Логотип журнала "Провизор"








Объект внимания

Л. В. Львова, канд. биол. наук

Что же касается природы болезни, то, если она может быть усмотрена, она может быть и вылечена.

Гиппократ

Современная медицина располагает огромным арсеналом диагностических методов. Тем не менее работа над созданием принципиально новых и усовершенствованием ныне существующих способов диагностики продолжается.

Электромагнитная томография

В последние годы все большее и большее внимание исследователей привлекает электромагнитная томография — микроволновая, или, как ее еще называют, СВЧ-томография, электроимпедансная и магнитоиндукционная томография.

Электромагнитная томография, как отмечают ее создатели, «не нацелена на соревнование по пространственному разрешению с методами ЯМР или рентгеновской томографии». Ее преимущество перед этими методами заключается в другом — «в способности к отображению функционального состояния биотканей, причем в перспективе и масштабе реального времени».

Суть метода микроволновой томографии состоит в следующем.

Исследуемый биологический объект с различных направлений облучается сверхвысокочастотными электромагнитными волнами гигагерцевого диапазона. Измеряется угловое распределение рассеянного сигнала, и по характеру этого распределения восстанавливается распределение комплексной диэлектрической проницаемости исследуемого объекта.

Практическая реализация, казалось бы, простого принципа — задача не из легких. Тем не менее она довольно успешно решается совместными усилиями российских и американских ученых. В частности, исследователям удалось доказать, что диэлектрические свойства здоровых и ишемизированных участков сердечной мышцы в гигагерцевом диапазоне частот отличаются на 20%. Каковы причины различия пока до конца непонятно — работа по их выяснению продолжается. Но это уже второй вопрос. Главное, что обнаруженная физиологическая особенность подтверждает возможность неинвазивного диагностирования состояния сердечной мышцы с помощью микроволновой томографии. (Для кардиологов использование подобной диагностики означает возможность контролировать состояние сердечной мышцы с разрешением ~1 см.) Немаловажно и то, что с помощью прототипов двух- и трехмерных СВЧ-приборов, созданных в рамках российско-американского проекта, исследователи смогли отработать расчетно-математические методы, предназначенные для восстановления объемной картины диэлектрических свойств изучаемого объекта с реальным контрастом. (Под реальным контрастом подразумевается относительное изменение диэлектрической проницаемости для различных органов тела.)

По оптимистическим прогнозам участников проекта, в будущем микроволновая томография найдет применение в гастроэнтерологии, пульмонологии, урологии и травматологии. Но и это не все. Судя по результатам исследования, микроволновые томографические системы могут использоваться для терапии, точнее для абляции патологически измененных тканей. Здесь возможны два варианта.

Первый вариант предполагает использование антенных устройств микроволнового томографа, «направляющих» энергию электромагнитного поля в область поражения, предварительно диагностированную тем же или другим томографом.

Второй способ «доставки» энергии к пораженному участку с целью его последующего разрушения предполагает применение различных катетерных систем, которые вводятся внутрь организма под контролем визуализационных или томографических устройств.

Сегодня над созданием подобных систем, предназначенных для лечения некоторых сердечно-сосудистых заболеваний, работает РНЦ «Курчатовский институт» совместно с Каролинским медицинским центром.

Вторая разновидность электромагнитной томографии — электроимпедансная томография — позволяет визуализировать пространственное распределение электрического сопротивления или проводимости по результатам неинвазивных электрических измерений. Другими словами, в этой методике в качестве исходных данных используются значения электрического потенциала, измеренные на поверхности объекта при пропускании через него электрического тока. Сама же реконструкция изображения осуществляется на компьютере с помощью специального программного обеспечения. Причем скорость формирования изображений настолько высока, что можно воочию в реальном времени наблюдать самые различные процессы. К примеру, сердцебиение или дыхание.

Именно такой подход российские специалисты использовали при разработке электроимпедансного томографа для двумерной визуализации и электроимпедансного компьютерного маммографа, обеспечивающего трехмерную статическую визуализацию тканей молочной железы.

Ссылаясь на результаты клинических испытаний, разработчики утверждают, что в пульмонологии с помощью электроимпедансного томографа можно диагностировать целый ряд патологий, в том числе и опухоли. Кроме того, прибор можно использовать для диагностики нарушений периферического кровообращения у взрослых и для мониторинга состояния легких у недоношенных новорожденных детей. Что касается электроимпедансного маммографа, то и здесь клинические испытания оправдали ожидания разработчиков: применение маммографа позволяет визуализировать ткани молочной железы и выявлять патологию, включая злокачественные новообразования.

Третья разновидность электромагнитной томографии — магнитоиндукционная томография, в отличие от электроимпедансной электрического контакта с исследуемым объектом не требует: в случае магнитоиндукционной томографии для реконструкции распределения электропроводности и диэлектрической проницаемости в объекте изменения переменного магнитного поля фиксируются вне объекта исследования.

Проще говоря, вокруг исследуемого объекта размещаются компактные катушки индуктивности, продуцирующие переменное магнитное поле. Под воздействием вихревых токов, возникающих в объекте, магнитное поле претерпевает изменения, которые можно зарегистрировать с помощью тех же самых катушек.

Объективности ради нельзя не сказать, что теоретические основы магнитоиндукционного исследования были разработаны в Институте радиоэлектроники Российской академии наук. Там же была создана и первая шестнадцатиканальная измерительная система для магнитоиндукционной томографии. Там же впервые были получены томографические изображения фантомов, построенных с использованием растворов хлористого натрия различной концентрации и магнитоиндукционные изображения головы и грудной клетки человека.

Оптическая томография

Оптическая когерентная томография (ОКТ), впрочем, как и электромагнитная томография, — относительно новый, но очень перспективный метод диагностики. Прежде всего, потому что ОКТ позволяет получить информацию не только о структуре тех или иных внутренних органов, но и о некоторых функциональных процессах в организме. При этом разрешающая способность ОКТ, составляя 10 мкм в поперечных и 20 мкм в аксиальных срезах, десятикратно превышает разрешение многих ныне используемых диагностических методов. Важно и то, что метод оптической визуализации неинвазивен, поскольку используемое в нем инфракрасное излучение с мощностью 1 мВт не оказывает повреждающего действия на организм человека.

Физическая подоплека оптической когерентной томографии та же, что и ультразвукового исследования (УЗИ) — фокусирование сигнала на ткани и измерение эхо-задержки сигнала, отраженного от внутренней микроструктуры на разных глубинах. Правда, в отличие от УЗИ, в ОКТ используются не акустические волны, а инфракрасное излучение ближнего диапазона (0,7–1,5 мкм).

Выбор ближнего инфракрасного излучения обусловлен отсутствием в биотканях собственных хромофоров, поглощающих свет в этом диапазоне длин волн, из-за чего излучение может проникать на несколько сантиметров в глубь биоткани. (А это, как нетрудно догадаться, очень важно для просвечивания объемных органов человека.)

Вместе с тем в биотканях инфракрасное излучение очень сильно рассеивается, что чрезвычайно затрудняет получение четких изображений неоднородностей — будь то опухоль или локальное увеличение объема крови из-за кровоизлияния либо из-за разрастания микрососудов, находящихся в глубине тканей. Однако, казалось бы, непреодолимое препятствие не остановило создателей скринингового оптического маммологического канцероскопа.

Теоретически доказав возможность обнаружения объектов в сильно рассеивающей среде, они разработали действующий макет и с его помощью экспериментально подтвердили возможность обнаружения и локализации объектов, находящихся внутри среды, имеющей те же параметры рассеивания, что и молочная железа. Мало того, математический аппарат, разработанный этими же исследователями, позволяет не только обнаруживать слабопоглощающие объекты (в данном случае новообразования) в сильно рассеивающей среде, но и реконструировать трехмерное изображение этой самой среды (в данном случае молочной железы).

К числу несомненных достоинств своего детища разработчики относят, во-первых, возможность раннего — еще до образования микрокальценатов — выявления опухолей.

И, во-вторых, их дифференциальную диагностику: сравнительное исследование молочной железы на двух длинах волн обеспечивает обнаружение именно злокачественных новообразований. (Благодаря этому, по мысли разработчиков, удастся избежать традиционной прицельной биопсии, нередко дающей ложноположительные результаты и чреватой осложнениями.) Кроме того, использование оптического маммологического канцероскопа не требует проведения специальных работ по установке и сертификации помещения, что выгодно отличает его от рентгеновской аппаратуры. Канцероскоп прост в обращении и имеет хорошо отработанное программное обеспечение, что, по мнению разработчиков, позволит использовать его для профилактического осмотра женщин в обычных районных поликлиниках. Но это всего лишь прогнозы. Пока о широком практическом применении маммологического канцероскопа говорить не приходится.

Другое дело — оптические когерентные томографы: сегодня они используются в целом ряде зарубежных и отечественных клиник.

К примеру, в Киевской городской клинической офтальмологической больнице оптический томограф фирмы Zeiss, позволяющий исследовать задний полюс глазного яблока с пространственным разрешением 10 мкм, оснащенный набором компьютерных программ сканирования глазного дна и программами анализа полученных томограмм, использовали для оценки динамики течения центрального хориоретинита. Естественно, сфера применения ОКТ этим не ограничивается. Судя по имеющимся сообщениям, офтальмологи успешно применяют метод ОКТ для динамического наблюдения за воспалительным процессом, для локализации инфильтратов в определенных слоях сетчатой оболочки и для оценки степени ответа воспалительного очага на лечение. А поскольку интенсивность воспаления коррелирует с плотностью инфильтрата, а размер очага — с его протяженностью, то с не меньшим успехом оптическую томографию используют для изучения возникающих при острых или хронических воспалениях вторичных морфологических изменений. (Таких, к примеру, как отек сетчатой оболочки, фиброз и атрофия.)

Надо заметить, что помимо изображения сетчатки глаза оптическая когерентная томография позволяет получить изображения кожи и слизистых оболочек на глубину около 2 мм. В частности, благодаря созданию специального оптического микрозонда и совмещению его со стандартным эндоскопом появилась возможность использовать ОКТ для исследования слизистой оболочки и подслизистой основы желудочно-кишечного тракта. (Оптический зонд аналогичен ультразвуковому зонду для эндоскопа, но его разрешающая способность гораздо выше, а глубина проникновения намного меньше, чем у УЗ-зонда 3-Mhz.) По расчетам исследователей, подобная система найдет применение в диагностике патологий терминального отдела подвздошной кишки, желчных протоков и протока поджелудочной железы, а также в диагностике мелких локальных поражений. В том числе и злокачественных. (Возможно, за исключением раннего рака желудка.)

Радионуклидная диагностика

Радионуклидная диагностика используется в клинической медицине не одно десятилетие. Ее используют в диагностике различных заболеваний, для определения распространенности патологических процессов, контроля эффективности лечения, оценки функционального состояния внутренних органов и физиологических систем.

Суть метода радионуклидной диагностики состоит в следующем.

Пациенту вводится радиофармпрепарат, имеющий свойство накапливаться в том или ином органе, и «посылать» оттуда сигналы в виде γ-излучения. (Потому при обследовании легких, к примеру, используется меченный изотопом технеция макроагрегат альбумина, который обладает способностью задерживаться в легочных капиллярах и временно их блокировать. А при обследовании печени — сернистый коллоид технеция, избирательно поглощаемый гепатоцитами.)

Специальные устройства — либо сканеры, либо γ-камеры — эти сигналы регистрируют и передают на компьютер для дальнейшей обработки.

При использовании сканера детектор (т. е. устройство для «улавливания» изменения интенсивности -излучения) перемещается последовательно, от точки к точке. В таком варианте обследование требует очень много времени и к тому же не дает возможности получить информацию о динамических процессах.

В отличие от сканера γ-камера регистрирует сигналы одновременно во всех точках исследуемого органа без перемещения детектора, что значительно сокращает длительность обследования и позволяет не только визуализировать исследуемый орган, но и получить достоверные сведения о его функционировании. (Естественно, при наличии соответствующих компьютерных программ.)

На Западе радионуклидная диагностика уже давно превратилась в рутинный метод обследования: по некоторым оценкам, на ее долю приходится примерно десятая часть всех диагностических исследований.

На территории бывшего Советского Союза радионуклидная диагностика тоже используется. Но собственное производство однофотонных эмиссионных томографов налажено только в Украине. Точнее, в Харькове, на базе Института сцинтилляционных материалов НАНУ. Там же в 1997 году был разработан и первый отечественный однодетекторный томограф, работающий в четырех режимах: в режиме томографии, в режиме сканирования всего тела, статическом и динамическом режимах. По своим характеристикам он практически ни в чем не уступает зарубежным аналогам (табл. 1). Разве что в продолжительности сканирования всего тела пациента. Зато разрешающая способность в статическом режиме исследования у отечественного томографа выше на 0,5 мм. (Различие хоть и небольшое, но очень существенное для визуализации небольших опухолей.)

 

Таблица 1. Сравнительная характеристика γ-камер

Наименование параметра Первый отечественный томограф «Picker»
«ДС4»
«Siemens»
DIACAM
«Trionix»
Trionix
«Mediso»
X-RING/R
«Монокристалл» «СКТБ-Оризон»
ОФЭКТ-1
1. Поле зрения, мм 409 380 533х388 400х200 530х390 540х410
2. Собственное пространственное разрешение в полезном поле зрения, мм 4,3 4,5 4,7 3,3 4,1 4,3
3. Собственное пространственное разрешение в центральном поле зрения, мм 4,0 4,4 4,5 3,2 3,5 4,0
4. Собственная интегральная неоднородность изображения в полезном поле зрения (в центральном поле зрения), % 4,0 (3,0) 3,0 (2,5) 2,3 (3,0) 3,5 (2,1) 2,5 (2,0) 2,5 (2,0)
5. Собственная дифференциальная неоднородность изображения в полезном поле зрения (в центральном поле зрения), % 3,0 (2,5) 2,5 (2,0) 4,3 (2,5) 2,0 (1,2) 2,0 (1,5) 2,0 (1,5)
6. Собственная абсолютная нелинейность изображения в полезном поле зрения (в центральном поле зрения), мм 0,3 (0,25) 0,25 (0,2) 0,3 (0,2) 0,41 (0,28) 0,25 (0,2) 0,25 (0,2)
7. Собственная дифференциальная нелинейность изображения в полезном поле зрения (в центральном поле зрения), мм 0,25 (0,2) 0,15 (0,1) 0,2 (0,1) 0,13 (0,1) 0,15 (0,1) 0,2 (0,15)
8. Быстродействие — скорость счета, тыс. имп./с (максимальная с 20% потерь) 90 (60) 135 (68) 290 (190) 135 (80) 220 220
9. Системное разрешение в воздухе, на 100 мм с коллиматором* высокого разрешения, мм 6,8 7,4 7,6 8,2 7,2 6,7

* Коллиматор — специальное устройство, направляющее γ-излучение, испускаемое радионуклидами во всех направлениях, на монокристаллическую пластинку детекторного устройства.

 

Сравнительно недорогой, надежный в эксплуатации, высокочувствительный прибор получил высокую оценку у российских и украинских специалистов. Тем не менее разработчики продолжали работать над его усовершенствованием. В итоге спустя четыре года были проведены технические, а потом и медицинские испытания томографа нового поколения под названием «ОФЭКТ1», который отличается от своего предшественника детекторным устройством и электронной частью. За счет модификации детектора удалось уменьшить время исследования, что означало увеличение экономической эффективности прибора при одновременном снижении лучевой нагрузки. За счет модификации электроники удалось повысить его надежность.

Сегодня отечественными томографами оснащены многие медицинские учреждения Украины.

Между тем в Институте сцинтилляционных материалов разрабатывается очередной — уже двухдетекторный — томограф «ОФЭКТ-2».

По словам одного из ведущих разработчиков, инженера-конструктора Александра Николаевича Калашникова, «ОФЭКТ-2» практически по всем параметрам превзойдет зарубежные аналоги (табл. 2). Его применение позволит еще больше сократить длительность обследования, а значит, и лучевую нагрузку. (Даже в самом несовершенном однодекторном томографе лучевая нагрузка в десятки раз ниже в сравнении с цифровой рентгенологической аппаратурой, которая, в свою очередь, намного безопаснее пленочного рентгеновского оборудования.) Но важно даже не это. Главное, что «ОФЭКТ-2» позволит наблюдать за течением патологического процесса во времени.

 

Таблица 2. Некоторые параметры гамма-камеры «ОФЭКТ-2» и ее зарубежных аналогов

Наименование параметра Значение параметра
Гамма-камера
«ОФЭКТ-2»
Гамма-камера
Е.САМ
Гамма-камера
X-Ring/HR
Размер полезного поля зрения, мм 410х540 533х397 530х390
Энергетический диапазон, кЭв 60–511 Н/д 20–400
Собственное пространственное разрешение детектора по уровню 0,5 В центральном поле зрения 3,8 3,7 4,0
В полезном поле зрения 3,9 3,8 Н/д
Системное пространственное разрешение детектора с низкоэнергетическим коллиматором высокого разрешения, мм 6,8 Н/д 7,3
Собственная интегральная неоднородность изображения, не более % В центральном поле зрения +-1,7 +_2,5 +-2,4
В полезном поле зрения +-2,4 +-2,6 +-2,9
Собственная дифференциальная неоднородность изображения, не более % В центральном поле зрения +-1,5 +-1,8 +-1,9
В полезном поле зрения +_2,0 +-2,1 +-2,4
Собственная абсолютная нелинейность изображения, не более % В центральном поле зрения 0,20 0,40 0,38
Собственная дифференциальная нелинейность изображения, не более % В полезном поле зрения 0,25 0,50 0,40
В центральном поле зрения 0,15 0,20 0,20
В полезном поле зрения 0,2 0,2 0,4
Скорость счета в 20% окне (при 20% потерях), тыс. имп./с 280 190 240

 

Кроме того, в институте создана γ-камера с кольцевым детектором, которую можно использовать как в диагностике различных патологий головного мозга (в том числе и на предклинической стадии), так и в качестве маммографа. Разрешающая способность камеры настолько велика, что позволяет обнаруживать опухоли величиной 2 мм. Более того, с помощью камеры можно выявить нарушения, предшествующие морфологическим изменениям. Причем задолго — как минимум за полгода — до возникновения рака.

Испытания γ-камеры с кольцевым детектором планируется провести в ближайшее время.





© Провизор 1998–2017



Грипп у беременных и кормящих женщин
Актуально о профилактике, тактике и лечении

Грипп. Прививка от гриппа
Нужна ли вакцинация?
















Крем от морщин
Возможен ли эффект?
Лечение миомы матки
Как отличить ангину от фарингита






Журнал СТОМАТОЛОГ



џндекс.Њетрика