Глава 8 Запись электронных

цифровых изображений......................................................... 167

Аналоговые и цифровые изображения.................................... 167

Флюороскопия.......................................................................... 170

Компьютерная томография...................................................... 171

Радионуклидные изображения................................................ 171

Магнитно-резонансная томография......................................... 172

Ультразвуковая визуализация.................................................. 172

Дигитальная рентгенография

на запоминающих люминофорах............................................. 173

Рентгенографические

цифровые преобразователи..................................................... 178

Преимущества цифрового изображения.................................. 178

Лазерные принтеры....:............................................................ 182

Заключение.............................................................................. 183

Приложение А Расчет экспозиционных факторов.................. 185

Приложение В Метрические единицы

и коэффициенты пересчета....................................................... 193

Приложение С Преобразование Фурье и модуляционная

передаточная функция (МПФ)................................................... 197

Приложение D Устранение неполадок и артефактов в работе

проявочного процессора........................................................... 203

Приложение Е Ручной метод проявления с контролем

времени и температуры............................................................ 209

Приложение F Копирование рентгенограмм............................ 219

Введение

В 1895 году медицинская и научная общественность была потрясена первым меди­цинским рентгеновским снимком. Эти первые, еще довольно посредственные рентгенограммы, произведенные с помощью невидимых рентгеновских лучей позволяли увидеть дотоле невидимые для человеческого глаза структуры. Первые снимки вызвали бурное развитие всей технологии рентгенографии. Ученые, медики, промышленники объединились в единое сообщество ради общей цели — создавать в интересах больных высококачественные медицинские рентгенограммы при минимально возможной дозе излучения.

В этой книге рассказывается о сущности и способе генерирования рентгеновского излучения и об использовании его для получения рентгеновского медицинского изображения. В книге главным образом рассматриваются основные принципы формирования качественного снимка с помощью рентгеновской пленки и усиливающих экранов. Современная технология получения медицинских изображений пошла значительно дальше указанной методики, но экранная пленочная рентгенография все еще остается и будет оставаться в обозримом будущем фундаментом медицинской визуализации. Более того, принципы и методы, рассматриваемые в этой книге, являются основой мнения о формировании изображения, на которой базируются все другие методы визуализации.

Чем полнее мы будем представлять те физические процессы, которые стоят за анализируемой на негатоскопе рентгенограммой, тем больше мы будем понимать, что ви-зуализация каждого анатомического объекта — будь это грудная клетка, кости или молочная железа — имеет свои специфические требования и проблемы. Кроме того, не будем забывать, что каждый пациент — это живое существо со своим сложением, весом, особенностями строения. Играя двойную роль медика и специалиста в области визуализации, мы должны так использовать свои технологические возможности, чтобы обеспечить оптимальные диагностические изображения  каждому конкретному больному. По этой причине всюду, где это возможно, важнейшие положения текста сопро­вождаются соответствующими рентгенограммами.

В науке известно, что чем больше мы познаем, тем больше осознаем, как много не­познанного еще остается. Не существует простого решения проблемы получения ка­чественных медицинских изображений. Чем глубже наше представление о физических принципах, лежащих в основе формирования изображения, тем полнее осознание пра­ктической невозможности создания "идеального" изображения. Сама сущность техни­ки и материалов, используемых для визуализации, требует образованного пользователя, который бы понимал необходимость компромиссного подхода при получе­нии изображения и принимал осознанные решения для достижения этой цели. Так, на­пример, нужно понимать, что для получения высококонтрастного снимка нам придет­ся пожертвовать фотографической широтой изображения и увеличить дозу облучения пациента.

Необходимо отказаться и от стремления создать некий идеальный продукт, спо­собный разрешить все проблемы получения изображения. Скорее, следует рассматри­вать имеющийся технический ассортимент как некое "меню" технических возможно­стей, из которого мы и выбираем наиболее подходящие для решения каждой конкретной задачи средства. Целью данной книги как раз и является стремление дать специа­листу по визуализации знания, помогающие принимать квалифицированные решения, которые обеспечат оптимальное изображение при минимальном облучении пациента.

 

Глава 1

Рентгеновские лучи и их получение

Рентгеновский снимок является основной разновидностью медицин­ских диагностических изображений. Снимок, который мы рассматриваем на негатоскопе, представляет собой результат сложного взаимодействия различных физических феноменов. Рентгеновские лучи образуются на анодной мишени рентгеновской трубки и по направлению к рентгенов­ской пленке взаимодействуют со всем веществом на их пути. Проникая в тело человека, они частично поглощаются им, а частично проходят сквозь него и вызывают почернение пленки. Лучи, которые поглощаются телом, также вносят свой "вклад" в изображение тем, что не вызывают почерне­ния пленки и тем самым обусловливают появление на ней светлых (про­зрачных) участков.

Если бы все ограничивалось элементарным сочетанием черных и бе­лых пятен на пленке, то радиология была бы весьма примитивной специ­альностью. Однако на отображение анатомических структур на снимке влияет очень большое число различных факторов. В реальности рентге­нограмма представляет собой плоское, двумерное отображение трехмер­ного объекта, каковым является пациент.

Еще более осложняет ситуацию тот факт, что различные оттенки серо­го, формирующие изображение на рентгенограмме, есть результат слож­ного взаимодействия источника излучения и пленки, а не связаны только с характером анатомических структур объекта. Так, например, одежда, украшения, гипсовые повязки, различные артефакты, возникающие в процессе рентгенографии и проявления пленки, также влияют на диагно­стическое качество снимка. Качественным же снимком мы должны назы­вать такой снимок, на котором с максимальной полнотой отражены ана­томические детали, а всякие искажающие моменты сведены до минимума.

Итак, начнем с изучения того, что является источником формирова­ния рентгенограммы — с рентгеновского излучения.

ЧТО ТАКОЕ РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ?

Рентгеновские лучи — это разновидность электромагнитного излуче­ния. Понятие "излучение" обозначает перенос энергии. Электромагнитное излучение, или энергия, обладает следующими свойствами:

1. Электромагнитное излучение способно распространяться в вакуу-­
ме, чем отличается от звуковых волн, которые могут распространяться
только в веществе (воде, биологических тканях).

2. Электромагнитные волны распространяются со скоростью света
(около 300 ООО км в сек в вакууме).

3. Электромагнитная энергия может существовать только в фиксиро­
ванном, прерывистом, а не в непрерывном виде. Для понимания формиро­
вания изображения ее удобнее представлять в виде отдельных частиц или

 

2   ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Рис. 1 - 1

Сравнение длины волн. Символом X (лямбда) обозначается длина волны, которая в верхней левой

схеме короче (высокая частота), чем в нижней левой (низкая частота). Это положение аналогично

бросанию в воду камня: маленький камень вызывает волны малой длины, а крупный — более

длинные.

квантов, энергия которых и определяет взаимодействие излучения с те­лом пациента, усиливающими экранами, рентгеновской пленкой и други­ми объектами.

Создать зримый образ рентгеновских лучей трудно, так как отдель­ный квант энергии нельзя ни увидеть, ни представить себе перенос энер­гии со скоростью света. С этой целью обычно используют научные моде­ли. Удачная модель позволяет создать умозрительный образ, которым можно манипулировать и с его помощью достаточно точно предсказы­вать поведение определенного феномена.

Иногда одной такой модели оказывается недостаточно.Так, для рент­геновских лучей, как и вообще для всех видов электромагнитных излуче­ний, используют как "волновую", так и "квантовую" модель, то есть в оп­ределенных ситуациях это излучение удобнее представлять в виде частиц или фотонов. Фотон — частица энергии, не имеющая массы и обладаю­щая тремя указанными выше свойствами излучения. Его можно предста­вить в виде пули бесконечно малых размеров, выпущенной из ружья. Энергия такой пули — ее скорость: чем выше ее скорость (кинетическая энергия), тем больше энергия пули. Однако следует помнить,что все фо­тоны движутся с одной скоростью — скоростью света.

В других случаях в качестве модели лучше использовать понятие вол­ны, то есть представлять электромагнитное излучение в виде колебаний электрического и магнитного полей. Это напоминает картину от падения камня в тихую воду: энергия камня превращается в энергию разбегаю-

4   ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

О

Рентгеновские лучи и их получение 5

геновскими лучами. (Пациентов часто вводит в заблуждение звук вра­щения анода трубки, которое длится еще какое-то время после прекраще­ния экспозиции.) Кроме того, так же как мы не видим никакого "свече­ния" людей после того, как в комнате потушат свет, так и пациент после рентгеновского исследования не сохраняет "радиоактивности".

Вы можете выразить недоумение: почему мы видим свет, но не видим рентгеновских лучей? Дело в том, что содержащие особое вещество — ро­допсин — клетки сетчатки глаза реагируют только на определенную часть электромагнитного спектра и их возбуждение воспринимается моз­гом как свет. Ощущение же разных цветов связано с тем, что фотоны све­тового излучения низкого энергетического уровня воспринимаются нами как красная, оранжевая или желтая часть спектра, а фотоны более высо­ких энергий — как зеленая, синяя и фиолетовая части спектра. Рентге­новских же лучей мы не видим потому, что наши глаза не чувствительны к фотонам такой высокой энергии.

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗЛУЧЕНИЙ

У рентгеновских лучей много общих свойств с видимым светом, но ряд присущих только им свойств делает рентгеновское излучение незаме­нимым в визуальной диагностике. Перечислим некоторые из них:

1. Рентгеновские лучи способны проникать через вещества, которые
поглощают либо отражают видимые световые лучи.

2. Рентгеновские лучи способны вызывать свечение (флюоресценцию)
некоторых веществ вследствие образования в момент поглощения этими
веществами рентгеновского излучения электромагнитных волн более
низкой энергии (например, видимого света или ультрафиолетовых лучей).

3. Как и видимый свет, рентгеновское излучение может создавать на
светочувствительном материале — фотографической или рентгеновской
пленке — скрытое изображение, которое после проявления становится
видимым.

4. Рентгеновское излучение, обладая высокой энергией и воздействуя
на вещество, приводит к его ионизации, поскольку выбивает из атомной
оболочки отрицательно заряженные электроны и формирует позитивно
заряженные ионы.

Этот физический эффект лежит в основе лучевого лечения опухолей, небольшие же дозы рентгеновского излучения, которые получает паци­ент при диагностическом исследовании, создают лишь незначительную вероятность отдаленных повреждений организма. Тем не менее, посколь­ку эта вероятность все таки выше нуля, во время рентгенологического ис­следования в обязательном порядке прибегают к определенным мерам безопасности.

6  ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Рис. 1 - 3

Упрощенная схема типичной рентгеновской установки. Переменный электрический ток

поступает через сетевой включатель в рентгеновский генератор. Пульт управления служит для

установки условий рентгенографии. Генератор подает ток высокого напряжения в соответствии с

выбранным его значением на рентгеновскую трубку. Блок формирования пучка излучения,

состоящий из фильтра, диафрагмы, тубуса, фильтрует излучение и формирует размер поля

облучения.

Рис. 1 - 4

Эмиссия электронов нитью накала катода. При ударе свободных электронов о мишень

неподвижного анода в области истинного фокусного пятна возникает рентгеновское излучение с

волнами различной длины и проникающей способности. Схематически фотоны низких энергий

обозначены в виде более длинных волн, а фотоны более высоких энергий — как более короткие

волны.

Рентгеновские лучи и их получение                                                          7

Рис.1 - 5

Компенсационная фильтрация рентгенов­ского излучения, (а) Компенсационный фильтр (клин), соответствующий форме стопы в тыльно-подошвенной проекции, выравнива­ет плотность изображения в направлении от пальцев к таранной области. (Ь) Имеется суще­ственная разница в толщине тканей от кончи­ков пальцев к таранной области. На приведен­ном рисунке толщина меняется от 2 см в обла­сти пальцев до 8 см у лодыжки, т.е. соотноше­ние толщины равно 1:4.

РЕНТГЕНОВСКИЙ АППАРАТ

Рентгеновское излучение для целей медицинской рентгенографии формируется с помощью электронных средств. На рис. 1-3 схематически представлены основные элементы рентгенодиагностической установки, предназначенной для превращения электрической энергии в направлен­ный на пациента пучок рентгеновского излучения нужного качества.

Электроэнергия, получаемая из общей сети, превращается с помощью рентгеновского генератора в энергию высокого напряжения, которая требуется для формирования рентгеновского излучения в рентгеновской грубке. Генератор превращает переменный ток сети напряжением 127 или -20 вольт в ток с формой волны, более удобной для образования рентге­новского излучения в трубке, а также обеспечивает питание различных омпонентов трубки и других блоков установки.

Рентгеновская трубка трансформирует электроэнергию, которую по­ручает от генератора, в пучок рентгеновского излучения путем создания поля высокого напряжения между отрицательно заряженным катодом и положительно заряженным анодом трубки. Электроны образуются на от-