Физика обычной рентгенографии

ФИЗИКА ОБЫЧНОЙ РЕНТГЕНОГРАФИИ

 

Как создается рентгенограмма?

Рентгеновы лучи испускаются малым точечным источником, проходят сквозь часть тела и падают на детектор, который регистрирует достигшие его лучи в виде изображения.

 

Что такое рентгеновское излучение?

Рентгеновское излучение — это электромагнитное излучение, которое благодаря своей высокой энергии способно ионизировать вещества. В тканях человеческого организма ионизация может вызывать повреждения ДНК и клеток, но, кроме того, она обеспечивает неинвазивную визуализацию внутренних анатомических структур. Рентгеновские лучи обнаруживают корпускулярные свойства; их отдельные "частицы", представляющие собой дискретные пакеты энергии, называются фотонами.

 

Как образуется рентгеновское излучение?

Излучение испускается при переходе электрона в атоме с внешней орбитали на внутреннюю. Такой переход происходит, если атом имеет вакансию во внутренней электронной оболочке и, таким образом, находится в возбужденном (нестабильном) состоянии. Испускаемое электромагнитное излучение может находиться в видимой, ультрафиолетовой или состоящей из рентгеновских лучей части спектра и называется характеристическим излучением, потому что его энергетические свойства характерны именно для того вида атомов, которые его излучают.

 

4. Каков второй механизм образования рентгеновского излучения?

Если направленный пучок ускоренных электронов падает на металлическую мишень, то это взаимодействие порождает поток излучения. Если электроны, составляющие пучок, ускоряются достаточно высоким электрическим напряжением, то будет продуцироваться электромагнитное излучение в рентгеновской части спектра. Такое рентгеновское излучение известно "тормозное излучение".

 

Как рентгеновское излучение получают в диагностической рентгенологии?

При помощи вакуумной рентгеновской трубки (рис. 1-1). Трубка содержит вольфрамовую нить (катод) и металлическую мишень (анод), также обычно сделанную из вольфрама. Нить нагревается электрическим током, а между катодом и анодом подается высокое напряжение. Высокое напряжение ускоряет электроны, вылетающие из нити, в направлении к аноду. Когда они падают на анод, испускается тормозное и характеристическое (характеризующее металл анода) рентгеновское излучение. Рентгеновская трубка со всех сторон окружена свинцом за исключением маленького выходного окна. Свинец поглощает большую часть испускаемых рентгеновских лучей, кроме порции, излучаемой через окно. Эти рентгеновские лучи используют для получения рентгенограммы.

 

6. Какие дополнительные компоненты необходимы в рентгенографической системе?

 

Высоковольтный генератор обеспечивает напряжение на рентгеновской фколлиматор, чтобы ограничить раз­меры облучаемого поля. Заданная длительность экспозиции обеспечивается преци­зионным таймером. Контур фототаймера позволяет автоматически прекратить экс­позицию, когда приемник изображения получит определенное количество излучения ("автоматический контроль экспозиции"). Техник выбирает рабочие параметры и на­чинает процедуру, находясь у пульта управления.

(Рентгеновская^ ^ трубка у

Генератор напряжения

Решетка

 

 

Пульт управления

Приемник изображения

 

Рис. 1 -2. Основные компоненты и схема рентгеновской диагностической установки

7. Что такое приемник изображения и как он фиксирует рентгенографический об­раз?

Приемник изображения — это устройство, которое может детектировать и фиксиро­вать рентгеновское изображение. Он помещается на стороне тела пациента, противоположной расположению рентгеновской трубки. Анатомические структуры модули­руют интенсивность рентгеновских лучей при их прохождении через тело пациента.

Другими словами, дифференцированное поглощение и особенности распространения рентгеновских лучей через различные ткани ведут к тому, что в выходящем пучке их интенсивность варьируется в двух измерениях. Эти лучи достигают детектора, кото­рый поглощает и фиксирует двумерное распределение интенсивности излучения.

 

Что такое рассеивание?

В дополнение к рентгеновским лучам, которые непосредственно проходят сквозь тело и формируют рентгенографическое изображение, часть лучей поглощается или рас­сеивается тканями. Рассеянные рентгеновские лучи отклоняются от первоначально­го направления, но могут достигать приемника изображения. Эти фотоны затумани­вают изображение, уменьшают контрастность, усиливают шум изображения, т. е. создают нежелательный "туман", который не несет полезной информации.

 

Что такое рентгеноскопия?

Рентгеноскопия — это рентгенография в реальном масштабе времени. Рентгеноскопи­ческие системы позволяют осуществлять непрерывное наблюдение изменяющегося во времени изображения и визуальную оценку динамических процессов. В первых рент­геноскопических системах использовались флюоресцентные экраны, подобные приме­няемым в рентгенографических кассетах. Рентгенологи оценивали световое изображе­ние, отбрасываемое от экрана, непосредственно во время облучения пациента. В современных рентгеноскопических системах используется усилитель рентгеновско­го изображения, который преобразует энергию рентгеновских лучей в видимый свет и оптически связан с телевизионной камерой. Рентгеноскопическое изображение на­блюдается на катодной трубке видеомонитора, расположенного либо в рентгеноскопи­ческой комнате рядом с пациентом, либо в другом помещении (рис. 1-3).

 

21. Каковы технические требования к современным маммографическим системам?

Необходимость визуализировать мелкие низкоконтрастные детали, одновременно со­храняя низкую лучевую нагрузку на молочную железу, стала предпосылкой ряда тех­нических усовершенствований: кассет с комбинацией одного чувствительного экрана и односторонней пленки; короткофокусных рентгеновских трубок, тонких решеток про­тив рассеянного излучения и техники компрессии молочной железы, позволяющей кон­тролировать долю рассеянного излучения, попадающего на приемник изображения.

 

Что такое контрастность?

Разница в сигнале между двумя областями изображения. На серой шкале, где разли­чия в сигнале представлены оттенками серого цвета (или яркостью), высокая кон­трастность означает, что два объекта различного состава кажутся на снимке очень темным и очень светлым. При менее контрастном изображении различие в относи­тельной яркости выражено меньше.

 

Что такое шум?

Шумом называют любой компонент сигнала, который не передает полезной инфор­мации. Различают два общих типа шума: случайный шум и структурированный шум. Случайный шум, также известный как квантовый шум или квантовая пятнистость, имеет отношение к зернистости изображения и зависит от числа фотонов, использу­емых для фиксации изображения. Изображение, записанное с использованием большого числа фотонов, будет восприниматься менее шумным, т. е. иметь более высокое отношение сигнал/шум, чем изображение, полученное с помощью малого числа фото­нов. Чем больше случайного шума в изображении, тем труднее воспринимать низко­контрастную информацию.

 

УЛЬТРАЗВУК

 

 

КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ

 

 

Что такое спиральная КТ?

Спиральная (также известна как винтовая) КТ — это главное недавнее достижение КТ-технологии. При обычной КТ, когда исследуется грудная клетка, брюшная по­лость, живот и таз, пациент должен задерживать дыхание при получении каждого среза. Затем КТ-трубка переустанавливается и стол перемещается в новое положе­ние для получения следующего среза. Пациента вновь просят задержать дыхание, пока производится новый срез.

И что же?

Могут возникнуть проблемы вследствие неправильной регистрации изображений. Так, если пациент задерживал дыхание неодинаково каждый раз, часть сканируемого орга­на (например, печени) может быть полностью пропущена и мелкие поражения не выявлены. Спиральная КТ исключает эту проблему, потому что аппарату не требует­ся переустановка. Нет ограничивающих кабелей на раме, которые приходится разма­тывать перед выполнением нового среза. Потребность в таких кабелях отпадает, по­скольку используются электрические контакты типа "скользящего кольца", и рентгеновская трубка может постоянно вращаться вокруг пациента и обеспечивать получение данных во время задержки дыхания.

 

Что значит Ті и Т2?

Т1 и Т2 — величины, характеризующие физические свойства тканей после их экспо­зиции серией импульсов с предопределенными временными интервалами. Различные ткани имеют различные Т1- и Т2-свойства, в зависимости от ответа их водородных ядер на радиочастотные импульсы, посылаемые магнитом. Эти дифференциальные свойства используются путем установки параметров аппаратуры (TR и ТЕ) для по­лучения изображений, основанных наТ1- или Т2-свойствах тканей (Т1- или Т2-взве-шенные изображения). TR — это время повторения, или время между радиочастот­ными импульсами; ТЕ — это время получения эха, или интервал между приложением импульса и приемом ответного сигнала. Оба параметра выражаются в миллисекун­дах (мс). Возможна установка параметров работы, позволяющая получать изображе­ние с учетом комбинации свойств Т1 и Т2, называемое сбалансированным, или взве­шенным по плотности протонов, изображением.

 

Что такое МРА?

Магнитно-резонансная ангиография. Принципы МРТ позволяют использовать уни­кальные свойства текущей крови. Генерируются изображения, отображающие толь­ко структуры с текущей кровью; все остальные структуры на них подавлены (рис. 6-2). Эти принципы могут быть модифицированы так, что будут отображаться только со­суды с определенным направлением кровотока (например, артерии, а не вены). МРТ полезна для обследования пациентов с предполагаемой цереброваскулярной болезнью (виллизиева круга или каротидных артерий) и при подозрении на тромбоз глубоких вен. Существуют определенные ограничения и артефакты МРА, особенно при при­менении за пределами центральной нервной системы.

ФИЗИКА ОБЫЧНОЙ РЕНТГЕНОГРАФИИ