лекция 7. Лекция №7 Приборы и аппараты для рентгенологических исследований. 1. Применение рентгеновского излучения в медицине Основные методы рентгенологического исследования. Рентгеновские аппараты
 Скачать 356.04 Kb.
|
|
Лекция 7 Приборы и аппараты для рентгенологических исследований. 1. Применение рентгеновского излучения в медицине 2. Основные методы рентгенологического исследования. 3. Рентгеновские аппараты 3.1. Конструкция рентгеновской трубки. 3.2 Система мер по обеспечению безопасности рентгенологического исследования. 4. Цифровая рентгенодиагностика 1. Применение рентгеновского излучения в медицине Рентгеновское излучение в медицине применяют в рентгенологическом исследовании, которое основано на неодинаковом поглощении рентгеновского излучения разными органами и тканями в зависимости от их объема и химического состава. Чем сильнее поглощает данный орган рентгеновское излучение, тем интенсивнее отбрасываемая им тень на экране или пленке. Для рентгенологического исследования многих органов применяют методику искусственного контрастирования. В полость органа, или в окружающие его пространства вводят вещество, которое поглощает рентгеновское излучение в большей или меньшей степени, чем исследуемый орган. Рентгенологическое исследование позволяет изучать морфологию и функцию различных систем и органов в целостном организме без нарушения его жизнедеятельности. Оно дает возможность рассматривать органы и системы в различные возрастные периоды, позволяет выявлять даже небольшие отклонения от нормальной картины и тем самым ставить своевременный и точный диагноз ряда заболеваний. Применение рентгеновского излучения в медицине возможно благодаря следующим его свойствам: Проникающая способность, на которой основана рентгенодиагностика, зависит от плотности тканей. Например, костная ткань обладает наибольшей плотностью, а значит и поглощающей способностью, поэтому при рентгенологическом исследовании дает затемнение высокой интенсивности. А воздух не задерживает лучи и создает просветление, как, например, легочная ткань. Флюоресцирующее свойство рентгеновских лучей - способность вызывать свечение некоторых химических веществ. На этом свойстве основан метод рентгеноскопии. Фотохимическое свойство заключается в способности вызывать почернение пленки, благодаря разложению галогенидов серебра, составляющих основу фотослоя. На фотохимическом свойстве рентгеновских лучей основана рентгенография. При этом лучи, выходя из рентгеновской трубки и проходя через тело человека, вызывают образование теневого изображения на рентгеновской пленке. Ионизирующее свойство рентгеновских лучей заключается в образовании ионов в той среде, через которую проходят лучи. По количеству образовавшихся ионов можно судить о дозе излучения. Биологическое или Повреждающее действие рентгеновских лучей используется в рентгенотерапии. Это один из методов лучевой терапии, при котором с лечебной целью используется рентгеновское излучение с энергией от 10 до 250 кВ. С увеличением напряжения на рентгеновской трубке увеличивается энергия излучения и вместе с этим его проникающая способность в тканях возрастает от нескольких миллиметров до 8—10 см. 2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ. Основными методами рентгенологического исследования являются рентгеноскопия, рентгенография, а также флюорография. Рентгеноскопия (синоним просвечивание) — состоит в получении на просвечивающем (флюоресцирующем) экране плоскостного позитивного изображения исследуемого объекта. При этом кости и другие плотные ткани выглядят всегда в виде затемнения различной интенсивности, а воздух, где бы он не находился (легкие, газовый пузырь желудка, кишечник, полость абсцесса и др.) – в виде просветления. При рентгеноскопии исследуемый находится между просвечивающим экраном и рентгеновской трубкой. На современных рентгеновских просвечивающих экранах изображение возникает в момент включения рентгеновской трубки и исчезает сразу же после ее выключения. Рентгеноскопию обычно производят в хорошо затемненном помещении рентгеновского кабинета (см.) или, в редких случаях, у постели больного в светлом помещении с помощью криптоскопа. Просвечивание производится при напряжении на трубке 45—85 кВ и токе 2—5 мА в зависимости от плотности объекта и исследуемого органа. Рентгенография - исследование внутренней структуры объектов, которые проецируются при помощи рентгеновских лучей на специальную плёнку или бумагу. В результате прохождения через образования разной плотности и состава пучок излучения рассеивается и тормозится, в связи с чем на пленке формируется негативное изображение всех тканей разной степени интенсивности. Здесь теневая картина обратная: кости светлые, а воздушные включения темные. Чтобы не путаться в интерпретации результатов в рентгенодиагностике принято любое рентгеновское изображение (на экране или рентгенограмме) анализировать как позитивное. Поэтому при анализе рентгенограмм на “черное” – говорят “белое” и наоборот. В соответствии с диапазоном применяемого при рентгенографии напряжения технику производства снимков можно разделить (по жесткости излучения) на четыре вида: 1) мягким излучением при напряжении до 50—60 кв; 2) обычным излучением при напряжении от 50—60 кв до 95—100 кв; 3) жестким излучением при напряжении от 100 до 300 /се; 4) сверхжестким излучением при напряжении, превышающем 1000 кв. Рентгенография жестким излучением, производимая при напряжении от 100 до 300 кв, подразделяется на две ступени: а) средней ступени при напряжении от 100 до 160 кв и б) высокой ступени при напряжении от 200 до 300 кв. За последние десять лет освоена и получила широкое практическое применение методика рентгенографии жестким излучением средней ступени при напряжении от 100 до 160 кв. Для этого рентгеновские аппараты современной конструкции изготовляются так, чтобы на них можно было производить рентгенографию при напряжении от 40 до 150 кв, т. е. обычным излучением и жестким излучением среднем ступени. Рентгенография жестким излучением высокой ступени при напряжении 200—300 кв и сверхжестким излучением при напряжении, превышающем 1000 кв, пока еще не вышла за пределы эксперимента и производится только в лабораторных условиях. Преимущества рентгеноскопии. 1. Рентгеноскопия позволяет изучать функциональное состояние различных органов (сердечных сокращений, дыхательных движений ребер, диафрагмы, изменение легочного рисунка и патологических теней при дыхании и др). Это невозможно при рентгенографии, так как фиксируется только один из моментов состояния организма. 2. При рентгеноскопии возможно получения объемного изображения за счет полипозиционного исследования, т.е. больного изучают в вертикальном и горизонтальном положениях с различными поворотами вокруг оси. Рентгенография дает суммарное изображение, так как осуществляется в основном в двух проекциях (прямой и боковой). 3. В процессе рентгеноскопии осуществим контроль выполнения инвазивных (хирургических) рентгенологических процедур, например, катетеризации сердца и сосудов, что невозможно при рентгенографии. 4. При рентгеноскопии требуется меньше времени на исследование. Преимущества рентгенографии. 1. Лучевая нагрузка при рентгенографии ниже, чем при рентгеноскопии за счет более короткой экспозиции (1-3 с, а не 5-20 мин, как при рентгеноскопии) 2. Многократная рентгенография позволяет наблюдать за патологическим процессом в динамике, проводить контроль лечения благодаря меньшей лучевой нагрузке по сравнению с рентгеноскопией. Флюорография Флюорографию проводят с целью профилактического исследования органов грудной полости 1 раз в год всем жителям планеты с 15-летнего возраста, а также в группах повышенного риска. Сущность метода заключается в фотографировании рентгеновского изображения с экрана. При этом изображение получают на фотопленке небольшого формата (110х110 мм, 100х100мм, 70х70 мм), меньше, чем размеры рентгенограмм. Таким образом, меньше денежных затрат идет на пленку и ее обработку, выше пропускная способность флюорографического кабинета. Изображение на фотопленку может поступать: -с флюоресцирующего экрана специального рентгеновского аппарата (флюорографа) на рулонную пленку – при флюорографии легких; -с экрана электронно-оптического усилителя рентгеновского изображения (УРИ-флюорография) – при исследовании пищевода, желудка и кишечника; -с монитора цифрового флюорографа (распечатка на принтере на специальной пленке или на обычной бумаге). 3. РЕНТГЕНОВСКИЕ АППАРАТЫ В состав рентгенодиагностического аппарата входят устройство для генерирования излучения (излучатель и питающее устройство), штативы, приемники излучения. Излучатель — источник рентгеновского излучения обычно состоит из рентгеновской трубки и защитного кожуха, наполненного изоляционным маслом. В переносных и передвижных аппаратах в излучатель входят также высоковольтный трансформатор, выпрямители и трансформатор накала; такой излучатель называют моноблоком. Рентгеновское питающее устройство представляет собой совокупность блоков, необходимых для питания излучателя электрической энергией, регулирования электрических параметров аппарата, защиты и управления. Для взаимной ориентации в пространстве излучателя, пациента и приемника излучения служат штативно-механические устройства, конструкция которых определяется прежде всего назначением аппарата и областью его применения. Приемник излучения — устройство для преобразования рентгеновского излучения, прошедшего через исследуемый объект, в видимое изображение или электрический сигнал. Приемником излучения может быть люминесцентный экран, усилитель изображения или кассета с усиливающими экранами и пленкой, цифровой детектор. В современных цифровых аппаратах регистрация выходного излучения может производиться на специальную кассету с плёнкой или на электронную матрицу. Аппараты обладающие электронной чувствительной матрицей стоят значительно дороже аналоговых устройств. При этом печать плёнок производится только при необходимости, а диагностическое изображение выводится на монитор и, в некоторых системах, сохраняется в базе данных вместе с остальными данными о пациенте. Самостоятельное значение имеет группа устройств, служащих для формирования поля излучения, расположенных в зависимости от назначения на излучателе, штативе или приемнике излучения. Формируют излучение в пространстве диафрагмы, тубусы и отсеивающие растры. Автоматические рентгеновские экспонометры и стабилизаторы яркости (или мощности дозы) формируют поле излучения во времени и прямо связаны с питающим устройством аппарата. По назначению рентгенодиагностические аппараты делят на стационарные, передвижные и переносные. Стационарные в свою очередь подразделяются на аппараты для профилактической, общей и специальной диагностики. К стационарным аппаратам для профилактических исследований относят флюорографические аппараты для исследования легких и других органов. Стационарные аппараты для общей диагностики выпускаются двух видов: с непосредственным управлением и телеуправлением. Телеуправляемый аппарат, естественно, обязательно содержит усилитель изображения и телевизионный канал. При использовании подобного аппарата врач-рентгенолог освобождается от необходимости находиться в зоне облучения рядом с пациентом у поворотного стола-штатива. В аппаратах с непосредственным управлением врач-рентгенолог при рентгеноскопии находится в процедурной около усилителя изображения. Стационарные аппараты для специальной диагностики подразделяются в зависимости от исследуемых органов и задач исследования на ангиографические, дентальные, урологические, хирургические, аппараты для маммографии, для диагностики остеопороза. Передвижную аппаратуру делят на флюорографы, аппараты для исследований в палатах и операционных. К этому же классу относятся разборные аппараты для общей диагностики в полевых, военно-полевых и других условиях. Переносная аппаратура предназначена для неотложной диагностики на дому, в полевых и других нестационарных условиях. На принципиальной блок-схеме рентгенодиагностического аппарата (рис. 7) указаны основные его элементы.
Питающее напряжение подается в регулятор напряжения, включение которого на заданную длительность экспозиции осуществляют с помощью реле времени. Повышение и выпрямление напряжения для питания рентгеновской трубки осуществляется в генераторном устройстве, которое содержит повышающий трансформатор и выпрямители. Высокое напряжение от генераторного устройства подается на рентгеновскую трубку с помощью высоковольтных кабелей, имеющих наружную заземляемую оболочку. Экспозиция -количество электрической энергии, прошедшей через рентгеновскую трубку за время съемки. Параметры экспозиции при рентгенографии влияют на качество получаемого изображения. Параметры экспозиции: 1. Напряжение в киловольтах кВ. 2. Миллиамперы мА. 3. Время экспозиции – в секундах. Использование системы автоматического контроля экспозиции (рентгеноэкспонометра) облегчает труд рентгенолаборанта, т.к. время экспозиции в этом случае определяется автоматически. Описание ключевых блоков. Коротко о рентгеновской трубке. Рентгенодиагностическая трубка— электровакуумный прибор с источником излучения электронов (катод) и мишенью, в которой они тормозятся (анод). Энергия для нагрева катода подается через трансформатор накала, размещаемый в баке генераторного устройства. Накаленная спираль катода испускает электроны, которые ускоряются приложенным к трубке высоким напряжением, а затем тормозятся вольфрамовой пластинкой анода с образованием рентгеновского излучения. Площадь анода, на которую попадают электроны, называют фокусом. Различают одно- или двухфокусные аноды. В аноде свыше 95% энергии электронов превращается в тепловую энергию, нагревающую анод до 2000° и более. По этой причине с увеличением длительности экспозиции допустимая мощность снижается. Рентгенодиагностическая трубка размещается в кожухе, заполненном трансформаторным маслом, со свинцовой оболочкой для защиты от неиспользуемого излучения. В кожухе имеются также гнезда для присоединения высоковольтных кабелей и выходное окно, через которое выводится рабочий пучок излучения. К выходному окну излучателя крепятся устройства, формирующие пучок излучения с требуемыми параметрами: фильтр, который представляет собой металлическую пластину, применяемую для получения практически однородного рентгеновского излучения; диафрагма – в виде свинцовых шторок – сужает поле облучения и уменьшает количество рассеянных лучей; отсеивающий растр поглощает рассеянное излучение. Затем рентгеновские лучи попадают в систему приемников. Приемником излучения могут быть люминесцентный экран, рентгеновская кассета с рентгенографической пленкой, полупроводниковая фоточувствительная пластина, усилитель рентгеновского изображения, телевизионное видеоконтрольное устройство, видеомагнитофон, фотокамеры, кинокамеры и др., либо цифровой детектор. Особого внимания заслуживает усилитель рентгеновского изображения (УРИ). Он заменяет флюоресцирующий экран. В УРИ рентгеновские лучи преобразуются в световые и электронные и яркость изображения усиливается в 3-6 тысяч раз. Через систему зеркал и линз изображение передается на телевизионную трубку и экран телевизора. Таким образом, благодаря УРИ вместо классической рентгеноскопии применяется рентгенотелевизионное просвечивание Применение УРИ позволяет снизить лучевую нагрузку на пациента и персонал в 15 раз. 3.2 СИСТЕМА МЕР ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ РЕНТГЕНОЛОГИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ. При соблюдении правильной техники и методики рентгенологическое исследование является безопасным и не может причинить вреда обследуемым. Существуют три основных принципа защиты от воздействия рентгеновских излучений. 1. Защита экранированием: - стационарные средства - баритовая штукатурка стен кабинета, двери с листовым свинцовым покрытием, просвинцованное стекло в смотровых окнах; - передвижные: защитные ширмы, также с листовым свинцовым покрытием; - индивидуальные средства: фартуки, перчатки, колпаки и бахилы из просвинцованной резины для персонала. 2. Защита расстоянием - расположение рабочих мест персонала с максимальным удалением их от источника излучения, максимально возможное расстояние между рентгеновской трубкой и пациентом. 3 Защита временем, т.е. чем меньше время облучения, тем меньше доза. В связи с этим существует строгая регламентация рабочего дня рентгенолога и время проведения рентгенодиагностических процедур. Например, при рентгенографии экспозиция длится в среднем до 1 - 3 с, рентгеноскопия грудной клетки - 5 мин, желудка - 10 мин и т.д. Верхней границей безопасной дозы облучения во время сеансов рентгенографии считается - 0,5 мкЗв (микрозивертов) в час (или 50 микрорентген в час). Для справки: 0,2 мкЗв в час – это наиболее безопасный уровень радиации (когда радиационный фон в норме). Безопасная суммарная доза в год – 3-4 миллизиверта. Сокращение времени экпозиции делает облучение до 3миллизивертов безвредным (флюорография, рентгенография). Приспособления, позволяющие уменьшить лучевую нагрузку на врача и пациента. Электронно-оптический усилитель рентгеновского изображения (УРИ) Диафрагма сужает поле облучения и уменьшает количество рассеянных лучей. Тубус - конической формы служит для ограничения пучка рентгеновских лучей. Тубус одет на отверстие для выхода рентгеновских лучей Отсеивающая решетка которая поглощают рассеянное излучение, а значит улучшают качество изображения и уменьшают лучевую нагрузку. 4. ЦИФРОВАЯ РЕНТГЕНОДИАГНОСТИКА Наиболее характерной чертой современной рентгенодиагностики является переход на цифровую обработку информации и компьютеризация. На цифровые технологии переходят и нерентгеновская лучевая диагностика - ультразвуковые аппараты, МРТ. Вызвано это возрастающей ролью качества, быстроты, экономической эффективности, а также клинической эффективности диагностики и лечения. Цифровая рентгенология стала принципиально возможной с момента появления цифровых электронно-оптических преобразователей. Современная рентгенография в настоящее время существует в двух разновидностях: оцифрованной и собственно цифровой. В оцифрованной рентгенографии картинка сначала получается на пластинах (экранах), затем происходит считывание и перевод картинки в цифровой формат. В прямой цифровой рентгенографии изображение считывается непосредственно с детектора, чувствительного к рентгеновским лучам. В детекторном модуле происходит преобразование падающего теневого (после прохождения через тело человека) рентгеновского излучения в эквивалентный электрический сигнал, первичная обработка и передача этих данных в компьютер. Прямое детектирование более перспективно благодаря лучшему качеству изображения и более низким дозовым нагрузкам. На современных установках доза облучения при проведении цифровой рентгенографии снижается в десятки раз. Таким образом, классическая рентгеновская пленка теряет свои позиции. Можно сказать, что пленочные технологии уходят в прошлое. Ее чувствительность ограничена, а значит ограничены и возможности по снижению дозы облучения. Благодаря компьютерным технологиям, врач-рентгенолог получает возможность выделять на снимке необходимые участки для более детального исследования, изменять параметры изображения (яркость, контрастность), подчеркивать контуры объектов, проводить измерение размеров и плотности органов и тканей, и даже создавать трехмерную картину. Возможность ведения цифрового архива изображений также дает целый ряд революционных инноваций. Самой перспективной является возможность быстрой передачи изображений на расстояние по электронным сетям для консультаций со специалистами. А значит, по аналогии с телемедициной развивается телерадиология. Подсчитано, переход на цифровую технику способен давать ежегодную экономию средств на расходуемые материалы не менее 10 тысяч долларов на одну рентгеновскую установку. В России внедрение цифровых систем в медицинскую практику пока находится на стадии начального развития. Процесс перехода от традиционной технологии исследований к цифровой, долгое время замедлялся недостатком качественной и доступной по цене отечественной техники. Однако в последнее время на рынке появились новые разработки российских специалистов, не уступающие импортным аналогам, а во многом и превосходящие их. И не последнее слово в этой достойной конкуренции – за ценой. Она ниже импортных аналогов. Что же дает отечественная техника? Это высокое качество изображения, исключительно удобный доступ к пациенту, простота использования, быстрое выполнение исследований, а также целый ряд технических деталей, позволяющих работать с изображениями и обмениваться ими с другими медицинскими информационными системами. Томография Томография - метод послойного исследования органов человеческого тела с помощью средств лучевой диагностики. Различают методы томографии с использованием ионизирующего излучения, (обычная рентгеновская томография), и не связанные с ним (ультразвуковая и магнитно-резонансная Т.). За исключением обычной рентгеновской, при всех видах томографии изображение получают с помощью компьютеров. Обычная рентгеновская томография — наиболее распространенный метод послойного исследования; основан на синхронном перемещении в пространстве излучателя и рентгеновской кассеты в процессе рентгеновской съемки. Рентгенодиагностические аппараты для обычной рентгеновской томографии состоят из следующих элементов: подвижной системы излучатель — рентгеновская кассета, механизма ее перемещения, устройства для размещения пациента, механических опор, электрических и электронных управляющих устройств. Томографы различаются между собой по разным критериям. По выбранному слою относительно оси тела человека: продольные (если выбранный слой параллелен продольной оси тела человека), поперечные (выбранный слой перпендикулярен оси тела человека) и панорамные (выбранный слой имеет форму изогнутой поверхности). В зависимости от положения тела пациента во время исследования томографы могут быть горизонтальными, вертикальными, наклонными, по характеру перемещения подвижной системы излучатель — рентгеновская кассета линейными, нелинейными, круговыми и комбинированными. Обычная рентгенограмма охватывает большой участок тела, причем различные органы и ткани затеняют друг друга. Можно избежать этого, если периодически совместно в противоположных направлениях перемещать рентгеновскую трубку РТ и Фотопленку ФП относительно объекта исследования Об. В объекте исследования есть непрозрачные для рентгеновских лучей включения (на рисунке – кружочки). Рентгеновские лучи при любом положении рентгеновской трубки 1,2…..5 проходят через одну и ту же точку объекта, являющуюся центром, относительно которого совершается периодическое движение РТ и ФП. Эта точка, точнее небольшое непрозрачное включение, показана темным кружком. Его теневое изображение перемещается вместе с ФП, занимая последовательно положения 1,2,3…….. Остальные включения в теле создают на ФП некоторый общий фон, так как рентгеновские лучи непостоянно затеняются ими. Изменяя положении этой точки можно получить послойное рентгеновское изображение тела.
Таким образом, томографы обеспечивают получение на пленке рентгеновского изображения только необходимого слоя. Оптимальный результат достигается перемещением подвижной системы излучатель-кассета по сложным криволинейным траекториям. Наибольшее распространение получили продольные горизонтальные линейные томографы на основе стационарных рентгеновских аппаратов, оснащенных специальным механизмом для перемещения излучателя и кассеты. К таким томографам относится также универсальный линейный томограф, позволяющий проводить исследования в вертикальном и наклонном положениях. Компьютерная рентгеновская томография (или компьютерная томография) основана на получении послойного рентгеновского изображения органа с помощью компьютера. Просвечивание рентгеновским лучом тела пациента осуществляется вокруг его продольной оси, благодаря чему получаются поперечные «срезы». Изображение поперечного слоя исследуемого объекта на экране полутонового дисплея обеспечивается с помощью математической обработки множества рентгеновских изображении одного и того же поперечного слоя, сделанных под разными углами в плоскости слоя. Компьютерный томограф состоит из следующих элементов: рентгеновского излучателя, системы детектирования, регистрирующей прошедшее через исследуемый объект излучение; сканирующей установки, с помощью которой излучатель, а нередко и системы детектирования перемещаются вокруг неподвижного пациента; измерительной системы для усиления и преобразования сигналов детекторов; вычислительно-отображающего комплекса на основе ЭВМ для обработки результатов измерений и восстановления по ним изображения, а также для хранения изображений на магнитных носителях (диске, ленте); пульта управления с двумя дисплеями (алфавитно-цифровым и полутоновым черно-белым) и клавиатурой; системы документирования изображения в твердых копиях на основе мультиформатной или поляроидной камеры; стола для пациента с подвижной декой, системой управления перемещением и системой измерения координат. Высокая разрешающая способность (контрастное разрешение примерно в 10 раз превышает эту величину при обычной рентгеновской Т.) позволяет дифференцировать структуры почти одинаковой плотности (например, органы брюшной полости и забрюшинного пространства) без дополнительного контрастирования. С помощью компьютера оценивают плотность исследуемой ткани — денситометрия. Результаты денситометрии выражаются в единицах условной шкалы (маркируется на снимках), масштаб которой выбран так, что все ткани и среды человеческого организма находятся в диапазоне условных единиц от -1000 — величины, соответствующей плотности воздуха, до +1000 — величины, соответствующей плотности кости. Для получения наиболее четкого изображения органов и патологических очагов при компьютерной томографии используют эффект усиления контрастности путем внутривенного введения рентгеноконтрастного вещества (так называемая усиленная компьютерная Т.). |
