Типичные допуски фокусных расстояний в устройстве Букки.

Рис. 3 - 9

Перекрестная решетка. При исследовании крупного пациента решетки с малым отношением мо­жет оказаться недостаточно для необходимого уменьшения рассеянного излучения. В этом случае на стол может быть помещена вторая решетка, так чтобы направление свинцовых пластинок в ней было перпендикулярным к пластинкам решетки в устройстве Букки.

Экранирование первичного пучка из-за наклона трубки по отношению к решетке составляет одну из проблем рентгенографии передвижными аппаратами. С этой целью для передвижных аппаратов выпускаются ре­шетки с низким отношением, которые допускают большую свободу в центрировании.

В таблице на рис. 3-8 приводятся допустимые фокусные расстояния для решеток с различным отношением.

У несфокусированных решеток с параллельно расположенными пла­стинами (рис. 3-6Ь) явления экранирования почти не возникает, если при­менять большие расстояния до трубки и малые поля диафрагмирования.

В целях еще большего снижения рассеянного излучения используются

Рассеянное излучение 67

Рис. 3-11

Техника воздушного зазора. Воздушный зазор (увеличенное расстояние объект-пленка) умень­шает количество рассеянного излучения, достигающего пленки, и действует аналогично отсеиваю­щей решетке. Фотоны рассеянного излучения (красный) отклоняются от траектории первичного пучка и часто не достигают приемника изображения. При рентгенографии шейного отдела позво­ночника в боковой проекции, чтобы компенсировать увеличение изображения, вызванное увеличе­нием расстояния объект-пленка, следует увеличить расстояние объект- фокус.

ного зазора всегда сопровождается увеличением изображения, но в то же время снимки с прямым увеличением значительно лучше из-за повышения контраста объекта.

Техника воздушного зазора связана с более близким расположением пациента к рентгеновской трубке, тогда как расстояние фокус-пленка ос­тается неизменным. Можно использовать другой вариант данной техни­ки: сохраняя расстояние пациент-фокус, отодвинуть от пациента только кассету. В обоих случаях экспозиционная кожная доза (ЭКД) возрастает по сравнению с обычным снимком такого же качества, сделанным с отсе­ивающей решеткой (без увеличения).

Вследствие приближения пациента к трубке ЭКД возрастает обратно пропорционально квадрату расстояния и, наоборот, уменьшается при ото­двигании его от трубки. Рассмотрим действие этого закона на примере маммографии с прямым увеличением изображения. Пусть для производст­ва качественной маммограммы с использованием решетки (без увеличения) ЭКД составляет 1000 мР, что соответствует условиям съемки при 26 кВ и 50 мАс (рис. 3-12). Расстояние от фокуса трубки до кожи равно расстоянию фокус-пленка минус толщина сдавленной тубусом железы и минус воз­душный зазор: 65 см - 4 см - 0 см =61 см. При коэффициенте увеличения в 1, 5 раза расстояние от фокуса трубки до кожи будет равняться 65 см - 4 см - 22 см =39 см. Поскольку молочная железа окажется ближе к трубке, ЭКД в случае техники прямого увеличения возрастет и составит

1000 мР (61/39 )² = 2450 мР

66 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

4. Устройство, куда закрепляется диафрагма Букки-Портера, не
должно вибрировать во время движения решетки, что усиливает нерез­
кость изображения.

5. Из-за расположения над кассетой в диафрагме Букки-Портера от­
сеивающей решетки растояние объект-пленка увеличивается, что приво­
дит к некоторому увеличению геометрической нерезкости и размеров
изображения.

Частота решетки

Другим фактором, влияющим на способность решетки отсеивать вто­ричное излучение, является количество свинцовых пластинок или линий на см, которое может варьировать от 20 до 40 и более в зависимости от предназначения решетки. В неподвижных решетках используется высо­кое число линий на см, поскольку чем тоньше пластинки, тем они менее заметны на снимке.

Влияние решетки на экспозицию

Решетка поглощает большую часть рассеянного излучения и какую-то часть первичного. Следует напомнить, что рассеянное излучение не при­нимает участия в формировании полезного изображения, но любое излу­чение, включая и рассеянное, участвует в засвечивании рентгеновской пленки. Поэтому при использовании решетки необходимо для компенса­ции ее поглощающей способности увеличить экспозиционную дозу, ина­че снимок, хотя и будет лишен воздействия рассеянного излучения, ока­жется недоэкспонированным. Степень увеличения экспозиции зависит от отсеивающей способности решетки — чем она выше, тем в большей сте­пени необходимо увеличить экспозиционные показатели. Степень их уве­личения зависит также от отношения интенсивности рассеянного излуче­ния к интенсивности первичного пучка, то есть от толщины снимаемой части тела.

Метод воздушного зазора

Аналогично отсеивающей решетке для устранения влияния рассеян­ного излучения используется прием создания воздушного зазора между пациентом и приемником изображения. Вспомним, что первичное излу­чение распространяется прямолинейно из анодной мишени по направле­нию к приемнику изображения, тогда как вторичное излучение, образу­ющееся в теле пациента, распространяется из него под различными угла­ми. Если пациента поместить вплотную к кассете, большая часть рассеян­ного излучения попадет на пленку. Если же пациента отодвинуть от кас­сеты, то вследствие большего расхождения фотонов рассеянного излуче­ния в стороны, их на пленку попадет значительно меньше (рис. 3-11).

К сожалению, в данной ситуации увеличивается нерезкость и размер изображения, повышается доза облучения пациента. Увеличение воздуш-

Рассеянное излучение                                                                                      69

Как уже говорилось ранее, воздушный зазор, применяемый в технике прямого увеличения изображения, является прекрасным методом борьбы с рассеянным излучением, устраняющим необходимость в отсеивающей решетке. Но поскольку в этом случае решетка не используется, то следу­ет уменьшить мАс примерно на 50%(фактор решетки), чтобы получить правильно проэкспонированный снимок и понизить ЭКД приблизительно до 1200 мР.

Понимание закона обратного квадрата и фактора решетки позволяет правильно рассчитывать экспозицию и технические параметры съемки при различных фокусных расстояниях. Если положение пациента не ме­няется, а отодвигается от источника излучения приемник изображения (как при просвечивании, прицельных снимках или кинорентгенографии), рентгеновскому излучению приходится пройти большую, чем ранее, дис­танцию, а следовательно по закону обратного квадрата уменьшится и до­за излучения, приходящегося на приемник изображения. Чтобы компен­сировать это увеличение расстояния и получить правильно экспониро­ванный снимок, придется увеличить мощность излучения трубки, а следо­вательно, и увеличить облучение пациента.

Установить, что предпочтительнее для устранения вторичного излуче­ния — отсеивающая решетка или техника воздушного зазора — зависит от технических требований и интенсивности рассеянного излучения в ка­ждой конкретной ситуации. Техника воздушного зазора применяется в определенных случаях: при рентгенографии грудной клетки, боковых снимках шейного отдела позвоночника, при прямом увеличении изобра­жения в маммографии и ангиографии. При прямом увеличении изобра­жения возрастает геометрическая нерезкость, из-за чего в таких ситуаци­ях надо использовать меньшие размеры фокусного пятна, чем при обыч­ной рентгенографии. Однако следует помнить, что техника воздушного зазора уменьшает рассеянное излучение и улучшает контраст объекта за счет повышения дозы облучения пациента. Кроме того, малый размер фо­кусного пятна не способен выдерживать ту же тепловую нагрузку, что и большой, почему приходится снижать величину мА, т. е. величину анод­ного тока трубки.

Компрессия

Компрессия (сдавливание) какой-либо части тела при рентгеногра­фии, например, живота у полных лиц, имеет следующие преимущества:

1. Увеличение контраста объекта. Вследствие отдавливания тканей
при компрессии в сторону от прямого пучка, объем облучаемой ткани и,
следовательно, интенсивность рассеянного излучения уменьшается, что
увеличивает контраст объекта.

2. Уменьшение двигательной нерезкости, поскольку компрессия
уменьшает подвижность снимаемой части тела.

3. Уменьшение геометрической нерезкости. Сдавленная структура

68 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Рис. 3- 12

Техника прямого увеличения изображения в маммографии, (а) При обычной маммографии компримированная молочная железа располагается вплотную к приемнику изображения. (Ь) При технике прямого увеличения молочная железа располагается на подставке ближе к трубке, (с) Обычная маммограмма с подозрением на патологию, (d) Патология видна значительно лучше бла­годаря прямому увеличению изображения (снимки предоставлены д-ром Wende Logan-Young, Elizabeth Wende Breast Clinic, Rochester, New-York).

Р ас сеянное излучение  71

Рис. 3- 14

Внефокальное излучение. Рикошетирующие от мишени и попадающие в металлические части за пределами фокусного пятна электроны становятся дополнительными источниками излучения, (а) Эти рентгеновские фотоны формируют нежелательное изображение объекта за пределами пер­вичного поля облучения. (Ь) Установка свинцовой диафрагмы вплотную к окошку трубки значитель­но снижает отрицательный эффект внефокального излучения, (с) Строго диафрагмированная рентгенограмма черепа демонстрирует действие внефокального излучения в виде слабого очерта­ния черепа. Черный прямоугольник слева - затушеванная маркировка фамилии пациента.

тодержатель, тоже становятся его источником. Такое рассеянное излуче­ние, возникающее уже позади приемника изображения, может отражать­ся в сторону изображения и называется обратным рассеиванием. Наибо­лее эффективным способом борьбы с ним служит ограничение площади рентгеновского пучка таким образом, чтобы она в точности соответство­вала площади приемника изображения. Для предотвращения феномена обратного рассеивания в сторону пленки кассеты зачастую снабжаются листком свинцовой фольги на задней стенке.

"Подрезание" изображения

Особенность формы таких анатомических объектов, как череп, плече­вой сустав или живот, приводит к тому, что при съемке часть пучка рент­геновских лучей вынужденно проходит за пределами края объекта и ин­тенсивность этой части пучка значительно выше, чем позади прилежащих к ней участков объекта, поглощающих излучение. Поэтому дека стола и другие его элементы оказывающиеся по ходу этой части первичного пуч­ка становятся источником довольно интенсивного вторичного излучения, которое вызывает нежелательный эффект засвечивания пленки по пери-

70 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Рис. 3- 13

Срезание изображения вследствие "утечки" первичного пучка, (а) Схема, показывающая "утеч­ку" первичного пучка. Прямое попадание части первичного пучка вызывает вторичное излучение в материале стола (красный), которое и засвечивает изображение черепа по его краям. (Ь) Избыточ­ное почернение снимка в местах "утечки" первичного пучка. Дополнительные детали изображения за пределами первичного поля облучения связаны с внефокальным излучением (см. рис. 3-14).

приближается к приемнику изображения, что уменьшает геометриче­скую нерезкость (рис. 2-20).

4. Снижение дозы облучения пациента. Более тонкий слой сдавлен­ной ткани получает и меньшую дозу, так как для хорошо проэкспониро-ванного снимка в этом случае нужна меньшая доза.

Часто применяемая в маммографии компрессия молочной железы ис­пользуется для улучшения качества снимка и снижения дозы. Компрес­сия повышает контраст объекта, уменьшает двигательную и геометриче­скую нерезкость, правда, в отличие от других случаев компрессии, при маммографии сдавливание не уменьшает количества облучаемой ткани, хотя и снижает уровень рассеянного излучение. Еще более снизить вели­чину рассеянного излучения можно использованием техники прямого увеличения в сочетании с прицельной компрессией. В этом случае умень­шение величины вторичного излучения происходит за счет экспонирова­ния лишь небольшого, хорошо компримированного участка железы.

Обратное рассеивание

В медицинской рентгенографии основным источником рассеянного излучения обычно является только облучаемый фрагмент тканей, но и другие материалы, попадающие по ходу первичного пучка - стол, кассе-

Глава 4

Регистрация изображения: усиливающие экраны

До настоящего времени мы рассматривали в основном факторы, влияю­щие на пространственное изображение, то есть на невидимое глазом рас­пределение рентгеновских фотонов в пространстве после их прохожде­ния через тело пациента. При рентгенографии это невидимое изображе­ние с помощью приемника изображения, состоящего из пленки и усили­вающих экранов, превращается в зримое, которое в дальнейшем и анали­зируется врачом.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИЕМНИКОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Задачей приемника изображения является поглощение рентгеновских фотонов пространственного изображения, трансформация содержащей­ся в нем информации в зримую форму с возможностью архивизировать ее для последующего пользования. Приводим некоторые из основных хара­ктеристик идеального приемника изображения:

1. Пространственная достоверность. Приемник изображения должен
правильно воспроизводить информацию, содержащуюся в воздушном
образе (рис. 4-1). Он должен точно передавать резкость контуров, формы
плавных кривых, мелкие детали, не внося искажений (артефактов), от­
влекающих внимание наблюдателя.

2. Усиление. Приемник изображения должен таким образом усиливать
информацию пространственного изображения, не нарушая его достовер­
ности, чтобы высококачественный снимок можно было получать с мини­
мальной дозой облучения. Прямое экспонирование пленки практически
полностью заменено использованием усиливающих экранов. Благодаря
их усиливающему эффекту удается не только снизить экспозиционную
дозу, но и получить еще целый ряд преимуществ, не теряя при этом обще­
го качества изображения.

3. Логистические качества. Идеальный приемник изображения должен
быть легко управляемым, удобным для визуализации, позволять сравни­
вать его изображение с диагностическими результатами других методов
визуализации и архивировать изображение. Эти важные для пользовате­
ля качества часто упускают из вида при оценке приемника изображения.

4. Стоимость. Необходимо чтобы высококачественное изделие не ложи­
лось избыточным бременем на бюджет здравоохранения.

5. Экологичность. Все функции приемника изображения не должны ока­
зывать отрицательного воздействия на внешнюю среду.

73

72 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

ферии ("подрезание" снимка) и снижает контраст по периферии снимае­мого объекта. Проблему можно разрешить, применяя экранирующие ма­териалы в виде листков свинцовой резины, помещаемых вдоль краев сни­маемого объекта, которые поглощают прямые лучи за пределами объек­та (рис. 3-13). Той же цели служат и компенсационные фильтры, помеща­емые у выхода коллиматора или вблизи него.

ВНЕФОКАЛЬНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Внефокальным излучением называют излучение, генерируемое за пре­делами анодной мишени трубки (рис. 3-14). Оно ухудшает качество изо­бражения, и его эффект часто неправильно принимается за следствие рас­сеянного излучения. Но в отличие от последнего внефокальное излучение образуется не от взаимодействия первичного пучка с телом пациента. Оно образуется в рентгеновской трубке, когда неправильно сфокусированный электронный поток взаимодействует с материалом анода за пределами анодной мишени. Поскольку рентгеновские лучи, возбуждаемые этими электронами, распространяются во всех направлениях, их траектории ока­зываются за пределами пучка, ограничиваемого коллиматором, и увеличи­вают общую фотонную плотность в пространственном изображении. Как и рассеянное излучение, они создают дополнительный фон к фотонной плотности и снижают контраст объекта.

Для уменьшения внефокального излучения применяют несколько спо­собов: помещают плоскую или глубинную диафрагму как можно ближе к фокусному пятну трубки (рис. 3-14), располагают мишень из вольфрамо­вых сплавов на графитовом аноде. В трубках для маммографии, работаю­щих на низких напряжениях, колбу делают не из стекла, а из металла с бе-риллиевым окошком, и заземляют ее. В этом случае неправильно сфокуси­рованные электроны попадают на стенки трубки, что существенно снижа­ет образование внефокального излучения из участков вблизи мишени.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Рентгеновский фотон, взаимодействуя с веществом, может быть им поглощен, свободно пройти через него или подвергнутся рассеиванию. Рассеянные фотоны обладают меньшей энергией, чем исходные, и траек­тории их отклоняются под разными углами по отношению к первичному пучку. Рассеянное излучение ухудшает контраст объекта, как ночной ту­ман ухудшает различимость предметов. Рассеяние можно уменьшить с помощью диафрагмирующих устройств, отсеивающих решеток, техники воздушного зазора и компрессии. Внефокальное излучение в отличие от рассеянного, возникающего в теле пациента, образуется при взаимодей­ствии электронов с веществом за пределами фокусного пятна.

Регистрация изображения: усиливающие экраны      75

Рис. 4 - 2

Рентгенограмма на стеклянной пластинке. До 1920-х годов большинство рентгенограмм выполнялось на стеклянных пластинках с односторонней эмульсией. Эта рентгенограмма грудной клетки сделана в 1912 г.⁵

мость использования этой неэффективной части энергии.

Для оптимизации абсорбции рентгеновского излучения, трансформа­ции его в видимый свет, который мог бы затем воздействовать на пленку, и были созданы усиливающие экраны. Появление флюоресцирующих усиливающих экранов существенно изменило методику рентгенографии: пленку начали покрывать светочувствительной эмульсией с двух сторон, тем самым усиливая ее абсорбционную способность по сравнению с одно­сторонним фотоматериалом.

Усиливающий экран (часто называемый просто экраном) представля­ет собой лист картона или пластика, который приклеивается внутри све­тонепроницаемой кассеты, обеспечивающей плотное прилегание экрана к пленке. Экран покрыт слоем флюоресцирующего вещества, содержащего ряд компонентов, улучшающих его характеристики. (Строение экрана бу­дет более подробно рассмотрено ниже.)

74 ВВЕДЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ РЕНТГЕНОГРАФИЮ

Рис. 4-1

Нерезкость изображения. Рентгенограммы запястья, (а) Снимок, сделанный для уменьшения нерезкости малым фокусным пятном. (Ь) На этом снимке искусственным образом воспроизведена нерезкость изображения, возникающая от использования большого фокусного пятна ⁴.

Первыми приемниками изображения в медицинской рентгенографии были стеклянные пластинки, покрытые галоидами серебра (рис. 4-2). Они сочетали в себе все функции приемника изображения: воспринима­ли информацию из пространственного изображения, трансформировали ее в зримое изображение и служили носителями этой информации для ее визуального анализа и архивирования.

В последующем стремление улучшить качество рентгенограмм приве­ло к разделению функций приемника на отдельные компоненты. Появи­лась фотопленка, способная воспринимать видимый свет и формировать высококачественное изображение.

Наиболее характерным свойством рентгеновского излучения является его проникающая способность, которая вместе с высокой энергией его фотонов предоставляет уникальные возможности формирования меди­цинских изображений, но одновременно и создает определенные трудно­сти воспроизведения информации, содержащейся в рентгеновском пучке.

Так, например, только 1-2 % энергии первичного пучка, покидающего тело пациента, поглощается пленкой (прямое экспонирование), осталь­ные 98 % энергии пучка проходят сквозь пленку и не участвуют в форми­ровании изображения. Уже первые рентгенологи осознавали необходи-

Регистрация изображения: усиливающие экраны                         77

ФЛЮОРЕСЦИРУЮЩИЕ УСИЛИВАЮЩИЕ ЭКРАНЫ

Закон сохранения энергии предусматривает, что всякая энергия по­павшая в ограниченное пространство должна и покинуть это пространст­во. Высокоэнергетичные рентгеновские фотоны, попадая в вещество, должны в нем поглотиться, рассеяться или пройти сквозь него в неизме­ненном виде. Вещества, называемые люминофорами, могут поглощать рентгеновские высокоэнергетичные фотоны и возвращать энергию в виде менее энергетичных световых фотонов. Этот процесс, называемый флюо­ресценцией, и происходит в усиливающих экранах, в которых флюорес­цирующий слой превращает каждый рентгеновский фотон в множество менее энергетичных световых фотонов. В этом смысле экран работает как преобразователь изображения, превращающий пространственное изображение, состоящее из относительно небольшого числа рентгенов­ских фотонов, в изображение, состоящее из тысячекратно увеличенного числа световых частиц.

Виды люминофоров

До изобретения усилителя рентгеновского изображения рентгенологи наблюдали движение различных частей тела методом флюороскопии, или просвечивания. Просвечивание можно было проводить только в полно­стью затемненном помещении. После темновой адаптации глаз рентгено­лога, на довольно долгое время включалась рентгеновская трубка, и рент­генолог рассматривал подвижное изображение непосредственно на флю­оресцирующем экране, который располагался в зоне пространственного изображения перед пациентом. Экраны состояли из цинк-сульфидного люминофора, который испускал желтовато-зеленый свет. Этот люмино­фор был выбран из-за повышенной чувствительности человеческого гла­за именно к данному цвету. Для получения неподвижных изображений на рентгенограмме был выбран вольфрамат кальция (CaW0₄), чтобы полу­чать снимки с меньшей выдержкой и экспозицией, чем при рентгеногра­фии непосредственно на пленку. Вольфрамат кальция был избран, по­скольку он эмиттирует фотоны в ультрафиолетовой и синей зоне элект­ромагнитного спектра, а галоидное серебро в фотоэмульсии рентгенов­ской пленки наиболее чувствительно именно к фотонам этой энергии (цвета). Позднее в усиливающих экранах стали применять такие люмино­форы, как сульфат бария, флюорохлорид бария, оксибромид лантана и оксисульфиды редкоземльных элементов (гадолиния, лантана, иттрия).

Характеристики люминофоров

Люминофор, используемый в усиливающих экранах, должен обладать следующими качествами:

• высоким уровнем абсорбции рентгеновского излучения,

• высоким конверсионным показателем (т.е. способностью превращать
рентгеновские фотоны в световые),

• спектром световой эмиссии, соответствующим цветовой чувствитель­
ности пленки,