Настоящее изобретение относится к способу получения радиологического изображения, в частности к способу повышения контрастности, что позволяет усовершенствовать возможности радиологической компьютеризованной технологии, основанной на рентгеновском излучении, в получении изображения и выполнения количественных измерений, касающихся трахеально-бронхиально-альвеолярных дыхательных путей, процесса вентиляции легких, потока крови через печень, потока крови через почки, церебрального потока крови и функции ткани головного мозга.
Радиологический способ получения изображения заключает в себе использование рентгеновского излучения или радиофармацевтических препаратов для создания изображения и/или качественного и/или количественного определения функциональности определенной части органа, например, бронхов в легких, или определенного органа, например, легких, или системы органов, всей легочной системы, охватывающей трахеально-бронхиально-альвеолярные дыхательные пути, венозно-артериальную систему легких и мягкие легочные ткани.
Радиологическая технология получения изображения, основанная на использовании рентгеновского излучения, включает компьютеризованные и некомпьютеризованные технические средства получения изображения. Существует определенная тенденция и компьютеризация радиологической методологии получения изображений, основанной на рентгеновском излучении, что позволяет создавать новые способы получения изображения, обслуживаемые математическим обеспечением, осуществлять цифровое хранение файлов и манипулировать записанными в них данными спустя некоторое время после оригинального обследования, - все это дает выигрыш с точки зрения длительности подвергания пациента радиации. К числу примеров технологий получения трехмерного изображения можно отнести компьютеризованную томографию (КТ), быстродействующую компьютеризованную томографию, высокого разрешения и основанную на математическом обеспечении трехмерную реконструкцию и винтовое, спирально и объемно-непрерывное сканирование, позволяющие прибору КТ создавать трехмерное изображение, например, легких или сердца, которое можно наблюдать под любым углом зрения и/или на любой глубине. К числу примеров технологий трехмерного изображения можно отнести цифровую радиографию, цифровую разностную радиографию и цифровую разностную ангиографию. Компьютеризованные томографы существуют практически во всех госпиталях, а число компьютеризованных устройств для получения двухмерных изображений быстро растет. Компьютеризованные системы для получения изображения, обладая повышенной чувствительностью к рентгеновским лучам, могут обеспечить преимущество, состоящее в уменьшении радиоактивной дозы для пациента и/или в получении высокосфокусированного пучка радиации в позиции обследуемого органа, что позволяет избежать нежелательной экспозиции других, и возможно - радиологически чувствительных, частей тела, и/или в способности точно регистрировать изображения и данные в координатах, связанных с движением органа, с использованием, например, электронного радиологического триггера.
Радиологический способ получения изображений, основанный на рентгеновском излучении, зависит от разницы в ослаблении или поглощении рентгеновских лучей различными типами ткани. Поскольку компьютеризованные устройства для получения двухмерного изображения и трехмерного изображения обладают высоким пространственным разрешением, наборы данных и изображений могут обеспечить диагностическую информацию относительно более мелких и более дискретных участках ткани. Поскольку способность получать изображение и наборы данных с высокой скоростью не связана ограничениями, накладываемыми физическими особенностями распада изотопов, компьютеризованные устройства для получения двух- и трехмерного изображения, основанные на рентгеновском излучении, могут генерировать более ограниченные скорость потока и изменение в информации о распределении газа или крови и создавать изображения с более резкими границами благодаря меньшему экранированию, обусловливаемому взаимосвязанным движением органа и ткани. Сама по себе рентгеновская радиология используется для получения изображений твердой ткани, например, костной, или мягкой ткани, пострадавшей от болезни или травмы, в результате чего произошло изменение плотности ткани. Примерами таких изменений в медицине являются переломы костей, омертвевшая ткань и опухоли определенного типа на определенных стадиях своего развития. Требуется усилить контрастность изображения различных типов мягкой ткани, изображения полости и мягкой ткани, выстилающей эту полость, изображения различных структур мягкой ткани и оценить состояние венозно-артериальной системы. С этой целью были созданы специальные агенты, которые применяются для усиления контрастности и, следовательно, качества радиологического или рентгеновского изображения.
Для дифференциации венозно-артериальной системы и окружающей мягкой ткани и костей и для выявления нарушений в венозно-артериальной системе часто используются агенты по усилению контрастности рентгеновского изображения, основанные на ионной и неионной формах йода. Поскольку иод имеет большой атомный номер, он поглощает или ослабляет рентгеновские лучи пропорционально своему присутствию, основанные на йоде агенты для усиления контрастности изображения вводятся внутривенно, поэтому их использование связано с инвазивной процедурой. Основное использование основанных на йоде агентов для усиления контрастности изображения связано и диагнозом заболевания и назначением терапии, касающейся венозно-артериальной системы, визуализацию которой они улучшают. Основанные на йоде агенты для усиления контрастности изображения остаются в сосудистой системе, если кровеносный сосуд не является нездоровым. Они также используются для обнаружения нарушений внутри кровеносных сосудов, например, закупорки или аневризмы.
Основанные на йоде агенты для усиления контрастности изображения существуют только в жидком виде, поэтому они не могут быть использованы для обнаружения и диагностики заболеваний газ содержащих пространств, например, легочной системы. Таким образом, оказывается недоступным для диагностики целый ряд заболеваний, включая нарушения в разеально-бронхиальных дыхательных путях, нефункционирующие области легких, в которых утрачена эластичность и не происходит нормального воздухообмена при вдохе и выдохе, как при эмфиземе, через альвеолярно-капиллярную мембрану между кровью и альвеолярными воздушными сумками легких. Невозможно также установить, происходит или нет воздухообмен в буллах пациента, страдающего раком легких, который может привести к инфекции и другим проблемам, или оценить оптимальную газовую смесь и ее давление для терапии респираторных заболеваний или обеспечения искусственного дыхания через специальную систему.
Желательно иметь такой способ получения радиологического изображения, который позволял бы обследовать, например, воздухообменную способность легких путем введения газа, усиливающего контрастность изображения между заполненными газом участками и мягкой тканью, которая формирует, а также окружает такие участки.
По этой и другим причинам была разработана процедура попеременного вдыхания стабильного ксенона и кислорода и ингаляции смеси, содержащей более высокую по сравнению с атмосферной концентрацией стабильного ксенона с кислородом. Стабильный ксенон является частично непрозрачным для рентгеновских лучей благодаря своему большому атомному номеру и поэтому ослабляет или поглощает рентгеновские лучи пропорционально концентрации в тех участках тела пациента, через которые проходят рентгеновские лучи. Поглощение рентгеновских лучей стабильным ксеноном в тех участках, где он находится, приводит к тому, что изображение этого участка становится в зависимости от типа используемого устройства вывода или регистрации изображения более темным, более светлым или окрашенным в другой цвет, причем степень затемненности, осветленности или окрашенности представляет собой относительное усиление визуального изображения и различий между отдельными областями. Кислород выполняет функцию по обеспечению жизнедеятельности.
При использовании ксенона для повышения контрастности рентгеновских изображений возникает две основных проблемы. Одна из них состоит в высокой стоимости стабильного ксенона. Вторая связана с тем, что ксенон является относительно плотным газом. При его высоких концентрациях от здорового или больного пациента могут потребоваться определенные усилия при его вдыхании, хотя при этом и не возникает ни опасности для здоровья, ни болевых ощущений. С особой силой эта проблема проявляется в случае обследования пациентов, страдающих легочными заболеваниями. Поскольку газ является плотным, а пациент, подвергающийся процедуре вентиляции легких или снятия бронхограммы, находится в вертикальном положении или в положении лежа, стабильный ксенон или газовая смесь, содержащая высокую концентрацию стабильного ксенона, стремится за счет силы тяжести заполнить наиболее низкие области легких, что приводит к неравномерному распределению стабильного ксенона в легких и неравномерному дыханию, что искажено отражает состояние легких пациента, в результате чего имеется потенциальная возможность снижения диагностической ценности исследования. При этом страдает качество изображения, поскольку в верхних участках структур трахеально-бронхиально-альвеолярных дыхательных путей может понизиться контрастность. Возникает ситуация, когда можно получить очень высокое по качеству изображение таких заполненных газом пространств, как бронхиоли и альвеоли, которое невозможно увидеть никаким другим способом, кроме компьютеризованных рентгеновских систем высокого разрешения, но при этом существенно ухудшить или сделать неполным диагностическое заключение.
В этих условиях, целью настоящего изобретения является обеспечение усовершенствованного радиологического способа получения изображения, позволяющего повысить контрастность изображения, что может быть особенно уместным в компьютеризованных радиологических процедурах, связанных с получением изображений с использованием рентгеновского излучения.
Другая цель настоящего изобретения заключается в обеспечении усовершенствованного способа получения рентгеновского изображения, может быть доставлен пациенту не инвазивно, а посредством ингаляции, что может дать такое усиление контрастности, которое бы повысило как качество бронхограмм трахеально-бронхиальных дыхательных путей вплоть до мелких бронхиолей, так и ценность исследований по воздухообъему в легких на уровне альвеолей, путем использования компьютеризованного оборудования для получения двух- и трехмерных рентгеновских изображений.
Приведенные выше и другие цели, которые станут очевидными для специалистов в этой области при прочтении настоящего описания, охватываются настоящим изобретением, суть которого заключается в следующем.
Способ получения радиологического изображения патента, который заключается в доставке пациенту стабильного ксенона, кислорода и гелия и уже после этого выполнение процедуры, связанной с получением его радиологического изображения.
Термин "радиологическое изображение", используемый в настоящем описании, относится к традиционному способу получения изображения.
Термин "компьютеризованный рентгеновский", используемый в настоящем описании, относится к процессу, в котором рентгеновские лучи испускаются рентгеновской трубкой, проходят сквозь тело пациента, детектируются посредством электроники, запоминаются в цифровом виде, с использованием математического обеспечения формируются изображения, которые выводятся на экран дисплея и/или записываются в визуальной или цифровой форме.
Термин "радиологическая контрастность", используемый в настоящем описании, или "усиление контрастности" означает способность различить лакуну, орган или тип ткани, являющиеся предметом обследования, от окружения, присутствующего на рентгеновском изображении, основанном на степени дифференциации в ослаблении рентгеновского излучения.
Термин "количественный", используемый в настоящем описании, означает диагностическую информацию, которая может быть выражена в численных параметрах, описывающих функциональность или отсутствие таковой в определенном органе или системе органов в теле.
Термин "трахея", используемый в настоящем описании, относится к пути, по которому газ выходит из легких.
Термин "бронхи", используемый в настоящем описании, относится к путям, по которым газ поступает в легкие, а термин "бронхиоли" относится к более мелкие каналам, по которым поступает в легкие.
Термин "альвеолы", используемый в настоящем описании, относится к газовым сумкам в легких, расположенным в конце бронхиолей, в которых через альвеолярно-капиллярную мембрану осуществляется газообмен между легкими и кровью, при котором кислород поступает в кровь и расходуется на клеточный метаболизм, двуокись углерода, создаваемая в процессе клеточного метаболизма, поступает обратно из крови в легкие и ксенон проходит туда и обратно без изменений.
Термин "вентиляция легких", используемый в настоящем описании, означает оценку емкости легких при вдохе и выдохе, распределения газов в легких и способности легких к газообмену с кровью через альвеолярно-капиллярную мембрану.
Термин "вливание", используемый в настоящем описании, относится к ингаляции газовой смеси, в процессе которой регистрируется распределение и скорость распределения газа по путепроводам воздуха и пространствам для газа.
Термин "равновесие", используемый в настоящем описании, относится к точке, в которой диагностическая газовая смесь, продолжающая поступать в организм, полностью заняла все предназначенные для нее пространства или, как в случае измерения уровня газа в крови, концентрация газа в крови вышла на насыщение и стала приблизительно равной поступающей концентрации.
Термин "слив", используемый в настоящем описании, относится к удалению и скорости удаления диагностической газовой смеси из газовых пространств и воздушных путепроводов после того, как подача газовой смеси прекращена.
Термин "бронхограмма", используемый в настоящем описании, означает оценку трахеи, больших бронхиальных и более мелких бронхиальных путепроводов газа в легких с точки зрения присутствия закупорок и/или уменьшения размеров дыхательных путей.
Термин "легочная ангиограмма", используемый в настоящем описании, означает оценку венозно-артериальной системы легких посредством использования средств усиления контрастности, основанных на иоде, в рентгеновских системах для получения изображения.
Термин "кардиальная ангиограмма", используемый в настоящем описании, означает оценку венозно-артериальной системы, входящей и выходящей из сердца и включающей поток крови в сердце, посредством использования средств усиления контрастности на основе иода в рентгеновских системах для получения изображения.
Термин "КТ", используемый в настоящем описании, относится к компьютеризованной системе для получения трехмерного рентгеновского изображения, которая путем использования источника рентгеновского излучения, детектора и специального математического обеспечения делает возможным накопление, просмотр данных и их преобразование в количественные параметры в тонких слоях (срезах) в заданной области, например, грудной клетки, в органе, например, в легких, или в лакунах, например, в бронхах легких, которые могут быть просмотрены и проанализированы либо последовательно от слоя к слою (от среза к срезу), в разделах, объединяющих несколько слоев, либо в своем полном объеме, когда используется винтовое, спиральное или объемное непрерывное сканирование и методы реконструкции трехмерного изображения, позволяющие просматривать заданную область на любом уровне, глубине и под любым углом зрения.
В настоящем описании подразумевается, что цифровая радиография цифровая флюороскопия, цифровая разностная спектроскопия и цифровая разностная ангиография представляют собой радиологические системы для получения рентгеновских двухмерных изображений высокого разрешения, которые используют источник рентгеновского излучения, детектор и специальное математическое обеспечение и делают возможной двухмерную реконструкцию изображения, которое может быть сохранено в цифровой форме с дальнейшей возможностью, например, увеличения масштаба изображения какого-либо раздела в целях установления более точного диагноза.
Разностная методика позволяет, например, снимать изображения без усиления контрастности анатомически фиксированных плотной кости и мягкой ткани, затем снимать изображение после введения усиления контрастности заданного органа или лакуны при соблюдении условия, недопускающего перемещения пациента, а затем вычитать первое изображение из второго, в результате чего получается изображение распределения агента, обеспечивающего контрастность.
Термины поток крови через почки" и "поток крови через печень", используемые в настоящем описании, относятся к получению изображения и количественных параметров скорости потока при вхождении в органы, в самих органах и на выходе из органов в целях определения раскрытого состояния потока крови и функции органа, что является особенно важным при определении необходимости в трансплантации, при выборе органа при трансплантации и при оценке органа после его трансплантации.
Термин "поток крови через головной мозг или церебральный поток крови", используемый в настоящем описании, относится к потоку крови по капиллярным сосудам головного мозга и через гематоэнцефалический барьер в клетки головного мозга, который показывает, какие области головного мозга обеспечены потоком требуемой скорости, что необходимо для доставки кислорода и питательных элементов, поддерживающих функцию его клеток, и для которого известно, насколько полезна визуализация потока крови через головной мозг и его описание с помощью количественных параметров в выявлении таких заболеваний сосудов головного мозга, как удар, ишемия, характеризующаяся низким потоком крови, травма и отмирание головного мозга, и в котором для реализации этих целей полезным агентом, усиливающим контрастность, является ксенон, растворенный в плазме крови.
Термин "функция ткани головного мозга", используемый в на настоящем описании, касается относительного функционирования нормальных и ненормальных клеток головного мозга одного и того же типа, различных типов, и определения омертвелости головного мозга, когда визуализация этой функции является полезной при диагностике таких заболеваний, как эпилепсия, ахлзеймерия и слабоумие, где в качестве контрастного агента благоприятно использование ксенона, поскольку, во-первых, он растворяется в плазме крови, во-вторых, он может пересекать гематоэнцефалический барьер, имитируя обмен кислорода между кровью и клетками головного мозга, и, в-третьих, он растворяется в липидах или жирах, которые содержатся в различных количествах в ткани головного мозга одного типа и разного типа, что зависит от того, насколько хорошо функционируют клетки головного мозга, поэтому степень усиления контрастности, обеспечиваемая ксеноном, является отражением функции.
Термин "неинвазивный", используемый в настоящем описании, означает, что не требуется нарушать целостность поверхности тела, как в случае инъекции назначенного вещества.
Считается, что ингаляция газа является неинвазивной процедурой, поскольку газ поступает в процессе нормального дыхания. Инвазивные процедуры несут в себе дополнительную опасность риска при инъекции в отношении нарушения стерильности венозно-артериальной системы.
На фиг. 1 показан пациент, которому подается газовая смесь, являющаяся предметом настоящего изобретения, с использованием аппарата для возвратного дыхания, и который подвергается обследованию с использованием компьютеризованной системы для получения двухмерного рентгеновского изображения.
На фиг. 2 показан пациент, которому из цилиндра с предварительно приготовленной газовой смесью, являющейся предметом настоящего изобретения, поступает эта смесь и который подвергается обследованию с использованием компьютеризованной системы для получения трехмерного рентгеновского изображения.
Рентгеновский радиологический способ получения изображений обладает тем преимуществом, что определенные структуры тела ослабляют или поглощают рентгеновские лучи в большей степени, чем другие структуры, что и дает возможность видеть на рентгеновском изображении определенные структуры, невозможные для наблюдения без хирургического или инвазивного вмешательства с использованием физических инструментов, и получать количественную функциональную информацию, основанную на качестве контрастности. На рентгеновских изображениях хорошо видна внутренняя структура кости, однако мягкие ткани и области, заполненные газом, дают неинформативные рентгеновские снимки. Способ получения рентгеновских изображений, использующий иод для усиления контрастности, не пригоден для областей, заполненных газом, само по себе рентгеновское изображение также не быть мерой динамического распределения газа или газообмена в структурах легких или в газах, находящихся в крови или вне ее.
Изобретение представляет собой усовершенствованный способ получения радиологических изображений газовых пространств в легких, распределения газа и газообмена в легких, а также получения количественных параметров распределения газа и газообмена в легких. Более того, изобретение представляет собой новый способ получения изображений или данных такого качества, при котором возможно обнаружение нарушений или ограничений в трахеальных или бронхиальных путях прохождения воздуха в легкие, чего ранее никогда еще не удавалось сделать в радиологических процедурах, связанных с получением рентгеновских изображений. Изобретение заключает в доставке пациенту (человеку или животному) гелия наряду со стабильным ксеноном и кислородом и в использовании компьютеризованного радиологического устройства для получения изображения и/или объединения радиологических данных. Стабильный ксенон распределяется по газовым путепроводам легких в прямом соответствии со способностью газов свободно проходить по путепроводам, если он не блокируется закупоркам как в случае хронических закупоривающих легочных заболеваний, если его поток не уменьшается ограничениями, как в случае астмы или при других заболеваниях. Стабильный ксенон может также улавливаться каналами легких, если их эластичность снижена, как, например, в случае эмфиземы.
Везде, где стабильный ксенон протекает, присутствует или оказывается в ловушке, он является поглотителем рентгеновских лучей в прямой пропорциональной зависимости от своего присутствия. Тем самым он обеспечивает улучшенную радиологическую контрастность. Степень контрастности может быть представлена в количественном виде через пиксели (элементы растра) или через воксели (элементы объема), содержащие число пикселей, представляющих объем ткани, что обеспечивает дополнительную функциональную информацию посредством перевода степени контрастности и степени контрастности в единицу времена и информацию, которая является ценной в анализе функции. Стабильный ксенон пересекает альвеолярно-капиллярную мембрану в сосудистую систему, возвращается в легкие и в неизменном виде выдыхается пациентом. Кислород служит средством жизнеобеспечения. Гелий служит в качестве разбавителя плотности газа, обеспечивая тем самым, более однородное распределение стабильного ксенона в газовых путепроводах легких при вертикальном положении пациента или его нахождении в положении лежа, а также облегчает пациенту дыхательный процесс. Гелий выдыхается пациентом в неизменном виде.
В тех случаях, когда исследуется поток крови через почки, поток крови через печень или поток крови через головной мозг, стабильный ксенон, растворяемый в плазме крови, обеспечивает контрастность, достаточную для получения изображения и количественных параметров, необходимых для исследования сосудистой системы органа. Эта информация особенно ценна при обследовании органов, потенциально нуждающихся в трансплантации, потенциальных донорских органов, а также уже трансплантированных органов, для которых имеется потенциальная опасность токсикоза или отторжения существующего или донорского органа в случае использования усиления контрастности, основанного на иоде. При исследовании потока крови через головной мозг и функции ткани головного мозга стабильный ксенон пересекает гематоэнцефалический барьер вместе с потоком крови через головной мозг и, растворяясь в липидах, содержащихся в липидах, содержащихся в ткани головного мозга в разной степени, зависящей от уровня церебрального потока крови, от специфического типа ткани головного мозга и от нормального/ненормального состояния ткани головного мозга, усиливает контрастность. Данные о потоке крови через головной мозг и о функции ткани головного мозга полезны при оценке таких заболеваний сосудистой системы головного мозга, как удар, окклюзия (закупорка) сосудов, аневризма, ишемия, травма, венозно-артериальная мальформация, слабоумие, алэхеймерия и эпилепсия. После обследования с использованием стабильного ксенона, усиливающего контрастность изображения потока крови через головной мозг и ткани головного мозга, может быть снята церебральная ангиограмма с участием иода в качестве агента, усиливающего контрастность, что обеспечивает высокое разрешение изображения венозно-артериальной системы в головном мозге.
Три газа, стабильный ксенон, гелий и кислород могут доставляться пациенту по отдельности, как серии газовых смесей, или как газовая смесь, содержащая все три компонента.
Когда вводится смесь из трех газов, она содержится, 20 - 75,5 мол.% стабильного ксенона, 19,5 - 75,0 мол.% кислорода и 5,0 - 60,5 мол.% гелия.
Газовая смесь может содержать и другие компоненты. Например, при исследовании вентиляции легких газовая смесь может также содержать двуокись углерода, концентрация которой для диагностических целей может достигать 10 мол.%, а в предпочтительном варианте заключена в пределах 1 -7 мол.%. Двуокись углерода может быть полезной при оценке ее влияния на дыхание в целях определения физиологической реакции пациента и/или в целях определения эффекта включения двуокиси углерода в газовую смесь в респираторной терапии. Газовая смесь может также содержать азот в тех случаях, когда смесь готовится с использованием воздуха вместо кислорода. Концентрация азота (в случае его присутствия) может достигать 55,5 мол.%.
Три газа могут быть введены пациенту, подвергающему одной из приводимых ниже процедур обследования.
С использованием компьютеризованного способа получения двухмерных рентгеновских изображений при оценке вентиляции легких:
а) Рентгеновское обследование должно проводиться без агентства, усиливающего контрастность, при задержке дыхания пациентом на вдохе и/или выходе из легких по словесной команде или с использованием электронного или спирометрического триггера, связывающего пациента с системой для получения изображения. После этого, не меняя положения пациента, следует провести обследование с использованием агента, усиливающего контрастность изображения, при котором, например;
b) пациент, подвергающийся обследованию вентиляции легких на компьютеризованной системе для получения двухмерного рентгеновского изображения, может вдыхать смесь, содержащую гелий и кислород, которая в процессе обычного дыхания заменяется либо на стопроцентный стабильный ксенон, либо на смесь стабильного ксенона и кислорода с содержанием 70 - 80% стабильного ксенона в кислороде с периодом приблизительно в 7 - 10 с, в течение которого данные, включающие динамические изображения и количественные параметры, собираются со скоростью, которая необязательно ограничивается рамками от 1 до 10 изображений в секунду, и может быть использован респираторный триггер, позволяющий получать каждый набор изображений в конце вдоха и/или выдоха, или;
c) пациент, подвергающийся обследованию вентиляции легких в компьютеризованной системе для получения трехмерных рентгеновских изображений, таких как КТ, быстродействующий КТ или КТ высокого разрешения, может вдыхать смесь, содержащую стабильный ксенон, гелий и кислород в течение нескольких минут, пока продолжается процесс получения изображения, или пациент, подвергающийся винтовому, спиральному или объемному непрерывному сканированию на компьютеризованном томографе, может вдыхать смесь в течение приблизительно 1,5 мин, после чего дыхание задерживается на 30 с или на время, достаточное для получения изображения, и;
d) вариант a) плюс b) или c), после чего процесс получения изображения продолжается, чтобы можно было зарегистрировать скорость удаления или вымывания стабильного ксенона из бронхиально-альвеолярного газового пространства легочной системы, а также присутствие и распределение стабильного ксенона, захваченного газовыми пространствами.
e) пациент, подвергающийся серии процедур, таких как a) плюс b) или c) и, возможно, d), в которых, как в случае компьютеризованных систем для получения двухмерных рентгеновских изображений, обследуются различные аспекты газовых пространств бронхиально-альвеолярного газового пространства легочной системы, включающие вид спереди и сзади, вид справа и слева, а также вид под различными углами зрения и, в которых, как в случае компьютеризованных систем для получения трехмерных рентгеновских изображений, возможны наблюдения на любой глубине и под различными углами зрения.
Пациент, подвергающийся обследованию с использованием одного из перечисленных выше способов, после которого проводится обследование, в котором пациенту вводится терапевтическое количество двуокиси углерода или гелия в виде смеси с тем, чтобы сравнить и оценить физиологическую реакцию пациента на меняющееся процентное соотношение двуокиси углерода и гелия с изображениями и данными, полученными в неизменном состоянии, тем самым потенциально обеспечивая информацию, которая является важной при определении воздействия дыхательных терапевтических газовых смесей, содержащих двуокись углерода или гелий, на пациента, находящегося в условиях выполнения процедуры;
g) пациент, подвергающийся обследованию с использованием одного из приведенных выше способов, после которого следует обследование, в котором меняется давление газовой смеси, предпринимаемое в целях сравнения и оценки физиологической реакции пациента на изменения давления вводимого газа с изображениями и данными, полученными в неизменном состоянии, что потенциально обеспечивает информацию, представляющую ценность в определении воздействия различных респираторных терапевтических давлений на пациента, находящегося в условиях выполнения процедуры;
h) манипуляция с полученными данными таким образом, чтобы любое из усиленных с помощью стабильного ксенона изображений можно было сравнивать между собой или вычитать одно из другого, по одному или в комбинации, и чтобы вычитание простых рентгеновских изображений из изображений, усиленных с помощью стабильного ксенона, приводило к исключению большинства изображений мягкой ткани и артофактов, обеспечивая ясную картину воздушных путепроводов, основанную на содержащемся в этих путепроводах ксеноне;
i) манипуляция с полученными выше данными в целях количественного определения скорости потока стабильного ксенона, входящего и выходящего из легких;
j) получение количественных данных денситометрии легких в целях определения присутствия и измерения локальных дефектов в вентиляции на основе изображений высокого разрешения, и способность суммировать изображения, усиленные с помощью ксенона и снятые в одном и том же положении, что повышает статистическую достоверность интерпретации.
В случае процедуры снятия пронхограммы с использованием компьютеризованного аппарата для получения двухмерных изображений пациент, по желанию врача и в зависимости от системы для получения изображения, может подвергаться одной или более одинаковым описанным выше процедурам, включая оценку терапевтических фармацевтических препаратов таких, как бронхиодиляторы.
С использованием компьютеризованной системы для получения двухмерных рентгеновских изображений при обследовании грудной клетки могут быть проведены все или часть процедур, описанных для вентиляции легких, после которых снимается кардиальная ангиограмма и/или ангиограмма легких с использованием ионных или неионных йодсодержащих агентов, усиливающих контрастность, с прямым и автоматическим соединением коррелирующих друг с другом изображений и наборов данных.
В тех случаях, когда компьютеризованная система для получения двухмерных рентгеновских изображений используется для обследования потока крови через печень или почки, пациента необходимо поместить в положение, удобное для получения изображения нужного органа, и провести обследование без применения агентов, усиливающих контрактность. Далее пациенту следует вводить газовую смесь с достаточным содержанием стабильного ксенона и в течение достаточно продолжительного времени для достижения уровня контрастности, которым определяется качество изображения и требуемая статистическая достоверность. Усиленные с помощью стабильного ксенона изображения и данные должны быть зарегистрированы либо в фиксированные моменты времени, либо по достижении максимальной концентрации. Рентгеновское изображение и данные, зарегистрированные в отсутствие усиления с помощью стабильного ксенона, следует вычесть из данных, зарегистрированных при участии стабильного ксенона, в результате чего из набора данных и изображения удаляются мягкие ткани и кости. После этого области нормального, слишком высокого, слишком низкого или отсутствующего потока крови поддаются идентификации и преобразованию в количественные параметры. По истечении 20 мин после окончания обследования с использованием стабильного ксенона, следует провести обследование венозно-артериальной системы интересующего органа с участием йода в качестве агента, усиливающего контрастность, и получить простое рентгеновское изображение и изображение, усиленное йодом, после чего имеется набор из трех изображений, включая изображение, усиленное стабильным ксеноном, которые зарегистрированы в исключительно хорошем согласии друг с другом и могут вычитаться одно из другого, что потенциально способно улучшить диагноз.
С использованием системы для получения трехмерного рентгеновского изображения при обследовании трахеально-бронхиально-альвеолярных газовых пространств в легких и функции вентиляции легких выполняется обследование, (без введения через дыхательную систему пациента) одним из нескольких способов получения изображения, включающих, но не исчерпывающихся ими, послойные изображения; и/или может быть генерировано винтовое, спиральное или непрерывное по объему сканирование, такое как трехмерная реконструкция всего трахеально-бронхиально-альвеолярного пространства и легких; после чего, например, пациенту дают возможность дышать смесью 30 - 40% ксенона с гелием и кислородом в течение 1,5 мин и выполняют обследование с использованием того же самого режима получения изображения при задержанном пациентом дыхании на вдохе в течение 30 с или такого интервала времени, который достаточен для получения изображения в этом режиме. После этого осуществляют вычитание первого изображения с соответствующим набором данных из второго, в результате чего получают набор данных, отражающих распределение стабильного ксенона в газовых пространствах, которые можно наблюдать как на любой глубине, так и под любым углом зрения в трех измерениях, сравнивать непосредственно с анатомией на основе изображений, полученных без усиления контрастности, при этом могут быть преобразованы в численные параметры скорость распределения и степень распределения стабильного ксенона в трахеально-бронхиально-альвеолярных газовых пространствах и в самом процессе вентиляции легких. Эти процедуры можно выполнять при непрерывном вдыхании пациентом газовой смеси из стабильного ксенона, гелия и кислорода и оценивать отдельные срезы и специфические глубины в процессе вливания и/или равновесия и/или вымывания посредством быстрого сканирования с использованием, например, быстродействующего компьютеризованного томографа.
Применение способа получения трехмерного рентгеновского изображения при обследовании церебрального потока крови и функции ткани головного мозга с использованием специализированного математического обеспечения, в котором изображения и наборы данных получают от слоев (срезов) или уровней головного мозга без усиления контрастности, затем пациенту вводится посредством ингаляции газовая смесь из стабильного ксенона, содержание которого может составлять, например, 33% гелия и кислорода, которая вдыхается пациентом до тех пор, пока не установится равновесие между концентрацией стабильного ксенона в крови и вводимой концентрации, и в момент установления равновесия получают второй набор изображений и данных. Наборы данных и изображений, полученных без усиления контрастности, вычитают из наборов данных и изображений, полученных с усилением контрастности, и в результате получают набор данных и изображений, представляющих распределение стабильного ксенона, которое может быть использовано для расчета локального церебрального потока крови (ЦПК) и функции ткани головного мозга, основанного на фармакологии стабильного ксенона. Этот процесс обеспечивает локальную ЦПК-информацию высокого разрешения, которая непосредственно скоррелирована с анатомией, позволяет быстро провести повторное ЦПК-исследование в целях определения эффекта фармацевтической терапии, позволяет "бросить вызов" существующей физиологии, а также позволяет выполнить обследование венозно- артериальной системы с использованием иода в качестве усилителя контрастности изображения через 20 мин после окончания обследования с использованием стабильного ксенона.
Смесь, состоящая из нескольких цилиндров с использованием специального устройства, которое смешивает газы до требуемых концентраций и обеспечивает удаление выдыхаемых газов или их возвращение в систему возвратного дыхания, снижая тем самым стоимость обследования.
В дыхательную маску могут быть также помещены специальные датчики, позволяющие контролировать процентное содержание каждого из газов при каждом выдохе и обеспечивать физиологическую информацию дополнительной диагностической ценности.
При обследовании вентиляции легких способ, в котором чередуются вдыхание газов и использование компьютеризованной системы для получения двухмерных рентгеновских изображений или быстродействующего компьютеризованного томографа, может быть реализован с использованием цилиндра или бака, содержащего предварительно смешанные гелий и кислород, или бака, содержащего 100% стабильного ксенона или 80% стабильного ксенона в кислороде, вводимых через специальное устройство, которое позволяет автоматически переключаться от одного к другому, от вдоха к вдоху, с использованием спирометрического или какого-либо другого физиологического триггера, или ручным способом, но так, чтобы изображения снимались при полном выдохе или вдохе при минимальном движении.
Среди множества процедур получения радиологических изображений, которые могут реализоваться в практическом использовании настоящего изобретения, присутствуют съемки вентиляции легких при хронических закупорочных легочных заболеваниях, съемки вентиляции легких при эмфиземе, съемки бронхограммы при астме, а также комбинация съемки простой рентгенограммы легких, съемки вентиляции легких и ангиограммы легких, усиленной по контрастности иодом, для оценки подозреваемого эмболизма легких, съемки вентиляции легких, усиленные по контрастности стабильным ксеноном, и кардиальной ангиограммы, усиленной по контрастности стабильным ксеноном, для установления причин, вызывающих болезнь легких; получение изображений и количественных параметров потока крови через печень, почки, головной мозг; получение изображений и количественных параметров функции ткани головного мозга.
Фиг. 1 иллюстрирует использование изобретения в связи с обследованием вентиляции легких и компьютеризованной системы для получения двухмерных рентгеновских изображений. На фиг. 1 показан пациент I, находящийся на съемочном столе цифрового радиографа (устройства ЦЦР) 2. Газовая смесь, являющаяся предметом настоящего изобретения, вводится пациенту I через маску 3, в которую газ поступает по линии 4 и выходит из которой по линии 5. Газовая смесь готовится в устройстве - 6 механического смешивания газов, куда из одного или более цилиндров или баков поступают газовые компоненты. На фиг. 1 показаны три таких цилиндра 7, 8 и 9. Например, цилиндр 7 может содержать стабильный ксенон, цилиндр 8 может содержать гелий и цилиндр 9 может содержать кислород. В процессе вентиляции легких получают как качественное изображение, так и количественные данные в диагностических целях с очень хорошим разрешением, что позволяет обнаруживать дефекты в очень малых участках легких.
Фиг. 3 иллюстрирует использование изобретения в связи с компьютеризованной системой для получения трехмерного рентгеновского изображения. На фиг. 2 показан пациент II на входе в компьютеризованный томограф (устройство КТ) 12. Газовая смесь, являющаяся предметом настоящего изобретения, вводится пациенту (П) через маску 13, в которую газ поступает по линии 14, исходящей из одно- или двухтактного регулятора газового давления 15, который расположен на цилиндре 16 с заранее приготовленной газовой смесью и заполненный производителем-поставщиком. Когда устройство КТ работает в режиме винтового, спирального или непрерывного по объему сканирования, могут быть получены реконструированные трехмерные наборы данных для трахеи, бронхов, бронхиолей и процесса вентиляции легких, обеспечивающие качественное изображение и количественные параметры распределения газа с очень высоким разрешением, что позволяет обследовать все или часть газовых путепроводов на любой глубине и/или под любым углом зрения.
Следующее требование состоит в еще большем усилении различий между мягкой тканью и костью и газсодержащими лакунами трахеи, бронхов и альвеолей посредством вычитания базовых данных по ткани и плотным образованиям, полученных с использованием обычной рентгеновской съемки анатомии костей и мягкой ткани, из усиленного по контрасту изображения в условиях, когда пациент находится в вертикальном положении или в положении лежа, чем обеспечивается диагностическое изображение и набор данных, в большей степени соответствующих состоянию пациентов и вследствие этого предоставляющих большую диагностическую ценность. Это обеспечивает возможность выполнения рентгендиагностических оценок газового пространства и вентиляционной физиологии системы органов в легких, которые не могут быть выполнены с использованием иода в качестве агента, усиливающего контрастность изображения, а также генерирования, с использованием систем для получения двух- и трехмерных рентгеновских изображений, изображений с высоким пространственным разрешением и количественной информации, касающихся газовых пространств и путепроводов, включая трахею, бронхиоли, альвеоли и функцию вентиляции легких, которые могут быть непосредственно скоррелированы с анатомией на основе, которая не является доступной ни одной из известных процедур, использующих газы, будь то рентгеновская с усиленной или неусиленной контрастностью или ядерная медицинская диагностика. Кроме того, это позволяет вследствие быстрого получения изображения, которое характерно для двухмерных компьютеризованных цифровых радиографических устройств, цифровых разностных ингиографических устройств, а также для трехмерного быстродействующего компьютеризованного томографа, получать изображение и наборы данных, соответствующих продолжительности менее одной секунды, делающих возможными визуализацию и описание в количественных параметрах потока агента, усиливающего контрастность и являющегося предметом настоящего изобретения, по воздушным путепроводам, ведущим в легкие и из легких в единицы времени и с такой степенью разрешения, которая недоступна в ядерной медицинской диагностике.
Специалистам в данной области понятно, что несмотря на то, что изобретение описано подробно и проиллюстрировано некоторыми специфическими примерами, существуют и другие варианты применения данного изобретения, укладывающиеся в формулу изобретения.
Изобретение относится к медицине, рентгенологии, может быть использовано для получения радиологического изображения пациента. Получают базовое радиологическое изображение. Путем ингаляции вводят пациенту стабильный ксенон, кислород и гелий. Вычитают базовое радиологическое изображение из изображения, полученного после ингаляции. В частных случаях выполнения изобретения газовые компоненты вводят по отдельности. В частном случае пациенту вводят терапевтическую газовую смесь. Ксенон, кислород и гелий вводят в определенных соотношениях. В частном случае в газовую смесь дополнительно вводят азот. Способ позволяет повысить контрастность изображения при сохранении неинвазивности рентгенологического исследования. 2 ил.
