04_интроскопия

1.

Карагандинский медицинский университет
Физические основы интроскопии.
Кафедра информатики и биостатистики
Ассистент профессор Коршуков И.В.

2.

Каковы три ключевые функции медицины?
Диагностика
Лечение
Профилактика

3.

А что нужно сделать в ходе диагностики?
Информация
Пациент
• Симптомы
(субъективны)
• Признаки
(объективны)
Врач
Диагноз
Информация – устранение неопределенности
Сигнал – физическое явление изменяющееся во времени и
пространстве и содержащее информацию

4.

Человек воспринимает окружающий мир с помощью
сенсорных систем
Механическая
Зрительная система
Слуховая система
Тепловая
Обонятельная система
Химическая
Электрического поля
Вкусовая система
?
Тактильная
Терморецепция
Магнитного поля
?
Ноцицепция
Проприоцепция
Электромагнитная
Вестибулярная система

5.

Сложности в получении информации человеком
1. Человек не восприимчив к некоторым видам энергии (электрического и
магнитного поля) либо к некоторым диапазонам частот (например
ультразвук не слышен, ультрафиолет не виден)
2. Не все сигналы от пациента могут достичь врача (например нельзя
осмотреть желудочно-кишечный тракт)
3. Человеческие органы чувств не позволяют получить количественную
оценку сигнала (не удастся измерить температуру с точностью до
градуса), кроме того человеческое восприятие всегда относительно
(например можно лишь сравнить температуру тела пациента с
температурой кожи врача).
Эти проблемы могут быть преодолены
используя медицинскую аппаратуру.

6.

Интроскопия эндоскпия
Интро-внутри скопия-наблюдение
визуальное наблюдение объектов в оптически непрозрачных телах и средах
Эндо-внутри скопия-наблюдение
визуальный осмотр внутренних структур тела

7.

Проекционная рентгенография
Цель: получение двумерных изображений с помощью рентгеновского
излучения.
Физический принцип: избирательное поглощение рентгеновских лучей
различными тканями.
Ограничения: только двумерная картинка, малый контраст мягких тканей.
Преимущества:
Недостатки:
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1254073

8.

Флюороскопия/графия
Цель: получить в реальном времени изображение внутренней структуры.
Физический принцип: избирательное поглощение рентгеновских лучей
различными тканями либо рентгеноконтрастными веществами.
Ограничения:только двумерная картинка.
Преимущества:
Недостатки:
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15333554
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=37565089

9.

Рентгеновские методы – общие ограничения
• избирательное поглощение рентгеновских лучей различными тканями.
• только двумерная картинка,
• малый контраст мягких тканей

10.

Рентгеновская томография (ортопантомография)
Цель:получить изображение определенного слоя внутри объекта.
Физический принцип: Серия снимков на одну и ту же пленку. Различия в
траектории лучей под разными углами проходящими через тело.
Ограничения:хорошая визуализация только выбранной плоскости.
Преимущества:
Недостатки:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Panoramicfilm.JPG

11.

Компьютерная томография
Цель: Получение реконструированного поперечного двумерного либо
трехмерного изображения.
Физический принцип: избирательное поглощение рентгеновских лучей
различными тканями, математическая реконструкция по сериям замеров
поглощение рентгеновский лучей по различным направлениям.
Ограничения:.
Преимущества:
Недостатки:
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=53722435

12.

Цифровой рентгеновский аппарат
Новые модели рентегеновских аппаратов (Digital Radiography – DR) позволяют
сразу получать цифровое изображение.
Используется плоскопанельный детектор прямого действия, который
представляет собой слой аморфного селена, используемого как
фотопроводящий слой, где под действием рентгеновского излучения
формируются ионные пары, которые затем считываются матрицей
тонкопленочных транзисторов.
Ренген
овская
трубка
Пучок
рентгенов
ского
излучения
биообъект
Фото
Матрица
проводящий
транзисторов
слой

13.

Магнитно-резонансная томография
Цель: Получение реконструированного поперечного двумерного либо
трехмерного изображения.
Физический принцип: Измеряется поглощение/испускание ЭМВ ядрами
определённых типов атомов (чаще водорода) с разных направлений.
Ограничения: Никаких объектов с магнитными свойствами в теле человека.
Преимущества:
Недостатки:
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=46493124

14.

Датчики используемые в МРТ
В аппарате магнитно-резонансной томографии используется создание
электромагнитных волн (ЭМВ) с помощью радиочастотных (РЧ) катушек,
которые поглощаются атомами водорода. Весь организм при этом находится в
сильном линейном магнитном поле. Атомы водорода затем испускают ЭМВ,
которые улавливаются РЧ катушками, индуцируя в них электрический ток.
Таким образом РЧ катушки выполняют роль как излучателя, так и приемника.
(Ремизов, А. Н. Медицинская и биологическая физика. 2023г. Параграфы 17.1. «Основной закон электромагнитной
индукции» и 18.1. «Свободные электромагнитные колебания»)
Радиочастотная
катушка
Н
Н
Н
биообъект
содержащий атомы водорода

15.

Позитронная эмиссионная томография
Цель:визуализация распределения позитрон-излучающих радионуклидов в
виде поперечного двумерного либо трехмерного изображения.
Физический принцип: Аннигиляция.
Ограничения:распределение радиофармпрепарата.
Преимущества:
Недостатки:?
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=404690

16.

Медицинская ультрасонография
Цель:реконструкция изображения внутренних органов по их различиям в
акустической плотности.
Физический принцип: отражение УЗ луча от границы двух сред с различной
акустической плотностью.
Ограничения: акустическая плотность следующего слоя выше.
Преимущества:
Недостатки:
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=65801499

17.

Ультразвуковой датчик
Ультразвуковое исследование опирается на два физически отличающихся подхода: эхолокация
(отражение звуковых волн) и допплеровский сдвиг.
В обоих случаях используется массив пъезокристаллов, по очереди выполняющих две функции:
создание (обратный пъезоэффект) и прием (прямой пъезоэффект) отраженных ультразвуковых
колебаний.
Один и тот же пъезодатчик работает в двух
режимах:
В первом случае электрический ток от
генератора колебаний преобразуется в
Трансдьюсер
механические колебания ультразвуковой
частоты.
Массив пъезокристаллов
Во втором механические колебания,
отраженные от границы внутренних
УЗ волны
структур (например внутренних органов),
преобразуются в электрический ток.
биообъект
Внутренний
орган
(Ремизов, А. Н. Медицинская и биологическая физика. 2023г.
Параграфы 14.7. «Пьезоэлектрический эффект», 7.11.
«Эффект Допплера», 8.6. «Ультразвук и eго применения в
медицине»)

18.

Литература для подготовки
Основная литература:
Ремизов, А. Н. Медицинская и биологическая физика : учебник/А. Н. Ремизов. - 4-е изд. , испр. и
перераб. - Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2023. https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970474983.html
• Глава 26. «Геометрическая оптика». Параграф: 26.10.
• Глава 27. «Тепловое излучение тел». Параграф: 27.8
• Глава 30. «Лазеры. Радиоспектроскопия». Параграфы: 30.2, 30.3, 30.4
• Глава 31. «Рентгеновское излучение». Параграфы: 31.1 - 31.4.
• Глава 32. «Радиоактивность. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом». Параграф:
32.6

19.

Литература для подготовки
Дополнительно:
Есауленко, И. Э. Медицинская физика. Курс лекций : учебное пособие / Есауленко И. Э. , Дорохов
Е. В. [и др. ]. - Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2021
https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970460641.html
• Лекция 9. ИОНИЗИРУЮЩИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ. ДОЗИМЕТРИЯ
Антонов, В. Ф. Физика и биофизика : учебник / В. Ф. Антонов, Е. К. Козлова, А. М. Черныш. - 2-е
изд. , испр. и доп. - Москва : ГЭОТАР-Медиа, 2015.
https://www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785970435267.html
Глава 10. Рентгеновское излучение
Глава 11. Рентгеновские компьютерные томографы