так же профилактики, диагностики и лечения болезней. Вместе с тем это наука включает радиобиологию, изучающую действие ионизирующих излучений на живой организм, а также отдельные специальные отрасли физики и техники. Таким образом, лучевая диагностика и лучевая терапия объединяет несколько самостоятельных отраслей, которые неотделимы друг от друга и именно в своем сочетании составляют существо этой целостной современной медицинской дисциплины. Однако, каждая из них имеет свои специфические особенности, организационные формы и задачи использования в медицине.
Практическое занятие №1.
Тема: Физические основы лучевой диагностики.
Общая цель занятия: иметь представление о предмете и задачах лучевой диагностки. Иметь представление о методах лучевой диагностики, физике ионизирующих и неоинизирующих излучений, используемых в медицине, их диагностических возможностях.
Конкретные цели занятия.
Знать:
1. Предмет, структуру и задачи лучевой диагностики.
2. Физические основы термографии, ультразвуковой диагностики, рентгенодиагностики, в том числе компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии.
3. Устройство рентгеновской трубки, получение рентгеновских лучей и их свойства.
4. Устройство и санитарно-гигиенические требования к рентгендиагностическому кабинету.
5. Знать свойства ионизирующих излучений и способы защиты от них.
Уметь:
1. Определить метод лучевого исследования.
2. Знать диагностические возможности каждого метода лучевой диагностики и уметь назначить больному необходимое лучевое исследование.
3. Определить качество рентгеновского снимка.
База проведения и материальное оснащение:
1. Учебная комната
2. Кабинет УЗИ
3. Рентгенодиагностический кабинет
4. Таблицы, рентгеновская трубка,наборы рентгенограмм, флюорограмм, термограмм, электрорентгенограмм.
Литература:
1. Л.Д.Линденбратен, И.П.Королюк. Медицинская радиология (основы лучевой диагностики и лучевой терапии). Москва 2000г.
2. Л.Д.Линденбратен, Ф.М.Лясс «Медицинская радиология».
3. Л.Д.Линденбратен, И.П.Королюк. Медицинская радиология и рентгенология. М.»Медицина». 1993 г.
4. Лучевая диагностика. Учебник для вузов. Под ред. проф. Труфанова Г.Е. М., «ГЭОТАР-Медиа», 2007г.
Блок информации:
Рентгеновские лучи открыли новую эпоху в развитии физики и всего естествознания, помогли проникнуть в тайны природы и строения материи, привели к революционным преобразованиям в медицине. Рентгеновские лучи были открыты 8 ноября 1895г. профессором Внерцбургского университета Германии Вильгельмом Конрадом Рентгеном. Первое сообщение «О новом виде лучей» было опубликовано в январе 1896 года в виде 17 кратких тезисов, из которых стало известно, что открытые лучи способны:
а) проникать в той или иной степени через все тела;
б) вызывать свечение флюоресцирующих веществ;
в) вызывать почернение фотографической пластинки;
г) распространяться прямолинейно;
д) не изменять своего направления под влиянием магнита и т. д.
В трех последующих сообщениях он сформулировал все свойства х-лучей и технику их получения.
Рентгеновские лучи генерируются в стеклянной вакуумной трубке, с одной стороны которой впаяна спиральная нить катода, имеющая отдельную электрическую цепь накала, с другой стороны – анод. К этим двум электродам рентгеновской трубки в нужный момент подключается высокое напряжение с присоединением катода к отрицательному, а анода к положительному полюсам. При подаче тока накала к спирали катода вокруг нее образуется облако свободных электронов (термоэлектронная эмиссия). При подаче высокого напряжения свободные электроны с большой скоростью устремляются к аноду. При торможении электронов в веществе анода их кинетическая энергия превращается в большей мере в тепловую (до 99%), а около 1% в энергию рентгеновского излучения.
Большая заслуга Рентгена в науке состоит в том, что он не только открыл неизвестные лучи, но и с достаточной полнотой описал их свойства, однако природа х-лучей была изучена позднее в 1912 году немецкими физиками Лауэ, Книпингом и Фридрихом, которые изучая прохождение рентгеновских лучей через кристалл доказали, что они обладают свойствами интерференции и дифракции, характерными для электромагнитных колебаний. Т.е. рентгеновские лучи являются электромагнитными волнами. В общеволновом спектре рентгеновские лучи стоят между ультрафиолетовыми и гамма-лучами.
В настоящее время известно более десяти физических свойств рентгеновских, четыре важнейших из них открыли дорогу к широчайшему применению их в медицине.
I. Рентгеновские лучи обладают проникающей способностью, проходя через разные объекты, они несут на себе определенную информацию о строении этих веществ.
II. Рентгеновские лучи, проходя через некоторые вещества, вызывают их флюресценцию (свечение). Благодаря этому свойству были открыты лучи, а указанные вещества, именуемые люминофорами, стали широко применяться в медицине. Их свечение под воздействием рентгеновских лучей породило один из основных методов рентгенологического исследования – рентгеноскопию. При рентгенографии люминофоры позволяют увеличить лучевое воздействие на рентгеновскую пленку в кассете благодаря применению усиливающих экранов, поверхностный слой которых выполнен из флюоресцирующих веществ. Улучшение качества люминофоров, т.е. увеличение яркости их свечения значительно уменьшает дозу облучения и больных и персонала рентгеновских кабинетов.
III. Рентгеновские лучи оказывают фотографическое действие. Как и видимый свет, попадая на фотографическую эмульсию, они воздействуют на галоидное серебро, повышая его химическую активность и частично восстанавливая серебро. На этом свойстве рентгеновских лучей основана рентгенография – получение изображения на фоточувствительных материалах.
IV. Рентгеновские лучи вызывают ионизацию сред, через которые они проходят. Отсюда их название – ионизирующее излучение. Эффект ионизации – это образование положительных и отрицательных ионов из нейтральных атомов и молекул. При прохождении рентгеновских лучей через любое вещество они сталкиваются с его молекулами и отдают им частично или полностью свою энергию. В результате этого атомы и молекулы вещества расщепляются на фрагменты – ионы, разные по массе и заряду. Ионизация воздуха в рентгеновском кабинете увеличивает электрическую проводимость воздуха, усиливают статические электрические заряды на предметах кабинета, которые неблагоприятно влияют на организм. С целью устранения такого нежелательного эффекта в рентгенкабинетах устанавливается приточно-вытяжная вентиляция.
V. Рентгеновские лучи оказывают биологическое действие, которое в целом расценивается как повреждающее. Только малые дозы облучения могут приводить к определенным положительным физиологическим изменениям в живом организме, что так же нашло применение при лечении ряда заболеваний. В больших дозах рентгеновское излучение используется для лечения злокачественных опухолей.
Биологическое действие излучения на организм находится в прямой зависимости от поглощения его тканями организма. Для измерения количества поглощенной энергии вводится понятие дозы излучения. Под дозой понимается количество поглощенной энергии в единице объема облучаемого вещества.
Энергия, поглощенная в единице объема облучаемого вещества за единицу времени, называется мощностью дозы.
Единицы дозы системы СИ.
Единица поглощенной дозы – Грей (Гр)=1 дж/кг.
Внесистемные единицы:
Рентген – такое количество рентгеновых или гамма-лучей, под действием которого в 1 см3 воздуха (при t0–00 и нормальном атмосферном давлении) образуются ионы, несущие заряд в одну электростатическую единицу каждого знака, т.е. 2,08х109 пар ионов. Производные единицы от рентгена миллирентген – тысячная доля и микрорентген – миллионная доля рентгена. За единицу мощности дозы принимают рентген в секунду, миллирентген в сек., рентген в час и т.д.
Классификация методов рентгенологического исследования.
I. Основные: рентгеноскопия, рентгенография, флюорография, электрорентгенография.
II. Дополнительные: томография, компьютерная томография, рентгенокимография, маммография, рентгенокинематография.
III. Контрастные, специальные методы рентгенологического исследования: бронхография, ангиография, урография и т.д.
Рентгеноскопия – получение на флюоресцирующем экране позитивного суммарного изображения внутренних органов и наружных структур в момент прохождения через них рентгеновских лучей. Достоинства: доступность, экономичность, возможность полипозиционного исследования. Недостатки: большая лучевая нагрузка, субъективность.
Рентгенография – получение негативного изображения изучаемых объектов на рентгеновской пленке, способное сохраняться десятилетиями. Преимущества: лучшее выявление мелких деталей, возможность наблюдения процесса в динамике, уменьшение лучевой нагрузки. Недостатки: увеличение материальных затрат (на пленку, фотореактивы и т.д.), получение изображения только в одной проекции.
Флюорография – рентгенологическое исследование с получением изображения изучаемых органов на фотографической пленке. Такое изображение всегда уменьшено в размерах. Достоинства: массовость, экономичность. Недостатки: часть мелких деталей при фотографировании изображения с флюоресцирующего экрана утрачивается.
Томография – методика рентгенологического исследования, позволяющая получать послойное изображение исследуемого органа. Эффект как бы расчленения суммационной картины исследуемого объекта достигается тем, что рентгеновская трубка и кассета с пленкой, соединенные между собой специальным рычагом в разных плоскостях движутся навстречу друг другу и плоскость, в которой оси движения их совпадают, отчетливо отображается на пленке. Томография должна носить целенаправленный характер, из многих слоев изучаемого объекта по рентгенограммам в двух взаимноперпендикулярных проекциях выбираются те, изображение которых несет максимальную информацию о нем.
Компьютерная томография – методика получения изображения тонкого поперечного слоя изучаемого органа путем математической обработки в ЭВМ данных о поглощающей способности тканей при прохождении через них рентгеновского излучения. Формирование компьютерно-томографического изображения обеспечивается тремя последовательными этапами исследования:
1. просвечиванием изучаемого объекта узким пучком рентгеновских лучей при круговом движении источника рентгеновского излучения.
2. регистрацией прошедшего излучения через объект с цифровой обработкой степени ослабления его.
3. переводом полученного цифрового изображения в аналоговое, т.е. визуализацией его.
Рентгенокимография – методика рентгенологического исследования, объективно отражающая частоту и амплитуду движений контуров исследуемых органов. С ее помощью изучается ряд функциональных особенностей сердца, крупных сосудов, ребер, диафрагмы и т.д. Графическая запись движений указанных органов осуществляется на рентгеновской пленке с помощью рентгеновских лучей, прошедших через орган и специальную движущуюся свинцовую решетку со многими параллельными щелями.
Специальные методики рентгенологического исследования – это методики с применением контрастных веществ. Название специальных методик исследования чаще исходят из корня слова, обозначающего исследуемый орган (анатомическую область), образовавшую в органе патологическую структуру (рана, свищ, абсцесс) или используемую приставку к рентгеновскому аппарату с добавлением термина «графия». При использовании газового контрастирования добавляется приставка «пневмо».
Термография – метод регистрации инфракрасного излучения от поверхности тела человека, для диагностики различных заболеваний и патологических состояний. Физиологической основой термографии является увеличение интенсивности инфракрасного излучения над патологическими очагами в связи с усилением в них кровоснабжения и метаболических процессов или уменьшением его интенсивности в областях с уменьшенным кровотоком и сопутствующими изменениями в тканях и органах.
Наличие патологического процесса проявляется следующими признаками:
а) появление аномальных зон гипертермии или гипотермии;
б) нарушением нормальной термотопографии сосудистого рисунка;
в) изменением градиента температур.
Так воспалительные процессы дают градиент температур в пределах 0,7 – 10, при остром воспалении 1 -1,50, при гнойно-деструктивном – 1,5-2,00.
В настоящее время в ряд ведущих методов лучевой диагностики выдвигается ультразвуковая диагностика. Физиологической основой метода является эхолокация, т.е. прием ультразвуковых сигналов, отраженных от поверхностей раздела тканевых сред, обладающих различными акустическими свойствами. Возможность проведения многократных исследований, безвредность, отсутствие противопоказаний (за исключением тяжелого общего состояния больного и наличия кардиостимулятора), позволяет использовать его практически во всех областях медицины. Существует несколько основных видов ультразвуковой диагностики. Одномерный – А-метод (эхография), двумерный – В-метод (эхотомография или сонография) и допплерография.
Самый молодой метод лучевой диагностики – магнитно-резонансная томография, основанная на ядерно-магнитном резонансе. ЯМР – это процесс поглощения ядрами, находящимися в постоянном магнитном поле, энергии электромагнитного излучения с переходом на более высокий энергетический уровень, а затем возврата в исходное состояние с потерей избытка энергии в виде излучения той же частоты. Эффект магнитного резонанса наблюдается у атомных ядер, содержащих нечетное число протонов.
Различные ткани организма отличаются друг от друга по содержанию протонов, т.е. по протонной плотности. Поглощение энергии излучения тканями соответственно будет неодинаковым. Регистрация количества испускаемой обратно энергии и отображение ее на экране монитора в виде сигналов различной интенсивности позволяет различать ткани по этому показателю. Наибольшую протонную плотность имеет жировая ткань, всегда ярко отображающаяся на экране монитора, наименьшую – компактная костная ткань, которая выглядит всегда темной. Протонная плотность воды принимается за 1,0.
Контрольные вопросы.
1. Что собой представляют рентгеновские лучи и принципы их получения?
2. Устройство рентгеновской трубки.
3. Каковы свойства рентгеновских лучей? На чем основано применение их в медицине?
4. Классификация методов лучевой диагностики.
5. Принципы и диагностические возможности термографии.
6. Принципы и диагностические возможности ультразвуковой диагностики.
7. Основные методы рентгенологического исследования.
8. Дополнительные и специальные методы рентгенологического исследования.
9. Принципы и методика компьютерной томографии.
10. Какова физическая сущность магнитно-резонансной томографии.
11. Основы клинической дозиметрии.
12. Какие свойства ионизирующих излучений используются для их регистрации.
Тестовые задания.
