Устройство рентгеновской трубки и рентгендиагностических аппаратов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО «Воронежский государственный медицинский университет имени Н.Н. Бурденко» Минздрава России

Кафедра онкологии, лучевой терапии и лучевой диагностики

Зав. кафедрой: проф., д.м.н. Редькин Александр Николаевич

Преподаватель: к.м.н. Черкасова Ирина Ивановна

Реферат на тему:

Устройство рентгеновской трубки и рентгендиагностических аппаратов

Выполнила: Васильева Ирина Александровна

2016

Устройство рентгеновской трубки. Принципы получения рентгеновских лучей.

Классификация рентгеновских трубок

1. По назначению

1. Диагностические

2. Терапевтические

3. Для структурного анализа

4. Для просвечивания

2. По конструкции

1. По фокусности

§ Однофокусные (на катоде одна спираль, а на аноде одно фокусное пятно)

§ Двухфокусные (на катоде две спирали разного размера, а на аноде два фокусных пятна)

2. По типу анода

§ Стационарный (неподвижный)

§ Вращающийся

§ Открытый или закрытый анод

§ Выносимый анод

3. По мощности: от 0,2 до 100 кВт;

4. По способу охлаждения:

· с водяным охлаждением

· калориферным

· непроточным масляным

· с комбинированными видами охлаждения (лучеиспускание и масляное, проточное водяное и масляное).

Генератором рентгеновых лучей является рентгеновская трубка. Современная электронная трубка конструируется по единому принципу и имеет следующее устройство.

Основой является стеклянная колба в виде шара или цилиндра, в концевые отделы которой впаяны электроды: анод и катод. В трубке создается вакуум, что способствует вылету электронов из катода и быстрейшему их перемещению. Катод представляет собой спираль из вольфрамовой (тугоплавкой) нити, которая укрепляется на молибденовых стержнях и помещается в металлический колпак, направляющий поток электронов в виде узкого пучка в сторону анода. Анод делается из меди (быстрее отдает тепло и сравнительно легко охлаждается), имеет массивные размеры. Конец, обращенный к катоду, косо срезается под углом 45--70°. В центральной части скошенного анода имеется вольфрамовая пластинка, на которой находится фокус анода -- участок 10--15 мм2, где в основном и образуются рентгеновы лучи.

Процесс образования рентгеновых лучей. Нить накала рентгеновской трубки -- вольфрамовая спираль катода при подведении к ней тока низкого напряжения (4--15 В, 3--5А) накаливается, образуя свободные электроны вокруг нити. Включение тока высокого напряжения создает на полюсах рентгеновской трубки разность потенциалов, в результате чего свободные электроны с большой скоростью устремляются к аноду в виде потока электронов -- катодных лучей, которые, попав на фокус анода, резко тормозятся, вследствие чего часть кинетической энергии электронов превращается в энергию электромагнитных колебаний с очень малой длиной волны. Это и будет рентгеновское излучение (лучи торможения). По желанию врача и техника можно регулировать как количество рентгеновых лучей (интенсивность), так и качество их (жесткость). Повышая степень накала вольфрамовой нити катода можно добиться увеличения количества электронов, что обусловливает интенсивность рентгеновых лучей. Повышение напряжения, подаваемого к полюсам трубки, ведет к увеличению скорости полета электронов, что является основой проникающего качества лучей. Выше уже было отмечено, что фокус рентгеновской трубки -- это тот участок на аноде, куда попадают электроны и где генерируются рентгеновы лучи. Величина фокуса влияет на качество рентгеновского изображения: чем меньше фокус, тем резче и структурней рисунок и наоборот, чем он больше, тем более расплывчатым становится изображение исследуемого объекта. Практикой доказано, чем острее фокус, тем быстрее трубка приходит в негодность -- происходит расплавление вольфрамовой пластинки анода. Поэтому в современных аппаратах трубки конструируются с несколькими фокусами: малым и большим, или линейным в виде узкой полосы с коррекцией угла скошенности анода в 71°, что позволяет получать оптимальную резкость изображения при наибольшей электрической нагрузке на анод. Удачной конструкцией рентгеновской трубки является генератор с вращающимся анодом, что позволяет делать фокус незначительных размеров и удлинить тем самым срок эксплуатации аппарата. Из потока катодных лучей только около 1% энергии превращается в рентгеновы лучи, остальная энергия переходит в тепло, что приводит к перегреванию анода.

Для целей охлаждения анода используются различные способы: водяное охлаждение, калориферно-воздушное, масляное охлаждение под давлением и комбинированные способы.

Рентгеновская трубка помещается в специальный просвинцованный футляр или кожух с отверстием для выхода рентгеновского излучения из анода трубки.

На пути выхода рентгеновского излучения из трубки устанавливаются фильтры из различных металлов (алюминиевые, медные, железные, комбинированные) , которые отсеивают мягкие лучи и делают более однородным излучение рентгеновского аппарата. Во многих конструкциях рентгеновских аппаратов в футляр наливается трансформаторное масло, которое со всех сторон обтекает рентгеновскую трубку.

Все это: металлический футляр, масло, фильтры экранируют персонал кабинета и больных от воздействия рентгеновского облучения.



Устройство рентгеновских аппаратов

1.Устройство для генерирования рентгеновского излучения: питающее устройство, излучатели и рентгеновские трубки. Бывают стационарные, передвижные и переносные питающие устройства.

2.Устройство для формирования качества излучения (отсеивающие растворы и фильтры);

Устройство для формирования геометрии излучения (диаграммы, тубусы, устройство для рентгенографии);

Устройство формирования излучения (реле экспозиции, фотоэкспонометры, средства стабилизации яркости).

3. Рентгенодиагностические штативные устройства:

- штативные устройства общего назначения (столы штативные поворотные, столы для снимков, стойки для снимков и штативы для просвечивания);

- специальные установочные устройства (для томографии, урографии, рентгенографии, для маммографии).

4. Средства визуализации рентгеновского изображения:

1) устройство для приема и приобретения рентгеновского излучения:

а) детекторы цифровой рентгенографии;

б) усилитель рентгеновских изображений;

в) детекторы компонентов томографии.

2) Материалы и носители рентгеновских изображений:

а) рентгеновская пленка;

б) рентгеновские усиливающие краны;

в) цифровые детекторы;

г) люминофоры - это вещества органических и неорганических соединений, которые преобразуют энергию электрического поля в световую.

3) Устройство для регистрации рентгеновских изображений:

а) кассеты рентгенографические;

б) серийные кассеты;

в) флюорографические камеры;

г) кинокамеры.

4) Устройство для передачи записи и воспроизводства рентгеновских изображений:

а) камеры цифровые;

б) камеры флюорографические;

в) телевизионные системы;

г) дисплей;

д) принтер.

5. Вспомогательные приборы, устройства, инструменты и материалы:

1) условия для формирования условий исследования биологического объекта:

а) опоры;

б) фиксаторы;

в) держатели;

г) компрессионные устройства.

2) Средства и условия для контрастирования:

а) средства пастеризации;

б) инъекторы автоматические;

в) устройство для приготовления контрольных взвесей.

3) Средства биоуправления:

а) биофазасинхронизатор (технические средства для оценки с.с.с.);

б) фаза рентгенокардиографа;

в) электрокимографы (медицинские приборы для графической яркости рентгеновских экранов).

4) Расходные устройства материалы рентгенологии:

а) проводники;

б) котеторы;

в) Эмбализаторы - технические средства для введения жидкости контрастных взвесей в матку;

г) фильтры;

д) графиты - технические средства для нарезки участков кожи с волосами;

ж) стенты - технические средства представляемые собой металлический каркас в виде трубки для расширения вен и артерий.

6. Средства обработки рентгеновского изображения:

1) Устройство для обработки носителя информации:

а) оборудование фотолаборатории;

б) проявочные материалы;

в) автоматические проявочные машины;

г) средства для заявки кассет.

2) устройство для преобразования рентгеновского изображения:

а) устройство для ввода рентгеновских изображений в компьютер;

б) АРМ рентгенолога;

в) АРМ рентгенно-лаборанта.

3) Технические устройства для ввода рентгеновских изображений:

а) компьютеры;

б) неготоскопы;

в) флюороскопы;

г) проекционная аппаратура.

7. Информационно-архивное оборудование:

1) Технические средства электронного архива:

- оборудование для хранения и поиска информации.

2) Архивы рентгеновской пленки:

- системы для долговременной информации.

3) Копировальные устройства:

а) сканеры для подцифровки пленочных изображений;

б) мульти-форматические видео аппараты

Принципиальная схема рентгендиагностический установки

1 -- питающее устройство.

В электрической сети идет ток в 220-360 В.

Для накала спирали катода имеется понижающий трансформатор, который подает ток от 4 до 14 В.

Понижающие трансформаторы - это электрические приборы специализированного назначения, позволяющие питать электроприборы или оборудование напряжением различных нагрузок, требующихся в каждом конкретном случае. Понижающий трансформатор представляет собой электромагнитное устройство, которое преобразует переменный электрический ток исходного напряжения, в переменный электрический ток другого требующегося напряжения. В классическом исполнении, понижающие трансформаторы состоят из замкнутого ферромагнитного сердечника, и двух проволочных (как правило, медных) обмоток (первичной и вторичной). Работа понижающих трансформаторов основана на явлении взаимной индукции, действующей через магнитное поле, и используемое для передачи энергии из оного контура трансформатора в другой.

Для питания рентгеновской трубки нужен ток очень высокого напряжения в пределах от 40000 до 250000 В, для преобразования такого тока из сетевого служит повышающий трансформатор. Повышающий трансформатор вырабатывает на выходе (во вторичной обмотке) более высокое напряжение, чем приложено на входе (к первичной обмотке). Для этого число витков вторичной обмотки делается больше числа витков первичной обмотки.

Кенотроны. Современные рентгеновские аппараты работают на режиме постоянного тока. Для выпрямления переменного тока служат кенотроны-выпрямители.

Кенотрон (от греч. kenos -- пустой и электрон), электровакуумный диод,
предназначенный для выпрямления переменного тока главным образом промышленной частоты.

Его применяют в выпрямителях радиоприёмной, усилительной и измерительной аппаратуры, рентгеновских установок и т. д. Низковольтные кенотроны (допустимое обратное напряжение на аноде до 2 кв, допустимая сила прямого тока до нескольких ампер) имеют оксидные прямонакальные или подогревные катоды, черненные или матированные ребристые аноды (чаще два). Высоковольтные кенотроны (напряжение до 100 кв, сила тока до 500 ма) имеют оксидный или карбидированный катод и также чернёный ребристый анод (один). С развитием полупроводниковой техники низковольтные кенотроны постепенно вытесняются полупроводниковыми диодами.

2 -- излучатель (рентгеновская трубка);

3 -- устройство для коллимации пучка излучения

Оно предназначено для ограничения пучка рентгеновского излучения, выходящего из рентгеновского излучателя, и формирования узкого веерного пучка излучения в рентгенодиагностических аппаратах сканирующего типа, например цифровом флюорографе. Техническим результатом является обеспечение возможности световой имитации пучка излучения в рентгенодиагностических аппаратах сканирующего типа. Рентгеновский щелевой коллиматор содержит две плоскопараллельные пластины из материала с высоким атомным номером, закрепленные взаимно параллельно с небольшим зазором, образующим щелевой канал коллиматора, дополнен оптико-электронной системой, включающей оптически сопряженные лазер, две прямоугольные призмы и зеркальный отражатель. Лазер и первая призма находятся с внешней стороны одной из плоскопараллельных пластин и закрыты свето- и рентгенозащитным кожухом, а вторая призма и зеркальный отражатель, изготовленные из материала, слабо поглощающего рентгеновские лучи, размещены в отверстиях между плоскопараллельными пластинами и перекрывают щелевой канал коллиматора. Зеркальный отражатель, представляющий собой прямоугольный многогранник с отражающими боковыми гранями, соединен своим основанием с осью электродвигателя, проходящей перпендикулярно к щелевому каналу коллиматора, кроме того, на выходе щелевого канала установлена бленда из светонепроницаемого и рентгенопрозрачного материала.

5 -- отсеивающая решетка

Растр - это устройство, позволяющее отфильтровывать рентгеновские лучи длинноволновой части рентгеновского спектра и рентгеновские лучи, направленные не перпендикулярно к рентгеновской кассете.

Следствием его использования является увеличение четкости рентгенограммы и уменьшение вуали на снимке, которая ухудшает ценность рентгеновского изображения.

Применение растров может приводить к корректировке параметров рентгенсъемки - киловольт и милиампер-секунд в сторону увеличения примерно на 10%.

Растр был изобретен в 1913 году доктором Густавом Баки.



Принцип действия растра

Когда рентгеновский аппарат посылает излучения через тело, происходит поглощение и изменение напрвления рентгеновских лучей. Только около 1 процента рентгена проходят через тело по прямой линии и вызывают изменения на средстве визуализации (рентгеновская пленка, CR или DR-детектор. Остальные лучи являются лишними и их фильтрация улучшает качество рентгенограммы.

Строение растра.

Основу растра составляет сетка из свинца, никеля и алюминия. Полоски металла должны быть очень тонкими. Это позволяет расположить большое количество ячеек на 1 мм. При 2-3 ячейках, расположенных на 1 мм растра, возможно увидеть саму решетку на рентгенограмме в виде тонкой сетки. При 6 ячейках и больше, расположенных на 1 мм растра, сетка на растре не видна. Одним из показателей растра яваляется соотношение размера грани ячейки к ее протяженности. Чем это соотношение больше, тем лучше степень фильтрации и тем больше требований к перпендикулярности системы рентгеновский луч/детектор. В компьютерной рентгенографии растр на изображении убирается программой оцифровщика.

6 --рентгеноэкспонометр

Предназначен для автоматического отключения рентгеновской трубки в рентгенодиагностическнх аппаратах по достижении заданного почернения рентгеновской пленки с целью получения качественного снимка, содержащие измерительную камеру с конденсатором, электрический сигнал с которого подается через усилитель постоянного тока и релейное выходное устройство, обеспечивающее отключение рентгеновской трубки после того, как измерительный конденсатор разряжается через измерительную камеру на определенную величину, соответствующую заданной плотности почернения рентгеновской пленки.

7 -- рентгеновская кассета

Светонепроницаемый футляр, предназначенный для зарядки рентгеновскими фотоматериалами. Рентгеновская кассета представляет собой плоскую прямоугольную коробку с тонким дном и массивной крышкой, выстлана изнутри слоем сукна или войлока и тонким листовым свинцом, который служит для поглощения вторичного излучения, возникающего в столешнице стола для снимков и снижающего качество рентгеновского изображения. Рентгеновские кассеты комплектуют двумя усиливающими экранами, между которыми закладывают при зарядке кассеты рентгеновскую пленку. Поверхность кассеты, обращенная к рентгеновской трубке, выполнена из однородного материала, слабо поглощающего рентгеновское излучение (алюминий, гетинакс и др.). Крышка кассеты снабжена пружинящим приспособлением, обеспечивающим плотное равномерное прилегание поверхности пленки к плоскости усиливающих экранов.

8 -- рентгеновская пленка в комбинации с усиливающими экранами

Наиболее часто в практике встречаются рентгеновские пленки, покрытые эмульсией с двух сторон. Основные элементы структуры пленки:

Защитное покрытие -- тонкий слой прозрачного вещества, защищающего эмульсию от царапин.

Эмульсия -- смесь желатины и галогенидов серебра (в основном бромида и йодида). Толщина эмульсии около 5 микрон.

Клеящий слой -- тонкий (в несколько молекул) слой специального вещества адгезивного и к полиэстеру, и к эмульсии.

Основание пленки (подложка) -- это чаще всего тетрафталат полиэтилена (полиэстер). Это инертное, не горючее, оптически прозрачное вещество, стабильное в агрессивных средах, гибкое, но сохраняющее форму. Полиэстер сам по себе бесцветен, но в него добавляют голубой краситель, чтобы изображение на снимке лучше воспринималось глазом при рассматривании снимка на негатоскопе с цветовой температурой ламп 6500 К. Толщина основы 180-250 микрон.

Действие рентгеновских экранов основано на способности рентгеновских лучей вызывать свечение (люминесценцию) некоторых веществ, носящих название светосоставов (люминофоров). В качестве светосоставов применяют вольфрамат кальция и цинк-кадмий-сульфид, активированный серебром , рентгеновские экраны представляют собой пленку, равномерно покрытую порошкообразным светосоставом, наклеенную на бумажную или пластмассовую подложку.

9 -- электронно-оптический усилитель

Это устройство, предназначенное для многократного увеличения яркости изображения на рентгеновском экране путем преобразования светового изображения в электронное и последующего преобразования его в световое. Такое усиление изображения в электронно-оптическом усилителе достигается с помощью электровакуумного прибора, называемого электронно-оптическим преобразователем. Усилитель рентгеновского изображения применяют главным образом при просвечивании, рентгенокинематографии и использовании телевидения в рентгенодиагностике .

Основным преимуществом электронно-оптического усилителя является резкое снижение дозы рентгеновского излучения при диагностических исследованиях, особенно при рентгенокинематографии, а также возможность благодаря резкому увеличению яркости изображения просвечивать в слабо затемненном помещении, пользуясь при этом маломощными рентгеновскими аппаратами.

Увеличение яркости изображения достигается путем промежуточного преобразования рентгеновского изображения в электронное и усиления последнего за счет дополнительно подводимой электрической энергии.

Основным усилительным элементом такого устройства является вакуумный прибор, называемый электронно-оптическим преобразователем. Наиболее широкое применение получили усилители с рентгеновскими электронно-оптическими преобразователями (РЭОП). Первичным приемником рентгеновского излучения является в этом случае люминесцентный экран из сульфид-цинка - или цинк-кадмий-сульфид активированных серебром - люминофора внутри вакуумной трубки. Экран находится в оптическом контакте с полупрозрачным сурьмяно-цезиевым или мультищелочным фотокатодом. Экрано-катодный узел вместе с конусообразным анодом и подфокусирующим электродом образует трехэлектродную ускоряющую и фокусирующую систему преобразователя. У основания анодного конуса расположен выходной катодолюминесцентный экран. На анод подается высокий положительный потенциал (25 кВ) относительно катода, на фокусирующий электрод -- небольшой потенциал (200--300 В).

Пучок рентгеновых лучей, попадая на выходной экран, вызывает его свечение (рентгенолюминесценцию). Под действием квантов света фотокатод испускает (эмиттирует) электроны, причем распределение плотности электронов в пучке воспроизводит распределение освещенности, создаваемой экраном на поверхности фотокатода. В результате световое изображение преобразуется в электронное. Поток электронов, устремляясь к аноду, бомбардирует выходной люминесцентный экран, вызывая его свечение. Таким образом, осуществляется обратное преобразование электронного изображения в световое. Увеличение яркости достигается путем ускорения электронов в электростатическом поле и электронно-оптического уменьшения изображения, что приводит к увеличению плотности потока электронов. Изображение на выходном экране наблюдают через оптическую систему, увеличивающую его размеры до нормальных. Его можно также фотографировать на широкоформатную пленку, на кинопленку или передавать на телевизионную трубку.

Современные усилители с РЭОП обладают коэффициентом усиления, равным 3000 или более. Это означает, что яркость свечения их выходного экрана превосходит яркость свечения обычного экрана для рентгеноскопии в 3000 или более раз. Это основное преимущество усилителя, дающее возможность увеличить степень восприятия информации, заложенной в изображении, благодаря повышению остроты зрения и контрастной чувствительности глаза; сократить время исследования; уменьшить вероятность ошибок, связанных с утомлением глаз; устранить необходимость в затемнении и дополнительной адаптации; уменьшить облучение пациента при рентгеноскопии; производить рентгенокиносъемку, а также применять телевизионные установки с использованием видиконов в качестве передающих трубок.

Недостатком усилителя с РЭОП является относительно небольшой размер рабочего поля (технически сложно сделать РЭОП с диаметром выходного экрана более 220--230 мм). Для увеличения рабочего поля используют усилители яркости рентгеновского изображения иной конструкции со световым электронно-оптическим преобразователем. В этом усилителе рентгеноскопический экран находится вне ЭОП, а изображение, получаемое на экране, проектируется на фотокатод преобразователя светосильной зеркально-линзовой оптикой. Недостатками такой системы являются громоздкость и значительные потери света при переносе изображения с экрана на фотокатод.

Электронно-оптические усилители рентгеновского изображения применяют при исследовании пищеварительного тракта и сердечно-сосудистой системы, для рентгеноскопического контроля при введении зондов, катетеров и радиоактивных препаратов, для быстрого исследования травматических повреждений и во всех случаях, когда применение обычного метода просвечивания сопряжено с опасностью чрезмерного облучения пациентов и персонала.

Телевизионные установки с усилителем позволяют производить одновременное наблюдение группой врачей и осуществлять рентгенологический контроль при операциях непосредственно у операционного стола.

Рентгенокиносъемка при помощи усилителя сочетает в себе одно из важных преимуществ рентгенографии -- документальность с возможностью функциональных исследований различных органов. Двухканальная выходная оптическая система позволяет визуально контролировать процесс киносъемки.

При использовании новейших усилителей рентгеновского изображения интегральная доза при рентгеноскопии в ряде случаев уменьшается в 10--15 раз.

Стремление свести к минимуму облучение пациентов и персонала и расширить возможности рентгенодиагностики приводит к ограничению сферы применения обычного рентгенологического исследования с заменой его исследованием при помощи электронно-оптического усилителя рентгеновского изображения

10 -- люминесцентная пластина для цифровой рентгенографии

Цифровая система с использованием люминофорных пластин занимает второе место по частоте использования. В основе метода лежит фиксация изображения анатомических структур запоминающим люминофором. Покрытый таким люминофором экран запоминает информацию в форме скрытого изображения, которое сохраняется длительное время (до нескольких часов).

Скрытое изображение считывается с экрана инфракрасным лазером, который последовательно сканирует его, стимулируя при этом люминофор и освобождая накопленную в нем энергию в виде вспышек видимого света (явление фотостимулированной люминесценции). Свечение пропорционально числу поглощенных люминофором рентгеновских фотонов. Вспышки света преобразуются в серию электрических сигналов, которые затем преобразуются в цифровые сигналы.

Скрытое изображение, оставшееся на экране, стирается способом интенсивной засветки видимым светом и далее экран может вновь использоваться.

Преимущество люминофоров в том, что их можно применять в комплекте с традиционной аналоговой рентгеновской аппаратурой, что значительно повышает качество визуализации.

11 -- дисплей;

12 -- магнитный накопитель изображений.

Штатив. Штатив рентгеновского аппарата это передвижной остов, на котором укрепляются рентгеновская трубка, флюоресцирующий экран, регулятор величины диафрагмы, электронно-оптический преобразователь, приспособление для прицельных снимков и т. д.

Пульт управления. Столик (пульт) управления служит для пуска аппарата в работу и поэтому на панели монтируют различные выключатели и тумблеры измерительных приборов. Там же расположены многие электроприборы, необходимые для регулирования режима работы рентгеновской трубки. устройство рентгеновского аппарата

рентгеновский трубка установка аналоговый

Аналоговая и цифровая рентгенография

Все виды медицинской визуализации включают три этапа формирования изображения:

1. Образование пространственного изображения с наилучшими характеристиками.

2. Фиксация и воспроизведение пространственного изображения. При этом характеристики воспроизводящих устройств приходится оптимальным образом приспосабливать к клиническим требованиям.

3. Запись и архивация изображений. Изображение необходимо записывать в форме удобной для наблюдения, хранения и передачи на расстояния.

Эволюция радиологии в течение двух последних десятилетий огромна, в значительной мере это связано с внедрением компьютерной томографии (КТ) и ультрасонографии (УС) в семидесятых и магнитно-резонансной томографии (МРТ) в восьмидесятых годах. Эти новые методики создают секционные изображения, т.е. двухмерные отображения срезов тканей. Однако большинство обследований, проводимых в радиологических отделениях по-прежнему базируется на традиционных проекционных изображениях. Используемые в проекционной рентгеновской визуализации технологии можно разделить на три основные группы:

1. прямые аналоговые технологии

· рентгенография

· рентгеноскопия

2. непрямые аналоговые технологии

· флюорография

· система УРИ(ЭОП, рентгенотелевидение)

3. цифровые технологии

· субтракционная ангиография

· прицельная рентгенография с экрана ЭОП

· люминисцентная рентгенография

· «прямая» селеновая рентгенография

· «малодозная» сканирующая ренгенография

Стандартные рентгеновские системы осуществляют формирование и отображение информации аналоговым путем.

Прямые аналоговые технологии

При данной технологии окончательное рентгеновское изображение создается непосредственно в среде-детекторе, т.е. без каких-либо усложняющих промежуточных шагов. В качестве среды может использоваться радиографическая пленка или флюоресцирующий экран. Как пленка, так и экран являются аналоговыми детекторами рентгеновских лучей, т.е. их реакция на постоянную и непрерывно увеличивающуюся дозу излучения также постоянна и непрерывна, в противоположность пошаговой, дискретной реакции. Рентгеновская пленка реагирует потемнением, флюоресцентный экран - испусканием видимого света (флюоресценция).

Существует два основных направления прямой аналоговой технологии: а)прямая рентгенография и б) прямая рентгеноскопия.

Прямая рентгенография

Фотографическая эмульсия пленки содержит мельчайшие кристаллы бромида серебра, каждое зерно имеет диаметр порядка 1мкм. Полноразмерная рентгенография обеспечивает получение статических изображений с наивысшим из всех возможных методик пространственным разрешением (среднее линейное разрешение составляет примерно 1мкм=0,001мм).

Комбинации усиливающий экран-пленка соответствует характеристическая кривая, показывающая зависимость потемнения (плотности), фотографической эмульсии от экспозиции.

При радиографии изучаемые структуры должны находиться в средней, линейной части кривой. Здесь эффект усиления контрастности пленкой достигает максимума. Наклон линейной части кривой называется гаммой, и комбинации экран-пленка с большими значениями гаммы дают высококонтрастные изображения. Такие параметры как чувствительность, пространственное разрешение и шум в значительной мере определяются усиливающими экранами.

Прямая рентгеноскопия

Традиционная рентгеноскопия (или просвечивание) использовалась для изучения динамических процессов до середины шестидесятых годов. С тех пор традиционную рентгеноскопию сменила непрямая рентгеноскопия, использующая усилители изображения и телевизионную технику.



Непрямые аналоговые технологии

В современной рентгеноскопии первичная проекция изображения создается на флюоресцентном экране, в целом также, как это делается при прямых технологиях. Однако изображение на экране не наблюдается непосредственно. Экран - это часть усилителя рентгеновских изображений (УРИ), увеличивающего яркость (свечение) первичного изображения примерно в 5 000 раз. В состав УРИ входит рентгеновский электронно-оптический преобразователь (РЭОП) и замкнутая телевизионная система. РЭОП состоит из вакуумной колбы с люминисцентным экраном на каждом из ее концов, фотокатода и электронно-оптической системы.

Поступающее с преобразователя уменьшенное и усиленное изображение через систему зеркал и линз можно записать малоформатной камерой (формат пленки 70, 100 или 105 мм) или кинокамерой (формат пленки 16 или 35 мм. Запись малоформатной камерой также называют выборочной съемкой, или флюорографией, а выборочный фильм - флюорограммой. При флюорографии получаемая пациентом доза составляет примерно 1/10 дозы при полноразмерной радиографии, однако качество изображения (особенно пространственное разрешение) заметно ниже. Кинофлюорография создает похожие на кино изображения с частотой, например, 50 кадров в секунду. Кинофлюорография с 35-мм пленкой в ангио- и кардиологических исследованиях еще применяется (хотя цифровые технологии постепенно замещают аналоговые).

С помощью указанной оптической системы изображение может быть записано телевизионной камерой и показано на мониторе. Изображение будет иметь лучшее качество в случае непосредственной оптической связи выходного экрана усилителя и телекамеры с помощью волоконной оптики. Конкретный выбор телекамеры (видикон, плюмбикон, кремникон) зависит от ее назначения.

Возникающий в телекамере электрический видеосигнал поступает на экран видеоконтрольного устройства, монитор. Флюоресценция или рентгеноскопия с помощью РЭОПа позволяет наблюдать на экране монитора изображение в реальном масштабе времени, в том числе и двигательные функции организма, при меньшей лучевой нагрузке на пациента. Изображение, регистрируемое телекамерой, может храниться на магнитной пленке видеомагнитофона.

Цифровые технологии

Классификация цифровых систем для рентгенодиагностики

Все методы получения и регистрации цифровых рентгеновских изображений и, реализующие эти методы технологические разработки можно условно разделить на две группы:

1. системы , в которых прием и преобразование информации, содержащейся в потоке рентгеновского излучения, прошедшем через исследуемую область тела пациента, осуществляется с использованием запоминающих устройств, выполняющих роль своеобразного буфера, с формированием цифрового массива данных при последующем считывании информации уже с запоминающего устройства в специально предназначенной для этих целей аппаратуре - системы с формированием цифровых изображений в режиме нереального масшаба времени.

2. Системы с непосредственным приемом и преобразованием информации, содержащейся в прошедшем через тело пациента потоке фотонов рентгеновского излучения,в массив цифровых данных - системы с формированием цифровых изображением в режиме реального и квазиреального масштаба времени.

К первой группе можно отнести рентгендиагностические комплексы с трактом формирования изображения, содержащим люминесцентные запоминающие экраны(пластин), считывание информации с которых осуществляется специальным лазерным устройством. Срок хранения информации на этих экранах может достигать нескольких часов. В качестве буфера с практически неограниченным временем хранения информации может рассматриваться обычная экспонированная и обработанная пленка, изображение с которой преобразуется в цифровой вид с помощью устройств для оцифровки рентгеновских пленок.

Во вторую группу входят:

1. Усилители рентгеновского изображения с аналого-цифровым преобразователем сигналов на выходе входящей в состав УРИ телевизионной системы с ПЗС-матрицей

2. Устройства с трактом преобразования, построенном на базе комбинации: сцинтилляционный экран - светосильная оптика - ПЗС-матрица.

3. Сканирующая система с линейкой газовых либо твердодельных детекторов

4. Аппараты с приемником-преобразователем рентгеновского излучения на базе селенового барабана;а также устройства, использующие в качестве приемника-преобразователя плоские панели различных размеров на оснве аморфного крмния либо аморфного селена.

Приемники-преобразователи, используемые в системах, представляющих вторую группу, в свою очередь , могут быть отнесены к одному из двух типов:

- приемники-преобразователи, в которых на первой стадии не происходит преобразование энергии фотонов рентгеновского излучения в энергию фотонов оптического диапазона длин волн( к этому типу относятся детекторы на базе селеновых барабанов, плоские панели на основе аморфного селена, а также детегторы на основе газовых ионазиционных камер для сканирующих систем).

- приемники - преобразователи с промежуточным преобрзованием энергии фотонов рентгеновского излучения в энергию фотонов оптического диапазона длин волн - только на следующей стадии носителями информации становятся электороны 9 к этому типу относятся детекторы на базе УРИ с аналого-цифровым преобразованием сигналов на выходе входящей в состав УРИ телевизионной системы либо камеры с ПЗС-матрицей, приемники с трактом преобразования, построенном на базе комбинациисцинтиляциооный экран-светосильная оптика-ПЗС-матрица, линейки полупроводниковых детекторов для сканирующих систем, а также плоские панели на основе аморфного кремния).

Системы на базе стимулируемых люминофоров.

Принцип действия данных систем основан на физическом эффекте фотостимулируемой люминесценции. Специальный экран, покрытый тонким слоем люминофора, может помещаться в кассету для рентгеновской пленки соответствующего размера. После экспонирования кассеты с экраном в потоке фотонов рентгеновского излучения, прошедших через исследуемую область тела человека , на экране появляется скрытое изображение, которое может сохраняться до нескольких часов. В течение этого срока изображение может быть считано сканирующей системой, представленной инфракрасным лазером, луч которого в процессе сканирования стимулирует люминофор, в результате чего происходит высвобождение энергии, накопленной электронами, в виде вспышек света различной интенсивности. Параллельно с помощью фотоэлектронного умножителя, производится регистрация вспышек света и преобразование их в электрические сигналы. Сигналы на выходе фотоэлектронного умножителя усиливаются с помощью усилителя, после чего осуществляется их аналого-цифровое преобразование с квантованием на 8-14 разрядов. Сформированный массив данных содержит информацию о плотности различных участков исследуемого объекта. После считывание запоминающие экраны помещают в световое поле высокой интенсивности, чтобы стереть остатки скрытого изображения. Процедуру можно повторять многократно. В настоящее время разрабатываются и производятся системы двух типов: это кассеты с запоминающим экраном , и бескассетные устройства, которые являются узлом рентгендиагностического комплекса и используются в нем в качетсве приемника-преобразователя для рентгеновского излучения. В настоящее время разработана бескассетная система с двумя запоминающими экранами разделенных медным фильтром. На выходе на первом экране формируется изображение , соответствующее практически всему диапазону рентгенологического спектра фотонов , а на второй - только высокоэнергетической части спектра.

Системы на базе устройств для оцифровки рентгеновских пленок.

Данные системы различаются по технологии формирования первичного светового потока, а также по типу детектора светового потока, прошедшего через экспонированную и обработанную рентгеновскую пленку. В настоящее время используют два типа детекторов: детекторы на основе ПЗС-матриц с высоким пространственным разрешением и детекторы на основе высокоэффективных фотоэлектронных умножителей.

В первом типе приемником используются ПЗС-матрицы, содержащие до 11000 элементов строке. В качестве источника света с них используется флоуресцентные рампы с холодным катодом и широкополостные источники, работающие в УФ-диапазоне длин волн,светодиоды,излучающие красный свет и галогенные лампы.

Фотоэлектронные умножители в качестве детектора используются в системах с лазерным источником первичного светового потока.

Системы на базе селенового барабана.

На поверхность металлического (как правило алюминиевого) полого цилиндра наносят слой аморфного селена. Селен является фотопроводником, в результате облучения происходит преобразование энергии и формирование электрического сигнала. По краям барабана располагаются: устройство формирования коронного заряда и устройство считывания информации, содержащее решетку из 36 чувствительных элементов. Для создния электрического поля ( зарядки барабана) включают устройство формирования коронного заряда и начинают медленно вращать барабан, после зарядки барабан останавливают и производится экспозиция. Сразу же после окончания экспозиции барабан начинает быстро вращаться и происходит считывание информации.

Системы с использованиесм плоских панелей на базе аморфного селена.

В этом случаем используются плоские панели на основе аморфного селена. На начальном этапе за счет облучения потоком фотонов рентгеновского излучения слоя аморфного селена , который находится в постоянном электрическом поле высокой напряженности , на поверхности слоя формируется потенциальный рельеф. Затем осуществляется считывание информации о распределении зарядов в плоской решетке электродов. В результате формируются электические сигналы, которые в дальнейшем подвергаются усилению и аналого-цифровому преобразованию.

Системы для рентгенографии на базе УРИ.

Два типа УРИ: УРИ на базе РЭОП и усилители на базе ЭОП.

УРИ на базе ЭОП получили меньшее распространение в связи с более низкой эффективностью преобразования энергии фотонов рентгеновского излучения , и как следствие , необходимости увеличения дозовой нагрузки на пациента.

УРИ на базе РЭОП с оборачиванием изображения. Усиление яркости в подобных системах идет за счет увеличения интенсивности светового потока при наличии ускоряющего напряжения. Входное окно выполнено из тонких листов аллюминия или титана, в качестве входного экрана используют люминофор на основе йодистого цезия,активированного натрием. Люминофор наносится на подложку из аллюминия. За счет повышения энергии ренгеновских фотонов во входном экране , образуются фотоны видимого диапазона длин волн. Между люминофором и фотокатодом находится тонкий слой окиси индия,чтобы они не вступали в реакцию между собой. Фотокатодный слой изготовлен из сурьмы и цезия. За счет фотоэффекта , попавший н фотокатод световой катод вызывает эмиссию электронов. Электроны свободно перемещаются в вакууме, и фокусируются на выходном экране, на выходе формируется электрический сигнал ,который подвергается аналого-цифровому преобразованию и переносится на ПЗС-матрицу.

Системы на основе комбинации: сцинтилляционный экран-светосильная оптика-ПЗС-матрица.

На первом этапе поток фотонов попадает на сцинтилляционный экран , где преобразуется в поток фотонов видимого света. Затем с помощью светосильное оптики, происходит фокусирова изображения и переноси его на ПЗС- матрицу. Электрические сигналы с ПЗС-матрицы подвергаются усилению и аналого-цифровому преобразованию.

Системы с использованием плоских панелей на базе аморфного кремния.

Верхний рабочий слой панели представлен сцинтиллятором на основе йодированного цезия, в котором осуществляется преобразование потока фотонов рентгеновского излучения , в поток фотонов видимого света. Далее поток попадает на матрицу светочувствительных элементов (фотодиодов) на основе аморфного кремния, на выходах которых формируются электрические заряды,далее эти сигналы считываются, усиливаются и конвергируются с помощью аналого-цифровых преобразователей.

Преимущества цифровой рентгенографии

К достоинствам цифровой рентгенографии можно отнести:

· высокое качество рентгеновского изображения, возможность его цифровой обработки и выявления важных деталей,

· возможность снизить дозу облучения,

· простота и скорость получения изображения, которое становится доступно для анализа сразу после окончания экспозиции,

· хранение информации в оцифрованном виде дает возможность создавать легкодоступные и мобильные рентгеновские архивы, передавать информацию на любые расстояния по компьютерной сети,

· более низкая стоимость цифровой рентгенографии, а так же ее экологическая безопасность по сравнению с традиционной: исключается необходимость в дорогостоящей пленке и реактивах, в оснащении фотолаборатории и «ядовитом» процессе проявки,

· более быстрое получение результатов дает возможность повысить пропускную способность рентген-кабинетов,

· высокое качество снимков с возможностью их резервного копирования исключает необходимость в повторных процедурах с дополнительным облучением пациента.

При всех выше перечисленных преимуществах цифровая рентгенография имеет один существенный недостаток - высокая стоимость оборудования по сравнению с аналоговой рентгеновской аппаратурой.

Классификация рентгендиагностичеких аппаратов

* по назначению: общие и специальные ;

* по области применения: для ангиографии, для нейрорентгенодиагностики, урологических исследований, маммографии, дентальные, в том числе панорамные - ортопантомографы и другие;

* по способу и технологии переработки данных: аналоговые и цифровые.

· диагностические и терапевтические

Рентгендиагностические комплексы:

* аппараты на три рабочих места;

* аппараты на два рабочих места;

* телеуправляемые рентгенодиагностические аппараты;

* передвижные рентгенодиагностические кабинеты.

Рентген-установки бывают:

· передвижные;

· стационарные;

· переносные.



Список литературы

1. Медицинская радиология. Линденбратен Л.Д., Королюк И.П.

2. Лучевая диагностика. Труфанов Г.Е.

3. Медицинская рентгенология: Технические аспекты. Клинические материалы. Радиационная безопасность.. Ставицкий Р.В.