Сучасна рентгенівська установка – складне технічне устаткування, що поєднує у собі елементи телеавтоматики, електроніки, комп’ютерної техніки. Рентгендіагностичні апарати розділяються на універсальні (загального призначення), які дозволяють проводити дослідження всіх частин тіла, та апарати спеціального призначення (спеціалізовані). Останні призначені для виконання рентгенологічних досліджень у неврології, стоматології, урології, маммології, ангіології.
До складу типового рентгенівського апарату входять випромінювач (рентгенівська трубка), пристрій для колімації пучку, рентгеноекспонометр, приймач випромінювання, пристрій живлення. Деякі апарати оснащені додатково комп’ютерним терміналом.
При проходженні крізь тіло людини рентгенівського пучка він ослаблюється. Тіло людини є неоднорідним середовищем, тому у різних органах випромінювання поглинається неоднаково у зв’язку з різноманіттям товщини та щільності тканин. При однаковій товщині зрізу тканин випромінювання сильніше поглинається кістковою тканиною, у 2 рази менша кількість його затримується паренхіматозними тканинами та вільно проходить крізь газ, що знаходиться у легенях, шлунку, кишківнику. Таким чином, чим сильніше досліджуваний орган поглинає випромінювання, тим більш інтенсивна його тінь на приймачі випромінювання, і навпаки, чим більше променів пройде крізь орган, тим прозоріше буде його зображення.
Щоб отримати диференційоване зображення тканин, що приблизно однаково поглинають випромінювання, використовують штучне контрастування. З цією метою в організм вводять сполуки, які поглинають рентгенівське випромінювання сильніше або навпаки слабше, ніж м’які тканини, і таким чином створюють достатній контраст з органом, що вивчається. Сполуки, що затримують більше випромінювання ніж м’які тканини називають рентгенпозитивними. Вони створені на основі барію або йоду. До рентгеннегативних речовин відносять гази – закис вуглецю, вуглекислий газ.
Існують два принципово різних методи контрастування органів. Один полягає у прямому механічному введені контрастних речовин у порожнини – у стравохід, шлунок, товсту або пряму кишку, жовчні шляхи, порожнину матки, кровоносні судини, порожнини серця. Інший метод контрастування полягає у здатності деяких органів поглинати з крові введену контрастну речовину, концентрувати та виділяти її. Цей принцип - концентрації та виділення – використовують при рентгенологічному дослідженні сечовидільної системи та жовчних шляхів.
1. Препарати сульфату барію (BaSO4) – основний препарат для дослідження шлунково-кишкового тракту. Він не розчиняється у воді та секретах шлунково-кишкового тракту, не шкідливий.
2. Йодвмістні розчини органічних сполук. Це велика група препаратів, що являють собою головним чином похідні деяких ароматичних кислот – бензойної, адипінової, фенілпропіонової та інших. Вони використовуються для контрастування кровоносних судин, порожнин серця. До них відносяться, наприклад, урографін, тразограф, тріобраст та інші. Ці препарати виділяються сечовою системою, тому можуть бути використані для дослідження нирок, сечоводів, сечового міхура.
Нове покоління йодвмістних розчинів органічних сполук – нейонні (мономіри: омніпак, ультравіст; диміри: йодиксанол, йотролан). Їх осмолярність значно нижча ніж йонних, унаслідок чого вони менш токсичні.
Низка йодвмістних розчинів органічних сполук вилучається з крові печінкою та виводиться з жовчю, тому їх використовують для контрастування жовчних шляхів. З метою контрастування жовчного міхура застосовують препарат холевид, що всмоктується у кишківнику.
4. Гази (закис азоту, вуглекислий газ, звичайне повітря). Для введення у кров можливо використовувати тільки вуглекислий газ, бо він швидко розчинюється. Для введення у порожнини та клітковинні проміжки використовують закис азоту. У шлунково-кишковий тракт допустимо вводити повітря.
У деяких випадках рентгенологічне дослідження проводять з двома рентгенконтрастними речовинами – рентгенпозитивними та рентгеннегативними. Це називається подвійним контрастуванням. Найчастіше такі методи використовують для дослідження шлунково-кишкового тракту.
Рентгенографія – це спосіб рентгенологічного дослідження, при якому рентгенівське зображення об’єкту отримується на твердому носії, у найбільшій кількості випадків на рентгенівській плівці.
При використанні рентгенографії ділянку тіла, що досліджують, розміщують близько до касети, щоб зменшити проекційне викривлення, котре пов’язане з характером пучка рентгенівських променів. Крім того, таке розташування забезпечує необхідну точність зображення. Випромінювач розташовують таким чином, щоб центральний пучок проходив через центр частини тіла, що досліджується, та був перпендикулярний до плівки.
Рентгенографію можливо виконувати у вертикальному, горизонтальному, нахиленому положенні хворого, а також у положенні на боці. Зйомка у різних положеннях тіла дозволяє судити про рухомість органів, виявити деякі важливі діагностичні ознаки, наприклад розтікання рідини у плевральній порожнині, або наявність рівнів рідини у черевній порожнині.
Знімок частини тіла, або цілого органу називають оглядовим. Знімки з зображенням частки органу, у проекції, що оптимальна для вивчення тієї чи іншої деталі називають прицільними. Розрізняють одиночні та серійні знімки. Під серійною рентгенографією розуміють виготовлення низки рентгенограм протягом одного дослідження за короткий проміжок часу.
Заслуговує уваги зйомка з прямим збільшенням зображення, якого звичайно досягають, відсуваючи рентгенівську касету від об’єкта зйомки на 20-30 см. У результаті цього на рентгенограмі отримують зображення дрібних деталей, що не візуалізуються на звичайних рентгенівських знімках.
На рентгенограмах можливо отримати зображення будь-якої частини тіла. Деякі органи добре візуалізуються на знімках, завдяки природній контрастності (кістки, серце, легені). Інші органи достатньо чітко відображаються тільки після їх штучного контрастування (бронхи, судини, жовчні протоки, порожнини серця, шлунок, кишківник). У будь-якому випадку рентгенологічна картина формується зі світлих і темних ділянок. Почорніння рентгенівської плівки виникає, як наслідок, відновлення металічного срібла у його експонованому емульсійному шарі. Для цього плівку обробляють: проявляють, фіксують, промивають і висушують. У сучасних рентгенівських кабінетах весь процес обробки плівки автоматизований, завдяки наявності проявочних машин, і триває лічені хвилини.
Слід пам’ятати, що рентгенівський знімок є негативом по відношенню до зображення на флуоресцентному екрані при просвічуванні, тому прозорі для рентгенівських променів ділянки тіла на рентгенограмі виглядають темними, а більш щільні – світлими. Кожен промінь при проходженні крізь тіло людини перетинає не одну точку, а велику кількість точок, розташованих як на поверхні, так і в глибині тканин. Відповідно, кожній точці на знімку відповідає множина дійсних точок об’єкту, які проектуються одна на іншу, і тому рентгенівське зображення є сумаційним, пласким. Із цього витікає головне правило рентгенологічних досліджень: рентгенограми будь-якої частини тіла повинні бути проведені, щонайменше у двох взаємно перпендикулярних проекціях – прямій і боковій. Як додаток, можуть знадобиться знімки у косих та аксіальних проекціях.
Рентгенографія набула широкого застосування. Вона може бути використана у всіх лікувальних закладах, є простою, необтяжливою для пацієнтів. Дослідження можливо проводити у стаціонарному рентгенівському кабінеті, палаті, операційній, реанімаційному відділенні. При дотриманні технічних умов на знімку відображаються дрібні анатомічні деталі. Рентгенограма є документом, який можливо зберігати тривалий час, використовувати для динамічного спостереження та порівняння з повторними рентгенівськими знімками, застосовувати для обговорення необмеженому колу спеціалістів.
Показання до рентгенографії досить широкі, але в кожному випадку повинні бути обґрунтовані, бо рентгенологічні дослідження пов’язані з променевим навантаженням. Відносними протипоказаннями вважають тяжкі стани хворих, що потребують екстреного хірургічного втручання.
Широке використання комп’ютерної техніки привело до розробки цифрових засобів отримання рентгенівського зображення. Для цих засобів характерно представлення рентгенівського зображення у цифровому варіанті. Відповідно розрізняють наступні системи цифрової рентгенографії: електронно-оптична цифрова рентгенографія, скануюча цифрова рентгенографія, цифрова люмінісцентна рентгенографія та пряма цифрова рентгенографія. До переваг цифрової рентгенографії відносять високу якість зображення, знижене променеве навантаження та можливість зберігати зображення на магнітних носіях.
Рентгеноскопія – метод рентгенологічного дослідження, при якому зображення об’єкта, що вивчається отримують на флуоресцентному екрані. Подальше удосконалення методу привело до застосування рентгенотелевізійного просвітлювання. Його виконують за допомогою підсилювача рентгенівського зображення, у склад якого входять рентгенівський електронно-оптичний підсилювач та замкнена телевізійна система. Взагалі рентгеноскопічним дослідженням властиві суттєві недоліки, що обмежують їх використання. По-перше променеве навантаження на пацієнта при скопічних дослідженнях набагато більше, ніж при застосуванні рентгенографії, по-друге спроможність виявляти дрібні деталі при рентгеноскопічному дослідженні досить низька. Не дивлячись на це, рентгеноскопія досить широко використовується при контрастних дослідженнях шлунково-кишкового тракту та для уточнення деяких аспектів стану дихальної системи. Будь-який вид рентгеноскопії виконується поліпозиційно та поліпроекційно.
На даний час рентгеноскопія вирішує наступні діагностичні проблеми:
1. контроль заповнення органів пацієнта контрастною речовиною, наприклад, при вивченні шлунково-кишкового тракту;
2. контроль проведення інструментарію (катетери, голки тощо) при виконанні інвазивних рентгенологічних процедур, наприклад, катетеризація судин, серця;
3. дослідження функціональної активності органів або дослідження функціональних симптомів захворювання у хворих, яким з тих чи інших причин не може бути проведене ультрасонографічне дослідження.
Флюорографія – метод рентгенологічного дослідження, що полягає у фотографуванні зображення з флуоресцентного рентгенівського екрану, екрану електронно-оптичного підсилювача або систем, що використовуються для подальшої оцифровки зображення, на фотоплівку невеликого формату – зазвичай 110х110 мм, 100х100мм або 70х70 мм.
Низька вартість та значна пропускна здатність дозволили використовувати флюорографію як скринінгову методику масового профілактичного дослідження населення в державній програмі раннього виявлення туберкульозу і раку легень, що ефективно діяла за часів Радянського Союзу. Проте низька розподільча здатність та відносно велике променеве навантаження при традиційній плівковій флюорографії обумовили відмову від неї в країнах Європейської спільноти.
Томографія – метод пошарового рентгенологічного зображення. На звичайній рентгенограмі отримується сумарне зображення усієї товщини частки тіла, що досліджується. Зображення одних анатомічних структур частково або повністю накладається на зображення інших. У результаті цього втрачається багато важливих деталей у зображенні структурних елементів органів. Томографія дає можливість ізольованого зображення структур, розташованих в одній площині. Ефект томографії досягається завдяки постійному руху під час зйомки двох з трьох компонентів рентгенівської системи випромінювач-пацієнт-плівка. При цьому випромінювач і плівка рухаються по дузі, прямій або по більш складній траєкторії, але обов’язково у протилежних напрямах. При такому русі зображення більшості деталей на рентгенівській плівці виявляється нечітким, розпливчастим, а чітким стає зображення тільки тих утворень, що знаходяться на рівні центру обернення системи випромінювач-плівка. Якщо при томографії змінити рівень центру обернення системи випромінювач-плівка, то відповідно зміниться рівень виділеного шару. Товщина обраного шару залежить від амплітуди руху системи випромінювач-плівка: чим вона більша, тим томографічний шар тонше. Описане пошарове рентгенологічне дослідження проводять без використання комп’ютерів. Цей метод називають лінійною або конвенціональною томографією. Проте у променевій діагностиці існує безліч методик пошарової візуалізації органів, завдяки використанню комп’ютерних технологій.
Лінійна томографія використовується:
1. У діагностиці периферичного раку легень або пухлин плеври – для отримання чіткого зображення (оцінці контурів, структури та взаємовідношення з сусідніми тканинами).
2. У діагностиці центрального раку легень – для отримання зображення пухлини у корені легені , часткового або сегментарного бронху, через який постачається повітря у зону легені з порушеною вентиляцією (ознаки часткової або повної обтурації бронху).
3. У діагностиці кореневої або медіастенальної лімфаденопатії (враження лімфатичних вузлів кореня легені або середостіння при метастатичному ураженні або лімфопроліферативному захворюванні); на відміну від комп’ютерної томографії, при лінійній томографії нормальні лімфатичні вузли не візуалізуються.
4. У діагностиці пухлин кісток і суглобів для уточнення симптомів, що були виявлені при рентгенографії.
5. У діагностиці пухлин гортані (наявність додаткової тканини та деформація просвіту органу).
Спеціальні види рентгенографії – холецистографія, маммографія, рентгенографія в умовах штучного пневмотораксу, пневмоперитонеума, пневморетроперитонеума, паріетографія, фістулографія, деякі рентгеноендоскопічні процедури виконуються у спеціалізованих лікувальних закладах. Прикладом рентгеноендоскопічної процедури є ендоскопічна ретроградна панкреатохолангіографія, при якій крізь великий дуоденальний сосок у холедох та Вірсунгову протоку вводиться водорозчинна рентгенконтрастна речовина. Заповнення протоків контролюється при рентгеноскопічному просвітлюванні. Як результат, виконується рентгенографія з отриманням холангіохолецистовірсунгограм. Особливим розділом спеціалізованої рентгендіагностики є різні види ангіографії та лімфографії, виконання екскреторної урографії.
Рентгенівська комп'ютерна томографія — томографічний метод дослідження внутрішніх органів людини із використанням рентгенівського випромінювання.
Метод був запропонований у 1972 р. Годфрі Хаунсфілдом і Алланом Кормаком, удостоєними за цю розробку Нобелівської премії у 1979 році. Метод заснований на вимірюванні та складній комп'ютерній обробці різниці ослаблення рентгенівського випромінювання різними за щільністю тканинами.
Перші математичні алгоритми для КТ були розроблені 1917 р. австрійським математиком Йоганом Радоном. Фізичною основою методу є експонентний закон ослаблення випромінювання, який справедливий для чисто поглинаючих середовищ. У рентгенівському діапазоні випромінювання експонентний закон виконується з високим ступенем точності, тому розроблені математичні алгоритми були вперше застосовані саме для рентгенівської комп'ютерної томографії.
1963 р. американський фізик А. Кормак повторно (але відмінним від Радона способом) вирішив завдання томографічного відновлення, а в 1969 р. англійський інженер-фізик Г. Хаунсфілд з фірми EMI Ltd. сконструював «ЕМІ-сканер» (EMI-scanner) — перший рентгенівський комп'ютерний томограф, випробуваний у 1972 р.
Зображення, отримані методом рентгенівської комп’ютерної томографії, мають свої аналоги в історії вивчення анатомії. Так Микола Іванович Пирогов розробив новий метод вивчення розташування органів оперуючими хірургами, який отримав назву топографічної анатомії. Суттю методу було вивчення заморожених трупів, пошарово розрізаних в різноманітних анатомічних площинах. М.І.Пирогов випустив атлас під назвою «Топографічна анатомія, ілюстрована розрізами, що проведені крізь заморожене тіло людини у трьох площинах». Фактично, зображення в атласі передували появі подібних зображень, що отримуються променевими томографічними методами дослідження.
Вочевидь, сучасні методи отримання пошарових зображень мають значні переваги: нетравматичність, що дозволяє прижиттєву діагностику захворювань, можливість апаратної реконструкції зображення у різноманітних анатомічних площинах, трьохмірній реконструкції, можливість не тільки оцінювати розміри та взаємне розташування органів, але і детально вивчати їх структурні особливості, деякі фізіологічні характеристики, базуючись на показниках рентгенівської щільності та її змінення при внутрішньовенному контрастному підсиленні.
Для візуальної та кількісної оцінки щільності тканин методом рентгенівської комп’ютерної томографії використовується шкала Хаунсфілда (її візуальним відображенням на моніторі апарата є чорно-білий спектр зображення). Діапазон одиниць шкали (денситометричних показників) відповідає ступеню ослаблення рентгенівського випромінювання анатомічними структурами організму, що складає у середньому від -1024 до +1024. Середній показник шкали Хаунсфілда (0) відповідає щільності води, від’ємні показники шкали відповідають повітрю та жировій тканині, позитивні – м’яким тканинам, кістковим тканинам та більш щільним речовинам (металам).
Звичайний комп’ютерний монітор відображає 256 градацій сірого кольору, деякі спеціалізовані медичні апарати здатні показувати 1024 градацій.
Сучасний комп’ютерний томограф – це складний програмно-технічний комплекс, що складається з гантрі, основної частини для отримання інформації; столу, де розташовується пацієнт; комп’ютера, що обробляє отриману інформацію і видає зображення в реальному режимі часу; консолі оператора – головного пульту управління апаратом; робочого місця рентгенлаборанта та лікаря-рентгенолога. Схему отримання комп’ютерних томограм можливо уявити наступним чином: вузький пучок рентгенівського випромінювання сканує тіло пацієнта по дузі. Проходячи крізь тканини, випромінювання ослабляється відповідно до щільності й атомного складу цих тканин. По іншу сторону від пацієнта встановлена кругова система приймачів рентгенівського випромінювання, кожен з яких перетворює енергію випромінювання в електричний сигнал. Після підсилення ці сигнали перетворюються у цифровий код, який потрапляє до пам’яті комп’ютера. Зафіксовані сигнали відображають ступінь ослаблення пучка рентгенівських променів (і відповідно ступінь поглинання випромінювання) у якомусь одному напрямку. Обертаючись навколо пацієнта, рентгенівський випромінювач оглядає його тіло у різних ракурсах, під кутом 360°. Під кінець обернення випромінювача у пам’яті комп’ютера залишається зафіксованими всі сигнали від усіх датчиків. При використанні стандартних програм комп’ютер реконструює внутрішню структуру об’єкта, внаслідок чого отримується зображення тонкого шару органу, що вивчається, виводиться на дисплей, а лікар обробляє його відповідно до поставленої задачі.
Прогрес комп’ютерних томографів пов'язаний зі збільшенням кількості детекторів і, таким чином, збільшенням кількості проекцій, що отримуються одночасно. Апарати І покоління з’явилися у 1973 р. і були покроковими. Використовувалась одна рентгенівська трубка, що була направлена на один детектор. Сканування проводилося крок за кроком, роблячи один оберт на один шар. Один шар зображення оброблявся близько 4 хвилин. В апаратах ІІ покоління використовувалась одна рентгенівська трубка, що була направлена на декілька детекторів. Час обробки зображення скоротився до 20 секунд. В апаратах ІІІ покоління введено поняття «спіральної комп’ютерної томографії». Рентгенівська трубка та детектори за один крок стола синхронно виконували повний оберт по ходу годинникової стрілки, що значно зменшувало час дослідження. Збільшувалася кількість детекторів. Час обробки та реконструкції значно зменшувався. В апаратах IV покоління до 1088 люмінісцентних датчиків, що розташовані по всьому колу гантрі, обертається тільки рентгенівська трубка. Завдяки цьому методу час оберту складає 0,7 секунд.
Спіральна комп’ютерна томографія використовується у клініці з 1988 р. Спіральне сканування полягає в одночасному виконанні двох дій: безперервного обертання джерела – рентгенівської трубки, що генерує випромінювання навколо тіла пацієнта, та безперервного прямолінійного руху стола з пацієнтом по повздовжній осі сканування через апертуру гантрі. У даному випадку траекторія руху рентгенівської трубки, відповідно до руху стола з тілом пацієнта, має форму спіралі. Технологія спірального сканування дозволяє зменшити час дослідження та суттєво зменшує променеве навантаження на пацієнта.
Мультиспіральна (багатошарова) комп’ютерна томографія вперше була представлена у 1992 р. Принциповою відмінністю багатошарових томографів від спіральних томографів попередніх поколінь у тому, що по дузі гантрі розташовані не один, а два чи більше рядів детекторів. Для того, щоб рентгенівське випромінювання могло одночасно прийматися детекторами, що розташовані на різних рядах, була розроблена нова об’ємна геометрична форма пучку. Так у 1992 році з’явилися перші двохспіральні комп’ютерні томографи, з двома рядами детекторів, у 1998 р. чотирьохспіральні комп’ютерні томографи, з чотирма рядами детекторів відповідно, крім цього була збільшена кількість обертів рентгенівської трубки з одного до двох за секунду. Таким чином чотирьохспіральні комп’ютерні томографи V покоління сьогодні у вісім разів швидше, ніж звичайні спіральні томографи IV покоління. У 2004-2006 рр. представлені 32-, 64-, 128-, 320-зрізові багатошарові комп’ютерні томографи, у тому числі і з двома рентгенівськими трубками. У 2007 р. представлена нова генерація комп’ютерних томографів, що дозволяють спостерігати у реальному часі фізіологічні процеси, що протікають у головному мозку та серці.
Для підвищення диференціації органів одного від іншого, а також нормальних і патологічних структур, використовують різноманітні методики контрастного підсилення. Використовують дві основні методики введення контрастного препарату – пероральне та внутрішньовенне. Головною метою першого методу є контрастування порожнинних органів шлунково-кишкового тракту, другий метод дозволяє оцінити характер накопичення контрастної речовини тканинами й органами через кровоносну систему. Методики внутрішньовенного контрастного підсилення в багатьох випадках дозволяють уточнити характер виявлених патологічних змін на тлі оточуючих їх м’яких тканин, а також візуалізувати зміни, що не виявляються при звичайному дослідженні. У свою чергу внутрішньовенне контрастування розділяється на дві методики: звичайне внутрішньовенне контрастування та болюсне контрастування. При першому методі контраст вводиться рукою рентген-лаборанта, час і швидкість введення не регулюються, дослідження починається після введення контрастної речовини. При другому методі контрастна речовина також вводиться внутрішньовенно, але вводить її спеціальний апарат, що розмежовує час подачі для розмежовування фаз контрастування.
Подальший розвиток КТ-технологій мав результатом появу мультидетекторної тунельної КТ (multidetector row CT) і розвиток комп’ютерних систем, які забезпечують отримання тримірного зображення в реальному масштабі часу. Зазначені методики суттєво розширили розподільчу здатність КТ, а також зробили можливим неінвазивним шляхом отримати зображення слизової оболонки ШКТ. Новітні методики мультипланарного переформатування (MPR) та переформатування у викривленій площині (CPR) дозволяють отримувати зображення в довільно обраних площинах, а не лише в аксиальній.
Перші зображення з 3D-реконструкцією отримували в режимі проекцій з затіненою поверхнею (SSD, Shaded Surface Display), яка графічно найбільше відповідає просторовому сприйняттю анатомічних структур.
Методика віртуальної гастроскопії була запропонована в 1993 р., тривалий час була обмежена високими вимогами до швидкості роботи комп’ютерних процесорів та обсягу оперативної пам’яті.
Протягом останніх десятиріч якість зображень при віртуальній гастроскопії значно покращилася завдяки застосуванню тонких коліматорів і мультидетекторних сканерів, що дозволяє отримувати зображення практично в реальному масштабі часу у вигляді зображення слизової (endoluminal images). На відміну від віртуальної колоноскопії, при віртуальній гастроскопії ще неможливо «пересуватися» по порожнині шлунку, можливо «заморожувати» зображення та використовувати різну їх орієнтацію для огляду різних відділів шлунку. Можливо, у майбутньому тривимірні зображення, що отримують шляхом реконструкції КТ-зображень (віртуальна бронхоскопія, колоноскопія) витіснять інтервенційні (оптичні, ендоскопічні) методи. Вже зараз віртуальна колоноскопія дозволяє виявити поліпи товстої кишки розміром 2-3 мм.
Значення комп’ютерної томографії не обмежується її використанням у діагностиці захворювань. Під контролем комп’ютерної томографії виконують пункції, прицільну біопсію різноманітних органів і патологічних вогнищ. Комп’ютерна томографія грає важливу роль у контролі ефективності консервативного та хірургічного лікування хворих на злоякісні пухлини, дозволяє отримати детальну локалізацію пухлинного ураження, для точної наводки джерела радіоактивного випромінювання на вогнище при проведенні променевої терапії злоякісних пухлин.
Карієс зуба
