содержание .. 6 7 8 9 ..

Медицинская радиология. Основы лучевой диагностики и лучевой терапии - часть 8

Рис. Н.36. Схема выполнения радиоиммунологического анализа.

Радионуклидный анализ in vitro стали называть радиоиммунологичес-

ким, поскольку он основан на использовании иммунологических реак-

ций антиген—антитело. Однако в дальнейшем были созданы другие

близкие по целям и методике, но различающиеся по деталям виды ис-

следования in vitro. Так, если в качестве меченой субстанции применя-

ют антитело, а не антиген, анализ называют иммунорадиометрическим;

если же в качестве связывающей системы взяты тканевые рецепторы,

говорят о радиорецепторном анализе.

Радионуклидное исследование в пробирке состоит из 4 этапов (рис. 11.37).

Первый этап — смешивание анализируемой биологической пробы с ре-

агентами из набора, содержащего антисыворотку (антитела) и связываю-

шую систему. Все манипуляции с растворами проводят специальными

полуавтоматическими микропипетками, в некоторых лабораториях их осу-

ществляют с помощью автоматов.

Второй этап — инкубация смеси. Она продолжается до достижения ди-

намического равновесия: в зависимости от специфичности антигена ее

122

Исследуемое евшее по

Меченый аналог

Специфическая

воспринимающая

система

„Связанная

радиоактивность'

(прореагировавшие

вещества)

„Свободная

радиоактивность"

(не прореагиро-

вавшие вещества)

Проба

Стандарт

Нонцентрация

Рис. П.37. Этапы радиоиммунологи-

ческого анализа.
а — смешивание реактивов; б — инку-

бация; в — разделение ингредиентов

реакции; г — радиометрия; д — по-

строение калибровочных кривых и оп-

ределение концентрации искомого ве-

щества.

123

длительность варьирует от нескольких минут до нескольких часов и даже

суток.

Третий этап — разделение свободного и связанного радиоактивного

вешества. С этой целью используют имеющиеся в наборе сорбенты (ионо-

обменные смолы, уголь и др.), осаждающие более тяжелые комплексы

антиген—антитело.

Четвертый этап - радиометрия проб, построение калибровочных кри-

вых, определение концентрации искомого вещества. Все эти работы выпол-

няются автоматически с помощью радиометра, оснащенного микропроцес-

сором и печатающим устройством.

Как видно из изложенного, радиоиммунологический анализ основан

на использовании радиоактивной метки антигенов. Однако принципиально

в качестве метки антигена или антитела можно использовать другие веще-

ства, в частности ферменты, люминофоры или высокофлюоресцирующие

молекулы. На этом основаны новые методы микроанализа: иммунофер-

ментный, иммунолюминесцентный, иммунофлюоресцентный. Некоторые из

них весьма перспективны и составляют конкуренцию радиоиммунологи-

ческому исследованию.

3. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

Сювом: наша речь о там,

Как он сделался царем.

И.П. Ершов

Ультразвуковые волны — это упругие колебания среды с частотой, пре-

вышающей частоту колебания слышимых человеком звуков,— свыше

20 кГц. В ультразвуковой диагностике используют продольные ультра-

звуковые волны, которые обладают высокой проникающей способнос-

тью и проходят через ткани организма, не пропускающие видимый

свет. Они относятся к числу неионизирующих излучений и в применя-

емом в диагностике диапазоне не вызывают выраженных биологичес-

ких эффектов. Средняя интенсивность их энергии не превышает при

использовании коротких импульсов 0,01 Вт/см

, поэтому противопо-

казаний к исследованию нет. Процедура ультразвуковой диагностики

непродолжительна, безболезненна, может быть многократно повто-

рена. Ультразвуковой аппарат занимает мало места и может быть ис-

пользован для обследования как стационарных, так и амбулаторных

больных.

Ультразвуковой метод — способ дистантного определения поло-

жения, формы, величины, структуры и движения органов и тканей,

а также патологических очагов с помощью ультразвукового излу-

чения.

Он позволяет зарегистрировать даже незначительные изменения плот-

ности биологических сред. Благодаря перечисленным выше достоинствам

ультразвуковой метод стал одним из наиболее популярных и доступных ис-
следований в клинической медицине. В некоторых ее разделах, например

124

Рис. 11.38. Ультразвуковой диагностический аппарат.

акушерстве, педиатрии, он стал основным, а иногда единственным мето-

дом диагностической визуализации

Аппарат для ультразвукового исследования представляет собой слож-

ное и вместе с тем достаточно портативное устройство, выполняемое в

стационарном или переносном варианте (рис. 11.38). Датчик аппарата,

называемый также трансдюсером, включает в себя ультразвуковой пре-

Подробнее см.: Клиническое руководство по ультразвуковой диагностике/Под

ред. ММ Митькова. Т.1. — М.: ВИДАР. 1996; Под ред. ММ. Митькова и

MB. Медведева. Т.2.- Μ.: ВИДАР, 1996; т.З - М.: ВИДАР, 1997.

125

образователь. основной частью которого является пьезокерамический

кристалл. Короткие электрические импульсы, поступающие из элек-

тронного блока прибора, возбуждают в нем ультразвуковые колеба-

ния — обратный пьезоэлектрический эффект. Применяемые для диа-

гностики колебания характеризуются небольшой длиной волны, что

позволяет формировать из них узкий пучок, направленный на иссле-

дуемую часть тела. Отраженные волны («эхо») воспринимаются тем же

пьезоэлементом и преобразуются в электрические сигналы — прямой

пьезоэлектрический эффект. Последние поступают в высокочастотный

усилитель, обрабатываются в электронном блоке прибора и выдаются

пользователю в виде одномерного (в форме кривой) или двухмерного

(в форме картинки) изображения. Первое называют эхограммой, а вто-

рое — сонограммой (синонимы: улыпрасонограмма, ультразвуковая ска-

нограмма).

Таким образом, ультразвуковой преобразователь выполняет следующие функ-

ции: I) преобразует электрические сигналы в ультразвуковые колебания: 2) при-

нимает отраженные эхосигналы и преобразует их в электрические; 3) формиру-

ет пучок ультразвуковых колебаний необходимой формы; 4) обеспечивает (в

ряде систем) перемещение пучка ультразвуковых волн в исследуемой области.

Ультразвуковые датчики представляют собой сложные устройства. Их

подразделяют на предназначенные для медленного и быстрого — в реальном

времени — сканирования. Датчики для медленного сканирования, как пра-

вило, одноэлементные, для быстрого — механические или электронные (меха-

ническое или электронное сканирование). Механические датчики в боль-

шинстве случаев содержат два-три элемента, реже — один элемент. При

этом изображение на экране получается в виде сектора (секторные датчи-

ки). Датчики для электронного сканирования всегда многоэлементные, вы-

полнены в виде линеек различной длины и формы. В зависимости от

формы получаемого изображения различают секторные, линейные и кон-

вексные (выпуклые) датчики.

Частоту ультразвуковых волн подбирают в зависимости от цели иссле-

дования. Для глубоко расположенных структур применяют более низкие

частоты, для поверхностных — более высокие. Например, для изучения

сердца используют волны с частотой 2,2—5,0 МГц, для эхографии глаза —

10—15 МГц. На современных установках сонограммы подвергают компью-

терному анализу по стандартным программам. Распечатка информации

производится в виде картинки — изображения исследуемой области либо,

при одномерном исследовании, в виде кривых или ряда цифр.

Все ультразвуковые установки, кроме основанных на эффекте Допплера

(см. ниже), работают в режиме импульсной эхолокации: излучается ко-

роткий импульс и воспринимается короткий сигнал. В зависимости от

задач исследования применяют разные виды датчиков. Одни из них пред-

назначены для сканирования с поверхности тела. Другие датчики со-

единены с эндоскопическим зондом, их используют при внутриполост-

ном исследовании, в том числе в комбинации с эндоскопией. Эти дат-

чики, а также созданные для ультразвуковой локации на операцион-

ном столе, можно стерилизовать. Биопсийные, или пункционные, датчики

применяют для точного наведения биопсийных, или пункционных, игл.

126

По принципу действия все ультразвуковые датчики делят на две груп-

пы: эхоимпульсные и допплеровские. Приборы первой группы служат для оп-

ределения анатомических структур, их визуализации и измерения Доппле-

ровские датчики позволяют получать кинематическую характеристику бы-

стро протекающих процессов - кровотока в сосудах, сокращений сердца

Однако такое деление условно. Многие установки дают возможность одно-

временно изучать как анатомические, так и функциональные параметры.

Для исследования головного мозга, глаза, щитовидной, слюнных и

молочной желез, сердца, почек, обследования беременных со сроком более

20 нед специальной подготовки не требуется. При изучении органов брюш-

ной полости, особенно поджелудочной железы, следует тщательно подгото-

вить кишечник, чтобы в нем не было скопления газа. Больной должен

явиться в ультразвуковой кабинет натощак. Исследование органов таза ре-

комендуется проводить при наполненном мочевом пузыре.

Больного обследуют при разном положении тела и датчика. При этом

врач обычно не ограничивается стандартными позициями, а, меняя поло-

жение датчика, стремится получить возможно полную информацию о со-

стоянии органов. Для улучшения контакта с датчиком кожу над исследуе-

мой областью тела хорошо смазывают пропускающим ультразвук специаль-

ным акустическим гелем.

Ослабление ультразвука в среде определяется так называемым импедан-

сом — ультразвуковым сопротивлением. Величина его зависит от плотности

среды и скорости распространения в ней ультразвуковых волн. Достигнув

границы двух сред с разным импедансом, пучок этих волн претерпевает из-

менения: часть его продолжает распространяться в новой среде, а часть от-

ражается. Коэффициент отражения зависит от разности импеданса сопри-

касающихся сред, т.е. от степени акустической неоднородности гранича-

щих тканей: чем выше различие в импедансе, тем больше волн отражается.

Кроме того, степень отражения зависит от угла падения волн на гранича-

щую плоскость: наибольшее отражение отмечается при прямом угле паде-

ния. Из-за почти полного отражения ультразвуковых волн на границе не-

которых сред при ультразвуковом исследовании приходится сталкиваться

со «слепыми» зонами: это наполненные воздухом легкие, кишечник (при

наличии в нем газа), участки тканей, расположенные за костями. На грани-

це мышечной ткани и кости отражается до 40 % волн, а на границе мягких

тканей и газа — практически 100 %, поскольку газ не проводит ультразву-

ковые волны. При необходимости ультразвуковое исследование проводят с

применением контрастных средств. К их числу относятся, в частности,

микропузырьки газа, растворенные в галактозе.

Наибольшее распространение в мимической практике нашли три метода

ультразвуковой диагностики: одномерное исследование (эхография), двух-

мерное исследование (сонография, сканирование) и допплерография. Все

они основаны на регистрации отраженных от объекта эхосигналов.

Различают два варианта одномерного ультразвукового исследования:

А- и М-методы. Принцип Α-метода показан на рис. 11.39, а. Датчик нахо-

дится в фиксированном положении для регистрации эхосишала в направ-

лении излучения. Эхосигналы представляются в одномерном виде как амп-

127

Дисплей

Рнс. 11.39. Одномерное ультразвуковое исследование.

а — Α-метод эхографии (на примере исследования глазного яблока): пики на эхо-

офтальмограмме образованы роговиией (1), хрусталиком (2), сетчаткой (3), скле-

рой (4), ретробульбарной жировой клетчаткой (5); б — М-метод ультразвукового

сканирования сердца (эхокардиография).

литудные отметки на оси времени. Отсюда, кстати, и название метода

(от англ. amplitude — амплитуда). Иными словами, отраженный сигнал об-

разует на экране индикатора фигуру в виде пика на прямой линии. Количе-

ство и расположение пиков на горизонтальной прямой соответствуют рас-

положению отражающих ультразвук элементов объекта. Следовательно,

одномерный Α-метод позволяет определить расстояние между слоями тка-

ней на пути ультразвукового импульса. Основное клиническое применение

А-метода — офтальмология и неврология. При исследовании глаза с помо-

щью этого метода можно определить состояние глазного яблока, выявить

помутнение стекловидного тела, отслойку сетчатки или сосудистой оболоч-

ки, опухоль или инородное тело в глазнице. В неврологии Α-метод позво-

ляет определить локализацию серповидного отростка и тем самым устано-

вить наличие объемного процесса в мозге: кровоизлияния, опухоли. Следу-

ет отметить, что, несмотря на наличие в настоящее время более сложных,

наглядных и точных методов изучения головного мозга, Α-метод ультразву-

ковой биолокации по-прежнему достаточно широко применяют в клинике,

так как его отличают простота, дешевизна и мобильность исследования.

128

М-метод (от английского

motion — движение) также от-

носится к одномерным ульт-

развуковым исследованиям

(рис. 11.39, б). Он предназна-

чен для исследования движу-

щегося объекта — сердца.

Датчик также находится в

фиксированном положении.

Частота посылки ультразву-

ковых импульсов очень высо-

кая — около 1000 в 1 с, а про-

должительность импульса

очень небольшая, всего I мкс.

Таким образом, датчик лишь

0,1 % времени работает как

излучатель, а 99,9 % — как

воспринимающее устройство.

Отраженные от движущихся

стенок сердца эхосигналы за-

писываются на диаграммную

бумагу. По форме и распо-

ложению зарегистрированных

кривых можно составить

представление о характере со-

кращений сердца. Данный

метод ультразвуковой биоло-

кации получил также назва-

ние «эхокардиография» и, как

следует из его описания, при-

меняется в кардиологической

клинике. Как и Α-метод, М-

метод благодаря его простоте и доступности достаточно широко использу-

ют в клинической практике, преимущественно на первичном, доклиничес-

ком этапе обследования.

Ультразвуковое сканирование позволяет получать двухмерное изображение

органов (сонография). Этот метод известен также под названием «В-метод> (от

англ. bright — яркость). Сущность метода заключается в перемещении ульт-

развукового пучка по поверхности тела во время исследования. Этим обеспе-

чивается регистрация сигналов одновременно или последовательно от мно-

гих объектов Получаемая серия сигналов служит для формирования изобра-

жения. Оно возникает на дисплее и может быть зафиксировано на бумаге.

Это изображение можно подвергнуть математической обработке, определяя

размеры (площадь периметр, поверхность и объем) исследуемого органа.

При ультразвуковом сканировании яркость каждой светящейся точки

на экране индикатора находится в прямой зависимости от интенсивности

эхосигнала. Сигналы разной силы обусловливают на экране участки потем-

нения различной степени (от белого до черного цвета). На аппаратах с^та-

кими индикаторами плотные камни выглядят ярко-белыми, а образования,

содержащие жидкость,— черными (рис. 11.40).

129

Рис. 11.40. Сонограмма желчного пузыря при

холелитиазе. В полости пузыря определяется

одиночный камень ( + + ), за ним видна акус-

тическая «дорожка».

Большинство ультразвуковых установок позволяет производить скани-

рование пучком волн относительно большого диаметра и с большой часто-

той кадров в секунду, когда время перемещения ультразвукового луча на-

много меньше периода движения внутренних органов. Это обеспечивает

прямое наблюдение на дисплее за движением органов (сокращениями и

расслаблениями сердца, перемещениями органов при дыхании и т.д.). О та-

ких исследованиях говорят, что их проводят в режиме реального времени.

Важнейшим элементом ультразвукового сканера, обеспечивающим ис-

пользование режима реального времени и серой шкалы, является блок про-

межуточной цифровой памяти. В нем ультразвуковое изображение преоб-

разуется в цифровое и накапливается по мере поступления сигналов отдат-

чика. Одновременно осуществляется считывание изображения из памяти

специальным устройством и представление его с необходимой скоростью

на дисплее. У промежуточной памяти есть еще одно назначение: благодаря

ей изображение имеет полутоновый характер, такой же, как на рентгено-

грамме. Однако диапазон градаций серого цвета на рентгенограмме не пре-

вышает 15—20 уровней, тогда как в ультразвуковой установке он достигает

64. Промежуточная цифровая память позволяет остановить изображение

движущегося органа, т.е. сделать стоп-кадр, и внимательно изучить его на

экране дисплея. При необходимости с этого стоп-кадра может быть сделана

твердая копия на бумаге, можно записать движение органов на магнитные

носители — диск или ленту.

Допплерография — одна из самых изящных инструментальных методик.

Она основана на эффекте Допплера, названном так по имени австрийского

ученого — физика и астронома. Этот эффект состоит в изменении длины

волны (или частоты) при движении источника волн относительно прини-

мающего их устройства. Он характерен для любых волн (свет, звук и т.д.).

При приближении источника к приемнику длина волны уменьшается, а

при удалении — увеличивается. На эффекте Допплера основана работа це-

лого класса ультразвуковых диагностических приборов. Более того, в на-

стоящее время допплерографию можно выполнять с помощью приборов

для двухмерной ультразвуковой биолокации.

Существуют два вида допплерографических исследований — непрерывный

(постоянноволновой) и импульсный. При первом генерация ультразвуковых

волн осуществляется непрерывно одним пьезокристаллическим элементом,

а регистрация отраженных волн — другим. В электронном блоке прибора

производится сравнение двух частот ультразвуковых колебаний: направлен-

ных на больного и отраженных от него. По сдвигу частот этих колебаний

судят о скорости движения анатомических структур. Анализ сдвига частот

может производиться акустически или с помощью самописцев.

Непрерывная допплерография — простой и доступный метод исследова-

ния. Он наиболее эффективен при высоких скоростях движения крови, на-

пример в местах сужения сосудов. Однако у этого метода имеется сущест-

венный недостаток: частота отраженного сигнала изменяется не только

вследствие движения крови в исследуемом сосуде, но и из-за любых других

движущихся структур, которые встречаются на пути падающей ультразву-

ковой волны. Таким образом, при непрерывной допплерографии определя-

ется суммарная скорость движения этих объектов.

От указанного недостатка свободна импульсная допплерография. Она по-

зволяет измерить скорость в заданном врачом участке контрольного объе-
130

ма. Размеры этого объема невелики - всего несколько миллиметров в диа-

метре, а его положение может произвольно устанавливать врач в соответст-

вии с конкретной задачей исследования. В некоторых аппаратах скорость

кровотока можно определять одновременно в нескольких (до 10) контроль-

ных объемах. Такая информация отражает полную картину кровотока в ис-

следуемой зоне тела пациента. Укажем, кстати, что изучение скорости кро-

вотока иногда называют ультразвуковой флоуметрией.

Результаты импульсного допплерографического исследования могут быть

представлены врачу тремя способами: в виде количественных показателей

скорости кровотока, в виде кривых и аудиально, т.е. тональными сигналами

на звуковом выходе аппарата. Звуковой выход позволяет на слух дифферен-

цировать однородное, правильное, ламинарное течение крови и вихревой

турбулентный кровоток в патологически измененном сосуде. При записи

на бумаге ламинарный кровоток характеризуется тонкой кривой, тогда как

вихревое течение крови отображается широкой неоднородной кривой.

Большое значение в клинической медицине, особенно в ангиологии,

получила ультразвуковая ангиография, или цветное допплеровское кар-

тирование (рис. 11.41, 11.42). Метод основан на кодировании в цвете

среднего значения допплеровского сдвига излучаемой частоты. При этом

кровь, движущаяся к датчику, окрашивается в красный цвет, а от дат-

чика — в синий. Интенсивность цвета возрастает с увеличением ско-

рости кровотока. Иногда для усиления контрастирования в кровь вво-

дят перфузат с микрочастицами, имитирующими эритроциты.

Дальнейшим развитием допплеровского картирования стал так на-

зываемый энергетический допплер. При этом методе в цвете кодируется

не средняя величина допплеровского сдвига, как при обычном доппле-

ровском картировании, а интеграл амплитуд всех эхосигналов доппле-

ровского спектра. Это дает возможность получать изображение крове-

носного сосуда на значительно большем протяжении, визуализировать

сосуды даже очень небольшого диаметра (ультразвуковая ангиогра-

фия). На ангиограммах, полученных с помощью энергетического доп-

плера, отражается не скорость движения эритроцитов, как при обыч-

ном цветовом картировании, а плотность эритроцитов в заданном объ-

еме. Благодаря своим диагностическим возможностям ультразвуковая

ангиография методом энергетического допплера в ряде случаев может

заменить более инвазивную рентгеновскую ангиографию (рис. 11.43).

Допплеровское картирование используют в клинике для изучения

формы, контуров и просвета кровеносных сосудов. С помощью этого мето-

да легко выявляют сужения и тромбоз сосудов, отдельные атеросклероти-

ческие бляшки в них, нарушения кровотока. Кроме того, введение в кли-

ническую практику энергетического допплера позволило этому методу

выйти за рамки чистой ангиологии и занять достойное место при исследо-

вании различных паренхиматозных органов с диффузными и очаговыми

поражениями, например у больных циррозом печени, диффузным или уз-

ловым зобом, пиелонефритом и нефросклерозом и др., чему способствует

появление класса контрастных веществ для ультразвукового исследования.

Еще один вид допплеровского картирования — тканевый допплер. Он

основан на визуализации нативных тканевых гармоник. Они возникают как

131

Рмс. 11.41. Допплерограмма брюшной аорты (поперечное сканирование). Анев-

ризма аорты.

Рве. 11.42. Цветное картирование нормальной почки в режиме энергетического

допплера-

132

PHC. 11.43. Ультразвуковая ангиограмма (цветная допплерограмма) подчелюстного

лимфатического узла, пораженного метастазом рака. Четко видны сосуды опухоли.

Рис. И.44. Изображение сердца в фазах диастолы (а) и систолы (б) при исследова-
нии в режиме тканевого допплера.

дополнительные частоты при распространении волнового сигнала в мате-

риальной среде, являются составной частью этого сигнала и кратны его ос-

новной (фундаментальной) частоте. Регистрируя только тканевые гармони-

ки (без основного сигнала), удается получить изолированное изображение

сердечной мышцы без изображения содержащейся в полостях сердца

крови. Подобная визуализация сердечной мышцы, выполненная в фикси-

рованные фазы сердечного цикла — систолу и диастолу, позволяет неинва-

зивным путем оценить сократительную функцию миокарда (рис. 11.44).

133

Рис. 11.41. Допплсрограмма брюшной аорты (поперечное сканирование). Анев-

ризма аорты.

Рис. 11.42. Цветное картирование нормальной почки в режиме энергетического

допплера.

132

Рис. 11.43. Ультразвуковая ангиограмма (цветная допплерограмма) подчелюстного

лимфатического узла, пораженного метастазом рака. Четко видны сосуды опухоли.

Рис. 11.44. Изображение сердца в фазах диастолы (а) и систолы (б) при исследова-

нии в режиме тканевого долплера.