Интроскопия

 

Министерство образования и науки РФ

 

Поволжский Государственный Технологический университет

 

 

 

Кафедра РТиМБС

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат по дисциплине:

 

Медицинские приборы, аппараты, системы и комплексы.

 

 на тему:

 

Интроскопия

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы ИМБП-41

 

Разинов Н.С.

 

Проверила:  профессор

 

Митракова Н.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Йошкар-Ола

 

2012 г.

 

Оглавление.

 

 

 

Введение. 3

 

1. Сферы применения. 6

 

2. Основные методы.. 7

 

2.1. Проекционные методы.. 7

 

2.2. Томографические методы. 9

 

2.3. Эхозондирование. 11

 

Заключение. 12

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Интроскопия — (лат. intro — внутри, др.-греч. σκοπέω — смотрю; дословный перевод внутривидение) — неразрушающее (неинвазивное) исследование внутренней структуры объекта и протекающих в нём процессов с помощью звуковых волн (в том числе ультразвуковых и сейсмических), электромагнитного излучения различных диапазонов, постоянного и переменного электромагнитного поля и потоков элементарных частиц.

 

Интроскопия - это визуальное наблюдение объектов, явлений и процессов в оптически непрозрачных телах и средах, а также в условиях неполной видимости. Визуализация означает преобразование невидимого поля излучения объекта в видимое изображение.

 

В современной медицине для визуализации изображений различных объектов используются практически весь спектр электромагнитного излучения, простирающийся от радиоволн до жесткого гамма-излучения. С помощью электромагнитного излучения можно получить изображение как внешних, так и внутренних структур исследуемого объекта. Например, рентгеновское излучение применяется для получения визуального изображения костных и других биологических тканей, а импульсное радиоизлучение в ядерно-магнитной резонансной (ЯМР) томографии используется для получения изображения костного или головного мозга, закрытого практически со всех сторон костной тканью. Изображение объектов в оптическом диапазоне с учетом всей цветовой гаммы содержит информацию о форме биологических тканей, их температуре, составе крови, локализации воспаленных участков и т.д.

 

С помощью современных оптических микроскопов можно изучать микрообъекты с размерами около 200 нм (ограничение определяется длиной волны видимого излучения). Электронные и сканирующие зондовые микроскопы, имеющие пространственное разрешение несколько нанометров, позволяют рассмотреть отдельные молекулы и атомы исследуемых объектов. С их помощью можно проводить изучение механизмов биохимических процессов на уровне генов и белковых молекул.

 

Наряду с электромагнитным излучением сегодня в медицинской интроскопии активно используется ультразвуковое излучение, с помощью которого, практически без каких либо негативных последствий для пациента, удается получить изображение его внутренних органов. Ультразвуковые диагностические приборы наиболее широко используется в акушерстве, кардиологии, урологии и ряде других областей современной медицины.

 

С каждым годом в практике медицинской интроскопии расширяется применение радиоактивных изотопов. Введение их в организм человека в микроскопических (практически безвредных) количествах, позволяет получить изображение внутренних органов и их отдельных структур. Радионуклиды распределяются в организме в соответствии с их химической принадлежностью и могут накапливаться в областях, имеющих ту или иную патологию. Получение изображений этих объектов осуществляется путем регистрации радиоактивного излучения применяемых изотопов. Данная методика используется, например, в позитронной эмиссионной томографии, в которой используются радиоактивные изотопы, испускающие при распаде позитроны.

 

В современной медицинской интроскопии также используются пучки нейтральных и заряженных частиц (нейтроны, протоны, электроны и др.), которые уже давно применяются в экспериментальной физике ятя изучения структуры вещества. Эти частицы сегодня применяются в медицине, как для профилактики различных заболеваний, так и для целей интроскопии. В частности, можно отметить успехи в использовании пучков тяжелых ионов для профилактики различных онкологических заболеваний или нейтронов для получения томографических изображений.

 

В настоящее время поистине революционные процессы происходят в медицинской интроскопии благодаря бурному развитию современных компьютерных технологий. На их основе создается принципиально новое медицинское оборудование, с помощью которого можно реализовать перспективные методы визуализации статических и динамических изображений с их последующей обработкой. Именно благодаря феноменальной скорости обработки данных с помощью современных компьютеров появилась возможность реализовать различные математические методы (некоторые из них были разработаны еще в начале прошлого века) и получать скрытые от человеческого глаза трехмерные как статические, так и динамические изображения объектов в масштабе реального времени.

 

Прогресс в развитии медицинской интроскопии есть результат объединения достижений различных областей науки: медицины, физики, математики, химии, электроники, компьютерных технологий и другие. С каждым годом объем научных знаний, связанных с развитием медицинской интроскопии, неуклонно возрастает, и задача подготовки профессиональных кадров для создания, обслуживания и эксплуатации современного медицинского диагностического оборудования приобретает особую значимость. Уровень комплексного образования современных специалистов будет во многом определять темпы развития основных направлений медицинской интроскопии.

 

 

1. Сферы применения.

 

·                     Медицинская диагностика — медицинская интроскопия или медицинская визуализация.

 

·                     Дефектоскопия — промышленная (техническая) интроскопия.

 

·                     Интроскопия макрообъектов.

 

Последняя категория выделена вследствие того, что хотя в промышленности методы интроскопии имеют много общего с методами дефектоскопии, однако задачи, связанные с исследованием макрообъектов и происходящих в них процессов (наблюдение объектов под водой, в толще горных пород и ледников, в облаках или тумане и т. п.), могут решаться лишь методами интроскопии.

 

 

2. Основные методы

 

Выделяют три основных вида интроскопических методов:

 

·                    проекционные — получение теневого изображения объекта;

 

·                    томографические — получение томографического изображения объекта;

 

·                    эхозондирование, в том числе доплеровское.

 

2.1. Проекционные методы

 

В проекционных методах проводят зондирование (облучение) объекта с некоторого ракурса и получают его теневое изображение (проекцию). Чаще всего в качестве зондирующего используют рентгеновское излучение (рентгенография). Среди других проекционных методов можно выделить методы с использованием оптического излучения, например:

 

·                     сортировка апельсинов: «с косточками» и «без косточек» (разная цена),

 

·                     сортировка/проверка яйцепродуктов с помощью овоскопа.

 

Проекционные методы работают по принципу «один ракурс — один снимок». При этом никакие математические преобразования для получения изображения не проводятся, имеют место только методы пост-обработки (регулировка яркости-контраста, сегментация и т. д.). При увеличении количества ракурсов и, соответственно, количества снимков (многоракурсная съёмка), можно применить томографические алгоритмы реконтрукции и получить уже не теневые, а томографические изображения.

 

Таким образом иерархию усложнения проекционных методов можно представить следующим образом:

 

·                     один ракурс — одно теневое изображение (двумерная проекция);

 

·                     множество ракурсов — набор теневых изображений;

 

·                     множество ракурсов плюс математическая обработка — трёхмерная томограмма (набор томографических изображений) — трёхмерное распределение некоторой физической характеристики.

 

 

2.2. Томографические методы.

 

Для томографических методов аналогичную иерархию можно представить как:

 

·                    двумерная томография: много ракурсов в одной плоскости — набор одномерных проекций плюс математическая обработка — двумерная томограмма;

 

·                    трёхмерная послойная томография: множество ракурсов во множестве параллельных плоскостей — набор одномерных проекций плюс математическая обработка — набор двумерных томограмм — трёхмерная томограмма;

 

·                    трёхмерная произвольная томография: множество ракурсов во множестве произвольных (в том числе, пересекающихся) плоскостей — набор одномерных проекций плюс математическая обработка — трёхмерная томограмма.

 

Здесь под математической обработкой понимается решение обратной томографической задачи (обращение прямой томографической задачи) — например, обращение преобразования Радона (рентгеновская компьютерная томография, магнитно-резонансная томография) или экспоненциального преобразования Радона (радионуклидная томография). Именно обратная томографическая задача приводит к необходимости в многократном просвечивании в различных пересекающихся направлениях, так как один ракурс даёт принципиально недостаточно информации.

 

Для справедливости необходимо сказать, что существуют варианты одноракурсных методов, но там всё равно приходится решать обратную задачу. Например, в оптической томографии заменив непрерывное лазерное излучение на импульсное, в принципе, за счёт анализа временной развёртки прошедшего излучения (решение обратной задачи светорассения на неоднородном слое), можно восстановить внутреннее строение объекта. Однако в настоящее время из-за большой сложности такая задача остаётся нерешённой. Обычно же и в оптической томографии используется множество ракурсов, а временная развёртка служит вспомогательной информацией для разделения коэффициентов рассеяния и поглощения.

 

 

2.3. Эхозондирование

 

В ряде случаев, некоторые методы эхозондирования (например, обычное ультразвуковое исследование), ошибочно относят к томографии, что терминологически не верно. Несмотря на то, что в ультразвуковом исследовании также получают изображение некоторого сечения (томоса) — метод его получения не является томографическим: отсутствует многоракурсная съёмка в пересекающихся направлениях и, самое главное, отсутствует решение обратной томографической задачи.

 

Для получения ультразвукового снимка нет никакой необходимости в особой математической предобработке. Ультразвуковой преобразователь (на самом деле это набор небольших отдельных ультразвуковых преобразователей) посылает ультразвуковую волну (ультразвуковой веерный пучок), которая частично отражается от границ неоднородностей и возвращается к ультразвуковому преобразователю, где и регистрируется. Принцип же получения снимка в упрощённой форме можно представить следующим образом: по одной оси откладываются номера отдельных преобразователей (направление), вторая ось — временная задержка отклика (расстояние), яркость — интенсивность отклика.

 

 

 

Заключение.

 

Сегодня медицинская интроскопия обеспечивает возможность изучения макро- и микрообъектов и процессов, происходящих в них. С каждым годом появляются новые методики, обеспечивающие получение более контрастных изображений с высоким пространственным разрешением. Дальнейшее развитие интроскопии связано с освоением перспективных методов получения трехмерных динамических изображений с помощью электромагнитного, ультразвукового излучений, потоков различных элементарных частиц, а также радиоактивных изотопов. При этом одним из важнейших требований является снижение дозовой нагрузки на пациентов.

 

Использование цифровых методов обработки информации обеспечивает получение изображений в режиме реального времени. Дальнейшее развитие компьютерных технологий сделает возможным формирование четырехмерных изображений (пространство и время), что существенно повысит эффективность медицинской диагностики.

 

Основные направления развития методов обработки изображений в медицинской интроскопии связаны с созданием мощных компьютерных систем, обеспечивающих высокоинтеллектуальные методы обработки информации, позволяющих давать всестороннее заключение об исследуемом объекте, а также предлагать диагностические рекомендации. Конечно, стремительное развитие компьютерных технологий в значительной степени обеспечивает прогресс в области медицинской интроскопии. Однако не следует забывать, что физическую основу получения интроскопических изображений составляют процессы взаимодействия различных видов излучения с веществом. Именно физика этих взаимодействии обеспечивает возможность получения детальных изображений как внешних, так и внутренних структур исследуемых объектов.

 

 

 

Получение визуальных изображений на уровне генетических структур существенно повысит эффективность диагностики и применения новых технологий лечения, основанных на принципах генной инженерии. Современная медицина уже не может обходиться только обычными рентгеновскими снимками. Требуются более детальные изображения микро или даже нанобиологических структур. Решение этих задач и есть основное направление развития медицинской интроскопии. На этом пути нас ждут новые методы получения изображений и открытия, которые предоставят новые возможности для проникновения в еще более глубокие области исследуемых объектов, что, в конечном итоге, будет способствовать не только эффективному лечению различных заболеваний, но и предотвращению их развития на начальной стадии. Можно без преувеличения сказать, что медицинская интроскопия сегодня является одним из важнейших инструментов современной медицины и дальнейшее совершенствование методов получения визуальных изображений обеспечивает ее перспективное развитие.