Медицинская физика: анализ методов для оптимизации диагностики ранений
Опубликовано: Богатов Н.М., Еремин А.Л., Григорьян Л.Р. и др. Медицинская физика: анализ методов для оптимизации диагностики ранений // Современные проблемы физики, биофизики и инфокоммуникационных технологий – Краснодар: ФГБОУ ВО «КубГУ», 2022.
Богатов Н.М.1, Еремин А.Л.1, 2, Григорьян Л.Р.1, Кленевский А.В.3 Коваленко М.С.1, Синицын А.С. 1, Шарафалдин Х.Ф.1
МЕДИЦИНСКАЯ ФИЗИКА: АНАЛИЗ МЕТОДОВ ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ДИАГНОСТИКИ РАНЕНИЙ
1 ФГБОУ ВО «Кубанский государственный университет»
2 НОЧУ ВО «Кубанский медицинский институт»
3 ГБУЗ «Клинический онкологический диспансер №1» МЗ КК
РЕФЕРАТ
Цель: проведение сравнительного анализа применения современных физических методов визуализации в диагностике ранений для разработки алгоритмов выбора оптимальных методов и устройств медицинской диагностики. Материалы и методы: аналитический обзор применения физических методов визуализации для диагностики огнестрельных и минно-взрывных ранений по современным авторитетным источникам; сравнительный анализ по локализации и физическим характеристикам тканей и поражающих элементов; разработка-синтез проспективной методологии выбора оптимальных методов и устройств медицинской диагностики. Результаты: разработаны алгоритмы в виде таблицы-матрицы «локализация ранения - физические методы визуализации» для конкретных целей специальной адекватной качественной эффективной диагностики. Выводы: сжатие верифицированной информации в виде алгоритма локус-метод может способствовать быстроте и оптимальности выбора эффективной диагностики методами медицинской физики, а также стратегическому планированию приобретения и организации специального приборного обеспечения в системах здравоохранения.
Ключевые слова: визуализация, медицинская физика, алгоритм, диагностика, огнестрельные и минно-взрывные ранения
ABSTRACT
Purpose: to conduct a comparative analysis of the use of modern physical imaging methods in the diagnosis of wounds for the development of algorithms for determining optimal methods and devices for medical diagnostics. Materials and methods: analytical review of the use of physical imaging methods for the diagnosis of gunshot and mine-explosive wounds according to modern authoritative sources; comparative analysis on localization and physical characteristics of tissues and damaging elements; development and synthesis of a prospective methodology for choosing optimal methods and devices for medical diagnostics. Results: algorithms have been developed in the form of a matrix table "wound localization - physical visualization methods" for specific purposes of special adequate qualitative effective diagnostics. Conclusion: compression of verified information in the form of the locus-method algorithm can contribute to the speed and optimality of choosing effective diagnostics by methods of medical physics, as well as strategic planning for the acquisition and organization of special instrumentation in healthcare systems.
Key words: visualization, medical physics, algorithm, diagnostics, gunshot and mine-explosive wounds
За более чем 100-летний период открытия методов, изобретения приборов и применения интроскопии, широко распространились в последнее время виды медико-физической визуализации: рентгенологическое исследование (РИ), ультразвуковое исследование (УЗИ), компьютерная томография (КТ), мультисрезовая компьютерная томография (МСКТ), мультисрезовая компьютерная ангиография (МСКТА), магнитно-резонансная томография (МРТ) и др. Физики изобрели методы и разработали технику: РИ – В. Рентген, Нобелевская премия 1901; УЗИ - Д. Уальд, 1951; позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) – Д. Кул, М. Тер-Петросян, 1970-е; КТ – А.Кормак, Г.Хаунсфилд, Нобелевская премия 1979; МРТ – П. Лотербур, П. Мэнсфилд, Нобелевская премия 2003. Современная медицинская техника, диагностическая аппаратура была приобретена и получила распространение в здравоохранении Краснодарского края. В Кубанском государственном университете ведется подготовка по направлениям медицинский инжиниринг – «биотехнические системы и технологии», «медицинская физика».
Сложно переоценить значение физических методов в диагностике ранений (vulneratio) — повреждений тканей и органов, вызванных механическим воздействием. Следует отметить актуальность анализа возможностей территориального здравоохранения в оказании медицинской помощи раненым и в условиях вооруженного конфликта [1]. Многочисленные данные демонстрируют и в мирное время в ряде стран большое количество пострадавших от стрелкового оружия [2].
Однако, в литературе не встречаются аналитические сравнительные всеобъемлющие обзоры по алгоритмам выбора оптимальных (обязательных и вспомогательных) физических методов визуализации для срочной и качественной медицинской диагностики при ранениях разнообразных по анатомической локализации, наличию мягких и костных тканей, металлических и не металлических инородных тел и пр.
По данным глобального анализа за 5 лет в мире регистрировалось 1,04 миллиона убийств, 41 % всех случаев насильственной смерти, причинены огнестрельным оружием [2]. Только в Сирийской Арабской Республики в результате конфликта за 10 лет по данным ООН погибло 350 тысяч [3]. На примере ряда вооруженных конфликтов соотношение количества погибающих к количеству раненых варьирует от 1:2,2 до 1:4,6 [4].
В связи с этим была поставлена цель: провести сравнительный анализ применения современных физических методов визуализации в диагностике огнестрельных и минно-взрывных ранений (ОиМВР) для разработки алгоритмов выбора оптимальных методов и устройств медицинской диагностики.
Материалы для анализа были взяты из современных авторитетных источников применения физических методов визуализации для диагностики ОиМВР.
Методы: аналитический обзор данных и сравнительный анализ по локализации и физическим характеристикам тканей и поражающих элементов; разработка-синтез проспективной методологии выбора оптимальных методов и устройств медицинской диагностики.
Результаты анализа были классифицированы и систематизированы по взятым за основу параметрам: локализация ОиМВР, физические методы диагностической визуализации обязательные (оптимальные, эффективные, апробированные) и вспомогательные. Полученные результаты представлены в виде табличной матрицы, в которой алгоритмическая последовательность и скорость принятия решений обеспечивается поиском по вертикали – локализации, по горизонтали - определение физического метода интроскопии (Табл. 1).
Таблица 1.
Алгоритм-матрица подбора физического метода визуализации, адекватного для целей специальной качественной эффективной диагностики огнестрельных и минно-взрывных ранений (ОиМВР)
| Локали-зация ОиМВР | Характер повреждений, травм | Обязательные методы визуализации | Вспомогатель-ные методы визуализации | Ис-точник | |
| Голова и голов-ной мозг | Поражение мягких тканей, диффузный отек-набухание головного мозга, кровоизлияние, перелом костей черепа, псевдоаневризмы | КТ, КТ-ангиография, РИ-ангиография | МРТ, МР-ангиография, МР-венография | [5] | |
| Глаза | Инородные тела в глазнице, внутриглазничное кровоизлияние | Рентгенография | УЗИ - для распознавания сопутствующих патологических изменений | [6] | |
| Поражение прозрачными посторонними предметами, травматические изменения мягкотканных структур глазницы (зрительного нерва, экстраокулярных мышц) и ее стенок | КТ | ||||
| Челюст-но-лицевая область | Множественные оскольчатые переломы костей носа, верхней и нижней челюстей, поражение костных структур лица, множественные сочетанные повреждения головы, лица | КТ | Обзорная рентгенограм-ма | [7] | |
| Сосуды шеи | Ложная аневризма позвоночной артерии, повреждение позвоночной артерии с тромбозом, тромбоз внутренней яремной вены, повреждения гортани и пищевода | МСКТА - мультисрезовая компьютерная ангиография | _______ | [8] [9] | |
| Грудь
| Повреждения костного каркаса (рёбер, лопаток, ключиц, грудины), кровеносных сосудов грудной стенки и средостения, ранения и ушибы внутренних органов груди (лёгких и сердца), открытый и напряжённый пневмоторакс, продолжающееся внутриплевральное кровотечение, тампонада сердца, пневмомедиастинум | МСКТ | Обзорная рентгенограм-ма для предвари-тельного общего представления об объеме повреждений при грудной травме | [10] [11] [12] | |
| Сердце | Повреждение сердца, поражение магистральных сосудов средостения | КТ | Обзорная рентгенограм-ма | [13] | |
| Позво-ночник
| Повреждения спинного мозга, его оболочки и корешков, воспалительные изменения - послеоперационный рубцово-спаечный дерматит, дисцит и спондилит | МРТ | КТ | [14] | |
| Живот и таз | Ранение почки, печени, поясничной области, забрюшинная гематома, повреждение поясничной мышцы, абсцесс малого таза после ранения, повреждения позвоночника, прямой кишки, тазовых костей, крестца | МСКТ – мультисрезо-вая компьютерная томография | УЗИ - для динамического наблюдения за больными | [15] [16] | |
| Нервы конеч-ностей | Поражение периферических нервов | УЗИ | КТ для определения первичной и вторичной баллистики, или МРТ (при отсутствии металлических инородных тел) | [17] | |
| Мно-жест-венная локали-зация при взрывных травмах | Влияние избыточного давления в результате взрыва; поражение содержащих воздух структур: легкие, желудочно-кишечный тракт, ухо; взрывная декомпрессия, баротравма, включая разрыв легкого, пневмоторакс и гемоторакс | Рентгено-графия | [18] | ||
| Жидкости в брюшной полости Паренхиматозное кровотечение | Абдоминаль-ная эхография | [19] | |||
| Комбинированные повреждения нескольких органов, вызванные разлетающимися осколками | КТ | Рентгеногра-фия | [19] | ||
По результатам проведенного анализа следует отметить, что в доступной литературе пока не встречаются данные по ряду современных методов визуализации в отношении ОиМВР, а именно: позитронная эмиссионная томография (ПЭТ), однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ), функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), инфракрасная термография (ИТ), эластография (ЭГ), фотоакустическая визуализация (ФАВ), диффузная оптическая визуализация (ДОВ), электроимпедансная томография (ЭИТ) и др. Это может свидетельствовать как о нераспространенности применения разнообразных физических методов, так и о необходимости дальнейшего накопления опытных результатов эффективности визуализации в специальных базах данных. Что позволило бы успешно уточнять алгоритмы эффективной диагностики ОиМВР, приобретать и применять соответствующую аппаратуру, совершенствовать новые разработки в медицинской физике. Физические методы визуализации предоставляют дополнительные возможности количественной оценки физических характеристик биологических тканей, что редко используется в медицинской практике, но актуально для доказательной медицины. Например, определение в области ОиМВР плотности поврежденной и отёчной ткани, модуля Юнга кости с помощью КТ [20], температуры внутренних органов с помощью МРТ [21].
Медицинская физика занимается применением концепций и методов физики для профилактики, диагностики и лечения заболеваний человека с конкретной целью улучшения здоровья и благополучия человека. С 2008 года медицинская физика была включена в список медицинских профессий в соответствии с Международной стандартной классификацией профессий (ISCO) Международной организации труда (ILO) [22].
В отделениях медицинской физики больниц формулировка миссии для медицинских физиков, принятая Европейская федерация организаций медицинской физики (EFOMP) заключается в следующем: "Медицинские физики способствуют поддержанию и повышению качества, безопасности и экономической эффективности медицинских услуг посредством деятельности, ориентированной на пациента, требующей экспертных действий, участия или консультаций в отношении спецификации, выбора, приемочных испытаний, ввода в эксплуатацию, обеспечения контроля качества и оптимизации клинического использования медицинских устройств, а также в отношении рисков и защиты пациентов от сопутствующих физических агентов (например, рентгеновских лучей, электромагнитных полей, лазерного излучения, радионуклидов), включая предотвращение непреднамеренного или случайного облучения; все действия основываются на лучших доказательствах и научных исследованиях" [23, 24].
Представленный аналитический обзор может являться первой попыткой синтеза алгоритмов в условиях: большого количества научных публикаций, разнообразности медицинских случаев и результатов их интроскопий, активно развивающихся разнообразных физических методов и новой аппаратуры медицинской визуализации.
Выводы. Необходима дальнейшая разработка и совершенствование методологических подходов к выбору адекватной интроскопии для своевременной и качественной диагностики ранений.
Разработаны алгоритмы в виде таблицы-матрицы «локализация ранения - физические методы визуализации», с целью быстроты пошагового принятия решений по выбору способов визуализации, в ряду методов медицинской физики РИ, УЗИ, КТ, МСКТ, МСКТА, МРТ и др., для специальной адекватной эффективной диагностики, на основании подтверждений на практике с учетом доказательной медицины.
Библиография ( Список литературы ) References
1. Авитисов П. В., Гасанов Ш. М. Анализ возможностей территориального здравоохранения в оказании медицинской помощи пораженным в условиях вооруженного конфликта. Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2019; 3 (42): 38-50.
Avitisov P. V., Gasanov SH. M. Analiz vozmozhnostej territorial'nogo zdravoohraneniya v okazanii medicinskoj pomoshchi porazhennym v usloviyah vooruzhennogo konflikta. Nauchnye i obrazovatel'nye problemy grazhdanskoj zashchity. 2019; 3 (42): 38-50. (In Russian)
2. Mc Evoy C., Hideg G. Global violent deaths 2017: time to decide: report. – Small Arms Survey, 2017.
3. Oral update on the extent of conflict-related deaths in the Syrian Arab Republic. Statement by Michelle Bachelet UN High Commissioner for Human Rights. 48th session of the Human Rights Council. 24 September 2021. https://www.ohchr.org/en/statements/2021/09/oral-update-extent-conflict-related-deaths-syrian-arab-republic
4. Исаханов С. В., Кириченко Е. А., Рогов Л. А. Оценка структуры санитарных потерь при некоторых военных конфликтах и опыт оказания квалифицированной и специализированной медицинской помощи в военном госпитале внутренних войск МВД РФ раненым и больным из района боевых действий. Вятский медицинский вестник. 2002; (2): 50-53.
Isahanov S. V., Kirichenko E. A., Rogov L. A. Ocenka struktury sanitarnyh poter' pri nekotoryh voennyh konfliktah i opyt okazaniya kvalificirovannoj i specializirovannoj medicinskoj pomoshchi v voennom gospitale vnutrennih vojsk MVD RF ranenym i bol'nym iz rajona boevyh dejstvij. Vyatskij medicinskij vestnik. 2002; (2): 50-53. (In Russian)
5. Kazim S. F. et al. Management of penetrating brain injury. Journal of Emergencies, Trauma, and Shock. 2011; 4 (3): 395-402.
6. Крайнюков П. А., Джанелидзе Т. Д., Васильева Т. Н. Проникающие ранения глаз: роль лучевой диагностики. Главный врач Юга России. 2010; 1 (20): 20-24.
Krajnyukov P. A., Dzhanelidze T. D., Vasil'eva T. N. Pronikayushchie raneniya glaz: rol' luchevoj diagnostiki. Glavnyj vrach YUga Rossii. 2010; 1 (20): 20-24. (In Russian)
7. Карасева В. В. Применение компьютерной томографии в обследовании, диагностике и планировании стоматологической реабилитации пациентов с огнестрельными ранениями челюстно-лицевой области. Вятский медицинский вестник. 2019; 2 (62): 30-34.
Karaseva V. V. Primenenie komp'yuternoj tomografii v obsledovanii, diagnostike i planirovanii stomatologicheskoj reabilitacii pacientov s ognestrel'nymi raneniyami chelyustno-licevoj oblasti. Vyatskij medicinskij vestnik. 2019; 2 (62): 30-34. (In Russian)
8. Offiah C., Hall E. Imaging assessment of penetrating injury of the neck and face. Insights into imaging. 2012. 3 (5): 419-431.
9. Pasley J., Berg R. J., Inaba K. Multidetector computed tomographic angiography (MDCTA) for penetrating neck injuries. Rambam Maimonides Medical Journal. 2012; 3 (3): 1-5
10. Шарифуллин Ф. А. и др. Спиральная компьютерная томография в диагностике ранений груди и их осложнений. Медицинская визуализация. 2005; 5: 83-89.
Sharifullin F.A. at al. Spiral computed tomography in diagnostics of chest wounds and their complications. Medical Visualization. 2005; (5): 83-89. (In Russian)
11. Самохвалов И. М. и др. Ранения груди огнестрельным оружием ограниченного поражения. Вестник Национального медико-хирургического Центра им. Н.И. Пирогова. 2016; 11 (2): 25-35.
Samohvalov I. M. i dr. Raneniya grudi ognestrel'nym oruzhiem ogranichennogo porazheniya. Vestnik Nacional'nogo mediko-hirurgicheskogo Centra im. N.I. Pirogova. 2016; 11 (2): 25-35. (In Russian)
12. Шейх Ж. В. и др. Абсцедирующая пневмония при огнестрельном ранении грудной клетки (клинический пример). Вестник Российского научного центра рентгенорадиологии Минздрава России. 2014; 3: 3.
Sheih ZH. V. i dr. Abscediruyushchaya pnevmoniya pri ognestrel'nom ranenii grudnoj kletki (klinicheskij primer). Vestnik Rossijskogo nauchnogo centra rentgenoradiologii Minzdrava Rossii. 2014; 3: 3. (In Russian)
13. Обельчак И.С., Васильев А.Ю. Мультисрезовая компьютерная томография в диагностике огнестрельного ранения сердца. Радиология – практика. 2019; (1): 39-45.
Obel'chak I.S., Vasil'ev A.YU. Mul'tisrezovaya komp'yuternaya tomografiya v diagnostike ognestrel'nogo raneniya serdca. Radiologiya – praktika. 2019; (1): 39-45. (In Russian)
14. Ульянова В. А. Магнитно-резонансная томография в диагностике огнестрельных ранений позвоночника. Медицинская визуализация. 2015; (3): 10-16.
Ulyanova V.A. MRI in the Diagnosis of Gunshot Wounds to the Spine. Medical Visualization. 2015;(3):10-16. (In Russian)
15. Васильев А. Ю., Романова А. В., Лежнев Д. А. Лучевая диагностика травм живота на клинических примерах проникающих ранений из практики лечебного учреждения первого уровня. Consilium Medicum. 2018; 20 (8): 32-36.
Vasil'ev A. YU., Romanova A. V., Lezhnev D. A. Luchevaya diagnostika travm zhivota na klinicheskih primerah pronikayushchih ranenij iz praktiki lechebnogo uchrezhdeniya pervogo urovnya. Consilium Medicum. 2018; 20 (8): 32-36. (In Russian)
16. Обельчак И.С. и др. Мультисрезовая компьютерная томография в диагностике повреждений сосудов живота и таза при боевой огнестрельной травме. Лучевая диагностика и терапия. 2018; 1 (9): 125-126.
Obel'chak I.S. i dr. Mul'tisrezovaya komp'yuternaya tomografiya v diagnostike povrezhdenij sosudov zhivota i taza pri boevoj ognestrel'noj travme. Luchevaya diagnostika i terapiya. 2018; 1 (9): 125-126. (In Russian)
17. Гайворонский А. И. и др. Интраоперационное ультразвуковое исследование в хирургии периферических нервов верхней конечности. Вестник Российской военно-медицинской академии. 2015; 2: 56-59.
Gajvoronskij A. I. i dr. Intraoperacionnoe ul'trazvukovoe issledovanie v hirurgii perifericheskih nervov verhnej konechnosti. Vestnik Rossijskoj voenno-medicinskoj akademii. 2015; 2: 56-59. (In Russian)
18. Hare S. S. et al. The radiological management of bomb blast injury. Clinical radiology. 2007; 62 (1): 1-9.
19. Yazgan C., Aksu N. M. Imaging features of blast injuries: experience from 2015 Ankara bombing in Turkey. The British journal of radiology. 2016; 89 (1062) :20160063.
20. Чуйко А.Н., Копытов А.А., Копытов А.А. Компьютерная томография и основные механические характеристики костных тканей. Медицинская визуализация. 2012; (1): 102-107.
Chuiko A.N. at al. Determination of Basic Mechanical Descriptions of Bones Clos on Database Computer Tomography. Medical Visualization. 2012; (1): 102-107. (In Russian)
21. Odéen H., Parker D.L. Magnetic Resonance Thermometry and Its Biological Applications - Physical Principles and Practical Considerations. Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. 2019, 110: 34–61.
22. Guidelines for the Certification of Clinically Qualified Medical Physicists. Vienna: IAEA, 2021.
23. Caruana C.J., Christofides S., Hartmann G.H. European Federation of Organisations for Medical Physics (EFOMP) Policy Statement 12.1: Recommendations on Medical Physics Education and Training in Europe 2014 Physica Medica. 2014; 30(6): 598-603.
24. Klenevskii A.V., Bogatov N.M. Effects of Ionizing Radiation Detector Characteristics on the Results of Measurements of Percent Depth Doses in Small Photon Fields. Biomedical Engineering, 2019; 53(2): 125-129.