Наконец, метод просвечивания органов излучением в ближней ИК-области был применен в другом контексте, а именно для степени на]сыщения кислородом головного мозга и мышц у новорожденных. Гипоксия клеток головного мозга у новорожденных является основной причиной задержки развития нервной системы, особенно у недоношенных детей. Была разработана аппаратура для получения на просвет цифровых изображений на длине волны 658 a 50 нм, что бы продемонстрировано снимками головы и кисти руки. Было уставлено, что для просвечиваемых тканей толщиной больше нескольких сантиметров разрешение может быть низким, однако с помощью метода обращения свертки качество изображения можно повысить.
Величина L называется диффузионной длиной или глубиной проник]новения. Другая модель, известная как модель Кубелки Мунка, приводит к весьма похожему заключению о том, что интенсивность проходящего через биоткань света описывается простым экспоненци]альным законом, причем скорость поглощения определяется значени]ями коэффициентов поглощения и рассеяния. Эти коэффициенты бы]ли экспериментально измерены для тканей молочной железы и использовались для модельных расчетов контраста в диафанографии. Заметим, что ms = 0 выражение (7.3) с точностью до постоянных переходит в закон Бера, иллюстрируя аналогию с законами затухания рентгеновского излучения.
Здесь w среднее значение косинуса угла рассеяния, a ms коэффици]ент рассеяния. Для изотропного рассеяния (w = 0), которое предпо]лагается в тканях молочной железы (см. разд. 7.3), решение уравне]ния (7.1) записывается в виде
PPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP (7.3)
D коэффициент диффузии:
PPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPP (7.2)
связывающий интенсивность падающего света I0 с интенсивностью прошедшего света I, коэффициентом поглощения mа и толщиной про]свечиваемого слояP х и справедливый для прозрачных сред, в данном случае непригоден и должен быть заменен решением стационарногоP уравнения диффузии
PPPPPP PPPPPPPPPPP PPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPPP (7.1)
Основным показателем при диафанографии молочной железы является дифференциальная прозрачность ее тканей для света, поэтому была разработана математическая модель взаимодействия электро]магнитной волны с биосредой. В биоткани свет может как по-' глощаться, так и рассеиваться, что приводит к диффузному пропуска]нию. Рассеяние обусловлено вариациями показателя преломления в микроскопических и макроскопических областях, тогда как поглоще]ние электронными переходами и возбуждением, связанными с ко]лебательными и вращательными процессами в атоме. При этом закон Бера
Цвета в изобра]жении зависят также и от спектра падающего света. В естественных условиях множество красных кровяных телец можно рассматривать как систему фильтров. Кроме того, в экспериментах предполагается, что удельное содержание эритроцитов в нормальных тканях молоч]ной железы составляет около 1:10. Последнее позволяет понять меха]низм, благодаря которому злокачественные ткани (которые часто об]ладают аномально активным локальным кровоснабжением) имеют темную окраску в диафаноскопии. Хорошо заметна граница между новой областью повышенной васкуляризации и нормальными тканями, поскольку первая имеет повышенное поглощение. Ана]логичное объяснение можно дать и явлению характерного повышенияP яркости в изображении кист, поглощение в которых уменьшается за счет оттеснения кровесодержащих тканей заполненными жидкостью полостями. Если при обследовании собственная кровь пациента проникает в кисту, в изображении появляется характерная, четко оконтуренная темная область .
Рисунок 7.1. Кривые пропускания для образцов биоткани молочной железы, удаленных в ходе хирургической операции:
кривые А С относятся к злокачественным новообразованиям; кривая Е к свиному жиру; кривая О к ткани молочной железы в норме; все остальные кривые относятся к фиброаденомам. Препараты имели различные толщины: А 5 мм, В 2 мм, С 10 мм,D J 2 мм
Коэффициент пропускания света биотканями зависит от длины волны излучения, вида просвечиваемой биоткани и ее толщины. Надежные данные об оптических характеристиках биоткани практически от]сутствуют. Известно, что щека толщиной 5 мм пропу]скает около 14% падающего на нее света с длиной волны 860 нм. На длине волны 1150 нм пропускание возрастает до 20%. Другие биотка]ни имеют аналогичную зависимость пропускания света от длины вол]ны. При длинах волн больше 1400 нм биоткани из-за наличия в них во]ды становятся сильно поглощающими. Другие исследователи изуча]ли прохождение света через очень тонкие образцы; эти авторы зани]мались главным образом подбором оптимальной длины волны для нагрева кожи. Имеются также данные о пропускании света препаратами тканей, удаленных в ходе хирургической операции из опухоли молочной железы, но, по-видимому, нет четкого различия между пропускающими свойствами доброкачественной и злокачест]венной опухолей in vitro. Эти лабораторные исследования имеют большое значение. Обнаружено, что образцы различной толщины, будь то нормальная ткань, злокачественное новообразование и фи]броаденома, имеют почти одинаковые кривые прозрачности (рисунок 7.1). Это свидетельствует о неоднозначности интерпретации результатов по измерениям лишь вариаций коэффициента пропускания биотканей в кли]нической диафанографии. Эти кривые показывают области характери]стического поглощения света оксигемоглобином на длинах волн 576, 542 и 412 нм, что характеризует механизмы кровоснабжения биотканей. Согласно лабораторным исследованиям можно предполагать, что яркость и цвет диафаноскопического изображения определяются чис]лом красных кровяных телец (эритроцитов), приходящихся на едини]цу объема биоткани. Цельная кровь, например, почти полностью не]прозрачна, а спектрометрические измерения крови при ее разбавлении от концентрации 1:2000 до цельной крови обнаруживают всю гамму цветов, включая коричневый, желтый и вишневый цвета, т. е. цвета, наблюдаемые при просвечивании молочной железы.
7.2. Физические основы диафаноскопии
Необходимо также напомнить, что физические основы метода диафанографии в значительной степени отличаются от конкурирую]щих с ней методов диагностики, поскольку диафанография позволяет получать информацию о различных свойствах биотканей, важная роль которых до конца еще не установлена. Таким образом, целесо]образно продолжить разработку этого метода, а также изучение био]логических механизмов поглощения, затухания и рассеяния излучения в видимом и ИК-диапазонах.
Однако роль метода диафанографии в диагностике молочной же]лезы вызывает сомнение, и его необходимо сопоставить с такими кон]курирующими методами, как маммография, ультразвуковая диагностика и биопсия. Диафанография с хорошим качеством аппаратуры представляет собой новейший метод, апробированный пока лишь в нескольких центрах, и то в различном техническом испол]нении, и, хотя он является многообещающим методом, общеприня]тая точка зрения в его пользу до сих пор не сложилась. Однако для определенности следует заметить, что сущест]вует относительно немного работ, посвященных сравнению этого ме]тода с другими методами диагностики, причем даже полученные вы]воды неоднозначны. Основным аргументом против рентгеновской маммографии как метода скрининга является опасность накопления большой дозы об]лучения, и в этом отношении диафанография пред]ставляет собой альтернативный метод, безвредный для пациента. Однако низкое пространственное разрешение диафаноскопической визуализации делает этот метод слабым конкурентом, если целью клинического обследования является определение микроструктурных образований у пациентов, заболевание которых протекает бессимп]томно. Тем не менее при массовом скрининге выявляют 10% опухо]лей, возникающих в течение года после проведения маммографии и получения отрицательных показаний (эти опухоли называют интер]вальными); в этом отношении диафанография предлагает полезное дополнение к индивидуальному мониторингу методом пальпации или более рискованной маммографии, увеличивая выявляемость при мас]совых обследованиях. Если при просвечивании обнаруживается какая-либо аномалия, то пациента можно обследовать методом маммогра]фии или сделать биопсию для подтверждения диагноза. В случае об]следования плотной груди у молодых женщин маммографии присущи свои ограничения, что является еще одним стимулом к развитию диа]фанографии. К сожалению, (неизбежные) сравнения возможностей методов визуализации обычно проводятся на пациентах, уже имею]щих признаки или симптомы заболевания, и в этом смысле они не по]зволяют оценить относительную эффективность методов при массо]вых обследованиях. Не следует также игнорировать тот факт, что при опросе 95% женщин отдали предпочтение диафанографии, если име]лась необходимость в последующих обследованиях.
Проблема использования оптического излучения для диагностики внутренних органов всегда привлекала исследователей. Основная причина безвредность оптического излучения для человека. Не мало важную роль играют и относительная дешевизна источников и приемников оптического диапазона, особенно по сравнению с рентгеновскими или ЯМР системами. Множество экспериментальных фактов указывало на возможность применения оптического излучения для просвечивания биотканей. Нетрудно самостоятельно убедиться в том, что кожа и подкожные ткани частично прозрачны для излучения в види]мом и ближнем ИК-диапазонах. Поэтому был проявлен интерес к установлению того факта, можно ли по наблюдаемой картине, полу]ченной в результате диафаноскопии (просвечивания) не слишком тол]стых биологических тканей указать на патологию, и существует мно]го очевидных доказательств в поддержку этой развивающейся обла]сти диагностики. Метод найдет применение при обследованиях мо]лочной железы, а также в дифференциальной диагностике кистозных (доброкачественных) поражений и злокачественных опухолей. Кисты (заполненные жидкостью) видны как области с повышенной ярко]стью, если жидкость, заполняющая их, не является кровью, в то вре]мя как затемненные области в диафаноскопическом изображении с большой вероятностью указывают на наличие злокачественной опу]холи. Фиброаденомы дают изображение, окрашенное в интенсивный вишнево-красный цвет. Аналогично проводится дифференциальная диагностика плотных злокачественных опухолей и кист при заболева]ниях мошонки. Еще одной потенциальной областью применения ме]тода является исследование головного мозга новорожденного.
7.1. Диафаноскопия
7 Оптическая томография
Глава 7 Оптическая томография
Комментариев нет:
Отправить комментарий