Radiologia

Radiolog interpretuje obrazy z wykorzystaniem cyfrowej linii diagnostycznej. San Diego, Kalifornia 2010 r.

Radiologia – dziedzina medycyny oraz samodzielna specjalizacja lekarska zajmująca się obrazowaniem ciała człowieka, z wykorzystaniem promieniowania rentgenowskiego (tradycyjna rentgenografia, tomografia komputerowa, angiografia), pola magnetycznego – tomografia magnetycznego rezonansu jądrowego oraz ultradźwięków (ultrasonografia). Otrzymany w ten sposób obraz musi zostać jeszcze zinterpretowany przez radiologa, na podstawie czego powstaje dokładny opis zdjęcia ze wszystkimi spostrzeżeniami oraz diagnozą. Obecnie rozwija się również radiologia zabiegowa (interwencyjna, inwazyjna), której przedmiotem jest dokonywanie małoinwazyjnych zabiegów leczniczych np. angioplastyki, obliteracji guzów, celowanego podawania leków. Istotnym przełomem było wprowadzenie radiografii cyfrowej (DR, ang. digital radiology), tj. zastosowania w pełni cyfrowej linii diagnostycznej (obejmującej akwizycję obrazu, jego przetwarzanie i archiwizację, ang. PACS).

Diagnostyka za pomocą obrazowania radiologicznego jest podstawową formą diagnozowania w dzisiejszych czasach. Wykorzystywana jest w każdym etapie leczenia chorego – od rozpoznania samej choroby, poprzez postępy w czasie leczenia, aż po wykrywanie powikłań. Należy jednak pamiętać, że niesie za sobą również niebezpieczeństwo w postaci promieniowania.

Historia

Świat

Początki radiologii związane są z odkryciem promieniowania rentgenowskiego przez Wilhelma Roentgena 8 listopada 1895 roku. Fizyk badał przezroczystość różnych przedmiotów w stosunku do promieniowania z wykorzystaniem rury Crookesa. Z początku fotografował metalowe druty oraz odważniki w pudełku, do historii jednak przeszło zdjęcie ręki żony Roentgena na którym widać cień pierścienia.

W niespełna dwa lata od odkrycia promieni X zaczęto je stosować do prześwietleń ludzkiego ciała (głównie diagnostyka złamań kości oraz chorób płuc), a później również do leczenia niektórych nowotworów (radioterapia megawoltowa). Sama radioterapia do dziś jest stosowana do leczenia oraz łagodzenia części objawów chorób nowotworowych.

Najważniejszą, z punktu widzenia medycyny, cechą promieniowania rentgenowskiego jest jego przenikliwość. Promienie przechodzą przez wszystkie materiały bez wyjątku, jednak w czasie przejścia osłabiają swoje natężenie. Osłabienie to jest ściśle zależne od rodzaju materiału poddanego promieniowaniu.

Polska

Jedna z pierwszych pracowni rentgenograficznych w Polsce, w szpitalu Świętego Ducha w Warszawie w roku 1898.

W czasie największych odkryć Wilhelma Roentgena Polska znajdowała się pod zaborami. Mimo to informacje o promieniach X dotarły bardzo szybko. Początkowo wzbudzały one wiele niepewności, jednak już wkrótce i w Polsce rozpoczęły się badania nad promieniowaniem Roentgena. Jednym z pionierów był Profesor Karol Olszewski, który za pomocą rurki Plückera wykonał eksperymentalne zdjęcia przedmiotów, a w szczególności brązowy przycisk do papieru, oraz pierwsze polskie zdjęcie ludzkiej części ciała. Niespełna miesiąc później wraz ze swoim asystentem wykonał pierwsze zdjęcie ze wskazań klinicznych na którym zdiagnozowano zwichnięcie stawu łokciowego. Pierwszy polski naukowy artykuł z zakresu radiologii został opublikowany przez chirurga prof. Alfreda Obalińskiego, gdzie opisano pierwsze badanie kliniczne (zdjęcie RTG stawu łokciowego profesora Olszewskiego).

W tym samym czasie w Davos (Szwajcaria) Polak Adam Władysław Alexander Rzewuski wykonał udane zdjęcia RTG ludzkiego ciała.

W pionierskim okresie polskiej radiologii ważną postacią był Mikołaj Brunner z Warszawy. Miał on znakomite przygotowanie lekarskie jak i w zakresie fizyki, szczególnie dotyczące elektryczności. W badaniach eksperymentalnych miał możliwość używania takich samych lamp Crookesa jak Roentgen. Już pod koniec stycznia 1896 r. otworzył prywatną pracownie rentgenowską, która służyła również chorym szpitali warszawskich.

Obecnie (2021) radiologia i diagnostyka obrazowa jest jedną ze specjalizacji lekarskich, a jej konsultantem krajowym od 3 kwietnia 2017 jest prof. dr hab. Jerzy Walecki.

Obrazowanie

Obrazowanie medyczne to sposób przedstawienia w formie obrazów wszelkich zmian zachodzących w ciele człowieka, daje wgląd do wnętrza ludzkiego organizmu bez konieczności przeprowadzania operacji chirurgicznej. Obrazy otrzymane w ten sposób wykorzystywane są do celów badawczych, diagnostycznych, terapeutycznych lub edukacyjnych.

Główne zastosowania obrazowania:

• wizualizacja – czy zmiany są widoczne,
• analiza ilościowa – pomiary organów, zmian chorobowych,
• lokalizacja – gdzie dokładnie znajdują się zmiany, jaka jest najlepsza droga dostępu,
• badania przesiewowe.

Ludzkie kolano widziane w zapisie MRI (ang. magnetic resonance imaging)

Jakość obrazów ma ścisły związek z metodą obrazowania. Wpływ ma również dobór odpowiednich parametrów poszczególnych urządzeń dokonywany przez operatora urządzenia. Również samo urządzenie ze względu na producenta czy czas eksploatacji wpływa znacząco na jakość wykonywanych obrazów.

Główne parametry składające się na jakość obrazów medycznych:

• kontrast,
• ostrość,
• rozdzielczość,
• zaszumienie,
• poziom artefaktów,
• zniekształcenia przestrzenne.

Sam proces obrazowania składa się z poszczególnych faz, które przeprowadzane są jedna po drugiej.

Wyróżnia się następujące etapy obrazowania:

1. Akwizycja obrazu – uzyskiwanie informacji w wyniku działania procesów fizycznych np. promieniowania.
2. Przechowywanie obrazu – na kliszy lub w pamięci komputera.
3. Transmisja obrazu – np. z oddziału radiologii do klinik.
4. Przetwarzanie (przekształcanie) obrazu – komputerowe np. usunięcie artefaktów, kompresja zniekształceń.
5. Analiza obrazu – np. automatyczne odnajdywanie komórek nowotworowych na obrazie.

DICOM

Norma DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) jest standardem wymiany informacji w diagnostyce medycznej. Oprogramowanie pracujące w tym standardzie umożliwia pełne obrazowanie wszystkich typów badań z zakresu klasycznej diagnostyki: RTG, USG, CT, MRI. Standard DICOM został opracowany przez American College of Radiology (ACR) oraz National Electrical Manufacturers Association (NEMA) przy współpracy z wieloma organizacjami międzynarodowymi i firmami komercyjnymi. Norma DICOM jest powszechnie stosowana w systemach obrazowania w zastosowaniu medycznym.

Podstawowe cele standardu DICOM:

1. Promocja wymiany obrazów medycznych i informacji powiązanych niezależnie od producenta.
2. Umożliwienie rozwoju systemów archiwizacji i wymiany danych przez sieć oraz możliwość współpracy z innymi systemami szpitalnymi.
3. Umożliwienie stworzenia diagnostycznych baz danych, które mogą podlegać wymianie w celu podniesienia poziomu efektywności diagnostycznej.

Metody obrazowania w radiologii

Zdjęcie RTG ludzkiego łokcia

Rentgenografia (RTG)

Najpowszechniej stosowana technika obrazowania struktur anatomicznych wykorzystująca promieniowanie Roentgena. Głównym jej zastosowaniem jest diagnozowanie układu kostnego człowieka.

Wykorzystuje różnice w pochłanianiu wiązek promieni X przez różne tkanki. Otrzymany w ten sposób obraz jest obrazem sumacyjnym, co oznacza, że jest sumą cieni wielu różnych narządów nakładających się na siebie na drodze strumieni promieniowania. Informacja tak uzyskana często bywa niewystarczająca, ponieważ nie niesie informacji o konkretnych tkankach. Rozwiązaniem tego problemu jest wykonanie serii zdjęć pod różnym kątem, co pozwala na zobrazowanie budowy analizowanego narządu.

Tomografia komputerowa (CT)

W latach 70 XX wieku Sir Godfrey Newbold Hounsfield wraz z Allanem McLeodem Cormackiem stworzył tomograf komputerowy, który na podstawie serii zdjęć radiologicznych wykonanych z różnych kierunków, z wykorzystaniem odwrotnej transformaty Fouriera tworzył rekonstrukcję badanego narządu. Obecne tomografy komputerowe wykorzystują odwrotną transformatę Radona, oraz filtrowania w dziedzinie częstotliwości przy użyciu transformaty Fouriera.

Podobnie jak rentgenografia tomografia komputerowa wykorzystuje zjawisko przenikalności przez tkanki ludzkiego ciała promieniowania rentgena. W przeciwieństwie jednak do lampy w klasycznym aparacie RTG, lampa tomografu jest ruchoma. Lampa ta porusza się ruchem okrężnym wzdłuż pacjenta wykonując zdjęcia przekrojowe badanych struktur w odstępach od 2 do 10 milimetrów (w zależności profilu badania). Badanie tomografem komputerowym służy ogólnej ocenie struktur anatomicznych człowieka oraz weryfikacji wszelkich nieprawidłowości pracy ludzkiego organizmu. Tomografia stanowi w dzisiejszych czasach jedno z podstawowych badań obrazowych.

Ultrasonografia (USG)

Badanie USG ludzkiego serca.

Jedna z popularniejszych metod obrazowania stosowana od lat 60. XX wieku. Wykorzystuje zjawiska rozchodzenia się, rozpraszania i odbijania fal ultradźwiękowych na granicy ośrodków. Stosowana jest przede wszystkim do określania rozmiarów, lokalizacji i głębokości usytuowania względem powierzchni ciała badanych narządów. Jedynym jej ograniczeniem jest stosowanie jej tylko do tkanek miękkich złożonych w dużej mierze z wody, dobrego przewodnika fal ultradźwiękowych.

Obecnie istnieje wiele zastosowań i odmian badania ultrasonograficznego, m.in. możliwość przedstawienia wyniku badania USG w trójwymiarze poprzez połączenie kilku sekwencji obrazów.

Swoją popularność osiągnęła dzięki ogólnej dostępności i niewielkiemu kosztowi przeprowadzenia. Możliwość obserwacji w czasie rzeczywistym oraz natychmiastowa możliwość diagnozowania również znacząco wpłynęły na popularność tej metody obrazowania.

Jednym z zastosowań USG jest USG dopplerowskie.

Angiografia

Angiogram naczyń wieńcowych (koronarografia).

Badanie diagnostyczne, którego celem jest zobrazowanie naczyń krwionośnych ze szczególnym naciskiem na uwidocznienie ich światła. Stosowane jest również w diagnostyce chorób serca. Badanie to wymaga podania nieszkodliwego środka cieniującego (kontrastu), który pozwala na uwidocznienie wybranych cech narządu. W badaniu wykorzystuje się więc zjawisko pochłaniania promieniowania rentgenowskiego przez środek cieniujący. Następnie wykonywane jest zdjęcie rentgenowskie (aktualnie przy niektórych badaniach wykonuje się serie zdjęć), na którym środek kontrastujący uwidacznia zwężenia i wszelkie zmiany naczyń krwionośnych.

Czasem angiografię wykonuje się w przypadku choroby nowotworowej, aby uwidocznić unaczynienie guza.

Obraz mammograficzny: normalny (po lewej) i z nowotworem (po prawej)

Mammografia

Metoda diagnozowania nowotworów piersi u kobiet wykorzystująca promienie rentgenowskie, które są różnie pochłaniane przez poszczególne tkanki organizmu. Zmiany nowotworowe na zdjęcia widziane są jako białe plamy – spowodowane jest to tworzeniem mikrozwapnień w miejscach rozwoju nowotworu.

Badanie to jak każde inne nie jest doskonałe. Cały czas trwają badania nad rozwojem innych technik obrazowania piersi (min. palpacyjne badanie piersi MRI), mających wyeliminować niedoskonałości stosowania mammografii. Główne powody, przez które inne badania nie zyskują popularności:

• mniejszej czułości,
• większa szkodliwość,
• znacząco większe koszty.

Rezonans magnetyczny (MRI)

Seria zdjęć z rezonansu magnetycznego mózgu (płaszczyzna poprzeczna, strzałkowa i czołowa)

Obecnie wykorzystanie rezonansu magnetycznego jest coraz powszechniejsze w praktyce klinicznej. W ostatnim dziesięcioleciu jakość obrazu otrzymywanego w czasie badania uległa znaczącej poprawie, dzięki czemu rezonans magnetyczny stał się doskonałym uzupełnieniem diagnostyki w wielu dziedzinach medycyny. Zastosowania MRI stały się metodą z wyboru w nieinwazyjnej diagnostyce obrazowej nie tylko serca.

W przeciwieństwie do tomografii komputerowej rezonans magnetyczny nie wykorzystuje promieniowania rentgenowskiego, które potencjalnie może być szkodliwe. Również zastosowany środek cieniujący nie zawiera jodu, co zmniejsza ryzyko wystąpienia reakcji alergicznej u pacjenta po podaniu.

Medycyna nuklearna

"Maksimum emisji" (MIP) dla rozpadu związku ¹⁸F-FDG

Medycyna nuklearna to jeden z działów medycyny zajmujący się wykorzystaniem radioizotopów w diagnostyce medycznej. W czasie badań stosuje się bardzo małe ilości substancji znakowanej radioizotopem. Dawka podawana musi być na tyle mała, aby uniknąć wszelkich niepożądanych efektów np. uczuleń. Substancja podawana jest pacjentowi doustnie. Gamma kamera bada rozkład znacznika. W związku, z tym, że urządzenie to nie emituje dodatkowego promieniowania, dawka jaką otrzymuje pacjent w czasie badania jest zazwyczaj znacznie mniejsza niż w czasie typowego badania radiologicznego.

Obecnie medycyna nuklearna sprawdza się przede wszystkim w diagnostyce chorób u dzieci, w onkologii, kardiologii, neurologii, psychiatrii, ortopedii.

Pozytonowa tomografia komputerowa (PET)

Pacjent otrzymuje dawkę izotopu promieniotwórczego o krótkim czasie połowicznego rozpadu. Badanie polega na rejestracji promieniowania wytwarzanego podczas anihilacji pozytonów powstałych wskutek rozpadu β+. W odróżnieniu zatem od tomografii komputerowej wykorzystuje się promieniowanie, którego źródło znajduje się bezpośrednio w badanym organizmie.

Badanie to jest nieinwazyjne, a dawka, która otrzymuje osoba badana, jest akceptowalna dla technik diagnostycznych – od czasu jej stosowania nie stwierdzono żadnych efektów ubocznych będących jej następstwem.

PET + MRI

Pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa jako badanie nie może istnieć samodzielnie. W czasie badania rozpadu musi być wykonywane równocześnie drugie badanie, które pozwala na połączenie wyniku badań PET i mapy ciała pacjenta. Jedynym badaniem łączonym z PET do niedawna była tomografia komputerowa. Niestety technika ta nie nadaje się do obrazowania niektórych organów np. mózgu. Rozwiązaniem tego problemu jest połączenie badania PET z MRI – metoda ta pozwala na rozróżnienie tkanek na podstawie reakcji na promieniowanie.

Promieniowanie

Wybrane średnie efektywne dawki promieniowania [mSv] otrzymywane przez pacjentów w trakcie badań diagnostycznych:

Dla porównania natężenie promieniowania kosmicznego docierającego do ziemi (różne w zależności od wysokości) wynosi około 45 mSv/rok na wysokości 1500 m n.p.m, a na wysokości morza około 3 mSv/rok. Natężenie zatem maleje wraz ze spadkiem wysokości, a docierając do poziomu gruntu jest praktycznie nieszkodliwe.

Znacznie większe dawki promieniowania otrzymują pacjenci poddawani procedurom zajmującym dłuższy czas, takim jak np. implantacja stentów, stentgraftów, a także embolizacja tętniaków naczyń mózgowych.

Optymalizacja

Dawka śmiertelna przyjętego promieniowania zasadniczo zależy od stopnia skomplikowania budowy organizmu – im mniej skomplikowany tym dawka może być większa.

Ryzyko niebezpieczeństwa ze strony promieniowania dla człowieka pojawia się w przypadku znaczącego przekroczenia maksymalnych dawek. Głównie zwiększa się zachorowalność na białaczkę oraz inne choroby nowotworowe, a także problemy z narządem wzroku (zaćma) oraz zmiany skórne (nawet prowadzące do martwicy).

W przypadku konieczności wykonania większej liczby zdjęć istnieją różne metody ograniczania ekspozycji. Polegają one głównie na ograniczaniu powierzchni narażonego obszaru, obrazowaniu tylko najistotniejszych struktur, osłanianiu istotnych narządów znajdujących się w sąsiedztwie badanego obszaru, np. osłanianie narządów rodnych w czasie RTG kręgosłupa.

Optymalizacja ochrony przed promieniowaniem nie polega na ograniczaniu otrzymywanej dawki do minimum wszelkim kosztem. Zgodnie z zasadą ALARA (ang. As Low As Reasonably Achievable) polega na takiej organizacji, aby otrzymywane dawki były na tyle małe, jak jest to osiągalne w rozsądny sposób.

Główne metody ograniczania dawki:

• stosowanie najnowszych urządzeń które rozwijane są cały czas,
• dbanie o odpowiedni stan techniczny urządzeń diagnozujących,
• wykwalifikowana obsługa dbająca o odpowiedni dobór parametrów urządzeń,
• ograniczanie geometrycznego powiększania obrazu,
• używanie kolimatora,
• osłona niepotrzebnie narażonych narządów pacjenta,
• osłona personelu,
• doświadczony, wypoczęty personel obsługujący urządzenia.

Zgodnie z nieobowiązującym już Rozporządzeniem Rady Ministrów z dnia 18 stycznia 2005 r. w sprawie dawek granicznych promieniowania jonizującego ustanowiono następujące wartości limitu:

^[*] 100 [mSv] na 5 lat

Kierunki rozwoju

Istnieją cztery zasadnicze grupy rozwoju obrazowania:

• doskonalenie jakości obrazu, czyli rozdzielczości – dzięki bardzo dobrej rozdzielczości liniowej obrazu możemy wykryć zmiany, które dotychczas, szczególnie w starszego typu aparatach mogły być przeoczone, niewykazane,
• środki kontrastowe – preparaty nowej generacji, zupełnie nieszkodliwe i bezpieczne dla pacjenta,
• badania dynamiczne, czyli badania, które określają przepływ krwi w określonych zmianach chorobowych – po rodzaju tego przepływu możemy stwierdzić, czy jest to zmiana nowotworowa, zapalna, czy niedokrwienna,
• poprawienie swoistości tkankowej.

Linki zewnętrzne

• Polskie Lekarskie Towarzystwo Radiologiczne
• Strona o polskiej radiologii