WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 16 | 17 || 19 | 20 |   ...   | 31 |

4.6. Методы на основе рентгеновского и радиоизотопного излучений В 1895 году немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген открыл новый вид электромагнитного излучения, названный им X-лучами. Это открытие, отмеченное первой Нобелевской премией по физике (1901 г.), сыграло важнейшую роль в развитии современных представлений о строении и свойствах вещества. Вскоре после открытия Х-лучи были переименованы в рентгеновские лучи. Свойства рентгеновского излучения были подробно изучены, а соответствующие методы получили широкое распространение в физике, химии, биологии и медицине. К ним В. Рентген (1845–1923) относятся рентгеноструктурный анализ, рентгеновская микроскопия, рентгенография, рентгеноденситометрия, рентгенотерапия и другие методы.

Аналогичную роль в науке сыграло открытие радиоактивности французским физиком Антуаном Анри Беккерелем в 1896 г.

Последующие этапы развития атомной и ядерной физики включали создание в 1910 г. первого масс-спектрографа (Ф. Астон), появление в 1911 г. ядерной модели строения атома (Э. Резерфорд), развитие представлений о квантовых энергетических уровнях атомов (Н. Бор). В 1919 г. была доказана возможность осуществления ядерных реакций (Резерфорд), в середине 1930-х годов были синтезированы первые искусственные радиоактивные изотопы (И. и Ф. Кюри), а в 1942 г. построен первый ядерный реактор (Э. Ферми). В результате, научные и прикладные исследования с использованием рентгеновских и радиоизотопных методов были поставлены на прочную промышленную основу.

А. Беккерель (1852–1908) Ранее при описании методов разведения индикаторов для изучения баланса жидких сред организма мы уже давали характеристику некоторых искусственно синтезируемых изотопов, используемых для этих целей. В последующих параграфах будут рассмотрены методы изучения состава тела, основанные на регистрации изменения параметров рентгеновского и радиоизотопного излучений при их прохождении через биологические ткани. Сначала мы остановимся на радиоизотопных методах, к которым относятся простая фотонная и двухфотонная абсорбциометрия, а затем рассмотрим методы исследования состава тела с использованием рентгеновского излучения: моноэнергетическую и двухэнергетическую рентгеновскую абсорбциометрию, а также рентгеновскую компьютерную томографию.

4.6.1. Простая фотонная и двухфотонная абсорбциометрия Метод простой фотонной абсорбциометрии (ПФА) был впервые использован в 1963 г. для измерения минеральной плотности костной ткани (МПКТ) в периферических участках скелета (Cameron, Sorenson, 1963). Измерение проводят в участках тела с небольшой толщиной мягких тканей — как правило, на лучевой кости нерабочей руки на границе между дистальной и средней третью или на участке локтевой кости на 3 см проксимальнее шиловидного отростка.

На рис. 4.22 показана одна из первых моделей простого фотонного денситометра с возможностью автоматизированной обработки данных, разработанная в университете Висконсин (США) и установленная в начале 1970-х годов в общеклинической больнице штата Массачусетс (г. Бостон).

На рис. 4.23 приведена схема аналогичного устройства Norland, предложенного Дж. Кэмероном. Узкий пучок фотонов низкой энергии9 направляется от источника излучения (125I) через измеряемый участок тела к детектору.10 Рука пациента на 10–15 мин фиксируется на столе для измерений в тканеэквивалентной среде для комРис. 4.22. Одна из первых пенсации различий состава мягких моделей монофотонного тканей. Костная ткань характеостеоденситометра ризуется количеством минераль(общеклиническая больница ных веществ в граммах на еди- штата Массачусетс, г. Бостон, США, начало 1970-х) ницу длины (г/см) или площади (г/см2). Ввиду специфики выбора участка измерения данные простой фотонной абсорбциометрии характеризуют в основном количественные изменения, происходящие в кортикальной кости (здесь и далее цит. по: (Рожинская, 2000)).

Точность измерений МПКТ при использовании последних моделей монофотонных остеоденситометров составляет 1–2%. Лучевая нагрузка при однократном исследовании не превышает 15 мР. Метод применялся в популяционных исследованиях Рис. 4.23. Принципиальная для мониторинга МПКТ у пациен- схема монофотонного остеоденситометра тов, относящихся к группам риска, Дж. Кэмерона а также для выявления ранних стаНизкая энергия фотонов обеспечивает максимальный контраст между костной и мягкими тканями.

Иногда в качестве источника излучения используется радиоактивный изотоп Am.

дий остеопений с преимущественными кортикальными потерями.

В целом, ПФА — это надёжный, сравнительно доступный и точный метод определения МПКТ в периферических участках скелета.

В области бедра и в участках осевого скелета точное измерение МПКТ методом простой фотонной абсорбциометрии невозможно ввиду трудности определения относительного содержания мягких тканей в соответствующих участках тела.

Преодолеть это ограничение позволил метод двухфотонной абсорбциометрии (ДФА) с использованием радиоактивного изотопа Gd с дискретным энергетическим спектром (44 и 100 кэВ).

Метод ДФА получил развитие в 1970-х годах и вошёл в клиническую практику в 1980 г. Определение интенсивности поглощения фотонов для двух энергий излучения позволяет оценить абсолютное содержание костных и мягких тканей в исследуемом участке тела. Преимущество такого подхода заключается в возможности измерения минеральной плотности костной ткани и минеральной массы костей в любом участке скелета, в том числе позвоночнике и проксимальных отделах бедра. Точность измерений составляет 3–6% для позвоночника и 3–4% для шейки бедра. Как правило, лучевая нагрузка в ходе одного обследования не превышает 5 мР. Неудобство метода ДФА заключается в большей длительности по сравнению с ПФА процедуры измерений, которая составляет 20– 40 мин. Общий недостаток рассмотренных методов состоит в необходимости периодической замены источника радиоактивного излучения.

4.6.2. Моноэнергетическая и двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия Главное отличие метода моноэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (МРА) от простой фотонной абсорбциометрии заключается в использовании рентгеновской трубки вместо радиоактивного источника излучения. Это обеспечивает более высокую точность Рис. 4.24. Рентгеновский измерения МПКТ. Метод МРА обостеоденситометр Hologic ладает всеми достоинствами метоQDR-да ПФА и позволяет количественно определять содержание минеральных веществ в периферических участках скелета. Основной недостаток метода МРА по сравнению с ДФА связан с невозможностью измерения МПКТ в участках осевого скелета.

Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия (ДРА)11 — наиболее распространённый рентгенологический метод изучения состава тела. Рис. 4.25. Рентгеновский остеоденситометр Norland Разработанная в конце 1980-х годов XR-ДРА первоначально применялась в клинической медицине для диагностики остеопении и остеопороза (Kelly et al., 1988; Braillon et al., 1989). В настоящее время, помимо оценки минеральной плотности и минеральной массы костей, ДРА используется для определения жировой и безжировой массы тела. Его можно также применять и в сочетании с другими методами.

По способу регистрации излучения ДРА аналогичен двухфотонной абсорбциометрии (Riggs, Melton, 1992).

Благодаря использованию двух энерРис. 4.26. Рентгеновский гий излучения метод ДРА даёт возостеоденситометр LEXXOS можность исследовать как перифери- (DMS, Франция) ческие, так и осевые участки скелета (поясничный отдел позвоночника, проксимальные отделы бедра).

Встроенное программное обеспечение автоматически корректирует результаты измерений с учётом плотности мягких тканей. Данный метод мало инвазивен (суммарная доза облучения не превышает 0,02–0,03 мЗв), относительно доступен и не требует активного участия пациентов (Mazess et al., 1990; Pietrobelli et al., 1996).

По сравнению с ДФА, результаты измерений методом ДРА более точны, а длительность измерений значительно меньше (табл. 4.4) при сравнительно низкой дозе облучения. Поэтому метод ДРА От англ. dual-energy X-ray absorptiometry (DEXA). Прежнее название — количественная цифровая рентгенография (от англ. quantitative digital rentgenography (QDR). Отсюда происходит аббревиатура, используемая в названии рентгеновских денситометров фирмы Hologic.

рассматривается в качестве “золотого стандарта” остеоденситометрии.

На рис. 4.24–4.26 показано стационарное оборудование метода ДРА с возможностью изучения всего тела. Лидерами в производстве таких устройств являются компании Hologic, Lunar и Norland (США). Например, ежегодный объём продаж компании Lunar составляет около 20 млн. долл., а с момента её появления в 1980 г. было реализовано свыше 12000 рентгеновских и ультразвуковых остеоденситометров. В России более широко распространено оборудование компаний Lunar и Hologic. В настоящее время оборудование для рентгеновской костной денситометрии производится во многих странах мира. Перспективны разработки французской фирмы DMS (рис. 4.26) и шведской компании Demetech (рис. 4.29).

В 2000 году на выставке “Радиология–2000”, проходившей в рамках I Российской научной конференции “Лучевая диагностика и лучевая терапия на пороге третьего тысячелетия”, был представлен первый отечественный рентгеновский денситометр “ДенсиконМТ”, разработанный ЗАО “Медицинские технологии” совместно с ООО “Медрентех”. Прибор не требует применения водной ванны и позволяет проводить исследование минеральной плотности костной ткани (МПКТ) не только в амбулаторных условиях, но и на дому. Устройство весит 29 кг, длительность сканирования составляет 15 с, доза облучения не превышает 15 мкЗв (Чикирдин, 2001).

К сожалению, данная разработка не была запущена в серийное производство.

На рис. 4.27 показан изготовленный в 2003 г. опытный образец отечественного рентгеновского исследовательского денситометра “Денис” (ИЯИ РАН, Москва), предназначенного для оценки минеральной плотности костной ткани вокруг имплантантов, в частности, эндопротезов суставов в предоперационном и послеоперационном периодах с одновременным получением изображения исследуемого участка скелета. Данное устройство можно использовать для диагностики остеопороза. По основным характериРис. 4.27.

стикам оно не уступает западным аналоРентгеновский денситометр “Денис” гам. Время экспозиции составляет 10 с, (ИЯИ РАН, Москва) доза облучения не превосходит 1 мР (для Таблица 4.4. Сравнительная характеристика рентгеновских и радиоизотопных методов определения состава тела человека Метод Точность, v Воспроизвод., v Время сканирования, мин ПФА 2–8 2–5 5–ДФА 3–10 2–6 20–МРА 5 1 10–ДРА 3–6 1–3 3–тазобедренного сустава), а ошибка измерения МПКТ не превышает 3%. Клинические испытания денситометра проведены в Центральном институте травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова (ЦИТО МЗ РФ). Основные комплектующие и программное обеспечение производятся в России, а сборка и наладка прибора осуществляются на отечественном оборудовании, что существенно снижает стоимость изделия по сравнению с зарубежными аналогами и позволяет надеяться на высокую экономическую эффективность его использования.

О возможностях остеоденситометров судят по нескольким характеристикам, основные из которых — точность и воспроизводимость результатов измерений. Под точностью обычно понимается среднеквадратическое отклонение результатов оценки МПКТ in situ от данных химического анализа. Точность результатов денситометрии считается низкой, если относительная величина среднеквадратического отклонения не превышает 5%. Относительная величина разброса результатов повторных измерений обычно не превышает 1—2%. Воспроизводимость характеризует разброс результатов повторных измерений, выполненных в течение короткого промежутка времени. Сравнительные характеристики точности и воспроизводимости метода, а также длительности измерений приведены в табл. 4.4.

Физические основы метода. Особенности взаимодействия рентгеновского излучения с костной, жировой и другими тканями организма обусловлены различиями их физико-химических свойств (Pietrobelli et al., 1996). Если с одной стороны изучаемого объекта поместить источник рентгеновского излучения, то интенсивность выходящего потока определяется толщиной, плотностью и химическим составом объекта. Функция интенсивности зависит от энергии излучения. В случае низких энергий она определяется фотоэлектрическим эффектом и эффектом Комптона и имеет вид I = I0 exp (-µT ), (4.6) где I0 — начальная интенсивность, T — толщина объекта, а µ — линейный коэффициент ослабления. Если толщина объекта известна, то указанное соотношение приводится к виду M = (1/µm) ln(I0/I), (4.7) где M — масса объекта, а µm — массовый коэффициент ослабления, определяемый по формуле µm = µ/, где — плотность объекта. Если объект состоит из двух или более химических элементов, то коэффициент µm задаётся в виде линейной свёртки массовых коэффициентов ослабления для отдельных элементов µmi:

µm = ciµmi, (4.8) i где ci — массовые концентрации (доля i-го элемента в общей массе вещества), а сумма берётся по всем элементам, из которых состоит данное вещество.

Надёжность метода. В работе (Madsen et al., 1997) изучалась воспроизводимость результатов измерений общего и периферического состава тела у 38 лиц женского пола в возрасте от 21 до 81 года на основе метода ДРА с использованием устройства Norland XR-26. КоэфРис. 4.28.

фициенты вариации результатов оценки Рентгеновский минерального состава костей, МПКТ, а остеоденситометр Apollo также безжировой и жировой массы те(Norland, США) ла оказались в пределах 2%, а в случае измерений, выполненных в периферических участках скелета — в пределах 5%. Эти данные соответствовали полученным ранее с использованием денситометра Lunar (Mazess et al., 1990). Отсюда был сделан вывод о возможности использования устройства для групповых исследований, а также о необходимости осторожной интерпретации результатов оценки регионального состава тела на индивидуальном уровне.

Точность метода. Для оценки точности метода ДРА в зависимости от пола, этнической принадлежности и уровня физического развития сопоставлялись результаты обследования 172 здоровых молодых людей в возрасте около 20 лет (Prior et al., 1997) с четырёхкомпонентной моделью состава тела (формула (1.18) на стр. 30). Результаты оценки %ЖМТ высоко коррелировали между собой (r = 0,94); стандартная ошибка составила 2,8%ЖМТ, статистически значимые различия отсутствовали. По сравнению с четырёхкомпонентной моделью состава тела, оценка %ЖМТ методом ДРА оказалась точнее, чем в случае ГД. При этом величина стандартного отклонения слабо зависела от ИМТ (r = -0,34) и процентного содержания воды в БМТ (r = -0,51), и не зависела от этнической принадлежности и уровня физического развития.

Pages:     | 1 |   ...   | 16 | 17 || 19 | 20 |   ...   | 31 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.