Занятие №2. Рентгеновские методы лучевой диагностики. Принципы защиты от ионизирующего излучения

 

Вопросы к занятию:

1. Устройство и принцип работы рентгеновской трубки.

2. Физические и морфологические основы формирования рентгеновского изображения.

3. Основные методы рентгенологического исследования. Принципы формирования диагностического изображения при рентгенологических исследованиях (рентгенографии, рентгеноскопии, флюорографии, линейной и компьютерной томографии). Краткая характеристика методов. Отличие компьютерной от линейной томографии.

4. Факторы, определяющие качество рентгеновского изображения (резкость, контрастность, жесткость).

5. Понятие о скиалогических эффектах "тень" и "просветление".

6. Принципы и средства защиты от ионизирующего излучения.

7. Преимущества КТ по сравнению с рутинной рентгенографией.

8. Терминология, применяемая в КТ.

9. Количественное определение рентгеновской плотности тканей. Шкала Хаунсфилда.

10. Разрешающая способность метода КТ, возможности ее повышения.

11. Диагностическое значение реконструкций первичных изображений и 3D-моделирования.

 

Студент должен знать:

 

Рентгеновская трубка представляет собой вакуумный стеклянный сосуд, в концы которого впаяны катод и анод – два электрода. Катод выполнен в виде тонкой вольфрамовой спирали, вокруг которой при нагревании образуется облако свободных электронов (термоэлектронная эмиссия). В настоящее время аноды изготавливаются из керамики, причём та их часть, куда ударяют электроны, – из молибдена или меди. Электроны, испущенные катодом, ускоряются под действием разности электричес­ких потенциалов между анодом и катодом и ударяются об анод, где происходит их резкое торможение. При этом за счёт тормозного излучения происходит генерация излучения рентгеновского диапазона, и одновременно выбиваются электроны из внутрен­них электронных оболочек атомов анода. Пустые места в оболочках занимаются другими электронами атома. В процессе ускорения-торможения около 1% кинетической энергии электрона идёт на рентгеновское излучение, 99% энергии превращается в тепло. Чтобы предотвратить перегрев анода в мощных рентгеновских трубках применяют водное охлаждение и вращающийся анод.

Как происходит формирование рентгеновского изображения? При прохождении через тело человека рентгеновское излучение поглощается неодинаково разными органами ввиду различной толщины и плотности ткани. Чем сильнее исследуемый орган поглощает излучение, тем интенсивнее его тень на приемнике изображения и наоборот, чем больше рентгеновских лучей пройдет через орган, тем прозрачнее будет его изображение.

Рентгеновский снимок является негативным по отношению к изображению, получаемому при рентгеноскопии на флюоресцентном экране либо экране монитора: прозрачные для рентгеновских лучей участки исследуемого объекта получаются темными (участки "затемнения"), а более плотные – светлыми (участки "просветления").

Качество рентгеновского излучения. С увеличением напряжения на рентгеновской трубке увеличивается проникающая способность рентгеновского излучения (его жесткость). С увеличением жесткости излучения увеличивается количество рассеянного излучения, которое является причиной появления на рентгеновских снимках диффузной вуали, которая, в свою очередь, уменьшает разность оптических плотностей почернения, что приводит к понижению контрастности изображения. Увеличение напряжения на рентгеновской трубке снижает контрастность всего изображения в целом, но зато очень мало влияет на передачу мелких деталей, на их восприятие нашим глазом. Таким образом, следует отметить, что повышенная контрастность изображения придает рентгеновскому снимку лишь внешний эффект, но не является достоинством. Преимуществом работы на повышенных напряжениях является то, что снижается доза рентгеновского излучения как на коже больного, так и внутри организма за счет резкого сокращения выдержки. Сокращение выдержки, в свою очередь, способствует повышению качества рентгеновского снимка, т.е. резкости изображения. Кроме того, при работе на повышенных напряжениях можно без вреда для больных, но при строгом соблюдении фильтрации излучения производить большее количество рентгеновских снимков, что очень важно при серийных исследованиях. Жесткое излучение позволяет получить на рентгенограмме большее число деталей во всей глубине исследуемого объекта. На рентгеновском снимке, произведенном при повышенной жесткости излучения, хорошо видны в деталях как костная, так и мягкая ткани.

О резкости изображения судят по непосредственному переходу одного почернения в другое. Если одно почернение постепенно переходит в другое, то это говорит о нерезкости изображения. Нерезкость — это смазанность контуров двух соседних деталей изображения. Причем под нерезкостью обычно понимается половина ширины размытости перехода от одной оптической плотности почернения к другой, выраженной в миллиметрах.

Резкость изображения на рентгеновском снимке зависит от многих причин. Суммарная нерезкость слагается из динамической нерезкости, экранной и геометрической нерезкости. Динамическая нерезкость от движения (больного, трубки, кассеты) приводит к исчезновению мелких деталей в рентгеновском изображении, что в значительной степени снижает диагностическую ценность рентгенограммы.

Рентгенография – способ рентгенологического исследования, при котором изображение объекта получают на рентгеновской пленке путем ее прямого экпонирования пучком излучения. Рентгеновское изображение является суммационным (каждый луч, проходящий через тело, пересекает множество точек, находящихся на разной глубине), плоскостным. Это обстоятельство приводит к потере изображения многих элементов объекта, поскольку изображение одних деталей накладывается на тень других. Главное правило – исследование любой части тела (органа) должно быть произведено как минимум в двух взаимно перпендикулярных проекциях – прямой и боковой. Снимки, на которых изображены часть тела или весь орган, называются обзорными, а снимки, на которых получают изображения интересующей части органа в оптимальной проекции – наиболее выгодной для исследования той или иной детали – прицельными.

Электрорентгенография – метод получения рентгеновского изображения на селеновых полупроводниковых пластинах с последующим перенесением его на бумагу. На электрорентгенограмме хорошо отображаются как плотные образования, так и мягкие ткани, а также присутствует феномен подчеркивания контуров (прорисовывание).

Рентгеноскопия – метод рентгенологического исследования, при котором изображение объекта получали на светящемся (флюоресцентном) экране. Экран представлял собой картон, покрытый особым химическим составом, который под влиянием рентгеновского излучения начинал светиться. Со стороны, обращенной к врачу, экран был покрыт свинцовым стеклом. Минусами рентгеноскопии в "классическом" представлении являлись слабое свечение экрана, необходимость проведения исследования в темном помещении и, следовательно, темновая адаптация глаз исследователя, большая лучевая нагрузка и отсутствие документации – т.е. метод являлся оператор-зависимым. Рентгенотелевизионное просвечивание ("современная" рентгеноскопия) выполняется с помощью усилителя рентгеновского изображения (УРИ), в состав которого входят рентгеновский электронно-оптический преобразователь и замкнутая телевизионная система; не требует темновой адаптации глаз исследователя, обладает меньшей лучевой нагрузкой, на экране монитора заметны детали, которые при обычной рентгеноскопии не улавливались, и возможно документирование (видеозапись, снимки).

Флюорография – способ проверочного (скринингового) рентгенологического исследования органов грудной клетки, заключающийся в фотографировании изображения с флюоресцентного экрана или экрана электронно-оптического преобразователя на фотопленку небольшого формата (70х70, 110х110, 100х100 см) при аналоговом методе, либо в формировании изображения путем сканирования поля визуализации линейным детектором или посредством регистрации изображения с помощью ПЗС-матрицы, установленной на выходе рентгеновского электронно-оптического преобразователя – при цифровом методе. Детали на флюорограммах фиксируются лучше, чем при рентгеноскопии, но хуже, чем на рентгенограммах. Преимуществом цифровой флюорографии является более низкая лучевая нагрузка (в 20 раз и более по сравнению с пленочной флюорографией) и высокое качество изображения, которое можно обрабатывать на компьютере, меняя яркость и контрастность, проводить его гармонизацию.

Линейная томография – это метод рентгенографии отдельных слоев человеческого тела. Служит для получения изолированного изображения структур, расположенных в какой-либо одной плоскости (от греч. tomos – слой), т.е. как бы для расчленения суммационного изображения на составляющие. Эффект томографии достигается посредством непрерывного движения во время съемки двух или трех компонентов рентгеновской системы (излучателя, пациента, пленки). Чаще перемещают излучатель и пленку при неподвижном положении пациента. При таком перемещении изображение большинства деталей на рентгенограмме оказывается нечетким, а резкое изображение дают только те образования, которые находятся на уровне центра вращения системы "трубка-пленка".

Компьютерная томография (КТ) – метод послойного исследования внутренней структуры объекта, основанный на компьютерной реконструкции изображения, получаемого при круговом сканировании объекта узким пучком рентгеновского излучения, измерении и сложной компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями. Вычисленные коэффициенты ослабления излучения выражаются в относительных единицах – единицах Хаунсфилда (HU = ед. Н): за нулевую отметку принята плотность воды, плотность кости достигает +1000 ед.Н, плотность воздуха равна -1000 ед.Н. Все остальные ткани человека занимают промежуточное положение (обычно от 0 до 200-300 ед.Н). По сравнению с линейной томографией или рентгенографией, КТ обладает большей информативностью, но параллельно с этим возрастает и лучевая нагрузка на пациента.

Любое медицинское применение ионизирующих излучений требует соблюдения правил радиационной безопасности и противолучевой защиты пациентов и персонала лучевых отделений. Все работники радиологических отделений, лица, находящиеся в смежных помещениях, а также больные, подвергающиеся исследованию или лечению, должны быть защищены от действия ионизирующего излучения. Защитой называют совокупность устройств и мероприятий, предназначенных для снижения физической дозы излучения, воздействующей на человека, ниже предельно допустимой дозы (ПДД). ПДД – это такое наибольшее значение индивидуальной эквивалентной дозы за календарный год, при котором равномерное облучение в течение 50 лет не может вызвать в состоянии здоровья неблагоприятных изменений, обнаруживаемых современными методами.

Принципы защиты от ионизирующего излучения:

Защита расстоянием – простой способ, связанный со способностью излучения терять свою энергию во взаимодействиях с веществом: чем больше расстояние от источника излучения, тем больше процессов взаимодействия излучения с атомами и молекулами, что в конечном итоге приводит к снижению дозы облучения персонала. По закону обратных квадратов интенсивность излучения уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника излучения.

Защита временем предусматривает ограниченное пребывание в сфере воздействия рентгеновского излучения. При исследованиях больных необходимо стремиться к тому, чтобы время, в течение которого больной был вынужден находиться под лучами, было минимальным. Также данный принцип распространяется на персонал рентгеновского отделения, который имеют сокращенный рабочий день, удлиненный отдых (отпуск).

Экранирование. Принцип основан на взаимодействии фотонов с веществом. Защитные экраны – это комплекс сооружений из поглощающих материалов, расположенных между источником рентгеновского излучения и телом облучаемого. Сильнее всего X-лучи поглощаются свинцом, благодаря его высокому атомному весу и большому порядковому числу в таблице Менделеева, поэтому защитные экраны делаются из свинца или из материала, в котором имеется свинец – это и защитные ширмы различных размеров, фартуки, перчатки из просвинцованной резины и т.д. У пациентов органы, не подлежащие исследованию, должны быть надежно экранированы от облучения за счет уменьшения объема пучка излучения, или прикрыты защитными приспособлениями. Обычные строительные материалы (бетон, кирпич) также достаточно сильно поглощают рентгеновские лучи, главное при расчете защитного их действия знать свинцовый эквивалент, т.е. величину, показывающую скольким миллиметрам свинца соответствует в отношении защиты от рентгеновского излучения определенная толщина данного строительного материала.

Студент должен уметь:

схематично изобразить устройство рентгеновской трубки, принципиальные схемы получения изображения с помощью рентгеновского аппарата при проведении рентгенографии, с помощью компьютерного томографа.

 

Студент должен владеть:

принципами анализа медицинского изображения, полученного различными методами визуализации; навыками определения рентгеновской плотности тканей с использованием шкалы Хаунсфильда; терминологией, используемой в рентгенологии и при описании компьютерных томограмм.