Сравнение мощностей генераторов.

При переходе от однофазного к трехфаз­ному генератору для получения снимков аналогичной оптической плотности и контрастности необходимо вносить кор­рективы.* Трехфазный генератор требу­ет для той же экспозиции меньших значе­ний кВ, чем однофазный.

* Понятие оптической плотности подробно рассматривается в главе 5. До этого момента будет использоваться термин "почернение пленки".

ных линий с некоторым фазовым сдвигом между ними, в результате чего возникает более выровненная волна напряжения (рис. 1-12).

Применение электронных осцилляторов,генерирующих ток более вы­сокой частоты, позволило производителям аппаратуры создать генера­торы со следующими свойствами:

- значительно меньших размеров, чем одно- или трехфазные
генераторы,

- меньшей стоимости,

- с более точной регулировкой напряжения и силы тока (мА) на
трубке за счет использования цепей с замкнутой петлей обратной
электронной связи.

Такие генераторы дают ток частотой от 3 ООО до 100 ООО Гц (100 КГц) и мощность их значительно выше, чем при частоте 50 Гц. Чрезвычайно важно также,что высокочастотные трансформаторы значительно мень­ше обычных одно- или трехфазных. Управление напряжением и силой то­ка в рентгеновской трубке в высокочастотных генераторах осуществля­ется с помощью цепи обратной связи (рис. 1-13), которая воспринимает разницу между реальным напряжением в Кв на трубке и показателем Кв, установленным оператором. Показатель разности подается на контрол­лер напряжения и последний корригирует напряжение до уровня, задан­ного оператором. Несмотря на ряд ограничений, свойственный этим мо­делям, высокочастотные генераторы, как правило, меньше по размерам, дешевле и легче управляемы, чем обычные конструкции, почему они все шире используются в диагностических рентгеновских аппаратах.

Сравнение типов генераторов

При сравнении генераторов разных типов становятся очевидными те компромиссы между их стоимостью, размерами, эффективностью и мощностью, которые приходится принимать во внимание.

На рис. 1-12 приводятся различные формы волн электрического тока и их коэффициенты пульсации. Идеальным случаем был бы постоянный ток

Рентгеновские лучи и их получение                                                        19

Рис. 1 - 17

Энергетический спектр. На

рисунке показан спектр рентге­новских фотонов,генерируемых при 100 и 60 кВ на вольфрамовой мишени со стандартной фильт­рацией. Обратите внимание на чрезвычайно большой разброс энергии фотонов в обоих пучках.

стоящей приблизительно на 2,5 см от анода. В современных трубках име­ется две нити, малая и большая, необходимые для формирования малого и большого фокусного пятна (см. принцип линейного фокуса в данной главе).

Нить раскаляется, как нить накала в обычной осветительной лампе, но не для того, чтобы испускать свет, а для генерирования электронов, выле­тающих из раскаленной нити (рис. 1-16). Длина и диаметр спирали, фор­ма и размеры фокусирующей чашки, их взаиморасположение — все это влияет на форму и размеры пятна, где электроны ударяются в анод. Ко­личество испускаемых нитью электронов зависит от температуры нити. Чем выше температура, тем большее число электронов испускает нить. При наложении высокого напряжения между катодом и анодом в рентге­новской трубке возникает электрический ток (мА).

Анод (+)

Анод может быть неподвижным или вращающимся. Неподвижный анод (положительный электрод) обычно представляет собой цельный медный стержень. На лицевой поверхности анода по центральной оси трубки встроена вольфрамовая пластинка размерами от 10 х 10 до 15 х 15 мм и 3 мм толщиной, которая называется мишенью. Она делается из вольфрама ввиду его высокой температуры плавления (около 3400 граду­сов по Цельсию), что делает ее устойчивой к перегреву. Кроме того у вольфрама высокий атомный номер (74), почему он испускает больше рентгеновских лучей, чем другие материалы с более низким атомным но­мером. Небольшой участок на мишени, о который ударяются электроны, называется действительным фокусным пятном и является источником генерирования рентгеновских лучей.

18 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Рис. 1-16                ^{а                                  b}

Электронный поток от катода к аноду. В большинстве рентгеновских трубок имеется две нити накала, которые используются для формирования двух электронных потоков, фокусируемых на узком прямоугольном участке анода (здесь показана только одна нить). Меньшая нить создает электронный поток меньшего сечения и,следовательно, меньшее фокусное пятно, (а) На этом рисунке электронный поток из-за отсутствия фокусирующей чашки попадает на большую площадь анода. (Ь) Отрицательно заряженная фокусирующая чашка концентрирует электронный пучок на небольшой площади анода и предупреждает разлетание электронов вследствие их взаимного отталкивания.

РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА

При соприкосновении разогнанных до высоких скоростей электронов с любым веществом образуются фотоны электромагнитного излучения. Если же этим материалом оказывается металл с высоким атомным номе­ром, а электроны обладают достаточной энергией, образуется рентгенов­ское излучение.

Наиболее эффективным устройством для генерирования рентгенов­ских лучей является рентгеновская трубка. В простейшем типе трубки ис­пользуется неподвижный анод, помещенный в непроницаемую стеклян­ную колбу, из которой полностью откачан воздух. Важнейшими элемен­тами трубки являются катод и анод (рис.1-15). Нить накала создает так называемое "облако" электронов, которые отталкиваются негативным зарядом катода. Электронный поток формируется фокусирующей чаш­кой и с высокой скоростью устремляется к позитивно заряженной мише­ни металлического анода (рис. 1-16). Взаимодействуя с атомами анодной мишени, элетроны отдают большую часть своей энергии в виде тепла. В медицинской рентгенографии только около 1% их энергии переходит в рентгеновское излучение.

Катод (—)

Катод (отрицательный электрод) содержит вольфрамовую нить, скру­ченную в виде спирали около 1 мм диаметром и 10 - 15 мм длиной. Нить закреплена в держателе, который называется фокусирующей чашкой, от-

Рентгеновские лучи и их получение     21

Е                                                                               f

Рис. 1-18

Принцип линейного фокуса и влияние угла анодной мишени на действительное фокусное пятно, (а) Катодный блок с малой и большой нитью накала в фокусирующей чашке. (Ь) Электрон­ный поток из малой нити создает малое действительное фокусное пятно, а большая нить (с) - боль­шое, (d) При малом угле мишени большой поток электронов от большой нити дает малое действу­ющее фокусное пятно,как на рис. Ь. Малый угол наклона мишени, по сравнению с углом в 15 гра­дусов, при том же размере действующего фокусного пятна позволяет распределить тепло от элек­тронного потока на большую площадь и увеличить экспозиционную мощность трубки. На рентгено­граммах продольного спила бедра коровы демонстрируется влияние размеров фокусного пятна на передачу трабекулярной структуры кости, (е) Малое фокусное пятно дает хорошую детализацию с минимальной нерезкостью, (f) На снимке,сделанном на большом фокусном пятне, нерезкость вы­ражена сильнее.

20 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

В некоторых специальных рентгеновских аппаратах мишени делают из других материалов, в частности молибдена.

Генерирование рентгеновского излучения

После наложения высокого напряжения между катодом и анодом сво­бодные электроны устремляются к аноду и с громадной энергией ударя­ются о фокусное пятно. Их путь движения приведен на рис. 1-16. Чем вы­ше разность потенциалов (вольтаж), тем больше энергия (скорость) этих электронов. Высокое напряжение становится источником рентгеновского излучения, которое обладает большей энергией и большей проникающей способностью, чем излучение, возникающее при более низком напряже­нии. Поскольку эффективность рентгеновской трубки выше при более высоком вольтаже, мощность излучения повышается с повышением Кв.

Электроны, обладающие одинаковой энергией, достигая фокусного пятна, способны вызывать излучение разной энергии, образующее так называемый спектр рентгеновского излучения и обусловленное различи­ями во взаимодействии отдельных электронов с атомами мишени. Строе­ние спектра зависит от материала мишени, киловольтажа, формы волны напряженности электротока и фильтрации излучения. Чем выше напря­жение, прикладываемое к рентгеновской трубке, тем больше становится число электронов с высокой энергией. Наиболее высокоэнергетичное из­лучение образуется, когда вся энергия электронов переходит в рентге­новское излучение. Остальные фотоны рентгеновского излучения в пуч­ке обладают меньшей энергией. Прикладываемое к трубке высокое на­пряжение тоже определяет максимальный энергетический уровень гене­рируемых фотонов. Так, например, напряжение в 100 Кв между катодом и анодом формирует излучение с энергетическим уровнем в 100 Квп. Та­кой пучок состоит из фотонов разных энергий (наивысший уровень — 100 килоэлектровольт или кэВ), распределение которых соответствует спек­тру вольфрамовой мишени (рис. 1-17).

Как правило, показатель Кв выбирается с учетом характеристик труб­ки и снимаемого объекта. Иногда необходимый спектр излучения устана­вливается путем выбора рентгеновских трубок с различными материала­ми анодной мишени.

Теплообразование

Торможение электронов в материале анода генерирует не только рентгеновское излучение, но и тепло, которое надо как можно полнее от­водить от анода, иначе он может расплавиться и трубка выйдет из строя.

Рентгеновская трубка закрепляется металлическими, хорошо прово­дящими тепло, деталями, что облегчает ее охлаждение путем теплоотда­чи и иррадиации. Кроме того, она помещается в металлический кожух, заполненный маслом, которому и передается тепло анода.

Рентгеновские лучи и их получение     23

Рис. 1 - 20

Современная трубка с вращающимся анодом. Взаиморасположение нити накала в

фокусирующей чашке (катод) и вращающегося анода.

кусным пятном. Таким образом эффективная или проекционная зона фокусного пятна является как бы частью действительных размеров анод­ной мишени, причем, чем меньше угол наклона мишени, тем меньше эф­фективное фокусное пятно при прочих равных условиях. Все это проил­люстрировано на рис. 1-18, где эффективное фокусное пятно при угле на­клона мишени в 10 градусов меньше, чем при угле в 15 градусов. Переда­ча деталей на снимке становится лучше, теплоемкость анодного пятна также улучшается, так как электронный поток распределяется на боль­шей площади анодной мишени. Правда, уменьшение угла мишени имеет свои пределы: слишком малый угол может вести к неприемлемо большо­му рассеянию рентгеновского излучения в сторону анода и вызывать так называемый "пяточный" эффект (см. главу 2). По мере уменьшения угла уменьшается и площадь облучения.

22 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Рис. 1-19

Фокусная нерезкость. Даны стандартные показатели мА для малого (0,6 мм) и большого (1,2 мм) фокусного пятна. Максимальная нагрузка для малого фокуса составляет 400 мА, а для большого — 1000 мА.При 400 мА малый фокус работает на максимальной нагрузке, из-за чего может возникать нерезкость изображения.При том же значении нагрузка большого фокуса не превышает 50% мак­симальной и нерезкость значительно меньше. Срединная точка нагрузки для обоих фокусов равна 200 и 500 мА соответственно. Фокусная нерезкость возникает при максимальной мА нагрузке, в особенности на малом фокусе при низких значениях кВ.

Бомбардируемый потоком электронов из раскаленной нити участок мишени называется действительным фокусным пятном. Размеры спи­рали, а также форма и размер фокусирующей чашки являются основны­ми факторами, влияющими на форму и размер фокусного пятна. Чем меньше размер пучка электронов, тем меньше участок, который бомбар­дируется электронами (действительное фокусное пятно) (рис. 1-18).

Размер фокусного пятна — источника рентгеновского излучения — играет особую роль в формировании изображения:чем меньше фокусное пятно, тем резче, при прочих равных условиях,изображение. Вместе с тем, более крупное фокусное пятно может выдерживать большую тепло­вую нагрузку, чем малое, поэтому и изыскиваются способы создания та­ких фокусных пятен, которые бы обеспечивали как хорошую передачу деталей, так и интенсивную теплоотдачу. К таким способам относится использование принципов линейного фокуса и вращающегося анода, ко­торые и объясняютя ниже.

Принцип линейного фокуса

Размеры истинного фокусного пятна выглядят меньше, чем на самом деле, если смотреть на него со стороны детектора (пленки), поскольку мишень располагается под углом к направлению потока электронов. Этот эффект называется принципом линейного фокуса. Как это следует из формы и взаимного расположения фокусирующей чашки и нити накала (рис.1-166), электронный пучок фокусируется на узком прямоугольном участке мишени. Но поверхность мишени наклонена под углом в 10-15 градусов к центральному пучку первичного излучения, вследствие чего прямоугольное фокусное пятно со стороны пленки выглядит как неболь­шой квадрат, который называется проекционным, или эффективным фо-

Рентгеновские лучи и их получение                                                        25

анодом (рис. 1-20). В соответствии с названием дисковидный анод диамет­ром 8-10 см, состоящий из вольфрама, молибдена или в ряде случаев из графита, на который нанесен слой вольфрама или вольфрам-рениевого сплава, вращается на оси, проходящей через центр трубки. Катодная нить расположена так, чтобы пучок электронов попадал на скошенную часть вольфрамового диска. Из-за вращения анода во время экспозиции со ско­ростью от 3 до 10 тыс.оборотов в мин., истинное фокусное пятно анода, т.е. место на мишени, куда ударяются электроны, остается в фиксирован­ной позиции, захватывая при вращении более обширную для охлаждения площадь. Зона нагрева выглядит как широкое кольцо или фокусная до­рожка. Поэтому для тех же самых экспозиций при вращающемся аноде можно использовать существенно меньшие размеры фокусного пятна, чем в трубках с неподвижным анодом.

Увеличив диаметр вращающего диска, можно увеличить теплоемкость анода и интесивность потока электронов, которую он способен выдер­жать, так как при этом удлиняется фокусная дорожка, на которой элект­роны взаимодействуют с анодом, и увеличивается масса металла, погло­щающая тепло (рис. 1-21).

Стержень, на котором крепится анодный диск, обычно делают из мо­либдена (рис.1-20). Преимуществом молибдена является его прочность, высокая точка плавления и низкая теплопроводность, что предупреждает распространение тепла с анода на ротор и подшипники. Современная тех­нология обеспечивает непрерывную работу анода при крайне высоких температурах. При этом большая часть тепла передается маслу, окружа­ющему трубку, и ее кожуху путем радиации, а не кондукции. В трубках, рассчитанных на работу в тяжелых условиях (ангиография, компьютер­ная томография), масло обычно охлаждается методом его циркуляции в теплообменнике.

Рентгеновскую трубку следует эксплуатировать только в пределах ее мощности и рекомендуемого изготовителем теплового режима, которые приведены в паспорте трубки. В экспозиционной диаграмме трубки ука­зывается максимальный киловольтаж, мА и время включения, которые можно с безопасностью применять в пределах одной экспозиции. По диаграмме тепловой мощности трубки устанавливается, как часто могут повторяться экспозиции (термальные характеристики анода). Изготови­тели обычно сообщают и о тепловой емкости кожуха трубки.

ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ

В наиболее простых рентгеновских аппаратах оператор выбирает по­казатели экспозиции (технические условия) путем установки выходных параметров генератора: длительности экспозиции в сек. или долях сек., киловольтаж в Кв и силу анодного тока трубки в мА. В других генерато­рах время экспозиции и мА объединяются в одну величину, так наз. мАс (мАс= мА х с, где с — время в секундах или их долях).

24 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Рис. 1 - 21

Влияние диаметра анода на длину фокусной дорожки. Вид спереди на два вращающихся анода разных диаметров.Большему диаметру соответствует дорожка большей длины,что повышает теплоемкость анода и его экспозиционную мощность.

В фокусирующих чашках большинства трубок имеется две разные ни­ти, обеспечивающие образование фокусных пятен двух разных размеров и мощности для различного вида исследований (рис.1-18).

Производители трубок для обозначения размеров фокусного пятна пользуются понятием номинального фокусного пятна. Например, фокус­ное пятно в 1.0 мм имеет размер проекционного или эффективного фо­кусного пятна, которое может отличаться от номинального размера на 50% и больше (в соответствии с нормативами Национальной Ассоциации электропроизводителей—NEMA1)

На размеры фокусного пятна влияют и условия эксплуатации трубки. Например, фокусное пятно имеет тенденцию к увеличению своих разме­ров ("расплыванию") при высоких показателях мА, особенно в сочетании с низкими Кв. Выбор малого фокуса при максимальном показателе мА по этой причине может не дать ожидаемой от малого фокуса резкости изо­бражения (рис. 1-19).

Появляется растущий интерес к трубкам с очень малым фокусным пят­ном (номинальный размер около 0,1 мм), которые используются в техни­ке прямого увеличения изображения и маммографии. Очень малые фокус­ные пятна в сочетании с правильно выбранными экспозиционными пока­зателями сводят к минимуму геометрическую нерезкость, которая являет­ся важнейшим ограничивающим фактором в технике прямого увеличения.

Вращающийся анод

Выше была описана трубка с неподвижным анодом. Из-за ограничен­ной теплоотдачи их применение в медицинской рентгенографии ограни­чивается маломощными передвижными и зубными аппаратами. Для по­вышения теплостойкости анода были созданы трубки с вращающимся

Рентгеновские лучи и их получение                                                        27

ЛУЧЕВАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

При несоблюдении правил пользования рентгеновским излучением оно может оказаться опасным для здоровья человека: как и при обраще­нии с электричеством, если не пользоваться определенными мерами без­опасности, можно получить серьезные поражения электротоком. Однако зная и применяя правила безопасности, мы без всяких опасных последст­вий повседневно пользуемся электричеством.

Хотя это и не входит в задачу нашей книги, все же подчеркнем поло­жение о том, что используя рентгеновское излучение, нужно руководст­воваться соответствующими правилами безопасности с учетом конкрет­ных условий, чтобы не нанести вреда пациентам и персоналу.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рентгеновские лучи представляют собой разновидность высокоэнер­гетического проникающего электромагнитного излучения. Рентгенов­ский аппарат состоит из пульта управления, генератора, рентгеновской трубки и устройств, формирующих пучок излучения, которые позволяют оператору изменять его таким образом, чтобы он соответствовал различ­ным задачам рентгенографии. С помощью пульта управления оператор устанавливает технические параметры рентгеновской экспозиции.

В простейших типах рентгеновских генераторов для обеспечения трубки током высокого напряжения, необходимого для генерирования рентгеновского излучения, применяется схема самовыпрямления. В более сложных конструкциях для повышения мощности излучения используют более совершенную форму выпрямления с уменьшенным коэффициентом пульсации.

Рентгеновское излучение возникает в рентгеновской трубке при тор­можении на анодной мишени ускоренных электронов, испускаемых ни­тью накала катода. Электроны высокой энергии взаимодействуют с ато­мами мишени, что и возбуждает рентгеновское излучение.

Необходимо прибегать к мерам безопасности по защите оператора и пациента от излишнего облучения и связанного с ним риска для здоровья.

26          ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Киловольтаж

Пиковым киловольтажем (Квп) называют максимальное напряжение, которое подается на трубку. Повышая Квп мы увеличиваем энергию (ско­рость) электронов, ускоряющихся в рентгеновской трубке. Таким обра­зом показатель Квп определяет проникающую способность рентгенов­ского излучения.

Более высокие значения Квп дают более проникающее излучение и рентгенограммы с пониженной контрастностью, причины чего будут объяснены позднее.

Анодный ток

Анодный ток, измеряемый в миллиамперах (мА), определяет количе­ство электронов, протекающих через трубку в секунду за время экспози­ции. Один миллиампер равен 1\1000 ампера. Количество свободных элек­тронов определяется температурой (накалом) катодной спирали и регу­лируется силой тока в спирали с помощью отдельной низковольтной це­пи. Устанавливая на пульте управления показатель мА, мы на самом деле задаем температуру накала спирали. Чем горячее нить спирали, тем боль­шим числом электронов образуется электронный поток, иначе говоря, анодный ток (мА). Так, например, если число электронов в секунду уве­личивается вдвое, то удваивается сила анодного тока и интенсивность рентгеновского излучения.

Умножение мА на время экспозиции в секундах или долях секунды да­ет показатель мАс (миллиамперсекунды). Общее количество рентгенов­ских фотонов, образующихся при определенном киловольтаже, зависит от мАс и возрастает в линейной зависимости от мАс.

В некоторых генераторах имеется система автоматического контроля экспозиции, благодаря которой оператор устанавливает только кВ, а электронное реле автоматически прерывает экспозицию, как только пленка получит заранее установленную величину излучения. Поскольку из-за различий в толщине и плотности тканей поглощение рентгеновских лучей телом пациента вариабельно, нужны средства, предотвращающие пере- или недоэкспонирование снимка (то есть снимок получается либо слишком светлым, либо слишком темным). В более сложных аппаратах существует предварительное программирование технических условий конкретного исследования, например, для снимка грудной клетки "сред­ней толщины" или маммограммы "плотной" молочной железы.

Глава 2

Рентгеновский пучок и образование изображения

Рентгеновские лучи, как и видимый свет, исходят из источника прямо­линейно во всех направлениях, пока не поглотятся или не будут рассеяны каким - либо веществом (рис. 2-1). По этой причине рентгеновскую труб­ку помещают в выстланный свинцом металлический кожух, который и по­глощает большую часть излучения, и только меньшая его часть в виде уз­кого конуса выходит через специальное окошко в кожухе. Эта использу­емая часть излучения называется первичным пучком, а геометрический центр его — центральным лучом.

В большинстве диагностических рентгеновских аппаратов высокое на­пряжение можно менять в довольно большом диапазоне — обычно от 40 до 125 Кв. При низких показателях Кв рентгеновское излучение обладает низкой энергией и в значительной степени поглощается телом пациента. Такое излучение иногда называют "мягким". Излучение, генерируемое при высоких значениях Кв, обладающее большей энергией и большей проникающей способностью, называют "жестким". Рентгеновское излу­чение, используемое в медицинской рентгенографии, гетерогенно или по-лиэнергетично, то есть состоит из лучей различной энергии и проникаю­щей способности.

Полезное излучение Рис. 2-1

Испускание рентгеновского излучения анодной мишенью рентгеновской трубки. Рентгеновские лу­чи исходят из источника их формирования (мишени) во всех направлениях. Трубка помещена в за­щитный, выстланный свинцом, металлический кожух, рентгеновское излучение выходит из окошка в кожухе.

29

Рентгеновский пучок и образование изображения    31

Рис. 2 - 2                                               Рис. 2 - 3

Влияние различных материалов на абсорб- Влияние абсорбции рентгеновского излуче­нию рентгеновского излучения. Тест-объек-  ния на изображение структуры объекта. Си-

ты состоят из листка полиэтилена (А), алюмини- туация аналогичная рис. 2-2, но сверху на алю-евого блока толщиной 1см (В) и свинцового миниевый (В) и свинцовый (С) блоки положено блока толщиной 10 см (С). Листок полиэтилена по монетке. Видно, что часть фотонов, проника-настолько тонок, что почти не задерживает ющих сквозь блок В, очерчивают на его изобра-рентгеновских лучей, падающих на него, кот- жении кружок, соответствующий монетке; на орые, почти не поглощаясь, попадают на при- изображении же свинцового блока С очертания емник изображения. Алюминиевый блок задер-  монетки не видно, живает часть рентгеновского излучения и на рентгенограмме образуется серый участок сре­ди черного поля. Свинец же из-за своего высо­кого атомного номера (82) и 10см толщины за­держивает 100% рентгеновского излучения и поэтому на снимке образуется прозрачный квадрат на черном поле.

5. Вместе с тем, рентгенограмма на рис. 2-3 содержит полезную ^ин­
формацию об объекте В, так как монетка увеличивает толщину объекта
и поглощает дополнительно какую-то часть фотонов, которые в против­
ном случае достигли бы пленки, так что фотонная плотность под монет­
кой стала меньше (предположим, 40 фотонов на кв.см), чем на других уча­
стках под алюминиевым блоком. В результате на рентгенограмме, соот­
ветственно монетке, будет заметен кружок.

6. Чтобы на рентгенограмме возникло изображение, какая-то часть
рентгеновских лучей обязательно должна попасть на пленку и вызвать ее
почернение. Соседние участки, на которые попадет меньшее число фото­
нов, дадут более светлый оттенок, те же, куда попадет большее их число,
будут темнее. Рентгеновские лучи, проникающие через объект, образуют
так называемый "воздушный" или пространственный образ. Это относит­
ся к тем лучам, которые прошли сквозь снимаемый объект, но еще не до­
стигли приемника изображения (пленки). Рентгеновский пучок, выходя­
щий из трубки, имеет равномерную плотность по всей плоскости сечения,

30 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

АБСОРБЦИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Одним из полезных свойств рентгеновского излучения является его способность проходить через вещество. Вместе с тем, если бы каждый рентгеновский фотон, попадающий на объект, проходил сквозь него, рентгенография была бы невозможна. Снимок весь был бы абсолютно черным и не нес никакой информации о структуре снимаемого объекта. Однако некоторые из фотонов поглощаются тканями тела, другие же проходят через него и попадают на приемник излучения, который и фор­мирует изображение.

Рассмотрим рентгенограмму тест-объекта на рис. 2-2. Буквой А обо­значен очень тонкий листок полиэтилена, В — пластинка алюминия тол­щиной в 1 см, и С — свинцовый блок, который поглощает все рентгенов­ские фотоны.

Предположим, что наш тест-объект проэкспонирован равномерным пучком рентгеновского излучения с фотонной плотностью 100 фотонов на кв. см.*

Материал А так тонок, что пропускает все фотоны, которые и попада­ют на приемник излучения. Можно сказать, что соответствующий ему участок пленки подвергся облучению плотностью 100 фотонов /кв. см.

Объект В поглотил часть (но не все) фотонов, попавших на него. Если показатель абсорбции этого блока равен 50%, то плотность излучения, достигшего фотопленки, составляет 50 фотонов/кв.см.

Свинцовый блок (объект С) поглотил все 100% излучения, попавшего на него, так что участок пленки под ним получил экспозицию 0 фото­нов/кв.см. На рис. 2-3 повторена та же ситуация, что и на рис. 2-2, толь­ко на блоки В и С положено по монетке.

Приведенные простые примеры позволяют вывести несколько зако­номерностей образования рентгеновского изображения:

1. Участок пленки под объектом А на рис. 2-2 и 2-3 после ее проявле­
ния окажется абсолютно черным, поскольку все рентгеновские лучи по­
падут на пленку (рентгеновские фотоны, попадая на пленку, вызывают ее
почернение).

2. Участок пленки под объектом С на обоих рисунках будет совер­
шенно белым (прозрачным), так как рентгеновские лучи не могут проник­
нуть через свинец и засветить пленку.

3. Участок пленки под объектом В будет иметь тот или иной серый
оттенок, поскольку часть рентгеновских лучей пройдет через объект и ча­
стично засветит пленку.

4. Рентгенограмма на рис. 2-3 дает мало информации о структуре
объекта С, например, о том, что какая-то часть его толще, чем остальная
(монетка, положенная сверху), поскольку ни один фотон не попадает на
пленку.

•'Реальная фотонная плотность равна многим миллионам фотонов на кв. см, мы же поль­зуемся здесь меньшими значениями лишь для простоты объяснения.

Рентгеновский пучок и образование изображения                        33

Рис. 2-5

Энергетический спектр рентгеновского излучения. Даны два фотонных спектра рентгеновского излучения при 120 и 60 кВ с использованием вольфрамовой мишени и стандартной фильтрации.