Анна Швец. Пиксель
С момента первой рентгеновской фотографии в 1895 году, которая оставила лишь слабое потемнение на снимке, медицинская визуализация прошла огромный путь. Сегодня технологии, основанные на радиации и магнитных полях, позволяют не только детально диагностировать заболевания во всех тканях организма, но и планировать сложнейшие операции в виртуальной среде. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) подробно разъясняют принципы работы, возможности, ограничения и риски трех основных методов диагностики: рентгена, компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ). Они также дают практические рекомендации: как выбрать метод в зависимости от проблемы, стоит ли бояться контрастных веществ и радиации, как быть с металлическими предметами и что делать пациентам с клаустрофобией.
Рентгенография: основа основ для костей и легких
Рентгеновские аппараты генерируют коротковолновое электромагнитное излучение высокой энергии. Проходя через тело, лучи по-разному поглощаются тканями в зависимости от их плотности. Кости, как самые плотные структуры, поглощают излучение сильнее всего и на снимке выглядят белыми. Мягкие ткани (мышцы, органы) пропускают больше лучей и отображаются оттенками серого. Воздух в легких почти не задерживает излучение, поэтому на рентгенограмме легкие выглядят темными. Изображение формируется на специальной пленке или цифровом детекторе с противоположной стороны от источника лучей.
«Рентгенография дает двухмерное плоское изображение и идеально подходит для исследования плотных, твердых тканей, — поясняет Иван Красняков, доцент кафедры прикладной физики ПНИПУ, доктор физико-математических наук. — Ее ключевые области применения — диагностика переломов, трещин и деформаций костей, оценка состояния суставов при артритах, а также выявление патологий легких (пневмония, туберкулез) и сердца. В стоматологии с ее помощью оценивают корни зубов и выявляют кариес. Главные плюсы метода — скорость и доступность. Однако он имеет существенные ограничения: плохо визуализирует мягкие ткани и связан с использованием ионизирующего излучения, поэтому его нельзя применять часто».
Компьютерная томография (КТ): объемная картина организма
КТ использует тот же принцип рентгеновского излучения, но на более продвинутом техническом уровне. В аппарате источник лучей и детектор вращаются вокруг пациента, делая множество снимков под разными углами. Компьютерная программа затем обрабатывает эту серию изображений, создавая послойные, поперечные срезы (томограммы) тела, которые можно объединить в подробную трехмерную модель.
«КТ предоставляет гораздо более детальную информацию о мягких тканях, кровеносных сосудах и костных структурах по сравнению с обычным рентгеном, — рассказывает биофизик ПНИПУ. — Это позволяет с высокой точностью диагностировать широкий спектр состояний: от сложных переломов и травм до опухолей, пневмонии, внутренних кровотечений, аневризм и тромбозов. Метод эффективен для исследования паренхиматозных органов — печени, почек, поджелудочной железы, а также мышц, жировой ткани и органов малого таза».
Роль контрастных веществ в КТ
Для повышения точности диагностики при КТ часто используют контрастные вещества. Это специальные препараты, которые, попадая в организм, «подсвечивают» области с одинаковой плотностью, улучшая видимость кровеносных сосудов, опухолей, очагов воспаления и других изменений. Контраст вводят внутривенно, перорально (через рот для исследования ЖКТ) или ректально.
Хотя эти вещества в целом безопасны, в редких случаях возможны аллергические реакции (сыпь, зуд) или осложнения на почки. При беременности контрастную КТ проводят только по жизненным показаниям. Врачи всегда тщательно взвешивают потенциальные риски и пользу для каждого конкретного пациента.
Магнитно-резонансная томография (МРТ): безопасный взгляд внутрь мягких тканей
Принцип работы МРТ кардинально отличается от рентгеновских методов. Аппарат создает мощное постоянное магнитное поле, в которое помещают пациента. Поскольку тело человека примерно на 90% состоит из воды, содержащей атомы водорода, эти атомы под воздействием поля и дополнительных радиочастотных импульсов начинают «резонировать». Когда импульс прекращается, атомы возвращаются в исходное состояние, испуская ответный сигнал. Детекторы улавливают эти сигналы, а компьютер преобразует их в детализированные изображения. Интенсивность сигнала зависит от содержания водорода, что позволяет отлично различать типы мягких тканей. Ключевое преимущество МРТ — полное отсутствие ионизирующего излучения.
«МРТ обеспечивает изображения с высочайшим контрастом для мягкотканных структур, — отмечает Иван Красняков. — Это незаменимый метод в неврологии (исследование головного и спинного мозга, диагностика инсультов, опухолей, рассеянного склероза) и ортопедии (оценка хрящей, связок, сухожилий, менисков). Он также превосходно визуализирует сердечную мышцу и внутренние органы».
Как выбрать метод: от патологии к диагностике
«Классическое правило — для костей выбирать рентген или КТ, а для мягких тканей — МРТ — все еще актуально, но границы стираются, — говорит Владислав Никитин, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ, кандидат физико-математических наук. — Современное оборудование и программное обеспечение значительно расширили возможности каждого метода. Сегодня и КТ, и МРТ способны выявлять патологии по всему организму: от сарком костей и очагов в мозге до грыж, туберкулеза, артрозов и сосудистых бляшек. Решающим фактором при выборе часто становятся не возможности визуализации, а наличие противопоказаний у пациента».
Что эффективнее для ранней диагностики рака?
«Современные КТ-аппараты обладают очень высоким разрешением и могут помочь в раннем обнаружении опухолей, — объясняет ученый-биомеханик. — Однако окончательный диагноз «рак» ставится только по результатам биопсии и гистологического исследования. Для повышения точности визуализации при подозрении на онкологию используют специальные контрастные вещества, которые избирательно накапливаются в раковых клетках, делая их заметными на снимках».
Радиация: реальные риски при рентгене и КТ
МРТ, как уже отмечалось, не использует ионизирующее излучение и в этом смысле безопасна. Рентген и КТ — да. Однако дозы облучения при этих процедурах, как правило, невелики и строго регламентированы.
«Доза при рентгене зависит от области: снимок грудной клетки — около 0.1 мЗв (миллизиверт), зуба — 0.005 мЗв, конечности — 0.001 мЗв, — приводит данные биофизик ПНИПУ. — При КТ дозы выше: исследование головы — около 2 мЗв, грудной клетки — 7 мЗв, брюшной полости — до 10 мЗв. В редких случаях комплексного обследования она может достигать 20-30 мЗв».
Для сравнения: Международная комиссия по радиационной защите рекомендует для населения ограничить годовую дозу от искусственных источников (не считая медицины) 1 мЗв. Порогом, за которым значительно возрастают риски для здоровья, считается 100 мЗв в год, а острое лучевое поражение возможно при дозах свыше 500 мЗв.
«Таким образом, чтобы получить опасную дозу в 100 мЗв, нужно сделать около 1000 рентгеновских снимков грудной клетки подряд, — комментирует ученый. — Разовые исследования безопасны. Опасность представляет чрезмерное и частое использование, особенно КТ. Например, 14 процедур КТ грудной клетки уже дают серьезную лучевую нагрузку. При частом облучении в активно делящихся клетках (например, на слизистых оболочках) могут возникать аномалии, повышающие риск развития опухолей. Кроме того, если интервал между исследованиями слишком короткий, мы просто не увидим динамики изменений, и диагностическая ценность процедуры будет нулевой».
Отдельно отмечается, что дети более чувствительны к радиации из-за активного роста и деления клеток в их организме.
Какие зоны тела стоит облучать с особой осторожностью?
«Чем чаще в ткани происходит деление клеток, тем менее желательно ее частое облучение, — считают специалисты по биомеханике ПНИПУ. — Во время деления хромосомы с молекулами ДНК особенно уязвимы для радиации. Наиболее чувствительна репродуктивная система, где образуются половые клетки. Впрочем, современные томографы постоянно совершенствуются в сторону снижения дозовой нагрузки, делая исследования все безопаснее».
Поиск инородных тел: какой метод выбрать?
Для обнаружения посторонних предметов традиционно используют рентген, который хорошо «видит» плотные материалы: металл (гвозди, иглы), осколки костей, некоторые виды стекла. Однако пластик, дерево или предметы из мягких тканей на рентгене могут быть не видны.
КТ в этом плане более универсальна и точна. Она способна визуализировать не только сам предмет, но и окружающие его мягкие ткани, лучше справляется с пластиком и деревом, хотя и здесь есть ограничения.
МРТ для поиска инородных тел применяется реже из-за высокой стоимости и специфики метода. Она отлично показывает мягкие ткани, но может искажать изображение из-за взаимодействия магнитного поля с металлическими предметами. Более того, наличие металла внутри тела (имплантаты, осколки) или на нем (украшения) является серьезным противопоказанием к МРТ.
«Металлические предметы под воздействием сильного магнитного поля могут смещаться, нагреваться и вызывать ожоги, что создает прямую угрозу жизни и здоровью пациента, — предупреждает Иван Красняков. — Поэтому перед МРТ необходимо снять все украшения и обязательно сообщить врачу о любых имплантатах, кардиостимуляторах, металлических коронках и т.д.».
А как насчет украшений при рентгене и КТ?
При рентгене и КТ металлические украшения также необходимо снимать, но по другой причине — не из-за опасности, а из-за качества диагностики. Металл создает на снимках так называемые артефакты — искажения и тени, которые могут полностью «заслонить» важные анатомические структуры и привести к ошибочному диагнозу. В случае КТ артефакты особенно критичны, так как портят трехмерную реконструкцию. Пациенту, скорее всего, придется переделывать исследование, получая лишнюю дозу облучения.
МРТ и клаустрофобия: есть решения
«Томограф классического туннельного типа может вызывать дискомфорт у людей с боязнью замкнутого пространства, — говорит Владислав Никитин. — Решений здесь несколько. Первое — поиск медицинского центра с аппаратом МРТ открытого типа, у которого нет замкнутого «туннеля» по бокам. Второй вариант — проведение исследования под медикаментозным сном (седацией) или общим наркозом. Этот подход часто используют для обследования маленьких детей».
Виртуальное хирургическое планирование: КТ как инструмент будущего
«КТ и аналогичные технологии вышли далеко за рамки простой диагностики, — поясняет Иван Красняков. — Сегодня на основе данных КТ создаются точные 3D-модели органов и анатомических областей пациента. Этот процесс, известный как виртуальное хирургическое планирование или предоперационное моделирование, позволяет хирургам заранее, в цифровой среде, отработать ход будущей операции».
Хирурги могут оценить индивидуальные анатомические особенности, выбрать оптимальные доступы и инструменты, смоделировать различные сценарии и даже предвидеть потенциальные осложнения. Это повышает точность вмешательств, сокращает время операции, снижает риски и открывает путь к персонализированной медицине. Технология также служит мощным обучающим инструменством для молодых врачей. В России виртуальное планирование уже активно применяется в ведущих клиниках, особенно в сложных областях: нейрохирургии, ортопедии, кардиохирургии, онкологии и травматологии.
Обратите внимание: Японские ученые осваивают технологии создания детей из клеток кожи.
[Моя] Наука Рентгеновская КТМР Радиационная биология Здоровье Длинная статья 2Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Просветим: ученые Пермского Политеха рассказали, какие болезни выявляют рентген, КТ и МРТ.