Разработка оптимальных условий и структуры работы кабинетов лучевой диагностики заболеваний молочных желез

     Литературный  обзор показал, что отдельные  сюжеты интересующей нас темы  отражены, в первую очередь, в  публикациях медицинского или  технического характера. Однако  и там они зачастую не являются  главным предметом исследования  и не подвергаются подробному  анализу. Поэтому настоящая работа  представляет собой попытку комплексного  изучения проблемы медико-физического  обеспечения работы маммографического кабинета лучевой диагностики с учетом современных достижений медицинской физики.       

Глава 1    Виды маммографических исследований

1.1 Рентгеновская маммография

В настоящее время в  мире в подавляющем большинстве  случаев для диагностики женской  молочной железы используют рентгеновскую  проекционную маммографию, пленочную (аналоговую) или цифровую. В Европе и странах Северной Америки цифровая маммография на основе детекторов прямого  преобразования постепенно вытесняет  пленочную из-за наличия больших возможностей по работе с полученным изображением и возможности интеграции с медицинской информационной сетью. Причем в рутинной цифровой рентгенографии применяются детекторы на основе a-Si (аморфного кремния), а в цифровой маммографии детекторы на основе a-Se (аморфного селена) вследствие прямого преобразования сигнала и отсутствия промежуточных этапов в получении рентгеновского изображения у селеновых детекторов. Самыми первыми и самыми старыми аппаратами (с 2000 года) на рынке являются маммографы General Electric (детекторы aSi с разрешением 4 пары линий на мм).

Следует отметить, что согласно рекомендации ВОЗ достаточным для диагностики рака молочной железы на ранних стадия является аппарат, позволяющий получать изображение, с разрешением не менее 20 пар линий на миллиметр, для аналоговых, и 20 пикселов на мм², для цифровых установок. Аппараты с меньшим разрешением не пригодны для ранней диагностики образований молочной железы.

Кроме разрешающей способности  маммографов, следует учесть эффективность преобразования, которая напрямую указывает на то, сколько информации не будет потеряно. Например, если разрешение маммографической пленки составляет 20 пар линий на мм, то уже разрешение системы экран-пленка, при использовании не специализированных экранов, только 10 пар линий на мм. В связи с этим крайне важным для получения качественных маммограм является использование специализированных пленок, и экранно - кассетных устройств, обязательным является соблюдение специализированных режимов проявки, при использовании баков-танков, или использование обладающими подобными режимами проявочных машин. Технические параметры, оснащение и регламент выполнения процедуры описаны в приказе министерства здравоохранения и социального развития от 15 марта 2006 года № 154 и приложениями к нему.

Российская промышленность в настоящее время не производит цифровые маммографы, обладающие качеством изображения, соответствующим стандартам ВОЗ. Также следует отметить, что многие из представленных на российском рынке импортных цифровых маммографов также не соответствуют критериям качества, рекомендуемым ВОЗ.

Рентгеновская маммография  является золотым стандартом для  выявления рака молочной железы, так  как обладает самой высокой специфичностью (более 92%). В развитых странах Европы все женщины старше 45 лет проходят обязательную процедуру рентгеновской  маммографии, что позволило значительно  снизить смертность от рака молочной железы. В России обязательным является регулярное обследование женщин после 40 лет.

1.2 МРТ маммография

В настоящее время существует метод  магнито-резонансной томографии (МРТ). Он не использует рентгеновского излучения, является не ионизирующим, то есть нет вредного мутагенного влияния рентгеновского излучения на пациентку. Однако, метод МРТ-маммографии на сегодня — более дорогостоящий, и менее эффективный чем классическая рентгеновская маммография. Кроме того, физические особенности данного метода не визуализируют микрокальцинаты, заставляя врачей ставить диагноз по другим признакам, часто менее ярким и специфичным. МРТ исследование молочных желез должно проводиться с использование контрастного вещества, без его применения диагностическая ценность метода минимальна. Современные аппараты МРТ при контрастировании позволяют проводить даже спектроскопию подозрительных участков, исследовать обмен отдельных элементов, диагносцировать злокачественное перерождение на относительно ранних этапах.

Сравнительно высокая  стоимость и более низкая эффективность  МРТ-маммографии делает рентгеновскую  маммографию на сегодняшний день и в ближайшем будущем наиболее распространённым исследованием.

1.2.1 Магнитно-резонансная маммография

Одним из методов исследования МЖ является МРМ. Многие авторы отмечают важное значение МРМ для предоперационного обследования пациенток с целью уточнения диагноза и дифференциальной диагностики при недостаточной информативности рентгеновской маммографии и УЗИ. Первые исследования показали, что получение высококачественных магнитно-резонансных изображений МЖ возможно при использовании специальных поверхностных катушек, где ткань желез подвергается дозированной компрессии. Вместе с тем проблемы возникают при большом объеме МЖ, когда они не соответствуют отверстиям поверхностных катушек. Несмотря на хорошее качество изображений, выявление злокачественных опухолевых образований без использования контрастных препаратов оставалось трудной задачей. В 1989 году Kaiser и Zeitler, и Heywang et al. независимо друг от друга опубликовали результаты своих исследований с использованием контрастных препаратов для выявления РМЖ. В настоящее время не существует стандартного и общепринятого протокола обследования пациентов при МРМ. Предлагаемые протоколы обследования в различных исследованиях значительно отличаются друг от друга. Несмотря на то что основой МРМ является проведение обследования до и после введения контрастных препаратов с помощью Т1-взвешенных последовательностей, многие исследователи рекомендуют начинать обследование с проведения Т2-взвешенных импульсных последовательностей. В большинстве случаев Т2-взвешенные изображения не несут никакой дополнительной информации при обследовании раковых новообразований, но могут быть полезны для характеристики кистозных образований и фиброаденом. Рекомендовано использовать Т2-взвешенные последовательности «быстрое спиновое эхо» с подавлением сигнала от жировой ткани и толщиной среза 3 мм . МРМ с контрастированием проводится с помощью Т1-взвешенных импульсных последовательностей. Для обследования МЖ применяются следующие импульсные последовательности: «спиновое эхо» (spin echo), «быстрое спиновое эхо» (fast spin echo), 2D и 3D «градиентное эхо»(gradient echo) и эхо-планарная томография (echo-planar MR imaging). Невозможность одновременного сочетания высокого временного и пространственного разрешения при проведении МРМ создает необходимость проведения дальнейших исследований и разработки новых импульсных последовательностей, позволяющих сочетать в себе эти параметры. Существует две основные методики проведения МРМ: МРМ с контрастированием и МРМ без использования контрастных препаратов. МРМ без применения контрастных препаратов мало информативна. Многие авторы отмечают, что МРМ с контрастированием благодаря высокому мягко-тканному контрасту (рис.1.1), присущему МРТ, использованию тонких срезов и возможности проведения обследования в любой проекции позволяет не только более точно характеризовать патологические образования по сравнению с рентгеновской маммографией или УЗИ, но и выявлять опухолевые образования, не диагностируемые с помощью традиционных методов исследования. Но МРМ до сих пор не получила широкого применения в клинической практике. Несмотря на большое число исследований и все преимущества, присущие МРМ, многие вопросы до конца не разрешены. В настоящее время не существует стандартной методики обследования пациентов (выбор импульсных последовательностей, концентрации контрастного препарата, количества постконтрастных изображений), точно не разработаны критерии интерпретации изображений. Одним из наиболее серьезных недостатков МРМ (исходя из физических основ метода), затрудняющих диагностику и дифференциальную диагностику новообразований МЖ, следует считать невозможность выявления микрокальцинатов.

Рис. 1.1. MP-маммография.

Вследствии этого существует Т1-взвешенное изображение нормальных молочных желез в аксиальной проекции низкая специфичность для определения карцином in situ и пролиферативных заболеваний МЖ с наличием микрокальцинатов.  Вместе с тем лечение эстрогенами и гормональный статус в первой части менструального цикла могут приводить к диффузному захвату гадолиния нормальной тканью железы и маскировать рак или симулировать мультифокальное поражение . МРМ не используется в дифференциальной диагностике между воспалительными и злокачественными изменениями. Также к недостаткам МРМ относят достаточно большое время, необходимое для получения изображений, что приводит к артефактам от дыхательных движений; невозможность обследования больных с клаустрофобией, искусственными водителями ритма. Таким образом, на основании многочисленных исследований было показано, что МРМ обладает высокой чувствительностью при выявлении инвазивных новообразований, но не является высоко специфичным методом.

1.3 Оптическая маммография

Оптические маммографы можно разделить на проекционные и томографические. Кроме того, в ряде разрабатываемых оптических маммографов реализована также функция визуализации пространственных распределений введённых люминофоров, и такие аппараты получили название оптические люминесцентные маммографы.

В настоящее время оптические маммографы находятся на уровне прототипов и проходят клинические испытания.

1.4 Ультразвуковая маммография

Метод ультразвуковой диагностики, в силу структуры тканей молочной железы, имеет в данное время ограниченные возможности, но широко применяется  у молодых женщин. Он остается лишь дополнительным методом диагностики  заболеваний грудной железы, хотя имеет ряд преимуществ в дифференциации жидкостных и солидных образований.

Ультразвуковая маммография  используется для диагностики различных  заболеваний молочной железы сравнительно недавно. Но диагностическая ценность этого метода, в некоторых случаях, не ниже традиционного, рентгеновского. При ультразвуковом исследовании не используются вредные излучения, как  при рентгенографии. Ультразвуковое исследование совершенно безболезненно.

УЗИ (ультразвуковая диагностика) молочной железы позволяет свободно получать образы молочной железы в  различных проекциях. На полученных изображениях хорошо просматриваются кисты — округлые полости, заполненные жидкостью, доброкачественные и злокачественные опухоли, различные дисплазии молочной железы. Ультразвуковое исследование является как самостоятельным методом выявления доброкачественных и злокачественных образований, так и дополнительным, применяемым в совокупности с рентгеновской маммографией. В ряде случаев ультразвук превосходит маммографию — при исследовании плотных молочных желез у молодых женщин; у женщин, имеющих фиброзно-кистозную мастопатию; в выявлении кист. Кроме того, ультразвуковые сканеры используются для динамического наблюдения за уже выявленными доброкачественными новообразованиями молочной железы, чтобы определить, не произошло ли каких-либо изменений. Во время беременности и в период кормления грудью ультразвук является ведущим методом исследования молочных желез.

Использование высокочастотного датчика обеспечивает достаточную  разрешающую способность для  определения образований даже малого размера.

1.5 Электроимпедансная маммография

является одним из главных направлений развития электроимпедансной томографии. Электроимпедансная маммография – метод, позволяющий визуализировать распределение электропроводности биологических тканей в нескольких поперечных сечениях молочной железы пациента и обнаруживать на изображениях патологию как области с аномальными значениями электропроводности.

1.5.1 Физические аспекты маммографии

При маммографии используется низкоэнергетический диапазон рентгеновского излучения, при этом анодное напряжение изменяется в диапазоне от 15 до 40 кВ. В этом диапазоне при минимальной дозе, получаемой пациенткой, достигается максимальное отличие в рентгеновском отображении патологических и нормальных тканей. В этом диапазоне для получения хорошего изображения приходится бороться за детали, на которые влияют:

• пульсации анодного напряжения;
• материал анода и фильтра, определяющие форму спектра рентгеновского излучения;
• минимальный размер фокуса;
• неоднородность потока рентгеновского излучения относительно окошка излучателя.

Современное рентгеновское  питающее устройство для маммографии  максимально приближено к источнику  высокого постоянного напряжения (среднечастотный  или высокочастотный инвертор, РПУ  постоянного потенциала). Прецизионное РПУ обеспечивает шаг изменения  напряжения - 1 кВ в диапазоне 15 - 40 кВ и произведение тока на время экспозиции до 600 мАс при длительности экспозиции от 0,01 до 6 сек.

В маммографии применяются  микрофокусные трубки (0,1 и 0,3 мм) с  вращающимся анодом, что позволяет  достичь требуемых величин по теплоемкости анода и скорости его  остывания. Минимальная теплоемкость анода для маммографии не должна быть ниже 300 kHU (тепловых единиц). Рентгеновская трубка находится внутри излучателя с бериллиевым окном. Для дополнительной фильтрации рентгеновского излучения применяют молибденовые (Mo), алюминиевые (Al) и родиевые (Rh) фильтры. Фильтры срезают низкоэнергетическую часть рентгеновского спектра, которая не участвует в образовании рентгеновского изображения на пленке. Для уменьшения доли рассеянного излучения в формировании изображения используют растр.

Сочетания молибден/родий  и родий/родий целесообразно использовать при компрессионной толщине молочной железы от 4,5 до 6 см. Сочетание вольфрам/родий  снижает дозу при обследовании и  улучшает термальный режим работы трубке. Это сочетание рекомендовано  для обследования плотных молочных желез. Все современные производители предлагают устройства автоматической экспонометрии (АЭ), которые способны прекратить экспозицию при достижении определенной дозы. В качестве рентгеновского датчика в таких системах обычно используют поверхностно-барьерный полупроводниковый детектор (ППД), фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) или набор фотодиодов. Существуют два метода реализации съемки с экспонометром. В первом, рентгенолог выбирает кВ для обследования, а экспонометр контролирует количество мАс. Во втором случае происходит предварительная экспозиция, и экспонометр выбирает кВ и мАс для обследования автоматически. Самые сложные системы контроля экспозиции могут автоматически подобрать подходящий фильтр. Диафрагма формирует зону облучения. Рентгеновская трубка располагается катодной частью к пациентке (к основанию молочной железы), поскольку радиационный выход несколько больше с катодной стороны окна излучателя. На качество изображения при маммографии влияют три геометрических фактора - размер фокального пятна, расстояние фокус/пленка и расстояние объект/пленка. Чем меньше фокус, тем мельче минимально различимый объект. Чем больше расстояние фокус/пленка, тем четче изображение, но увеличение этого расстояния требует квадратичного увеличения силы тока. Обычный диапазон величины фокус/пленка от 30 до 80 см. Расстояние объект/пленка также влияет на четкость изображения, чем меньше эта величина при неизменном расстоянии фокус/пленка, тем лучше изображение.

1.6 Многочастотный электроимпедансный маммограф "МЭМ". Прибор предназначен для диагностики патологических изменений тканей молочной железы. Электроимпедансный метод диагностики основан на том, что электропроводность (способностью проводить электрический ток) биологических тканей значительно коррелирует с их физиологическим состоянием. Известно, что многие опухоли, в частности злокачественные опухоли молочной железы, обладают электропроводностью, существенно отличающейся от электропроводности окружающих здоровых тканей. Именно это обусловливает высокую чувствительность маммографа . Прибор позволяет, используя метод электроимпедансной томографии (ЭИТ), получить картину распределения электропроводности биологических тканей в поперечных сечениях молочной железы на различных частотах. Распределение электропроводности в каждом поперечном сечении визуализируется на экране монитора персонального компьютера.  Основными преимуществами электроимпедансных методов диагностики являются абсолютная безвредность обследования, высокая информативность, компактность и невысокая стоимость аппаратуры, простота процедуры обследования. Маммограф предназначен для применения в условиях специализированных отделений больниц и клиник учреждений здравоохранения.

1.6.1 Принцип действия прибора

Различные органы и ткани  человеческого тела имеют разные электрические свойства. Например, известно, что многие опухоли, в частности  злокачественные опухоли молочной железы, обладают электропроводностью (способностью проводить электрический  ток), существенно отличающейся от электропроводности окружающих здоровых тканей. Электроимпедансный маммограф позволяет визуализировать распределение электропроводности биологических тканей в нескольких поперечных сечениях тела пациента и обнаруживать такие опухоли на получаемых изображениях. Многочастотный электроимпедансный маммограф МЭМ основан на методе электроимпедансной томографии (ЭИТ).Он пришел на смену выпускавшемуся ранее одночастотному прибору МЭИК. Научные исследования в области электроимпедансной томографии развиваются с середины 1980-х годов. Метод позволяет, используя полный (в математическом смысле) набор электрических измерений, проведенных с помощью многоэлектродной системы, размещенной на поверхности исследуемого объекта, реконструировать пространственное распределение электрических свойств внутри объекта с помощью решения так называемой обратной задачи для уравнения электрического поля в неоднородной среде.

1.7 Микроволновая маммография позволяет оценивать тепловые изменения как внутри молочной железы, так и на ее поверхности. Очевидно, что она не может заменить рентген-маммографию или УЗИ, поскольку она не дает информации о структурных изменениях молочной железы, которые крайне необходимы врачу. Вместе с тем, она может дать дополнительную «энергетическую» информацию о выраженности пролиферативных процессов, о тепловой активности ткани в «подозрительной» области. Эта информация во многих случаях может быть решающей при выработке тактики лечения. Безусловно, для понимания кинетики развития опухоли информация о ее энергетики крайне важна и микроволновая маммография позволяет с этой стороны взглянуть на процесс злокачественного роста.