Первый рентген-снимок был сделан в 1895 году, и показывал лишь небольшое затемнение на фотопластинке. В наши дни излучение помогает диагностировать заболевания любых тканей организма, а также планировать операции в виртуальном формате. Ученые ПНИПУ объяснили, как работают рентген, КТ и МРТ и в чем их главные отличия, стоит ли бояться контрастной жидкости и радиации, какой вид обследования лучше видит инородные предметы в теле, куда нельзя с металлическими украшениями и что делать тем, кто страдает клаустрофобией.

Когда нужно сделать рентген?

Рентгеновский аппарат генерирует электромагнитное излучение с высокой энергией и короткой длиной волны (примерно от 0,01 до 10 нм). Когда рентгеновские лучи проходят через тело, они поглощаются тканями различной плотности по-разному. Кости, которые имеют высокую плотность, захватывают больше рентгеновских лучей и, соответственно, на изображении выглядят белыми. Мягкие ткани поглощают меньше лучей - они имеют серый оттенок. Воздух (например, в легких) поглощает наименьшее количество лучей и выглядит черным на рентгенограмме. С другой стороны исследуемого объекта находится пленка или детектор, на который проецируется изображение в зависимости от количества прошедших лучей.

- Рентгенография дает двумерное изображение и лучше всего подходит для изучения твердых тканей. На рентген отправляют для выявления переломов, трещин, деформаций костей, проблем с суставами - артрита, остеоартроза, оценки состояния легких, сердца, обнаружения пневмонии, туберкулеза. В стоматологии так диагностируют кариес, изучают состояние корней зубов. Преимущества рентгенографии - быстрое и доступное исследование, а недостатки - ограниченная способность визуализировать мягкие ткани и использование ионизирующего излучения. Из-за этого рентген нельзя делать часто, - объясняет Иван Красняков, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры прикладной физики Пермского Политеха.

В чем преимущества компьютерной томографии?

КТ использует тот же принцип, что и рентгенография, но с дополнительными техническими усовершенствованиями. В аппарате рентгеновская трубка и детекторы вращаются вокруг пациента, делая множество снимков под различными углами. Компьютер обрабатывает полученные фото и создает подробные поперечные срезы тела (томограммы). Их можно объединить для создания трехмерного изображения.

- По сравнению с рентгеном, КТ дает более детальные изображения мягких тканей, сосудов и костей. Это позволяет точнее диагностировать различные заболевания и повреждения. С помощью аппарата можно «просветить» внутренние органы (печень, почки, поджелудочную железу, кишечник, мышцы, жировую ткань, органы малого таза), получить ясное изображение переломов, костных структур, выявить пневмонию, кровоизлияния, опухоли, повреждения, диагностировать аневризм, тромбозы, сосудистые заболевания, - рассказывает биофизик ПНИПУ.

Как можно повысить точность КТ?

Контрастная жидкость для компьютерной томографии - вещество, которое помогает лучше различать ткани и органы со схожей плотностью. Она увеличивает яркость и четкость изображений. Контрастные вещества подсвечивают сосуды, опухоли, воспаления и другие изменения. Помогают врачам диагностировать аневризмы, тромбы, стенозы, патологии внутренних органов.

Вводят контраст внутривенно, орально (если исследуется желудочно-кишечный тракт) или ректально - для визуализации нижних отделов кишечника.

Контрастные вещества, как правило, безопасны для большинства людей, но у некоторых пациентов могут возникать аллергические реакции или побочные эффекты - сыпь, зуд. Бывают и случаи возникновения проблем с почками. А в период беременности введение контрастных веществ может быть связано с потенциальной опасностью для плода, поэтому такие процедуры обычно проводятся только в случае крайней необходимости. Врач перед назначением контрастной КТ учитывает все возможные риски и пользу для пациента, что позволяет минимизировать потенциальные опасности.

Как работает магнитно-резонансная томография?

Наш организм на 90% состоит из воды, в составе которой есть водород. В сильном магнитном поле, которое создает аппарат, ядра атомов водорода облучают радиочастотными волнами. Когда это воздействие прекращается, они испускают сигналы в ответ. Их улавливают детекторы и анализирует компьютер для создания изображений. Интенсивность сигнала зависит от количества водорода в тканях, что позволяет различать их типы на фото. В отличие от рентгена и КТ, МРТ не использует ионизирующее излучение, что делает метод безопасным с точки зрения радиационного воздействия.

- МРТ дает высококонтрастные изображения таких тканей, как мозг (включая спинной), мышцы, связки, суставы и все внутренние органы. Этот метод особенно информативен при неврологических, ортопедических исследованиях и лучше других показывает мягкие ткани. Обследование используют для оценки  состояния хрящей, связок, сухожилий, сердечной мышцы, структур сердца. Позволяет также диагностировать опухоли, инсульты, рассеянный склероз, - отмечает Иван Красняков.

Как вид обследования зависит от патологии

- Если областью исследования являются кости, то это рентген или компьютерная томография, а если область интереса ограничена мягкими тканями - то МРТ. Это деление было актуально 10-20 лет назад и связано с тем, какие структуры (твердые или мягкие) лучше видно на снимках. Сейчас же возможности аппаратов компьютерной и магнитно-резонансной томографии приблизились друг к другу. И не всегда сразу понятно, с помощью какого томографа был получен снимок. Самым главным фактом в отправке пациента на компьютерное или магнитно-резонансное обследование является наличие противопоказаний, - рассказывает Владислав Никитин, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ.

Любой томограф - компьютерный или магнитно-резонансный - позволяет выявить наличие образований (доброкачественных или злокачественных) во всем теле. В костях - саркому, головном мозге - отек (область, пострадавшую после инсульта), в кишечнике - грыжи и завороток, дыхательной системе - туберкулез, в опорно-двигательном аппарате - изменения в суставах (артроз), сердечно-сосудистой системе - наличие бляшек, инфаркт, инсульт.

Что лучше диагностирует рак?

- Современные компьютерные томографы имеют более высокую разрешающую способность по сравнению с аппаратами МРТ, поэтому и выявить с их помощью раковое образование удается чуть раньше. Важно: судить о том, является ли образование злокачественным можно зачастую только путем биопсии - забора части ткани и проведения гистологического исследования. Для более раннего выявления наличия рака важно применение специальных веществ, вводимых при исследовании и накапливающихся в раковых клетках. Области с ними хорошо видны на снимках, - рассказывает ученый-биомеханик ПНИПУ. 

Стоит ли бояться радиации при рентгене и КТ?

Поскольку МРТ работает по иному принципу и с другим излучением, его воздействие на организм человека безобидно. Но при рентгене и КТ задействованы рентгеновские лучи.

- Доза ионизирующего облучения при рентгене зависит от области исследования. Например, грудная клетка поглощает около 0.1 мЗв (миллизивертов). Стоматологический рентген - около 0.005 мЗв, а снимок конечностей - 0.001 мЗв. Максимальная доза облучения, как правило, не превышает 1 мЗв за одну процедуру. При снимке КТ головы доза составляет около 2 мЗв, грудной клетки 7 мЗв, брюшной полости - 10 мЗв. Максимально пациент может получить 20-30 мЗв за время комплексного исследования, но это редкость, - рассказывает ученый-биофизик Пермского Политеха.

Международная комиссия по радиационной защите (ICRP) рекомендует ограничение дозы облучения для населения в 1 мЗв в год от искусственных источников, не связанных с медицинскими обследованиями. Для медицинских процедур дозы могут быть выше из-за пользы для диагностики и лечения. Опасная доза облучения в 100 мЗв в год считается пороговой, при которой возникают значительные риски для здоровья. При дозах свыше 500 мЗв возможно острое лучевое поражение.

Соответственно, чтобы получить опасную дозу облучения, нужно сделать около 1000 рентгеновских снимков грудной клетки. Это безопасно при редких обследованиях, но чрезмерного количества процедур следует избегать. Критическое облучение при компьютерной томографии грудной клетки наступает уже на 14 процедуре. Поэтому использовать этот метод нужно обоснованно.

- При частых процедурах КТ в клетках человека появляются нарушения, повышающие вероятность развития онкологии. Это происходит зачастую в слизистых оболочках, где клетки делятся наиболее часто. Выдерживать время нужно не только из-за факта облучения, но и из-за того, что если между исследованиями прошло незначительное время, то мы не увидим изменений между снимками. А значит - пройдем исследование зря, - добавляет Владислав Никитин.

Кстати, на детей рентгеновское облучение влияет значительнее, чем на взрослых, ввиду роста организма, когда происходит активное деление клеток.

Какие части тела следует облучать реже?

Эксперт-биомеханик ПНИПУ считает, что чем чаще происходит деление клеток в той или иной области, тем реже стоит выполнять ее компьютерную томографию. В момент деления наследственная информация, записанная в хромосомах в виде макромолекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), подвержена воздействию излучения. Особенно уязвима половая система, в которой формируются клетки, имеющие половину набора хромосом.

Но стоит отметить: современные аппараты КТ развиваются интенсивно и на данный момент являются очень безопасными в плане получения дозы излучения.

Внутрь попал инородный предмет. Что поможет его обнаружить?

Рентгенография часто используют для этих целей, поскольку она хорошо визуализирует материалы с высокой плотностью. Можно увидеть металлические предметы (гвозди, иглы, осколки), костные фрагменты, некоторые виды стекла. Но рентген плохо подходит для обнаружения предметов из мягких тканей, пластика или древесины.

КТ как более точный способ «видит»  также стекло, пластиковые предметы, мягкие ткани вокруг инородных предметов. Этот вид томографии испытывает трудности с некоторыми пластмассами и органическими материалами (например, древесиной), но все же лучше справляется с задачей, чем рентген.

МРТ реже используется для поиска инородных предметов, поскольку стоит дороже и имеет другую специфику. С его помощью можно увидеть мягкие ткани в высоком разрешении, некоторые инородные предметы, если они создают искажения в магнитном поле.

- МРТ плохо визуализирует пластик или древесину. Перед процедурой у вас также обязательно спросят о наличии каких-либо металлических имплантатов. И если таковые имеются, то вас не допустят к процедуре. Поскольку МРТ использует сильное магнитное поле, металлические предметы могут с ним взаимодействовать. Возникает риск смещения этих тел, что грозит серьезными травмами и даже летальным исходом. Также под воздействием радиочастотных волн металлы могут нагреваться, что может привести к ожогам кожи и дискомфорту для пациента. И, как при рентгене и КТ, возникают искажения изображения, - отмечает Иван Красняков.

Именно поэтому перед процедурой пациенту рекомендуют снять серьги, кольца, цепочки, пирсинг, а также металлические элементы одежды. Обязательно нужно сообщить врачу о наличии внутренних имплантов, кардиостимуляторов, металлических зубных коронок и других подобных объектов в теле. Они являются противопоказанием к процедуре.

Можно ли с украшениями на КТ и рентген?

При рентгене и КТ металлические детали нужно снять, чтобы избежать появления артефактов на изображении - искажений или ложных теней, которые могут затруднять интерпретацию результатов. Это особенно важно при компьютерной томографии, где артефакты существенно ухудшат качество трехмерной реконструкции. Затенение связано с тем, что металлы хорошо поглощают рентгеновские лучи. Это спрячет детали, которые врач должен увидеть для правильной диагностики. Металлические украшения еще могут отражать и рассеивать рентгеновское излучение. Это портит качество изображения, приходится проводить обследование повторно и вновь получать дозу радиации.

Что делать людям с клаустрофобией?

- Поскольку томограф - аппарат с замкнутым пространством, не всем будет в нем комфортно. При клаустрофобии есть несколько вариантов обследования. Во-первых, можно направить пациента в медицинское учреждение, где есть томограф открытого типа. Он не имеет ограничительной «перегородки» по бокам, как  устройства туннельного типа. Во-вторых, пройти исследование возможно под общим наркозом, что очень часто применяется для детей, особенно раннего возраста, - рассказывает Владислав Никитин.

Как КТ позволяет проводить виртуальные операции

- Компьютерная томография и другие подобные методы активно используются не только для диагностики, но и для создания виртуальных сценариев предстоящих операций. Этот процесс обычно называется виртуальное планирование операции или предоперационное моделирование, - объясняет Иван Красняков.

Пациент проходит КТ-сканирование, которое создает детализированное изображение внутренних структур тела в виде серии двумерных срезов. Специалисты используют программное обеспечение для обработки КТ-изображений и создания трехмерной модели органов и структур, которые будут подвергаться операции. Так получают точное представление об анатомии пациента. На этой 3D-модели хирурги прорабатывают различные сценарии операции, оценивают возможные трудности, планируют доступ к нужным участкам. Виртуальные инструменты помогают врачам определить оптимальные точки входа, маршруты и подходы. Преимущества метода: повышение точности, уменьшении травматичности, оптимизации времени операции и переход к персонализированному лечению.

Эта технология помогает в обучении врачей, особенно в сложных и уникальных случаях, позволяет улучшить навыки и подготовиться к непредвиденным ситуациям. Некоторые системы позволяют интегрировать КТ-данные в операционную систему, давая хирургам возможность сравнивать виртуальную модель с реальной анатомией пациента в режиме реального времени.

В России виртуальное планирование операции уже активно применяется в ведущих медицинских учреждениях. Оно особенно актуально для сложных и высокотехнологичных операций, таких как хирургия позвоночника и суставов, вмешательство в сердце, восстановление после травм, сосудистая, онкологическая хирургия (удаление опухолей).