Медицинская интроскопия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Медицинская интроскопия

1. Диагностические особенности томографической аппаратуры. Компьютерные томографы

Для успешной диагностики желательно иметь послойное (томографическое) изображение, позволяющее провести исследования на строго определенных глубинах (получить необходимые “срезы” исследуемого объекта), так как просвет и локация объекта с получением плоского (одномерного) изображения приводят к его “смазыванию”. В современной медицинской интроскопии в случае необходимости получения четкого объемного изображения синтез двумерных изображений производится машинной обработкой серий одномерных сигналов. Интроскопическая аппаратура этого класса была объединена общим названием - компьютерные (вычислительные) томографы.

Интересна возможность использования компьютерной томографии при регистрации разного рода генерируемых в человеческом организме сигналов, например, в электрокардиографии (анализирующей электрические сигналы, испускаемые сердцем), в энцефалографии (оценивающей состояние мозга человека по сигналам его электрической активности) или при магнитометрии (использующей для диагностики патологий мозга измерения возникающих в нем сверхслабых МП). Даже малейшие совершенствования этих методик могут привести к значительным результатам.

В последнее время появился новый метод диагностических исследований, основанный на измерениях электрического сопротивления различных участков человеческого тела при наложении на кожу электродов (реография). Он позволяет оценивать кровоток, снабжение кровью конечностей и другие характеристики организма. В этом случае тоже целесообразно получать “срезы” определенных участков тела (а, при необходимости, создавать и объемное изображение) методами математической реконструкции. Трудности примерно те же, что и, например, в электрокардиотомографии: необходимость обеспечения направленности электродов на исследуемый “срез” тела и учет особенностей растекания тока между ними. Уже есть сообщения о получении таких “срезов” (импедансная томография).

Украинскими фирмами стал выпускаться эмиссионный компьютерный томограф “Тамара”. Диагностика осуществляется визуализацией распределения физиологически активных фармпрепаратов, меченных гамма-излучающими радионуклидами, и их кинетики в организме пациента. Он предназначен для ранней диагностики сердечно-сосудистых и других заболеваний, функциональных нарушений в жизнедеятельности внутренних органов и физиологических систем человека.

2. Задачи ЭВМ в медицинских исследованиях

Основные задачи, решаемые ЭВМ в современной медицине, - предварительная обработка получаемой медико-биологической информации (обычно следует избавиться от ненужной, выделить особо ценную, сопоставить ее с эталоном нормы и т. д.), автоматический анализ и постановка предварительного диагноза, определение стратегии и тактики терапевтического воздействия. Актуальной проблемой автоматизированной диагностики становится создание системной методики выявления патологии на самой ранней (доклинической) стадии (еще лучше - ее предпосылок) при обязательных профилактических обследованиях в условиях всеобщей диспансеризации. Обработка и анализ могут осуществляться как аналоговыми, так и цифровыми методами. Переход от аналоговой к цифровой форме реализуется с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Неотъемлемыми элементами устройств управления всеми этими функциями становятся микропроцессоры.

Возможность анализа функциональных состояний основных подсистем организма по параметрам БАТ, измеряемым специальной аппаратурой, предопределяет целесообразность создания диагностических компьютерных систем, использующих статистическую обработку результатов измерений для проведения диагностических обследований как с целью оценки функционального состояния, так и повышения эффективности медикаментозного и иных видов лечения, а также оперативной коррекции состояния с использованием рефлексотерапевтических методик, обеспечивающих оптимальные режимы регуляции. Современные методы математической обработки информации о состоянии функциональных систем и организма в целом, полученные из различных диагностических источников, позволяют рассматривать задачу моделирования функционального состояния организма. Исследование динамических характеристик функциональных систем проводится с использованием методики полиразрешающего анализа, результаты применения которого для обработки временных рядов составляют исходные данные для проведения многофакторного анализа, выводы которого позволяют сделать заключение о функциональном состоянии организма.

Перспективно применение так называемых экспертных систем, которые на основе объективных и субъективных данных о пациенте и использовании базы знаний, заложенных в программном обеспечении системы, следуя заданной совокупности правил, могут поставить диагноз и рекомендовать метод лечения. Объем знаний и правил может пополняться.

3. Физико-технические основы рентгенологии. Природа и основные характеристики рентгеновского излучения

Рентгеновское излучение (РИ) занимает спектральную область между гамма- и УФ-излучением (10-4-103 ангстрем). Это совокупность тормозного (возникающего при резком изменении кинетической энергии электронов) и характеристического (образующегося вследствие изменения энергетического состояния атома) ЭМИ. Получение рентгеновского излучения основано на эффекте торможения ускоренных в ЭП электронов вещества, в результате чего часть их кинетической энергии преобразуется в ЭМК сплошного спектра (подобного спектру видимого света). Кроме того электроны, проникая в электронные орбиты тормозящего вещества, выбивают электроны из них. Возникающие внутриатомные переходы электронов с высших энергетических уровней на низшие сопровождаются испусканием серии фотонов линейчатого (дискретного) спектра. Линии спектра этого РИ являются индивидуальной характеристикой атома, а излучение называется характеристическим.

Генератором РИ является рентгеновская трубка - двухэлектродный ЭВП, предназначенный для получения РИ, которое возникает при торможении и ударе об анод испускаемых катодом электронов. В вакууме вокруг нити накала катода вследствие термоэлектронной эмиссии образуется электронное облако. При подведении к электродам трубки высокого напряжения (1-500 кВ минусом к катоду, плюсом к аноду) в сильном электрическом поле происходит ускорение и стремительное движение к аноду сфокусированных на него электронов (электроток 0,01 мА-1 А). Значительно большая часть кинетической энергии электронов в веществе анода превращается в тепловую и только около 0,1-3 % - в РИ. Поэтому поверхность анода нагревается до очень высоких температур (рассеиваемая на аноде удельная мощность составляет 10-104 вт/мм2). При перемене полярности потенциала на электродах трубки электрический ток и РИ мгновенно исчезают.

РИ обладает способностью проникать через оптически непрозрачные среды и взаимодействовать с веществом, в результате чего происходит его неравномерное поглощение. Проникающая способность является качественной, а интенсивность - количественной характеристикой РИ. Качеством излучения управляют изменением только напряжения на рентгеновской трубке, а его интенсивностью - изменением анодного тока и напряжения.

В веществе значительно сильнее ослабляются фотоны с меньшими энергиями. Это явление называется эффектом фильтрации излучения и применяется в практике для снижения лучевой нагрузки на больного. Сменный фильтр, установленный на пути используемого пучка излучения, называется дополнительным фильтром. Он оказывает влияние на качество РИ, поглощая ту его часть, которая не участвует в образовании диагностического изображения, так как почти полностью поглощается в тканях человека. При всех видах рентгенологического исследования обязательно применяют дополнительные алюминиевые фильтры (чаще всего используют один толщиной 3 мм).

Мощность экспозиционной дозы (интенсивность излучения) прямо пропорциональна силе анодного тока и времени. С увеличением напряжения на трубке в 2 раза она увеличивается за исследуемым объектом в 32 раза. Изменения интенсивности РИ в 2 раза можно достичь изменением напряжения на трубке в среднем на 7 кВ в интервале 40-60 кВ; на 10 кВ - в интервале 60-90 кВ; на 15 кВ - 90-125 кВ. При прохождении пучка РИ через вещество происходит его поглощение и рассеяние, что сопровождается возникновением вторичного РИ. Чем больше атомная масса и толщина поглощающего вещества и чем меньше энергия фотонов РИ, тем больше эффект поглощения.

В воздухе интенсивность РИ ослабляется по экспоненциальному закону - обратно пропорционально квадрату расстояния от источника излучения. Т.е., при одних и тех же условиях генерирования (напряжение, сила анодного тока, фильтр) интенсивность на расстоянии 20 см от анода трубки будет в 25 раз больше, чем на расстоянии 100 см. РИ распространяется прямолинейно расходящимся пучком.

Ионизирующее, фотохимическое, биологическое действие РИ, а также способность вызвать флюоресценцию обусловлены эффектами взаимодействия фотонов с веществом. Ионизирующее действие РИ используется в дозиметрии и для автоматического управления экспозицией при рентгенографических исследованиях. Оно предопределяет необходимость проведения постоянной вентиляции рентгеновского отделения.

Фотохимическое действие излучения лежит в основе получения рентгеновского изображения на пленке, содержащей кристаллы галоидного серебра в виде эмульсии ее желатинового слоя. Свойство РИ вызывать флюоресцирующее действие позволяет преобразовать часть его энергии в видимый свет, что является основой рентгеноскопии и использования усиливающих экранов при рентгенографии.

С повышением напряжения на трубке происходит увеличение доли вторичного РИ. Его количество возрастает с увеличением размера поля, толщины (объема) рентгенологически исследуемого объекта. Это приводит к снижению контраста и четкости рентгеновского изображения и является основным источником облучения персонала. Ионизирующее действие РИ предопределяет необходимость проведения постоянной вентиляции помещений рентгеновского кабинета.

4. Формирование и свойства рентгеновского изображения. Факторы, определяющие информативность рентгенодиагностики

Различия в поглощении РИ тканями различной плотности дают возможность получить рентгеновское изображение. Так, на фоне мышц, слабо поглощающих лучи, отчетливо видны кости. Если РИ пройдет через грудную клетку, то на фоне содержащих воздух легких будут отчетливо видны сердце, ребра, кровеносные сосуды и даже небольшие уплотнения легочной ткани. Все это входит в понятие абсорбционного закона рентгеновской дифференциации (тенеобразования).

Рентгеновское изображение представляет собой структурную полупрозрачную тень. Где ослабление РИ большое, тень имеет наибольшую плотность или, как принято обозначать в рентгенологии, наибольшую интенсивность. При незначительном ослаблении РИ тень будет малоинтенсивной. Степень интенсивности зависит от плотности (рентгенопрзрачности) вещества и его толщины. Различают 4 степени прозрачности среды: воздушную, мягкотканную, костную и металлическую. Небольшие колебания толщины объекта приводят к значительному изменению интенсивности тени (зависимость квадратичная).

После прохождения РИ через объект оно несет в себе невидимое глазами изображение структуры объекта - лучевой рельеф, характеризуемый лучевым контрастом (фотографическим контрастом интенсивностей), степень выраженности которого определяется различием плотности веществ, составляющих данный объект исследования, а также длина волны РИ. Для лучшего выявления малых различий по плотности и толщине целесообразно использовать мягкое длинноволновое излучение. Но, например, для изучения структуры кости необходимо применять более жесткое КВ-излучение.

Естественный лучевой контраст органов и тканей человека, за некоторым исключением, выражен слабо. При применении электрорентгенографии и компьютерной томографии раздельное изображение получают даже при мало отличающихся по плотности тканях. Для изучения объектов со слабо выраженным естественным контрастом используют искусственное контрастирование с помощью вещества, отличающегося по атомной массе содержащихся в нем элементов от эффективной атомной массы тканей человека (контрастные вещества с меньшей массой - называются негативными: азот, кислород, углекислый газ, воздух; с большей - позитивными: содержащие барий, йод, бром).

Генерируясь в рентгеновской трубке, РИ выходит через окно защитного кожуха прямолинейно расходящимся пучком, форма которого определяется находящимися на его пути диафрагмами. Рентгеновское изображение является геометрической проекцией изучаемого объекта на плоскость приемника. Изображение на рентгенограмме возникает благодаря разной степени почернения пленки на границе анатомического образования и фона. Выявление границы между ними подчиняется тангенциальному закону формирования рентгеновского изображения.

Информативность рентгеновского изображения оценивают по объему полезной диагностической информации - количеству различимых деталей исследуемого объекта. Техническое качество изображения определяют по его объективным параметрам: оптической плотности, контрастности и резкости (четкости).

Оптическая плотность почернения пленки (непрозрачность) возникает после ее экспонирования и фотохимической обработки. Интенсивность ее почернения зависит от дозы рентгеновского облучения и его экспозиции. На нормально экспонированном и проявленном снимке максимальная оптическая плотность почернения наблюдается на участках вне исследуемого объекта, то есть на тех, на которые воздействовал прямой пучок излучения. Различимость деталей рентгеновского изображения оказывается оптимальной только при определенных значениях оптической плотности. Чрезмерная степень почернения пленки (переэкспонированный снимок) как и недостаточная оптическая плотность изображения (недоэкспонированный снимок) приводят к значительной потере диагностической информации. Количественная характеристика оптической плотности выражается десятичными логарифмами и может быть измерена с помощью денситометра. Рентгеновские пленки характеризуются коэффициентом контрастности с определенной зоной пропорциональной передачи изображения. Искусство выбора физико-технических условий рентгенографии заключается в использовании нормальных экспозиций и получении оптимальных плотностей почернения.

Контрастностью изображения называют зрительное восприятие разницы между соседними почернениями. Чем сильнее выражена эта разница, тем выше контрастность снимка, которая зависит от правильности выбора физико-технических условий рентгенографии и качества применяемой пленки. Исчисляется в процентах. Наименьшая воспринимаемая глазом контрастность (порог контрастной чувствительности при изучении рентгенограмм) составляет 2,5 %. При нерезком изображении порог возрастает до 3-8 %. Это указывает на то, что получение изображения большой резкости дает возможность различать малые степени контрастности изображения. Но при чрезмерно большой контрастности многие детали структуры в области максимальных и минимальных плотностей почернения на снимке не отображаются.

При применении повышенных напряжений наблюдается эффект выравнивания, так как за счет повышения проникающей способности уменьшается градация (диапазон) плотностей и увеличивается количество выявляемых деталей. Чем меньше промежуточных тонов между самым светлым и наиболее темным участками пленки, тем более контрастным кажется изображение, и наоборот, чем больше промежуточных тонов, тем менее контрастным кажется изображение.

Величина экспозиционной дозы РИ не влияет на коэффициент прозрачности изображения. Если нормально экспонированный, недо- и переэкспонированный снимки обрабатывались в одинаковых условиях, то они будут иметь одинаковые значения коэффициента контрастности. Эти снимки будут отличаться разностью максималной и минимальной оптической плотности почернений: на недо- и переэкспонированном снимках интервал оптических плотностей будет меньше, чем на нормально экспонированном.

Визуально воспринимаемый контраст изображения тем выше, чем больше коэффициент контрастности рентгеновской пленки, который может быть сравнительно высоким (2,8-3,6). Если использовать менее контрастные пленки, то незначительная разность интенсивности РИ одного лучевого рельефа даст визуально незаметную разность оптических плотностей почернения, и мелкие детали на таких рентгенограммах не будут видны. При использовании высококонтрастной пленки в сочетании с комплектом усиливающих экранов, изображение будет иметь высокую разность оптических плотностей почернения. Контрастность изображения также зависит от продолжительности процесса проявления рентгенограммы и температуры проявителя. С увеличением времени проявления контрастность сначала возрастает, а затем снижается, так как при этом непрерывно увеличивается оптическая плотность вуали. В целях предупреждения чрезмерного роста вуали пленку следует проявлять в течение времени, указанного на этикетке ее упаковки.

Важнейшим параметром является резкость рентгеновского изображения. Если переход от одной степени почернения к другой происходит скачкообразно и контур тени органа отчетливый, изображение считается резким. Оно нерезко, если между изображением и фоном существует плавный переход (полутень). В резком изображении ширина этой переходной тени не превышает 0,16-0,25 мм.

Нерезкость изображения имеет различное происхождение и обусловлена разными причинами. Различают техническую, геометрическую, динамическую и контактную нерезкость. Техническая включает экранную и фотографическую. Экранная возникает из-за того, что образующееся на зерне эмульсии экрана свечение рассеивается в ее толще. Комбинация двух экранов и рентгеновской пленки при их тесном прилегании создает нерезкость около 0,3 мм. Высокочувствительные экраны с толстым слоем эмульсии характеризуются нерезкостью до 0,5 мм, тонкие (светящиеся менее ярко) - до 0,2 мм. Фотографическая нерезкость обусловлена зернистым строением и толщиной светочувствительного слоя рентгеновской пленки и не превышает 0,05 мм. Наличие двух светочувствительных слоев предопределяет некоторую нерезкость изображения из-за параллакса, то есть несовпадения изображений на обеих сторонах пленки. Параллакс более заметен при съемке косо направленными лучами, а также при рассматривании мокрого рентгеновского снимка (в частности, из-за набухания желатины обоих фотослоев пленки).

Геометрическая нерезкость характеризуется нечеткостью всех деталей объекта. Она зависит от величины оптического фокуса и расстояний фокус - пленка и объект - пленка. При большом фокусе образуется не только тень изображаемого объекта, но и но и полутени по контурам. Величина нерезкости контуров объекта прямо пропорциональна величине оптического фокуса. По мере удаления исследуемого объекта от пленки его детали на рентгенограммах приобретают нечеткие контуры. Резкость изображения находится в прямой зависимости от расстояния объект - пленка (кассету с пленкой следует располагать как можно ближе к исследуемой части тела). Увеличение фокусного расстояния (фокус - пленка) сопровождается уменьшением нерезкости, то есть существует обратная зависимость, в связи с чем разработаны стандартные фокусные расстояния. Малый оптический фокус (0,3х0,3 мм) позволяет делать снимки удовлетворительного качества даже при значительном удалении объекта от пленки.

Разновидностью геометрической нерезкости является морфологическая нерезкость изображения, возникающая в силу особенностей строения, формы, объема органов и тканей организма. Она подчиняется общим закономерностям геометрической нерезкости изображения. Резкость изображения зависит от ориентации анатомического образования по отношению к ходу лучей. Эта особенность отображения краеобразующего контура вызывает необходимость выполнения снимков по касательной и используется при поиске оптимальных проекций, позволяющих изучить форму краеобразующей поверхности.

Динамическая нерезкость изображения обусловлена физиологическими движениями органов (пульсацией, дыханием, перестальтикой) или смещением объекта. Ее признаком является двухконтурность по периметру движущегося органа. Она выражена тем отчетливее, чем больше амплитуда движения или смещения. Для уменьшения динамической нерезкости снимки выполняют при неподвижном положении пациента, задержанном дыхании и короткой выдержке. Установлено, что для практического исключения динамической нерезкости рентгеновского изображения сердца и других органов грудной полости достаточной является выдержка 0,02 с. но оптимальная выдержка составляет 0,005 с. для рентгенографии пищевода, желудка, тонкой кишки достаточно выдержки 0,2 с.

Нечеткость контура на отдельном участке является признаком контактной нерезкости.

Суммарная нерезкость изображения всегда больше любой из отдельно взятых, но меньше суммы нерезкостей. Чаще преобладает одна из них. Качество рентгеновских снимков определяется по воспроизведению мелких деталей исследуемого объекта. Важной характеристикой является разрешающая способность системы, характеризующаяся наибольшим числом раздельно видимых параллельных линий (штрихов) на длине 1 мм оптического изображения.

Очень уменьшает контрастность и резкость рентгеновского изображения вторичное (рассеянное) излучение, количество которого зависит от объема тканей, через которое проходят рентгеновские лучи. Чем больше толщина тканей и шире пучок лучей, тем больше рассеянного излучения. Для ограничения поля облучения используют коллимирующие устройства: тубусы, диафрагмальные тубусы, глубинные диафрагмы. Тубус не только формирует ширину основного пучка, но и задерживает рассеянные лучи, отражающиеся от кожуха трубки вблизи выходного окна. Для уменьшения толщины исследуемой области применяют сдавливание с помощью компрессионных тубусов и поясов. В тех случаях, когда толщина объекта превышает 10 см целесообразно использование отсеивающих решеток, которые поглощают 70-80 % рассеянного излучения при незначительном ослаблении первичного. Также приводит к уменьшению воздействия рассеянного излучения, повышению контрастности и четкости изображения экранирование не подлежащих исследованию участков тела и кассет (с их нижней стороны).

Одним из способов повышения информативности рентгеновских снимков является последующая их обработка на специальных устройствах: логетронах, аналоговых и цифровых ЭВМ. Отечественная промышленность выпускает телевизионные установки УАР-1 и УАР-2, которые используют для анализа рентгенограмм. Они оснащены аналоговыми ЭВМ и представляют исходное изображение в негативе или позитиве, увеличивают его более чем в 10 раз, изменяя параметр и площадь фрагментов изображения, обеспечивают повышение контрастности, яркости, гармонизации изображения, нормализуют четкость и цветовое кодирование рентгенограмм, позволяют определять периметры и площади объектов, субтракцию изображений, а также их препарирование путем выделения контуров, построения изофот и др. все это дает возможность получить необходимую информацию, улучшить визуальное восприятие изображения, исключить проведение дополнительного исследования, а следовательно, снизить лучевую нагрузку на пациента.

5. Медицинские рентгеновские аппараты и комплексы

медицинский томографический рентгеновский

Медицинская рентгеновская аппаратура - это общее название устройств и систем, предназначенных для использования рентгеновского излучения в интересах рентгенодиагностики и рентгенотерапии. Основными частями любого рентгеновского аппарата являются: устройство (пульт) управления, блок питания, рентгеновский излучатель, приемник РИ, а также приспособления для крепления и перемещения излучателя и размещения объекта исследования или лечения.

Управляющее устройство рентгеновского аппарата большой мощности состоит из силовой (высоковольтной) и управляющей ею (низковольтной) частей. Силовая часть (электромагнитный контактор) находится в блоке питания, а низковольтные органы управления - в пульте управления. В некоторых случаях управление осуществляется с помощью реле времени.

После необходимого преобразования напряжение сети через устройство управления поступает в блок питания, который включает высоковольтный выпрямитель и трансформаторы накала рентгеновских трубок и других используемых электровакуумных приборов (например, выпрямительных кенотронов). Высоковольтный выпрямитель преобразует переменное одно- или трехфазное напряжение сети (220 или 380 В) в высокое постоянное (до 500 кВ). По безопасным высоковольтным кабелям оно подается на рентгеновскую трубку. При необходимости питания от одного высоковольтного блока двух трубок используется переключатель (траншальтер), который обычно монтируется в одном блоке с главным трансформатором.

Излучатель представляет собой рентгеновскую трубку, преобразующую электрическую энергию в РИ. Обычно она помещается в защитный кожух, наполненный (с целью охлаждения) трансформаторным маслом. Иногда рентгеновская трубка и силовой трансформатор выполняются в виде заполненного трансформаторным маслом моноблока.

Приемники РИ служат для визуализации или иного вида представления прошедшего через исследуемый объект РИ. К ним относятся рентгеновские экраны, рентгеновская фотопленка, кассеты с усиливающими экранами и пленкой, селеновые пластины, электроннооптические преобразователи (ЭОПы, которые позволяют усиленное изображение передать на телеэкран или видеомагнитофон, производить рентгенокиносъемку, исследовать быстро протекающие процессы и т. д.), детекторы излучения в компьютерной томографии (в частности, на ПЗС) и т.п., а также формирующие изображение устройства (диафрагмы, тубусы, отсеивающие решетки, экранирующие элементы) и дополнительные принадлежности (фиксирующие устройства, держатели, подставки и т.д.).

Для обеспечения взаимной ориентации объекта исследования, излучателя и приемника, а также формирующих изображение и вспомогательных устройств обычно применяются штативно-механические устройства, параметры и характеристики которых в значительной мере определяют диагностические и терапевтические возможности рентгеновской аппаратуры. Возможность изменения взаимной ориентации при необходимости многопозиционного исследования требует введения в штативно-механическое устройство ряда сложных механизмов и электродвигателей, систем контроля положений и дозированной компрессии и т.п. Существуют специальные штативы с фиксирующими устройствами целевого назначения (например, для рентгенографии черепа или ангиографии - метода рентгенологического исследования артерий и вен при введении в них контрастного вещества). Перспективно дистанционное управление штативами, позволяющее удалить рентгенолога из зоны облучения.

Выпускаемая диагностическая рентгеновская аппаратура бывает переносной, передвижной и стационарной; предназначается для общей и специальной рентгенодиагностики. Ее мощность колеблется от 3 до 200 кВт, токи от десятых долей до 5000 мА, напряжение от 40 до 200 кВ. Обычно прилагается вспомогательное технологическое оборудование для обработки фотопленки (проявочные машины), рассмотрения рентгенограмм (негатоскоп, флюороскоп), защиты от РИ (защитные ширмы, фартуки, перчатки).

Аппараты для рентгенотерапии должны быть снабжены дозиметрами, ограничивающими поле облучения тубусами и специальными фильтрами для выделения необходимого спектра излучения. Аппаратура для глубокой терапии рассчитана на напряжения до 250 кВ и токи до 15 мА, для близкофокусной - до 100 кВ и 15 мА.

Источники рентгеновского излучения. Основным элементом излучателя является рентгеновская трубка с неподвижным или вращающимся анодом, одно- или двухфокусная. Двухфокусные имеют две нити накала катода, которые отличаются линейными размерами и допустимой мощностью. В случае деформации спирали из-за перегрева или резких толчков происходит расфокусировка движения электронов, что приводит к снижению четкости рентгеновского изображения.

Мощность трубки зависит от размеров электрического фокуса. Выделенный коллимирующими устройствами (окно, диафрагма, тубус) рабочий пучок РИ имеет вид четырехгранной пирамиды с вершиной в фокусе. Высоту пирамиды, перпендикулярную к оси трубки, называют центральным лучом или осью пучка. Проекция электрического фокуса на направление оси пучка называется оптическим фокусом.

Допустимая мощность фокуса рентгеновской трубки выражается в кВт и обозначается для времени 0,1 с. в зависимости от величины (линейных размеров) и мощности оптического фокуса условно различают: большой фокус 2х2 мм мощностью 50-100 кВт; малый 1х1 мм мощностью 20-40 кВт и тонкий (микро-) фокус 0,3х0,3 мм (0,1х0,1) мощностью 12 кВт. Следует помнить, что максимальная мощность трубок с вращающимся анодом может быть реализована при времени экспонирования не более 0,1 с. Технический ресурс трубки при эксплуатации в оптимальных режимах составляет 30000 снимков или 300 ч работы в режиме просвечивания (регистрируется счетчиками).

Технологические циклы работы (время включения и перерыва), таблицы и номограммы предельно допустимых нагрузок, линейные размеры оптических фокусов отечественных рентгеновских трубок приводятся в их техпаспортах.

На стеклянных оболочках отечественных и зарубежных рентгеновских трубок имеются обозначения (маркировка), которые дают информацию о количестве фокусов, их допустимой мощности и рабочем напряжении, дате изготовления, символе или названии фирмы. Место максимальной интенсивности РИ - цетральный луч или ось пучка (центр оптического фокуса) обозначается на баллоне трубки черной точкой. Рентгеновское изображение высокого качества можно получить лишь при правильном расположении трубки в кожухе излучателя.

По мере эксплуатации трубки происходит ее старение, интенсивность РИ прогрессирующе падает, а величина оптического фокуса увеличивается и дестабилизируется. Снижение определяемого метрологически радиационного выхода трубки на 30 % является основанием для ее замены. После полной сборки излучателя, контроля электрических и механических соединений по определенной схеме на возрастающих режимах проводится “тренировка” новой рентгеновской трубки. Ее установка считается законченной только после выполнения серии пробных снимков на фантоме с положительной оценкой качества получаемого изображения, испытания систем рентгеновского просвечивания и обязательного радиационного контроля.

При работе с рентгеновским излучателем запрещается: выполнять рентгенодиагностические исследования при неисправной системе защиты трубки и блокировки ее от перегрузки; допускать перегрев трубки и излучателя, показателями которого являются температура кожуха выше 85 оС, появление следов вытекания силиконовой массы из высоковольтных стаканов); проводить рентгенографию, если не слышен шум вращения анода; прдолжать работу при нарушении вакуума в трубке, что выражается в кратковременных бросках анодного тока - нустойчивости стрелки миллиамперметра и яркости свечения флюоресцирующего экрана (после околосуточного перерыва вакуум может восстановиться); продолжать рентгеновское просвечивание без перерыва после предупреждающего звукового сигнала или автоматического отключения тока.

В целях сохранения качества работы трубки в течение всего гарантийного срока службы рекомендуется: постоянно контролировать показания приборов и соблюдать указанные в паспорте технологические циклы; начинать работу после выполнения пробных включений на щадящих режимах для установления теплового баланса трубки; в течение первых 5-10 дней работы новую трубку не нагружать до максимальной мощности, а в дальнейшем, по возможности, избегать нагрузки выше 90 % от максимальной; значительное повышение интенсивности РИ осуществлять увеличением напряжения, а не тока; большие токи использовать при минимальном времени экспонирования - до 0,1 с.; выбирать фокус трубки адекватно конкретным целям.

Питающее устройство обеспечивает необходимые напряжения и токи соответственно выбранным рентгенологическим режимам. Представляется интересной возможность использования рентгеновских аппаратов импульсной мощностью до 150 кВт. В настоящее время в выпрямителях вместо устаревших кенотронов используются полупроводниковые вентили - кремниевые диоды. Соединяемые последовательно полупроводниковые выпрямительные секции не только обеспечивают необходимое высоковольтное напряжение, но при этом характеризуются малогабаритностью, устойчивостью параметров, высоким КПД, долговечны, способны выпрямлять большие токи, не требуют накала.

Пульт управления - сложнофункциональная интегрированная система устройств, предназначенных для регулирования и стабилизации напряжения и силы тока трубки, коммутации и регулирования длительности включения высокого напряжения (реле времени), стабилизации интенсивности РИ, задания и изменения основных параметров регулирующего устройства, защиты трубки от перегрузки, контроля электрических параметров рентгеновского аппарата. Использование блочной системы отдельных узлов регулирования позволяет быстро находить и устранять возможные неисправности. На панели пульта управления установлены соответствующие индикаторы, показания которых позволяют осуществлять контроль напряжения питающей сети, силы анодного тока, анодного напряжения, уровня нагрузки рентгеновской трубки. Эксплуатация рентгеновского аппарата допустима только при номинальном напряжении питающей сети. Падение сетевого напряжения на 10 % от номинального снижает радиационный выход излучателя в 2 раза. При использовании режима падающей нагрузки установка повышенного напряжения на трубке приводит к короткой выдержке. Но чрезмерно повышать напряжение не следует - это может вызвать снижение контраста изображения.

Штативно-механические устройства по назначению условно делятся на две группы: для общей диагностики (исследования органов дыхательного, пищеварительного и опорно-двигательного аппаратов) и для специальных исследований (томографии, ангиографии, урографии и др.). В зависимости от назначения и особенностей рентгенологического исследования рабочее место рентгенолога может быть оснащено одним универсальным или несколькими специализированными штативно-механическими устройствами.

В аппаратах для общей рентгенодиагностики применяют универсальный поворотный стол-штатив (для просвечивания и выполнения рентгенограмм с помощью экрано-снимочного устройства) и горизонтальный стол для производства рентгенограмм с приставкой для продольной томографии (для выполнения обычных снимков и томограмм при горизонтальной ориентации исследуемого объекта), а также вертикальную стойку для выполнения снимков в вертикальном положении тела.

В детской рентгенологии применяют специализированные столы-штативы, которые используют для проведения трехосевого полипозиционного обследования детей различных возрастных групп, навесные приспособления для специализированных аппаратов общего назначения, а также отдельные специализированные рабочие места для двух- или трехосевого полипозиционного исследования, которые являются дополнением к поворотным столам-штативам для обследования детей. Для детей грудного возраста предназначено фиксирующее устройство УРИД-2 с электроприводом, которое устанавливается на любой отечественный поворотный стол-штатив. Для обследования новорожденных используют навесные приспособления ФДП-2, детей в возрасте от 2 до 12 лет - ФСДП. Навесные приспособления ФБВС используют для всех возрастных групп.

Приемники рентгеновского излучения. Широко применяемыми простейшими приемниками РИ являются флюоресцирующие экраны разного назначения. В рентгеноскопии и флюорографии применяют флюоресцирующие экраны типов ЭРС-220 и ЭРС-300. При соблюдении правил защиты экранов от длительного воздействия дневного света и влаги средний срок службы составляет около 5 лет.

Основным приемником РИ является фотографическая (рентгеновская) пленка. Ее радиационная чувствительность определяется в единицах, обратных рентгену. Рентген - внесистемная единица экспозиционной дозы РИ и гамма-излучения, характеризующая их ионизирующее действие на воздух (дозе 1 Р соответствует образование 2,08·109 пар ионов в 1 см3 воздуха или 1,61·1012 пар в 1 г воздуха; в СИ единицей экспозиционной дозы является 1 кулон на кг и 1 Р=2,57976·10-4 Кл/кг). Радиационная чувствительность пленки равна обратной величине дозы излучения, необходимой для получения оптимальной плотности почернения, которая увеличивается в 20 раз и более за счет добавочного экспонирования пленки усиливающими экранами. Это сокращает время экспонирования и дозу облучения обследуемых. Параметры наиболее часто используемых пленок и усиливающих экранов приведены в табл. 11 и 12 [1].

Срок годности рентгеновских пленок 1 год со дня изготовления. На пленке указан месяц, до которого она должна быть использована. На сохранность свойств фотоэмульсии в течение гарантийного срока влияют условия ее транспортировки, складирования и хранения. Условия обработки и хранения указаны на каждой коробке с пленками и должны неукоснительно соблюдаться. Однако с течением времени даже при соблюдении этих условий происходит “старение” эмульсии, что сопровождается ростом первичной фотографической вуали и снижением чувствительности примерно в 2 раза от первоначальных величин.

В настоящее время выпускают усиливающие экраны ЭУ-В1А, ЭУ-В2А, ЭУ-В3А, которые изготавливают из высокоэффективного мелкозернистого люминофора. Они позволяют уменьшить экспозиционную дозу без ухудшения качества изображения. Разрешающая способность этих экранов несколько выше, чем у выпускавшихся ранее. Различают усиливающие экраны общего назначения (среднего - ЭУ-В2А, повышенного - ЭУ-В3А и высокого - ЭУ-И4 и ЭУ-Л4 усиления) и усиливающие экраны специального назначения (ЭУ-И5 предназначен для маммографии с использованием одного экрана в вакуумной кассете или комплекта двух экранов для исследований пояснично-крестцового отдела позвоночника и мочевыводящей системы). Следует учитывать, что иттриевые экраны при напряжении на трубке до 80 кВ. Это дает возможность применять их в детской рентгенологии. Лантановые экраны сохраняют высокую радиационную чувствительность во всем диапазоне напряжений (до 120 кВ). При этом хорошо использовать рентгеновскую пленку РМ-1, которая имеет среднюю чувствительность 400 обратных рентгена (1/Р). При вклеивании в кассету усиливающих экранов типа ЭУ-В3А или ЭУ-Л4 необходима правильная ориентация переднего и заднего экранов.

Экраны ЭУ-В2А имеют универсальное назначение. Но в зависимости от особенностей объекта исследования в целях получения меньшей зернистости и нерезкости изображения требуется выбор определенного типа усиливающего экрана. В табл. 13 [1] приведены значения коэффициента пересчета, установленные для экрана ЭУ-В3А, на которые умножается время экспонирования, сила анодного тока или экспозиция при применении экранов других типов (А.М. Гурвич и др., 1986).

Необходимо предупреждать загрязнение и повреждение усиливающих экранов, попадание на них химических растворов, влаги, пыли. Удалять загрязнение с поверхности экрана следует ватой, смоченной мыльной водой, с последующим частым вытиранием досуха.

Устройства формирования рентгеновского изображения. Диафрагмы (коллиматоры) применяют для ограничения пучка РИ и формирования поля облучения. Они изменяют поперечное сечение пучка и поглощают афокальное рентгеновское излучение. В коллимирующем устройстве имеется оптический визир - центратор. Точка пересечения взаимно перпендикулярных линий, которые проецируются на деку стола с помощью оптического визира, должна соответствовать направлению оси пучка (центральному лучу). Высвечиваемое оптическим центратором поле должно соответствовать полю рабочего пучка РИ. Это зависит от правильности первичной установки и периодической регулировки оптического центратора и шторок диафрагмы в процессе эксплуатации рентгеновского аппарата.

Для фильтрации вторичного и рассеянного излучения используют компрессионные приспособления и отсеивающие решетки. Первые решают эту задачу, уменьшая толщину исследуемого объекта. Вторые необходимы при рентгенографии объектов толщиной более 10 см (органов брюшной полости, таза, головы и др.). Такие решетки включают отсеивающий растр, кассету с пленкой и экспонометрическое устройство. Растр характеризуют: фокусное расстояние, постоянная растра (шахтное отношение), центрированность, ориентация плоскости его корпуса по отношению к излучателю, фактор увеличения экспозиции, избирательность. Сведения об основных параметрах растра обозначают на его корпусе и приводят в сопроводительных документах. С помощью постоянных коэффициентов можно рассчитать допустимые отклонения от величины фокуса данного растра в сторону уменьшения, умножив на 0,85, или увеличения, умножив на 1,3. Превышение этих пределов приводит к избыточному поглощению энергии рабочего пучка РИ. Чем больше постоянная растра, тем лучше отфильтровываются рассеянные лучи, что дает возможность делать снимки при повышенном напряжении. При напряжении до 100 кВ следует использовать отсеивающие растры с постоянной растра 5-8, а при напряжениях выше 100 кВ - с постоянной 10 и более. Смещение трубки вдоль осевой линии растра не ограничивается, а в поперечном направлении практически недопустимо. Фактор увеличения экспозиции (фактор Букки) показывает, во сколько раз уменьшается интенсивность потока РИ после его выхода из отсеивающего растра.

Решетки столов снимков рентгенодиагностических аппаратов могут быть укомплектованы несколькими сменными отсеивающими растрами с различными параметрами. Выбор зависит от размеров исследуемого объекта и физико-технических условий рентгенографии. Замена растра требует от рентгенолаборанта внимания и последующего учета новых параметров.

Основные ошибки при применении отсеивающей решетки с растром, приводящие к браку рентгенограмм:

Малоконтрастное изображение, низкая разрешающая способность могут быть обусловлены использованием растра с малой постоянной (5-6) - при выполнении снимка жестким излучением (более 100 кВ).

Неравномерная оптическая плотность почернения изображения по полю (боковые края снимка недоэкспонированы) - дефокусирован растр.

Равномерно недоэкспонировано рентгеновское изображение по всему полю снимка - децентрирован растр.

На снимке видна структура отсеивающего растра - разрегулировано или отсутствует движение растра во время экспонирования снимка.

Оптическая плотность почернения снимка плавно снижается к одному из краев изображения - сочетание дефокусировки и децентрации растра. Трубка смещена в противоположную сторону от недоэкспонированного края снимка.

Изображение на пленке отсутствует или еле намечается - грубая дефокусировка и децентрация растра.

Изображение на пленке отсутствует - обратная ориентация плоскости растра по отношению к рентгеновскому излучателю.

Иногда используются фильтры излучения, предназначенные для поглощения преимущественно длинноволнового спектра РИ. Алюминиевые, медные,железные или комбинированные плоские фильтры вводят в прямой пучок РИ перед или после коллимирующего устройства.

Размещено на Allbest.ru