Ультразвуковой аппарат диагностики остеопороза

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

Ультразвуковой аппарат диагностики остеопороза

Введение

Целью работы является выбор и обоснование метода для безболезненной неинвазивной диагностики остеопороза.

Остеопороз - системное заболевание скелета, которое характеризуется снижением массы кости в единице объема, нарушением архитектоники костной ткани и повышенной хрупкостью костей.

Это распространенная болезнь, часто называемая "молчаливой эпидемией ХХ века", так как в большинстве случаев человек даже не знает, что у него остеопороз до тех пор, пока потери кальция не приведут к переломам. Для Украины проблема остеопороза весьма актуальна в связи с влиянием неблагоприятных факторов чернобыльской катастрофы.

По данным Всемирной Организации Здравоохранения остеопороз как причина инвалидности и смертности больных занимает четвертое место после таких заболеваний как сердечно-сосудистые, онкологическая патология и сахарный диабет.

Остеопороз относится к числу мультифакторных заболеваний, практически любой человек подвержен риску заболевания остеопорозом, и предотвратить это очень сложно.

На сегодняшний день для диагностики остеопороза чаще всего применяют томографические и рентгенологические методы. Все они обладают рядом известных недостатков, главные из них: необъективность (визуально снижение костной плотности можно определить при её снижении не менее чем на 25 - 30 %), высокая стоимость; иногда имеется дополнительная лучевая нагрузка на организм.

В настоящее время появилось много информации о возможности применения ультразвуковых методов диагностики заболеваний костей. Их отличительная особенность: безболезненное неинвазивное исследование, большая объективность, возможность выявить остеопороз на ранних стадиях его развития даже при 2 - 5%-ой потере массы кости.

1. Статистические данные заболеваемости остеопорозом

По данным Всемирной Организации Здравоохранения остеопороз как причина инвалидности и смертности больных занимает четвертое место после таких заболеваний как сердечно-сосудистые, онкологическая патология и сахарный диабет.

Каждая третья женщина и каждый шестой мужчина мира болен остеопорозом. Наиболее распространенные из остеопоротических переломов -- переломы шейки бедра. 20-30% пациентов с таким переломом умерли в течение одного года; 30-40% стали постоянно нуждаться в помощи других лиц. От последствий перелома шейки бедра умирает больше женщин, чем от рака яичников, шейки матки и матки, вместе взятых.

В настоящее время в мире проживает около 75 млн. челок с диагнозом остеопороз. Число потенциальных больных может достигать 150 млн. человек.

По результатам исследований В.В. Поворознюка (д. м. н., профессор Института геронтологии АМН Украины, Украинский научно-медицинский центр проблем остеопороза, Киев) структурно-функционального состояния костной ткани у женщин возрастом 20-89 лет остеопороз был обнаружен: у 13 % женщин (возрастная группа 50-59 лет), у 25 % (возрастная группа 60-69 лет), у 50 % (возрастная группа 70-79 лет) и у 53 % (возрастная группа 80-89 лет). Общее прогнозируемое количество женщин Украины, больных остеопорозом, составляет 3005 тыс., или 11,8 % всего женского населения страны.

Эти данные свидетельствуют о том, что остеопороз в нашей стране приобретает характер непредвиденной по своим масштабам эпидемии, предупредить которую можно при условии создания общегосударственной программы диагностики, профилактики и лечения данной болезни и её осложнений.

2. Опорно-двигательный аппарат человека

Одним из основных отличий животного (в том числе, и человеческого) организма от растительного является его способность активно перемещаться в пространстве.

Опорно-двигательный аппарат - это анатомическая и физиологическая система, обеспечивающая перемещение в пространстве всего организма или его частей друг по отношению к другу.

Как следует из ее названия, в этой системе выделяют опорную (пассивную, скелетную) и двигательную (активную, скелетно-мышечную) части. Они связаны между собой как функционально, так и по своему эмбриологическому происхождению (развиваются из мезодермального зародышевого листка). В итоге опорно-двигательный аппарат состоит из трех систем органов: 1) костей, 2) их соединений, 3) скелетных мышц с их вспомогательными приспособлениями.

Всего на органы движения приходится около 72,5 процента всей массы тела взрослого человека, причем на долю мускулатуры -- около 80 процентов, а на скелет -- 14--20 процентов. Именно этим объясняется, в частности, тот факт, что опорно-двигательная система определяет собой внешние формы и контуры тела; определяет деление его на туловище, голову и конечности.

2.1 Общая остеология

Скелет представляет комплекс плотных образований, развивающихся из мезенхимы, имеющих механическое значение (рис. 1). Он состоит из отдельных костей, соединенных между собой при помощи соединительной, хрящевой или костной ткани, вместе с которыми и составляет пассивный аппарат движения.



Рис. 1. Скелет человека, вид спереди. 1 - череп; 2, 7 - позвоночный столб; 3 - ключица; 4 - грудная клетка; 5 - грудина; 6 - плечевая кость; 8 -лучевая кость; 9 - локтевая кость; 10 - запястье; 11 - пясть; 12 - фаланги пальцев руки; 13 - фаланги пальцев ноги; 14 - плюсна; 15- предплюсна; 16 - большеберцовая кость; 17 - малоберцовая кость; l8 - надколенник; 19 - бедренная кость; 20 -лобковая кость; 21 - подвздошная кость.

Костная система выполняет ряд функций, имеющих или преимущественно механическое, или преимущественно биологическое значение.

2.2 Кость как орган

Кость, как орган живого организма состоит из нескольких тканей, главнейшей из которых является костная.

Костное вещество состоит из двоякого рода химических веществ: органических, в основном оссеина, и неорганических, главным образом солей кальция, особенно фосфорнокислой извести (более 50%). Эластичность кости зависит от оссеина, а твердость ее - от минеральных солей. Сочетание неорганических и органических веществ в живой кости и придает ей необычайную крепость и упругость.

Структурной единицей кости, видимой в лупу или при малом увеличении микроскопа, является остеон, или гаверсова система, т. е. система костных пластинок, концентрически расположенных вокруг канала (гаверсова канала), содержащего сосуды и нервы (рис. 2): 1 - губчатое вещество, 2 - канал остеона, 3 - перекладина губчатого вещества (трабекула), 4 - вставочные костные пластинки, 5 - ячейки губчатого вещества, 6 - компактное вещество, 7 - прободающие питательные каналы, 8 - надкостница, 9 - общие наружные костные пластинки, 10 - остеоны, 11 - костные пластинки остеона.

Рис. 2. Строение кости.

Остеоны не прилегают друг к другу вплотную, а промежутки между ними заполнены промежуточными или вставочными (интерстициальными) костными пластинками.

2.3 Классификация костей

В скелете различают следующие части: кости туловища (позвонки, ребра, грудина), кости черепа (мозгового и лицевого), кости поясов конечностей - плечевого (лопатка, ключица) и тазового (подвздошная, лобковая, седалищная) и кости свободных конечностей - верхней (плечо, кости предплечья и кисти) и нижней (бедро, кости голени и стопы).

Число отдельных костей, входящих в состав скелета взрослого человека, больше 200, из них 36 -- 40 расположены по средней линии тела и непарны, остальные -- парные кости.

По внешней форме различают кости длинные, короткие, широкие и смешанные.

Правильнее, однако, различать кости на основании 3 принципов, на которых должна быть построена всякая анатомическая классификация, -- формы (строения), функции и развития.

С этой точки зрения можно наметить следующую классификацию костей (рис. 3):

I. Трубчатые кости. Они построены из губчатого и компактного вещества, образующего трубку с костномозговой полостью; выполняют все 3 функции скелета (опору, защиту и движение). Из них длинные трубчатые кости (плечо и кости предплечья, бедро и кости голени) являются стойками и длинными рычагами движения и, кроме диафиза, имеют очаги окостенения в обоих эпифизах; короткие трубчатые кости (пясть, плюсна, фаланги) представляют короткие рычаги движения, очаг окостенения имеется только в одном (истинном) эпифизе.

II. Губчатые кости. Построены преимущественно из губчатого вещества, покрытого тонким слоем компактного. Среди них различают длинные губчатые кости (ребра и грудина) и короткие (позвонки, запястье, предплюсна). К губчатым костям относятся сесамовидные кости, т. е. похожие на сесамовые зерна растения кунжут, откуда и происходит их название (коленная чашка, гороховидная кость, сесамовидные кости пальцев руки и ноги); функция их - вспомогательные приспособления для работы мышц. Сесамовидные кости располагаются около суставов, участвуя в их образовании и способствуя их движениям, но с костями скелета непосредственно не связаны.

III. Плоские кости:

а) плоские кости черепа (лобная и теменные). Функция - преимущественно защита (покровные кости).

б) плоские кости поясов (лопатка, тазовые кости), функция - опора и защита; строение - преимущественно из губчатого вещества.

IV. Смешанные кости (кости основания черепа) -- сюда относятся кости, сливающиеся из нескольких частей, имеющих разную функцию, строение и развитие.

Рис. 3. Строение костей разной формы. А - бедренная кость; Б - пяточная кость; В - позвонок: 1 - губчатое вещество, 2 - компактное вещество, 3 - костно-мозговая полость.

3. Остеопороз

Значимость вопроса остеопороза для здравоохранения во многом определяется широким распространением этого заболевания в большинстве стран мира и четким прогнозированием увеличения заболеваемости на ближайшее будущее в связи с ростом продолжительности жизни населения и числа пожилых людей. Острота проблем усиливается тем, что заболевание имеет тяжелые осложнения. Сочетание этих факторов ставит остеопороз на одно из первых мест среди наиболее частых причин заболеваемости и смертности населения. По данным Всемирной Организации Здравоохранения остеопороз как причина инвалидности и смертности больных занимает четвертое место после таких заболеваний как сердечно-сосудистые, онкологическая патология и сахарный диабет.

В номенклатуре ВОЗ остеопороз определяется как системное заболевание скелета, которое характеризуется снижением массы кости в единице объема, нарушением архитектоники костной ткани и повышенной хрупкостью костей, что ведет к высокому риску переломов.

Костная ткань представляет собой постоянно обновляющуюся живую систему. Нарастание пика костной массы происходит в подростковом возрасте, а вплоть до 40-45 лет у женщин и 60-65 лет у мужчин отмечается баланс процессов костеобразования и костеразрушения. В более старшем возрасте в силу разных причин происходит нарушение этого равновесия, и к 80 годам наблюдается естественная убыль костной массы.

При развитии остеопороза происходит снижение костной массы и качества кости, нарушается баланс процессов образования и резорбции кости, истончается трабекула, нарушается минерализация органического матрикса, образуются микротрещины, а затем происходят переломы костей. Все процессы костного ремоделирования находятся под жестким контролем различных гормонов. Очень важная роль принадлежит уровню кальция в крови, который регулируется гормонами, вырабатываемыми щитовидной и пращитовидными железами. В этом процессе участвует и витамин Д, который регулирует всасывание кальция в кишечнике и выведение его почками.

Остеопороз относится к числу мультифакторных заболеваний, и для диагностики очень важно иметь представление об этих факторах. Среди факторов риска развития остеопороза выделяют:

I. Генетические (этническая принадлежность (белая и азиатская расы), семейная агрегация, пожилой возраст, женский пол, низкая масса тела, низкий пик костной массы, отсутствие генерализованного остеоартроза).

II. Гормональные (женский пол, ранняя менопауза, позднее начало менструаций, длительные периоды аменореи до наступления менопаузы, бесплодие, заболевания эндокринной системы).

III. Стиль жизни/особенности питания (курение, злоупотребление алкоголем, кофеином, сидячий образ жизни, избыточная физическая нагрузка, непереносимость молочных продуктов, низкое потребление кальция, избыточное потребление мяса, дефицит витамина D).

IV. Сопутствующие заболевания.

V. Длительное употребление лекарств (глюкокортикоиды, тиреоидные гормоны, антикоагулянты (гепарин), антиконвульсанты, препараты лития, химиотерапия, метатрексат, циклоспорин А, препараты тетрациклина, диуретики (фурасемид), препараты фенотиазина, антациды, содержащие алюминий, агонисты гонадотропного и гонадотропин-рилизинг гормона).

По классификации, принятой в 1997 году остеопороз разделяют на:

А. Первичный остеопороз (постменопаузальный остеопороз (1 типа), сенильный остеопороз (2 типа), ювенильный остеопороз, идиопатический остеопороз).

Б. Вторичный остеопороз (заболевания эндокринной системы, ревматические заболевания, заболевания органов пищеварения, заболевания почек, заболевания крови, генетические нарушения, медикаменты).

По морфологическим критериям выделяют: трабекулярный, кортикальный и смешанный остеопороз.

По метаболической активности: остеопороз с высоким костным обменом, с низким уровнем метаболизма костной ткани и с нормальными показателями костного метаболизма.

Среди всех форм остеопороза преобладающей является первичный (пост-менопаузальный и сенильный), составляющий 85% всех случаев. Среди вторичного остеопороза наиболее распространен стероидный и остеопороз при эндокринных и ревматологических заболеваниях.

Широкое распространение и большое количество переломов, сопровождающих остеопороз, позволяют отнести это заболевание в разряд очень актуальных медицинских проблем, имеющих также и социальное значение. Довольно часто остеопороз сопровождается переломами тел позвонков, что сопровождается сильным болевым синдромом и потерей трудоспособности. Переломы шейки бедра (ПШБ) требуют длительной госпитализации и во многих случаях хирургического лечения.

При синдроме Иценко-Кушинга остеопороз развивается в 95% случаев. Патология костной системы здесь проявляется болями, явными рентгенологическими изменениями, спонтанными переломами, а в детском возрасте - отставанием в росте.

Основными задачами лечения остеопороза являются нормализация процессов костного метаболизма, улучшение качества кости, и предотвращение переломов. Лечение заболевания должно быть длительным с применением различных патогенетических средств, которыми являются эстрогены, селективные модуляторы эстрогенных рецепторов, кальцитонины и бисфосфанаты. остеопороз ультразвук радионуклидный диагностика

В настоящее время ВОЗ признает остеопороз глобальной медицинской и социальной проблемой и признает необходимость создания эффективной стратегии диагностики, лечения и профилактики заболевания.

4. Методы исследования костей и суставов

Основными методами исследования костей и суставов являются:

· Анализы мочи,- помогают врачам диагностировать некоторые заболевания, связанные с нарушением функций обмена веществ.

· Гонеометрия, - тест, помогающий определить функциональные способности сустава (измерение кинематических характеристик движений в суставах).

· Артрография, - при этом исследовании вводится контраст в полость сустава и проводится рентгенологическое исследование.

· Пункция сустава и анализ пункционной жидкости (чаще всего синовиальной), - исследование помогает поставить диагноз при инфекционных поражениях сустава (например, хломидии).

· МРТ, - метод помогает визуализировать морфологическую структуру сустава.

· КТ (компьютерная томография), - метод более предпочтительный для визуализации костной ткани.

· Радионуклидные методы исследования, - эти методики используются для выявления очагов поражения (избирательное накопление радиоактивного вещества в пораженных тканях).

· Рентгенологическое исследование костей и суставов, - проводится для распознавания основных заболеваний костей и суставов - переломов, опухолей, воспалительных и дистрофических поражений суставов.

· Денситометрию периферических отделов скелета, - с помощью этого метода можно уловить потери минеральной плотности костей

· Ультразвуковое исследование, - безболезненное неинвазивное исследование, помогающее визуализировать морфологическую структуру связок, суставов, суставных сумок.



Рис. 4. Основные места повреждения суставов

Остановимся на каждом из методов подробнее.

4.1 Исследование синовиальной жидкости

Исследование синовиальной жидкости проводится для распознавания заболеваний суставов различной природы. В каждом суставе его костные и хрящевые образования покрыты оболочкой из соединительной ткани, которая называется синовиальной. Клетки этой оболочки выделяют в полость сустава небольшое количество жидкости - синовиальной, которая как бы «смазывает» суставные поверхности, благодаря чему они не травмируются при движениях. При заболеваниях суставов в составе жидкости происходят изменения, которые могут свидетельствовать о тех или иных болезнях суставов.

Синовиальная жидкость получается путем (прокола) пункции сустава. Она оценивается по ряду свойств: цвет, вязкость, прозрачность, характер сгустка и клеточный состав.

В норме жидкость прозрачная, с высокой вязкостью, белка 10-15г/л, 10-15 лейкоцитов в поле зрения.

При артритах жидкость становится мутной, в ней определяется повышенное количество лейкоцитов, что указывает на воспалительный процесс, и появляются клетки рагоциты, которых никогда не бывает в нормальной синовиальной жидкости, количество белка увеличивается. При некоторых заболеваниях могут быть выявлены кристаллы мочевой кислоты.

Основной подготовки метод не требует. Недостатками является болезненность метода, малая информативность (дает информацию только о воспалительных процессах), иногда пункция сустава осложняется его инфекционным воспалением.

4.2 Артрография

Артрография - рентгенографическое исследование сустава. Выполняется бесконтрастным методом или с использованием рентгеноконтрастных средств, которые вводят в полость сустава.

При бесконтрастной рентгенографии сустав снимают в двух взаимоперпендикулярных проекциях, что позволяет судить о форме, размерах и патологических изменениях в суставных концах костей, о ширине суставной щели и некоторых изменениях в мягких тканях сустава (обызвествления). При необходимости делают снимки в дополнительных проекциях и томограммы. Противопоказаний к исследованию нет.

Рис.5. Пневмоартрография коленного сустава в прямой проекции.

На рис. 5 показан пример пневмоартрографии коленного сустава в прямой проекции : 1 -- вертикальный отрыв внутреннего мениска в паракапсулярной области. Над медиальным мыщелковым бугорком межмыщелкового возвышения большеберцовой кости выявляется внутрисуставное тело; 2 -- сустав в норме.

Искусственное контрастирование сустава осуществляется ведением путем пункции в его полость газа (кислорода, закиси азота) -- пневмоартрография, либо йодистых водорастворимых рентгеноконтрастных средств. Исследование проводят в условиях асептики. Метод контрастной артрографии используют для исследования хрящевых и мягкотканных структур коленного сустава (менисков, связок, суставной сумки) с целью выявления травматических и посттравматических изменений.

Недостатками являются многочисленные противопоказания (острый артрит, повышенная чувствительность организма больного к йоду и д.р.), малая информативность метода относительно болезней самой кости.

4.3 Трепанобиопсия

Производится взятие материала для последующего исследования из подвздошной кости таза. Определяется структура костной ткани на микроскопическом уровне. Данный метод может иметь ценность лишь при проведении дифференциальной диагностики с другими патологиями. Для остеопороза характерно снижение объемного удельного веса губчатого вещества, костных перегородок становится меньше, они истончаются, становится тоньше и корковый слой кости.

4.4 Лабораторные методы исследования

Исследование обмена в организме кальция производится при помощи определения в крови количества общего и заряженного кальция, его выделения с мочой в течение суток. При остеопорозе кальций содержится в крови в нормальном количестве, а в климактерическом периоде оно может даже повышаться. Очень характерно повышенное выделение ионов кальция вместе с мочой. В норме оно составляет 50-120мг.

Также в диагностике заболевания весьма полезным оказывается определение так называемых маркеров (буквально - меток, дополнительных веществ) остеопороза, к которым относят:

1)повышение выделения с мочой оксипролина;

2)повышенное содержание в крови различных веществ и ферментов, например щелочной фосфатазы;

3)пониженное содержание в крови гормона остеокальцина, который является показателем интенсивности образования новой костной ткани. Данное исследование совершается методом радиоиммунной диагностики;

4)повышение выделения с мочой в течение суток пиридинолина и диоксипиридинолина. Содержание данных веществ, напротив, говорит об интенсивности процессов разрушения отжившей костной ткани;

5)пониженное содержание в кровеносном русле карбоксиамино-терминальных пептидов коллагена I типа, которые свидетельствуют о функции костеобразования.

4.5 Магниторезонансная томография (МРТ)

Томография - методика рентгенологического исследования, с помощью которого можно производить снимок слоя, лежащего на определённой глубине исследуемого объекта. При обычной рентгенографии на снимках получается суммарное изображение, при изучении которого не всегда удаётся определить истинную форму и величину исследуемого образования и глубину его расположения. Получение послойного снимка основано на перемещении двух из трёх компонентов (рентгеновская трубка, рентгеновская плёнка, объект исследования). Преимущественное распространение получила методика, при которой исследуемый объект неподвижен, а рентгеновская трубка и кассета с плёнкой согласованно перемещаются в противоположных направлениях.

Магнитно-резонансная томография суставов основана на применении радиоволн и магнитного поля, формирующих посредством специального аппарата графическое изображение суставов для дальнейшей их диагностики и выявления отклонений.

Посредством МРТ врач получает точное графическое представление мягких тканей, окружающих кости.

МРТ голеностопного сустава применяется при переломах, разрывах сухожилий, травмах костей, которые не всегда можно четко увидеть на рентгеновском обследовании.

МРТ коленного сустава делается преимущественно при повреждениях суставного хряща, менисков, связок.

МРТ плечевого сустава рекомендуется проводить при вывихах, разрывах манжетов мышц и суставной капсулы, защемлении нервов и сухожилий.

МРТ тазобедренного сустава проводят при остеомиелите, артрите.

При помощи МРТ позвоночника диагностируются аномалии развития позвоночного столба спинного мозга и его оболочек, дегенеративные изменения (остеохондроз, деформирующий спондилёз, спондилоартроз, грыжи межпозвоночных дисков и т.д), воспалительные изменения позвоночного столба и структур спинномозгового канала (спондилит, спондилодисцит, эпидуральный абсцесс, миелит) и онкологические заболевания.

4.6 Рентгеновская компьютерная томография

Компьютерная томография (КТ)- это рентгеновский метод обследования, основанный на измерении поглощения рентгеновских лучей различными по плотности анатомическими структурами организма. При компьютерной томографии через исследуемый объект пропускают узкий пучок рентгеновских лучей, который просвечивает объект и на выходе улавливается высокочувствительной приемной аппаратурой. Показатели обрабатываются и преобразуются с помощью ЭВМ, что дает возможность получить изображение исследуемого объекта на дисплее. Исследуемый объект помещают между излучателем и приемным устройством, и вся система делает оборот вокруг оси тела больного, регистрируя поглощение рентгеновских лучей на всех стадиях вращения. В результате достаточно четко просматриваются тела позвонков, мягкие ткани, межпозвонковые диски, связки, сосуды. На компьютерных томограммах отчетливо видны разрывы контуров диска, сдавление нервных корешков, деформация твердой оболочки спинного мозга.

Благодаря возможности получения при компьютерной томографии тонких срезов суставов, неплохой контрастности мягких и костных структур этот метод диагностики дает четкие изображения хорошего качества даже мелких суставов. Получаемые изображения мягких тканей не отличаются такой же высокой четкостью.

В настоящее время получила распространение мультислайсовая спиральная компьютерная томография, позволяющая за очень короткое время получать информацию об интересующих врача структурах. Этот метод диагностики позволяет осуществлять на мониторе компьютера 3D - реконструкцию исследуемого сустава, что повышает качество диагностики.

4.7 Радионуклидная диагностика

Радионуклидные методы исследования - это методы визуализации функционального и, отчасти, анатомического состояния органов и тканей, при помощи излучения, полученного от введенного внутрь радиофармацевтического препарата. Отличие этой группы методов от остальных методов лучевой диагностики состоит в том, что для визуализации используется не проходящее через тело (трансмиссионное) пациента (рентгеновские методы) и не отраженное от тканей (ультразвуковые методы), а исходящее изнутри (эмиссионное) излучение.

Радиофармацевтические препараты - это химические вещества, содержащие в составе своей молекулы радиоактивные изотопы, т.н. «меченые» изотопом вещества. В зависимости от цели исследования применяют либо метаболические радиофармацевтические - для изучения метаболизма, либо радиофармацевтические препараты перфузионного типа распределения. Также, в лабораторной практике используют меченные антитела для проведения радиоиммунных анализов. Используют, как правило, препараты для внутривенного введения.

Используются изотопы, испускающие при распаде г-кванты, т.к. это излучение обладает наибольшей проникающей способностью. Для позитронной эмиссионной томографии используются изотопы с б- и в-распадом, т.к. регистрируется аннигиляционное г-излучение, т.е. получающееся в результате столкновения б- и в-частиц.

В основе всех радионуклидных методов исследования лежит явление радиоактивности. Радиоактивность - это способность ядер атомов радиоактивных изотопов распадаться с излучением освободившейся при распаде энергии в виде б-, в- или г- частиц. б-излучение - это поток ядер Гелия, т.е. частиц, имеющих положительный заряд. Характеризуется наименьшей проникающей способностью. в-излучение - это поток электронов, отрицательно заряженных частиц. г-излучение - это волновое излучение, не имеющее никакого заряда. Характеризуется наибольшей энергией, проникающей способностью и следовательно, максимальным повреждающим действием на живое. В радионуклидной диагностике используется большей частью, г-излучение. Для регистрации излучения используют газоразрядные (счётчик Гейгера) или сцинтиляционные (сцинтиляционная пластина; гамма-камера) датчики с последующей компьютерной обработкой информации.

Основу радионуклидной диагностики в клинике составляет способность радиофармацевтического препарата накапливаться в разных тканях в разной степени. Более того, степень накопления РФП зависит еще и от функционального состояния ткани, перфузии ткани, антигенных свойств. Также, некоторые радиофармацевтические препараты способны накапливаться в фагоцитирующих клетках (клетках ретикулоэндотелиальной системы, макрофагах и т.п.).

Опасности и осложнения. Во время исследования больной получает определенную дозу радиации, как и при рентенографии, компьютерной томографии. Применяемые в исследованиях радиоактивные изотопы быстро выводятся из организма и не оказывают таким образом повреждающего действия.

4.8 Денситометрия

Денситометрия - раздел фотографической сенситометрии, посвящённый измерению поглощения и рассеяния света проявленными фотографическими слоями. Методы денситометрии позволяют по оптической плотности почернения светочувствительного слоя количественно оценить конечный фотографический эффект. Вследствие неоднородного характера почернений поглощение света в них сопровождается его сильным рассеянием. Поэтому величина оптической плотности зависит от геометрического строения (апертуры) световых пучков, освещающих почернение и воспринимаемых приёмником после прохождения через почернение. Различают: регулярную и интегральную плотности, измеряемые при освещении почернения параллельным пучком и при восприятии приёмником в первом случае лишь той доли прошедшего пучка, которая не изменила своего направления, а во втором случае -- всего прошедшего пучка; кроме того, различают диффузную плотность, измеряемую при освещении почернения идеально диффузным пучком, и эффективную плотность, измеряемую в промежуточных условиях, с которыми сталкиваются на практике.

Денситометры различают: по принципу измерений (прямой отсчёт и принцип сравнения), по характеру светоприёмника (глаз, фотоэлемент или фотоумножитель), по характеру выдаваемых данных (нерегистрирующие и автоматизированные регистрирующие приборы) и по величине измеряемого поля.

Денситометрия - диагностический тест на остеопороз. Для того, что бы проанализировать плотность кости при денситометрии используется рентгеновский луч. Результаты помещаются в график. Т-показатель - показывает плотность кости по сравнению с плотностью здорового человека. Нормой является показатель между 0 и 1. Кости с показателем 1-2,5 относятся к остеопеническим (снижена минеральная плотность кости). Показатель отличный от нормы более чем на 2,5 указывает на остеопороз. Врач так же сравнивает ваши показатели с нормами у людей вашего пола и возраста - Z-показатель.

Костную денситометрию используют для определения здоровья костей и исключения риска переломов костей.

В настоящее время костная денситометрия (денситометрия костей) - это стандартный метод измерения плотности костной ткани (ПКТ).

Денситометрия - это быстрое безболезненное обследование для измерения потери плотности костной ткани.

Нижний отдел позвоночника и тазобедренный сустав - это участки, где чаще всего производится денситометрия. Иногда применяются мобильные устройства, измеряющие плотность костной ткани запястья, пальцев или пятки.



Рис. 6. Проведение костной денситометрии

Монофотонные и моноэнергетические костные денситометры позволяют измерять костную плотность в периферических отделах скелета (в стандартных условиях это средняя и дистальная треть лучевой кости). Эти приборы достаточно портативны, точны в измерениях и удобны для скриннинговых обследований и контроля за лечением, однако они не могут измерить плотность кости в поясничных позвонках и проксимальных отделах бедренной кости, предотвращение переломов в которых является главной задачей при лечении остеопороза.

Помимо измерения плотности костной ткани в любом участке скелета (стандартными программами являются поясничные позвонки, проксимальные отделы бедренной кости - шейка, трохантер, треугольник Варда, а также дистальная и средняя треть лучевой кости), многие из них имеют программу "все тело", которая позволяет определить содержание минералов во всем скелете, а также отдельно жировой ткани и мышечной массы. В настоящее время отдают предпочтение рентгеновским денситометрам перед изотопными, так как они не требуют замены дорогостоящего источника изотопов, обладают большей разрешающей способностью, меньше времени затрачивается на одно исследование, меньше лучевая нагрузка.

4.9 Рентгенологическая диагностика

До сравнительно недавнего времени остеопороз распознавался почти исключительно с помощью рентгенографии - путем визуальной оценки рентгенопрозрачности и структуры костей на рентгенограммах. Чувствительность такого метода невысока и зависит от массы тела, от качества рентгеновского снимка, на котором сказываются многочисленные условия его выполнения, а кроме того (и в значительной степени) от опыта врача, т.е. визуальное выявление и оценка степени тяжести остеопороэа являются в определенной степени субъективными.

Задачами классического рентгенологического исследования (стандартной рентгенографии) или его усовершенствований (рентгенографии с повышенным разрешением) являются, во-первых, обнаружение как самого остеопороза, так и его осложнений и, во-вторых, дифференциальная диагностика остеопороза с различными патологическими состояниями, способными приводить к уменьшению содержания в костной ткани минеральных веществ. Стандартная рентгенография позволяет довольно надежно распознавать остеопороз и оценивать его выраженность в диафизах трубчатых костей на основе такого объективного симптома, как истончение кортикального слоя, что приводит к изменению костного индекса (индекса Нордина-Барнета) - соотношения между диаметром кости и толщиной кортикальной ее части. При своей простоте и легкости этот метод работает четко лишь при выраженных степенях остеопороза; из-за низкой чувствительности он мало пригоден для диагностики ранних стадий остеопороза и из-за незначительных и медленных колебаний (инертности) показателей - для наблюдения за динамикой процесса в короткие сроки. Затруднительно, а порой невозможно сравнивать индекс Нордина-Барнета у разных людей вследствие индивидуальных различий размеров костей. Еще сложнее на стандартных рентгенограммах обнаружить остеопороз и оценить его тяжесть в губчатом костном веществе. Здесь остеопороз проявляется изменением трабекулярного рисунка, истончением замыкательных пластинок суставных впадин, а в телах позвонков также повышенной контрастностью замыкательных пластинок. Между тем при многих видах остеопороза изменения возникают прежде всего в губчатом костном веществе и могут достигать здесь наибольшей выраженности (это в первую очередь относится к остеопорозу позвоночника). Различные попытки преодолеть трудности рентгенодиагностики остеопороза губчатого костного вещества на уровне стандартного рентгенологического исследования были до сих пор мало успешными.

Важнейшей задачей классической рентгенологии была и остается дифференциальная диагностика остеопороза, которая чрезвычайно широка и нередко затруднительна.

Рентгеновский снимок кости - это своеобразное изображение на фотографической пленке различных теней, зарисовываемых рентгеновыми лучами при прохождении их через составные части кости и окружающие ее ткани. Ввиду того что одни только минеральные соли главным образом задерживают лучи, на пластинке получается преимущественно лишь изображение неорганического состава кости, получается, так сказать, один только-«скелет скелета», а не картина всей кости. Прямого и непосредственного изображения так называемых мягких тканей рентгенограмма непосредственно не дает. Рентгенограмма, таким образом, представляет собой до известной степени одностороннее специфическое извращенное плоскостное изображение кости.

Для обнаружения остеопороза рентгенография информативна лишь при изменениях, когда костная масса уже потеряна на 1/5-1/3 своей величины. Поэтому применение ее на ранних этапах заболевания оправдывает себя мало. Основными же признаками заболевания на рентгенограммах являются:

1)рисунок внутри костей в виде пятен различной величины;

2)расширение канала, проходящего в центре трубчатой кости;

3)истощение и истончение костного слоя по периферии, также характерно для длинных трубчатых костей (например, головки бедра);

4)четкость визуализации коркового слоя костной ткани, причем не в отдельных местах, а вокруг всей кости;

5)костная ткань выглядит на рентгенологическом снимке намного более светлой по сравнению с нормальной, она кажется как бы прозрачной.

Существует две формы проявления остеопороза на рентгенограммах: пятнистая и диффузная. При пятнистой форме зоны разрушения костной ткани визуализируются в виде отдельных или многочисленных просветлений, которые имеют чаще всего округлую форму и небольшие размеры - 2-4 мм в диаметре. Их границы с нормальной костной тканью неровные, нечеткие. В остальной кости при этом расстояния между костными балками большие, корковый слой ее имеет нормальную толщину. Отличная от предыдущей картина наблюдается при диффузной форме. Рисунок в кости однородный, везде имеет как бы прозрачную структуру. Костные балки во всех зонах значительно истощены.

Для адекватной диагностики и выявления всех патологических изменений при остеопорозе, как и при других распространенных поражениях позвоночного столба, необходимо рентгенологическое исследование позвоночника как минимум в двух проекциях.



Рис. 6. Сенильный остеопороз стопы.

Рис.7. Пятнистый остеопороз костей кисти (синдром Зудека).

5. Физические основы ультразвука

Ультразвук - колебания и волны в упругих средах с частотой, превышающей верхнюю границу слышимого звука.

По своей природе ультразвуковые волны не отличаются от звуковых, а также инфразвуковых волн, имеющих частоту ниже нижней границы слышимого звука.

5.1 Акустические свойства биологических тканей

Акустические свойства тканей характеризуются следующими параметрами: коэффициентом поглощения звука б, скоростью звука с, удельным акустическим (волновым) сопротивлением сс. Знание этих параметров важно, поскольку величина б показывает, как убывает амплитуда плоской звуковой волны по мере ее распространения в среде, а отношение удельных акустических сопротивлений сред, через которые проходит ультразвук, определяет отношение интенсивностей в падающей и отраженной волнах. Знание величины б позволяет также оценить степень нагрева биологических тканей под действием ультразвука.

Измерения коэффициента поглощения звука в биологических тканях обычно осуществляются путем сравнения интенсивности звука, прошедшего через образец ткани определенной толщины, с начальной интенсивностью звука. Строго говоря, такое измерение позволяет определить не поглощение, а затухание звуковой энергии, которое складывается из поглощения и рассеяния звука. Поэтому, чтобы не получить завышенных результатов при измерениях б в тканях, экспериментатору необходимо учесть долю акустической энергии, рассеянной исследуемым образцом.

Значения б в тканях человеческого тела представлены в табл. 1. Там же представлены значения толщины ткани Н при уменьшении интенсивности ультразвука в два раза от начальной величины.

Таблица 1. Значения коэффициента поглощения б и толщины ткани человека Н, при которых интенсивность ультразвука уменьшается вдвое от начальной величины

Вид ткани	Частота ультразвука, МГц	б	, см
		см-1	дБ/см
Плазма	0.87 1.7	0.02 0.04	0.17 0.35	17 8.7
Кровь	1	0.01	0.09	34
Жировая ткань	1 3 5	0.069 0.18 0.26	0.6 1.6 2.3	5.1 2 1.3
Подкожно- жировой слой	0.88 2.64	0.067 0.19	0.58 1.64	5.1 1.85
Мышца	0.8	0.1	0.87	3.6
Мышца, измерение вдоль волокон	1 3 5	0.08 0.3 0.4	0.7 2.6 3.5	4.4 1.2 0.9
Мышца измерения поперек волокон	1 3 5	0.16 0.48 0.71	1.4 4.2 6.2	2.2 0.73 0.5
Сухожилие	1 3 5	0.54 1.25 1.95	4.7 10.9 16.9	0.65 0.28 0.18
Суставная капсула	1 3 5	0.38 0.8 1.3	3.3 7 11.2	0.92 0.44 0.27
Хрящ	1 3 5	0.58 1.45 2.2	5 12.5 19	0.6 0.24 0.16
Кожа	1 3 5	0.4 0.85 1.05	3.5 7.4 9.2	0.88 0.41 0.33
Кость	1	1.45	12.5	0.24

Хотя коэффициенты поглощения различных тканей резко отличаются между собой, их величины для всех видов тканей, кроме костной, пропорциональны частоте ультразвука. Таким образом, для тканей существуют иные, более сложные закономерности, чем для однородных сред, у которых величина б возрастает в квадратичной зависимости от частоты.

5.2 Волны в упругих средах

Акустические волны способны распространяться в средах, состоящих из упругого вещества. Упругость обеспечивает возвращение в исходное положение частиц среды, смещенных под воздействием каких-либо внешних сил.

Если поршень в упругой среде сместить на небольшое расстояние, то слой вещества перед поршнем, испытывая давление, сожмется, а затем начнет расширяться, сдавливая соседний слой, тот, в свою очередь, расширяясь сдавит следующий слой. В результате в среде возникает последовательность сжатий и разрежений, которые и представляют собой акустические волны, распространяющиеся в среде и передающие все новым и новым слоям вещества возмущение, возникающее у поршня (рис. 8). Частицы среды при этом не переносятся в направлении распространения волн, а лишь колеблются около положения равновесия.

Волны называются продольными, если направление колебаний частиц совпадает с направлением распространения волн. Если эти направления взаимно перпендикулярны, то волны называются поперечными.

Рис.8. Акустические упругие волны в среде.

На рис. 8. показаны акустические упругие волны в среде: а - продольные, б - поперечные, в - графическое изображение волны; стрелки указывают направление колебания частиц.

Если амплитуда колебания частиц в волне невелика и не меняется со временем, в среде распространяется плоская акустическая волна, которая описывается уравнением

,

где s - смещение частицы среды от положения равновесия;

А - максимальное смещение частицы относительно положения равновесия (амплитуда);

t - время;

х - положение частицы на оси координат, в направлении которой распространяется волна;

- циклическая частота колебаний, - частота колебаний (число колебаний за единицу времени), Т - период колебания;

- волновое число, где - длина волны (расстояние между двумя соседними сжатиями или разрежениями);

- начальная фаза.

Движение частиц, описываемое приведенной формулой, подчиняется синусоидальному закону и называется гармоническим колебанием.

В газообразных и жидких телах, в том числе и в мягких тканях животных, содержащих до 75 % воды, распространяются продольные волны. Исключение составляют волны на поверхности жидкостей. В твердых телах, в частности в костях скелета человека и животных, наряду с продольными, могут возникать и поперечные, сдвиговые волны. В акустической волне происходит перенос энергии без переноса вещества.

Скорость распространения акустических волн в жидкостях зависит от коэффициента сжимаемости жидкостей:

где - плотность жидкости;

-коэффициент адиабатической сжимаемости, равный относительному изменению объема при изменении давления на .

В твердых телах скорость продольных волн равна:

где Е - модуль Юнга, характеризующий упругие свойства вещества.

Скорость распространения упругих (акустических) волн в воздухе при 25 °С составляет 333 м/с, в воде и мягких биологических тканях - около 1500 м/с, в костной ткани - примерно 3500 м/с.

Скорость распространения упругой волны практически не зависит от частоты и связана с длиной волны простым соотношением:

,

т. е. чем больше частота, тем меньше длина волны.

Благодаря малым длинам волн ультразвук распространяется в среде, подчиняясь законам геометрической оптики. Так же, как и свет, ультразвук распространяется прямолинейно в однородной среде, отражается и преломляется на границах сред с разными акустическими свойствами. Его можно фокусировать, используя линзы и сферические зеркала.

Интервал интенсивности ультразвука, применяемого в ветеринарной и биомедицинской практике, весьма широк: от 10^-3 Вт/см² в поле излучателей диагностических аппаратов, до 10⁴ Вт/см² в фокальной области фокусирующих излучателей, используемых для разрушения глубинных структур без повреждения окружающих тканей.

В диагностических целях используют как непрерывный ультразвук низкой интенсивности, так и импульсный ультразвук довольно большой интенсивности, но с короткими импульсами и невысокой частотой их следования (табл.2).

Имеются отдельные сообщения о применении в диагностике ультразвука значительно более высоких интенсивностей. Известен опыт использования для визуализации полостей во внутренних органах ультразвук с интенсивностью до 500 Вт/см² в импульсе. Однако такие попытки исключительны, так как возможная опасность применения ультразвука в диагностических целях обусловливает постоянную тенденцию к снижению его интенсивности.

Таблица 2. Характерные параметры диагностического ультразвука

Методы	Частота ультра-звука, МГц	Интенсив-ность в импульсе, Вт/см2	Частота следова-ния импуль-сов, кГц	Длитель-ность импуль-сов, мкс	Усредне-нная интенси-вность. мВт/см2	Полное время измере-ния, мин
Импульсные методы эхографии и визуализации внутренних органов	2-10	10-150	1-2	1-5	10-100	5-15
Методы, основанные на эффекте Доплера (непрерывный ультразвук)	1-5	-	-	-	50-500	1-5

В зависимости от условий задачи и режима воздействия ультразвук характеризуют либо максимальной в облучаемом объеме, либо усредненной но пространству интенсивностью.

5.3 Отражение ультразвука

Ультразвуковые волны, как и любые другие волны, при падении на границу раздела двух сред с разными акустическими свойствами частично отражаются, а частично преломляются и переходят в другую среду. Доля энергии волн, перешедшей из одной среды в другую, зависит от соотношения между акустическими сопротивлениями этих сред.

Коэффициент отражения акустических волн от границы двух сред равен отношению интенсивностей отраженной и падающей волн. Если волна падает на поверхность перпендикулярно к ней, то коэффициент отражения может быть вычислен по формуле Релея:

где и - акустические сопротивления, соответственно, первой и второй сред.

Из формулы Рэлея следует, что чем больше различаются между собой акустические сопротивления, тем меньше доля энергии, переносимой волной через границу раздела. Так, интенсивность ультразвуковой волны, перешедшей из воды в воздух, составляет всего 0,1% интенсивности волны, падающей на поверхность воды, а 99,9 % отразится от границы вода-воздух. Именно поэтому при терапевтическом воздействии ультразвуком или его применении в диагностических целях необходимо следить, чтобы между излучателем ультразвука и поверхностью тела всегда была прослойка жидкости - специального геля, воды, глицерина, вазелинового масла, раствора лекарства. В противном случае акустический контакт будет нарушен, и ультразвуковая волна не дойдет до биологических тканей, так как она практически целиком отразится от прослойки воздуха. Отражение ультразвука наблюдается также на границах тканей с различными акустическими свойствами, например на границе мышцы и надкостницы, на поверхности полых органов и в ряде других случаев.

Если ультразвуковая волна отражается от поверхности, перпендикулярной к направлению ее распространения, то падающая и отраженные волны накладываются друг на друга. В случаях, когда между излучателем и отражающей поверхностью укладывается целое число полуволн, в среде возникает так называемая стоячая волна.

Падающая и отраженная волны переносят энергию в противоположных направлениях, поэтому в стоячей волне нет суммарного переноса энергии. Энергия распределяется между пучностями и узлами колебаний. В этом случае действие ультразвука можно оценить по амплитуде переменного давления, которое в пучностях стоячей волны вдвое превышает давление в исходных бегущих волнах.

Если при отражении часть энергии ультразвука рассеивается или переходит в среду, составляющую преграду, то амплитуда отраженной волны оказывается меньше, чем амплитуда падающей, и в жидкостях (или биологических тканях, близких по свойствам к жидкостям) сочетаются стоячая и бегущая волны.

В биологических объектах также могут возникать стоячие волны в результате отражения от границ между тканями с различными акустическими свойствами. В реальных условиях образование стоячих волн можно ожидать при воздействии ультразвуком на ушную раковину, брюшной пресс, мышечные слои, на кровеносные сосуды и т. д.

В зависимости от того, стоячая или бегущая волна возникает в биологическом объекте, меняется и его реакция на ультразвук.

5.4 Искажение формы ультразвуковой волны в реальных условиях

Ультразвуковая волна, распространяясь, остается синусоидальной только в том случае, если свойства среды не меняются под влиянием распространяющейся в ней волны. Такое условие приближенно выполняется только при весьма низких интенсивностях ультразвука.

Скорость ультразвука и коэффициент его поглощения существенно зависят от температуры. В слое, где температура повышена, возмущение передается быстрее, чем в слое, где температура понижена, поэтому профиль волны немного искажается.

Ультразвуковая волна, падающая на границу твердого тела и жидкости, возбуждает на поверхности твердого чела поперечные поверхностные волны. Энергия этих волн локализуется в тонком приповерхностном слое с толщиной, не превышающей две длины волны. Коэффициент затухания поверхностных волн значительно выше коэффициента поглощения плоских волн той же частоты в однородных средах. Именно поэтому под действием ультразвука, например, в надкостнице, выделяется много тепла, что при достаточно высокой интенсивности может привести к болевым ощущениям, к отслоению мышечной ткани или другим нежелательным эффектам.

5.5 Кавитация в тканях под действием «диагностического» ультразвука

В последнее время ультразвуковые методы все более широко применяются в медицине и ветеринарии. При этом соображения безопасности стимулируют постоянное снижение интенсивности диагностического ультразвука при разработке новых методов, а для увеличения информативности и разрешающей способности ультразвуковых методов требуется применение коротковолнового (высокочастотного) ультразвука. Однако с повышением частоты увеличивается поглощение ультразвука тканями, и для визуализации внутренних органов необходим достаточно интенсивный ультразвук, обеспечивающий уверенный прием отраженного от глубоколежащих тканей сигнала. Поиски компромисса привели к использованию в диагностике либо непрерывного ультразвука относительно низкой частоты (1...2 МГц) и невысокой интенсивности (меньше 0,05 Вт/см²), либо импульсного высокочастотного (до 10 МГц), мощного (до 500 Вт/см²) ультразвука с короткой длительностью импульсов (2...5 мкс) и невысокой частотой их чередования (1 кГц). Несмотря на высокую интенсивность в импульсе, усредненная по времени и пространству интенсивность в этом случае не превышает тысячных долей Вт/см², Вероятность возникновения кавитации в таких условиях пренебрежимо мала.