Перспективы компьютерной томографии в онкологии Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

Клинические исследования

© Е. К. КОЛЕСНИКОВА, 1991 УДК 616-006.04-073.75-037

Е. К■ Колесникова

ПЕРСПЕКТИВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ В ОНКОЛОГИИ

НИИ клинической онкологии

Быстро растущая роль диагностических методов исследования, особенно лучевых, в клинической практике обусловлена постоянным совершенствованием радиологической и ультразвуковой аппаратуры, улучшением качества получаемых изображений, техническим совершенствованием и разработкой новых рациональных алгоритмов использования традиционных методик исследования больных. Эти успехи в значительной степени связаны с применением вычислительной техники, позволившей перейти от аналоговых изображений к метричным с математической обработкой данных [1].

Дигитальные устройства обеспечивают обработку изображений (сложение, вычитание, сглаживание, контрастирование, выделение «зон интереса», построение гистограмм и т. п.). Уже сегодня более 30 % всех радиологических исследований обеспечиваются дигитальной аппаратурой [7].

Основная тенденция развития диагностических дисциплин заключается в непрерывном увеличении их удельного веса и роста количества исследований в большинстве стран мира. Так, по данным Международной ассоциации рентгенологов и радиологов, ежегодное увеличение этих исследований на одного жителя в Швеции составило 6 %, в США— 7 %, в ФРГ — 10 %, а предполагаемый рост в течение ближайших 10 лет составит во Франции — 67 %, в ФРГ — 97 %, в Англии — 100 %. В СССР ежегодно количество исследований увеличивается на 10 % [3].

Разработка большого числа новых методов получения изображения в относительно короткий срок обусловила появление особого раздела диагностики — Imaging methods, куда вошли традиционные рентгенологические, радиологические и ультразвуковые исследования (УЗИ), компьютерные рентгеновская (КТ) и магнитно-резонансная (МР) томографии, тепловидение и некоторые другие методы, еще не нашедшие широкого применения. Наиболее признанным названием этой дисциплины утвердилось «Диагностическая радиология» [3].

Важной ее частью и ведущим методом визуализации в клинической медицине остается УЗИ.

Наряду с одномерными способами УЗИ (А- и М-методики эхографии), использующимися, в частности, в офтальмологии, неврологии, кардиологии, наибольшее практическое значение получило ультразвуковое сканирование (В-метод, или сонография), обеспечивающее двухмерное изображение. Допплеровские ультразвуковые приборы позволяют регистрировать в виде кривых движение и сокращение органов, кровоток в сосудах. Особенно ценна методика, позволяющая получать маркированные цветом сканограммы, на которых,

например, кровь, текущая к датчику, окрашена в красный цвет, а от датчика — в синий. С помощью этого метода, ангиодинографии, оценивают кровоток в сердце и сосудах [3].

Все большее значение приобретает так называемая дуплексная сонография, комбинация сонографии и допплерографии, дающая возможность сопоставления морфологии сосудов с данными о кровотоке. Использование звуковых антенн сделало достижимым эндоскопическую и внутриполо-стную сонографию и интраоперационную ультразвуковую ревизию органов, в том числе и головного мозга [2].

К принципиально новым видам получения изображения относится рентгеновская и МР КТ.

В рентгеновских компьютерных томографах трубка, связанная с системой детекторов, вращается в аксиальной плоскости вокруг объекта. Испускаемый трубкой узкий пучок лучей шириной 1 —10 мм, проходя под многими углами через исследуемый слой, ослабляется в разной степени для каждой точки данного слоя. Значения этой абсорбции обрабатываются быстрым процессором методом обратных проекций.

Такой способ получения изображения отличается от дигитальной рентгенографии тем, что получается поперечное изображение с отсутствием скрытых зон и наложения теней и резко повышается чувствительность к объектам с малым градиентом плотности, что позволяет дифференцировать мягкие ткани.

Все полученные в числовом виде поперечные изображения поступают на «основную» матрицу компьютера, содержащую 256X256, 320X320 или 512X512 точек. Обработанное для каждой точки среза абстрактное число переводится затем в условную шкалу поглощения (шкала НоипэПеЫ) и подается на графический дисплей в виде чернобелого изображения с большой градацией серой шкалы, где за 0 принята плотность дистиллированной воды, за -|-1000 — компактного вещества кости, за —1000 — плотность воздуха. Все другие ткани имеют условные денситометрические показатели, лежащие в границах этой шкалы. В связи с этим не представляет сложности дифференциация жидкость- и жиросодержащих структур от мягкотканых.

В дальнейшем с полученным изображением врач может выполнять все виды обработки, применяемые в дигитальной рентгенологии: складывать и вычитать изображение, усиливать или смягчать изображение или его части, выделять «зоны интереса» с повышением разрешающей способности метода на выбранном участке, увеличивать, измерять расстояния, углы и др. В случае применения внутривенного или внутриартериального введения контрастного вещества появляется возможность измерять скорости повышения плотности во времени, т. е. изучать сосуды и функцию некоторых органов.

Подобным образом работают компьютерные томографы третьего и четвертого поколений — пока наиболее широко распространенные в мире аппараты. Один слой изображения на таких системах можно получить за 1—5 с, что позволяет использовать КТ для исследования тяжелых больных и маленьких детей.

Новым направлением в развитии рентгеновской'

КТ является создание томографов пятого поколения, в которых одна томограмма может быть получена за 50 мс (что в 3—4 раза меньше времени сердечной систолы). Кроме того, одновременно можно получить параллельные томограммы на 8 срезах. Технически это возможно только при использовании компактного линейного ускорителя и электронного пучка, управляемого компьютером, при полном отсутствии движущихся механических частей. С помощью такого томографа рентгенолог реально приближается к оценке функционального состояния органов, изучению объемного кровотока, фракции сердечного выброса, работы клапанного аппарата, корона-рографии и даже перфузии миокарда. И, что достаточно важно, все эти данные могут быть получены после однократного внутривенного введения 35 мл контрастного вещества [2].

В магнитно-резонансном компьютерном томографе принцип обработки изображения тот же, что и при КТ. Однако существенно разнится способ получения изображения. При МР пациент помещается в магнитное поле и затем подвергается воздействию радиочастотных импульсов. Эти импульсы отклоняют протоны ядер водорода, находящиеся в магнитном поле. Но после прекращения импульса они возвращаются в исходное положение, «сбрасывая» лишнюю энергию, которая и улавливается радиочастотными катушками. По разнице энергий, поступающих из различных точек, осуществляется построение изображения.

В настоящее время 70—80 % всех МР-исследо-ваний занимают проблемы диагностики заболеваний головного мозга и позвоночника. Преимущества МР-томографии перед КТ очевидны при исследовании головного мозга (особенно задней черепной ямки, основания и ствола мозга), спинного мозга, межпозвоночных дисков, глазного яблока и некостных структур орбиты, сухожильно-связочного аппарата. Хорошие, но уступающие в настоящее время КТ результаты получены при исследовании внутренних органов.

В настоящее время в мировой практике находят применение три основные линии магнитных томографов: с использованием низконапряженных магнитных полей (0,02—0,25 Тл); средненапряженных магнитных полей (0,3—0,5 Тл) и высоконапряженных полей (1,5—2,0 Тл).

Наибольшее распространение получили изображения, «взвешенные» по Т1 и Т2, дающие наилучшую контрастность и оптимальную информацию. Разработки последних лет позволяют получать изображения не только в аксиальной или вертикальной плоскости, но и восстанавливать 3-мерную структуру поверхности головного мозга или всей головы.

Эффект сильного МР-сигнала движущейся крови нашел применение в МР-ангиографии, для которой не требуется введение контрастных препаратов и продолжительность которой лишь на 10— 15 мин больше обычного исследования. Высокое пространственное разрешение и качество изображения, с учетом неинвазивности исследования, позволяет предположить в будущем и использование метода в качестве скрининга. В 1989 г. были сконструированы МР-системы с напряженностью магнитного поля до 4 Тл, преимуществом

которых является высочайшее спектральное разрешение [4].

Разработка методов спектроскопии по различным элементам (Н-1, Р-31, С, F и др.) позволяет уже сейчас получать информацию о специфических особенностях тканей, что важно в их дифференциации и решении вопроса о злокачественности. W. Semmler предложил использовать спектроскопию Р-31 для динамического наблюдения за больными и оценки эффективности лечения, поскольку спектр фосфора меняется в зависимости от адекватности терапии и размеров опухоли [4].

Хотя присущий МР тканевый контраст в целом достаточно высок, в поисках дополнительной информации осуществляются попытки использования особых контрастных веществ.

Ими могут служить химические вещества и соединения, обладающие парамагнетизмом. Парамагнетиками называются вещества, у которых атомы или молекулы в отсутствие внешнего магнитного поля обладают определенным постоянным магнитным моментом. При наложении однородного поля такие атомы или молекулы меняют свою ориентацию в соответствии с ним, формируя собственное магнитное поле, направленное вдоль внешнего. Флюктуирующее магнитное поле парамагнитного атома (или молекулы) может способствовать увеличению магнитной релаксации окружающих ядер водорода — так называемому «усилению протонной релаксации».

Целый ряд парамагнетиков, включая ионы марганца, меди и нитрооксидные стабильные свободные радикалы (НССР; Nitroxide stable free Radicals), применяли в качестве МР-контрастных веществ в экспериментах на животных. Было показано, что с помощью ионов марганца можно выявить зоны ишемии в сердечной мышце у собак, перенесших инфаркт миокарда. Однако парамагнитные ионы имеют потенциальные недостатки, обусловленные длительностью их выведения из организма. Наиболее распространенным в клинической практике является гадолиниум ДТПА, успешно зарекомендовавший себя в исследовании больных с различными заболеваниями [1].

В настоящий момент многие фармацевтические фирмы ведут активные разработки соответствующих «контрастных» препаратов для МР-иссле-дований.

Темпы развития МР-техники представляются весьма значительными. Ожидается, что в будущем она способна произвести определенную революцию В'Диагностике самых разнообразных патологических процессов.

Метод начнет также использоваться для изучения основ физиологических процессов in vivo, например карциногенеза, воспалительных и тканевых реакций.

В более отдаленном будущем двух- и трехмерные синхронизированные изображения миокарда, обеспечивая информацией об объеме камер сердца и количестве поступаемой крови, смогут заменить соответствующие радионуклидные методы.

Полагают также, что безопасность МР-иссле-дований обусловит их применение для изучения различных изменений во время беременности. Очевидно, с помощью МР станет возможным выявлять развитие мозга плода, изучать и диагности-

ровать различные изменения в плаценте и в организме беременной [1].

В будущем будет разработано быстрое сканирование и динамическое исследование с измерением скорости кровотока.. На пути к реализации аппаратура, строящая синхронизированное изображение сердца и изображение кровотока сквозь плоскость. Ожидается улучшение импульсных методик для достижения оптимальных комбинаций соотношения сигнал — шум, контрастности и пространственного разрешения в' заданное время.

Несомненно, что характеристики магнитов будут значительно улучшены за счет создания более однородного и стабильного поля. Возможны комбинации резистивного магнита для протонных изображений и сверхпроводящего для исследований на основе ядер фосфора и углерода.

Следует упомянуть о возможности МР-иссле-дований на основе ядер фтора, поскольку их резонансная чувствительность близка к аналогичным параметрам ядер водорода. Идея интересна тем, что содержание мобильного фтора в теле человека фактически равно нулю, поэтому можно использовать его соединения в качестве носителя, вводя их в организм, и получать изображение их распределения без наложения окружающих тканей. Сложность заключается в том, что возможно введение лишь небольших количеств фтора, причем требуется длительное сканирование, а пространственное разрешение еще недостаточно высоко [1]. Однако маловероятно, что даже в далеком будущем МР заменит собой все существующие способы получения изображений. Но если метод сможет обеспечить врача одновременной информацией об анатомии и патофизиологии, он, несомненно, может занять место ультразвуковых, радионуклидных и КТ-исследований.

В техническом аспекте возможно создание изображения в реальном времени. В отдельном будущем могут найти применение новые фундаментальные процессы, такие, как ЕЫ001? или ОЬегЬаизег-эффект, где микроволны используются для индукции парамагнитных перемещений электронов в атомах, что в свою очередь влияет на ядра и соответственно на МР [1].

Принципиально новым направлением развития «атад1г^»-методов является разработка биомаг-нитной диагностики в неврологии и кардиологии. Принцип метода основан на неинвазивной регистрации электрических потенциалов с помощью многоканаловых датчиков, фиксируемых к коже, как при ЭЭГ и ЭКГ, позволяющих точное определение распределения индуцированного импульсами магнитного поля [5].

Сопоставление этой «карты» с МР-изображе-нием исследуемого органа дает топографию очага импульсов, что при наличии патологической активности позволяет локализовать зону поражения для оперативного лечения. Предполагается, что развитие этой техники позволит локализовать любой импульс мозга.

В настоящее время томографы, особенно компьютерные, все чаще используются для прицельных пункций, биопсий и аспираций. Широкое распространение получила стереотаксическая КТ в нейрохирургической практике, позволяющая под контролем КТ проводить прицельное введение

радиоактивных препаратов в толщу опухоли у неоперабельных больных.

Использование КТ и МР в предлучевой подготовке онкологических больных позволяет максимально избежать травматизации прилежащих к опухоли тканей, что дает возможность повысить дозу облучения зоны поражения и уменьшить количество сеансов лучевой терапии.

К сожалению, в нашей стране пока еще явно недостаточна материально-техническая база лучевой диагностики. К примеру, количество рентгеновских компьютерных томографов на конец 1988 г. в Японии составляло 5382 с приростом 743 томографа в год, в США — 5250 (630), ФРГ — 594 (50), Франции — 350 (61) и т. д. В нашей же стране их сейчас насчитывается около 150.

Такое же трудное положение с МР-томогра-фами — в США около 2000 систем (прирост в год 325), в Японии —300 (95), ФРГ — 100 (25). В нашей стране 8 томографов, причем 6 из них с напряжением 0,02—0,04 Тл, имеющих ограниченное клиническое применение. План выпуска в СССР на 1990 г.— бтомографов (0,12 Тл). В то же время в США около 95 % томографов с использованием магнита напряженностью 0,5—1,5 Тл, что открывает большие диагностические возможности. Все это уже позволило в развитых странах от последовательного применения методов лучевой диагностики «от простого к сложному» перейти к целенаправленному использованию лучших на; данном этапе и наиболее информативных методов.

К относительно новым методам радионуклидного исследования принадлежит эмиссионная КТ. Различают однофотонную эмиссионную томографию (ОФЭТ) и двухфотонную, или позитрон-но-эмиссионнуютомографию (ПЭТ). ОФЭТ позволяет более точно, чем обычная сцинтиграфия, отображать распределение радиофармпрепарата в разных слоях исследуемого органа. ПЭТ основана на использовании короткоживущих радионуклидов углерода, азота, кислорода и фтора и поэтому получаемых с помощью циклотрона. Регистрация аннигиляции электронов тканей с позитронами, возникающими при распаде радионуклида, позволяет получить обычное и объемное изображение объекта. Открывается перспектива изучения метаболизма глюкозы, жиров и белков, кинетики переноса веществ через мембраны клеток, динамики концентрации ионов водорода, усвоения лечебных препаратов и т. д. [2].

В рамках лучевой диагностики складывается новое перспективное направление — клиническая радиологическая биохимия. К ее методам относятся радиоиммунологический, радиорецепторный и иммунорадиометрический анализы, с помощью которых изучают химический состав биологических образцов и присутствие в крови и моче различных веществ экзогенного и эндогенного происхождения (гормонов, вирусов, опухолевых маркеров, лекарств и др.).

К способам активационного анализа принадлежит метод определения концентрации стабильных нуклидов, активированных различными частицами или фотонами, в биологических образцах или в целостном организме посредством измерения их излучения. Примером является облучение быстрыми нейтронами (нейтронно-активационный ана- ■

лиз). Нейтроны захватываются ядрами натрия, хлора, калия, фосфора, кадмия и, возвращаясь в стабильное состояние, испускают гамма-кванты строго определенных энергий. По гамма-спектрам устанавливают содержание этих элементов в тканях. Для определения содержания стабильного йода в щитовидной железе используют рентгенофлюоресцентный анализ. Фотонная абсорбцио-метрия дает возможность вычислять концентрацию минеральных компонентов в костной ткани.

Несомненен прогресс медицинской термографии. В прежние годы применяли главным образом термографию в микронном диапазоне, регистрирующей естественное тепловое излучение поверхности тела человека. Изменения температурного рельефа сопровождают нарушения васкуляриза-ции, воспалительные и опухолевые процессы и пр. В последнее время появились приборы для регистрации радиоизлучения человека в миллиметровом и дециметровом диапазонах волн, что позволяет определять температуру глубокорасположенных образований [2, 6].

В связи с наличием большого количества диагностических методик нередко возникают серьезные трудности при определении наиболее целесообразных для каждого конкретного пациента лучевых исследований. Их рациональное использование возможно лишь при условии алгоритмического подхода, наличия тесного контакта с лечащим врачом и четкой регламентации показаний к назначению адекватных данной клинической картине лучевых методов.

В настоящее время выполняется государственный заказ на разработку интегральных программ обследования пациентов, включающих не только лучевые методы диагностики, но и клинические признаки, данные биохимического исследования, эндоскопии и др. В них учтены принципы «подсказки» для врача, первичная экспертная оценка принимаемых диагностических заключений, возможные альтернативные методы исследования [2].

Достаточно ясно вырисовываются актуальные направления развития лучевой диагностики: широкое использование вычислительной техники не только при выполнении специальных, но и классических рентгенологических исследований, поиски количественных критериев для анализа качественных (морфологических) изменений в конкретных органах и системах; внедрение в практику цифровых способов получения традиционного рентгенологического и других изображений, которые позволяют осуществлять количественную оценку выявляемых различными методами изменений; получение и анализ объемных изображений на основе трехмерной реконструкции срезов, формируемых при КТ и МР; автоматическая обработка рентгенологических данных с помощью специально разработанных алгоритмов применительно к конкретным клиническим ситуациям; полная автоматизация процессов получения снимков и их обработки; внедрение в практику пленки с уменьшенным количеством серебра, а также изготовленной на базе других светочувствительных соединений; дальнейшее сокращение использования инвазивных методов рентгенологического исследования, обременительных для пациента и небезразличных для его здоровья, за счет более широкого применения но-

вейших методик и контрастных препаратов; разработка новых методик, которые позволяют без искусственного контрастирования визуализировать нервные стволы, хрящи, межпозвонковые диски и другие анатомические структуры, а также изучать физиологические процессы и выявлять нарушения на биохимическом (доклиническом) уровне; дальнейшая разработка и более широкое внедрение в практику медицинских учреждений процедур, сочетающих в себе диагностические и лечебные мероприятия [2, 3, 6].

ЛИТЕРАТУРА

1. Герасименко В. Н., Вальтер С. А., Лукьянченко А. Б. // Вести. АМН СССР.— 1986,— № 5,— С. 79—82.

2. Кишковский А. Н., Линденбратен Л. Д., Розенштраух Л. С., Терновой С. К■ // Вестн- рентгенол.— 1990.—- № 5.— С. 3—6.

3. Розенштраух Л. С. От рентгенологии к диагностической радиологии (Актовая речь 21 апреля 1989 г.).— Обнинск, 1989,— С. 15.

4. Backus R. // Electra Medica.— 1989.— Vol. 57.— P. 8—19.

5. Gudden F., Hoenong E., Reichenberger H. et al. // Ibid.— P. 2—7.'

6. Rosenstrauh L. S. // Radiology diagnostica.— 1985.— Vol. 26, N 4,— P. 453—463.

7. Schittenhelm R. // Electra Medica.— 1988.— Vol. 54.— P. 72—81.

Поступила 20.11.90

© КОЛЛЕКТИВ АВТОРОВ, 1991 УДК 616.31-006.6-085.849

Б. М. Алиев, Э. 9. Алекнавичюс, Т. П. Чуприк-Малиновская, К. А. Бабаев

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ВАРИАНТОВ ЛУЧЕВОЙ ТЕРАПИИ БОЛЬНЫХ РАКОМ РОТОГЛОТКИ III—IV СТАДИИ

НИИ клинической онкологии

Гиперфракционированное облучение является одним из перспективных направлений в современной клинической радиологии [1—5, 7, 8, 11]. Предпосылкой к его клиническому применению послужило известное положение, что в условиях равных изоэффективных доз более низкие очаговые дозы (1 —1,2 Гр) существенно снижают степень повреждения нормальных тканей по сравнению с более высокими разовыми очаговыми дозами (2—3—5 Гр и более) [7, 11 —13]. В результате создаются реальные условия для увеличения лучевой нагрузки на опухоль примерно на 20 %, не превышая при этом толерантности нормальных тканей [7, 11 —13]. Использование трехэтапного расщепленного курса с уменьшением полей в процессе облучения может привести к модификации тканевой радиочувствительности и явиться дополнительным фактором в повышении лучевой нагрузки на опухоль и соответственно эффективности лечения злокачественных новообразований ротоглотки [8].

Материал и метод. Под нашим наблюдением находилось 124 больных (102 мужчины, 22 женщины) морфологически верифицированным раком ротоглотки в III—IV стадии заболевания (рак корня языка 36, миндалины 51, дужек 17, мягкого неба 12, стенки глотки 8). Больные были в возрасте от 30 до 80 лет (30—40 лет — 21, 41—60 лет — 76, 61—80 лет — 27 больных). Плоскоклеточный рак обнаружен у 116, цистаденокарцинома у 3, переходноклеточный рак у 1 и у