Особенности микрофокусной рентгенографии в медицинской диагностике

25.04.2017

Особенности микрофокусной рентгенографии в медицинской диагностике

Как известно, микрофокусная рентгенография предполагает получение рентгеновских изображений различных объектов с по-
мощью источников излучения, размер фокусного пятна которых не превышает 0,1 мм, так называемых микрофокусных источников рентгеновского излучения (МИРИ).

Как известно, микрофокусная рентгенография предполагает получение рентгеновских изображений различных объектов с по-
мощью источников излучения, размер фокусного пятна которых не превышает 0,1 мм, так называемых микрофокусных источников рентгеновского излучения (МИРИ).

В настоящее время в России разработаны и серийно выпускаются МИРИ различного назначения на напряжение 50, 70, 100,
125 и 150 кВ, а также рентгеновские аппараты на их основе [5]. Несмотря на то что интенсивность излучения таких аппаратов мала вследствие физических ограничений мощности, подводимой электронным пучком микронного размера к мишени рентгеновской трубки, область их применения, например в отечественной медицинской практике, неуклонно расширяется.

Микрофокусная рентгенография уже приобрела важное значение в травматологии, ревматологии, ортопедии и протезирова-
нии, во врачебно-трудовой экспертизе [3]. Микрофокусный аппарат «Пардус-150» успешно используется в педиатрии в качестве детского палатного аппарата [9]. В 2003 году разработана и реализуется на практике с помощью прицельно-панорамного аппарата«Пардус-02» методика микрофокусной дентальной съемки в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии [10, 11].

Накопленный опыт применения микрофокусной рентгенографии показывает, что в данном случае имеются существенные
особенности получения рентгеновских снимков по сравнению с обычной рентгенографией.

Так, некоторые отечественные специалисты [3] обращали внимание на тот факт, что контраст изображения между мягкими
тканями и фоном снимка, получаемого по методу микрофокусной рентгенографии, почти в 2 раза выше, чем на обычной рентгенограмме. Разницы в контрасте изображения между кортикальным слоем кости и мягкими тканями при этом не наблюдалось.

В ходе исследований, проведенных в Российском научно-исследовательском институте травматологии и ортопедии (РНИИТО
им. Р. Р. Вредена, Санкт-Петербург), было также отмечено, что при отсутствии разницы в качестве изображения, оцениваемого

визуально, фон микрофокусного снимка бледно-серый, а на обычной рентгенограмме того же объекта — черный. Поскольку поля снимка обрезаются лаборантом, описанный факт обычно ускользает от внимания рентгенолога, которого в первую очередь интересует контрастность, резкость, яркость изображения и т. д., а не цвет фона на снимке.

Эти наблюдения позволили сделать предположение, что для получения рентгеновских изображений, в частности содержащих костные структуры, с помощью МИРИ требуются существенно меньшие дозы, чем на обычных рентгенодиагностических аппаратах.

Подтверждением этого предположения послужила приближенная сравнительная оценка экспозиционной дозы излучения,
генерируемого микрофокусным аппаратом «Пардус-150» и рентгенодиагностическим аппаратом РУМ-20 в точке, где располагался обьект съемки.Оценку производят:

D =к * U² * I *t/R

где D — экспозиционная доза; к — коэффициент пропорциональности; U — напряжение на рентгеновской трубке; I— ток рентгеновской трубки; t — время экспозиции; R — расстояние от фокусного пятна рентгеновской трубки до объекта.

Для микрофокусного аппарата экспозиции одного снимка, нормированные на величину напряжения и фокусного расстояния и соответственно значения экспозиционной дозы при съемке различных объектов (стопа, кисть, колено), оказались в 4—5 раз меньше.

С целью непосредственного определения лучевых нагрузок,получаемых пациентами на микрофокусном аппарате, и сравнения их с аналогичными процедурами на стационарном аппарате были проведены дополнительные исследования.

Эксперименты осуществлялись совместно с сотрудниками Института радиационной гигиены (НИИРГ, Санкт- Петербург). В ходе исследований были определены дозы облучения пациентов различных возрастных групп при выполнении снимков черепа, предплечья, грудной клетки и тазобедренного сустава на аппаратах «Пардус-150» и РУМ-20. В качестве
показателя уровня лучевой нагрузки использовали эффективную эквивалентную дозу, характеризующую облучение всего тела. Полученные данные свидетельствовали о значительном (в 4—13 раз) снижении дозы облучения при проведении рентгенологических процедур на аппарате «Пардус-150» [6].

Используя зависимость квантовой эффективности от пространственных частот, этот феномен легко поддается количественной оценке. Ниже такая оценка дана для снимков костной структуры.

Наиболее общее определение квантовой эффективности ,которая характеризует чувствительность рентгеновского аппарата,
выражается как частное от деления квадрата отношения сигнал/шум в визуализированном изображении у_вых, на квадрат отношения сигнал/шум в рентгеновском изображении у_вх.

До недавнего времени квантовую эффективность (или связанный с ней функциональной зависимостью коэффициент шума
П = 1/F²) рассчитывали и измеряли вблизи нулевой пространственной частоты, т. е. на крупных тест-объектах, когда влиянием и контрастно-частотной характеристики (КЧХ) аппарата можно пренебречь [7, 8, 12]. Такая оценка чувствительности аппарата является неполной, так как не учитывает уменьшение чувствительности на высоких пространственных частотах из-за подавления сигнала на этих частотах звеньями аппарата. Например, на рентгенограммах костных структур основную диагностическую информацию несут высокочастотные составляющие спектра изображения (v > 1,5 мм).

В этом случае оценка квантовой эффективности только по передаче крупных деталей является некорректной.

Осознание этого факта заставило международные организации по стандартизации в области рентгенотехники и фирмы, раз-
рабатывающие рентгеновскую аппаратуру, рассматривать квантовую эффективность как функцию пространственных частот [4, 8].

Величину квантовой эффективности как функцию пространственной частоты можно представить в виде [1]:

h^(v ) = ho —T--L

где % — квантовая эффективность, соответствующая низким пространственным частотам; A (v) — КЧХ аппарата; p^v) — спектральная плотность шумов, нормированная так, что на низких частотах

Рш(0) = 1.

Используем соотношение (2) для оценки зависимости n(v) от размера фокусного пятна рентгеновской трубки. Будем сравнивать n(v) двух аппаратов, у которых фокусные пятна рентгеновских трубок различные (например, f = 0,1 мм, f₂ = 1 мм), а параметры всех других звеньев аппарата, имеющие отношение к квантовой эффективности, одинаковые.

Учитывая, что КЧХ звеньев аппарата перемножаются, на основании (2) вычислим отношение квантовых эффективностей ап-
паратов с различными фокусными пятнами:

где A_f1(v) и A_f2(v) — КЧХ узлов формирования рентгеновского изображения. КЧХ других звеньев аппарата сократились.

КЧХ узла формирования рентгеновского изображения в случае нормального распределения интенсивности излучения по фо-
кусу трубки равна [2]:

  m — увеличение фокусного пятна трубки в плоскости приемника.

Результаты расчетов отношения квантовых эффективностей двух аппаратов с f₁= 0,1 мм и f₂ = 1 мм, выполненные по соотношению (6) для увеличения фокуса m = 0,4, приведены далее.

V, мм 0 05 1,0 15 20 2,5 3,0 3,5 4,0~~

С (v) 1,0 1,1 1,2 1,5 2,0 2,9 4,8 8,4 16,2

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы.

1. При одинаковой резкости снимков рентгеновские аппараты с микрофокусными трубками позволяют получать рентгенов-
   ские снимки органов, содержащих мелкие структуры, с меньшими дозами.

2. Снижение дозы облучения, когда диагноз ставится по высокочастотным компонентам спектра изображения, может составлять несколько раз.

3. При равных дозах в плоскости приемника микрофокусные аппараты обеспечивают более высокое качество изображения.

Литература

1. Абраменко А. Н. и др. Телевизионная астрономия. - М1984.

2. Васильев А. Ю. Рентгенография с прямым многократным увеличением в клинической практике. - М., 1998.

3. Зеликман М. И. Теория, исследования и результаты методов и аппаратно- программных средств медицинской цифровой рентгенографии:Дис. ... д-ра техн. наук. - М., 2001.

4. Иванов С. А., Потрахов Н. Н. // Мед. техника. - 1998. - № 6. -С. 6-8.

5. Иванов С. А., Потрахов Н. П., Мазуров А. И. // Петербург. журн.электроники. - 1998. - № 2. - С. 12-16.

6. Мазуров А. И. Исследование влияния шумов на воспроизведение полутонов рентгенотелевизионными системами: Дис. ... канд. техн. наук. -Л., 1972.

7. Моргун О. Н., Немченко К. Э., Рогов Ю. В. // Мед. техника. - 2003. -№ 5. - С. 19-21.

8. Петкевич Г. В., Потрахов Н. Н. // Мир и медицина. - 1998. - № 1-2. -С. 75-77.

9. Потрахов Н. В. , Мухин В. М. Способ дентальной рентгенографии.Пат. РФ № 2194449 от 03.07.2000.

10. Потрахов П. П., Мухин В. М. // Мед. физика. - 2001. - № 11. -С. 46-47.

11. Рентгеновские диагностические аппараты / Под ред. Н. Н. Блинова, Б. И. Леонова. - М., 2001. - Т. 1.

Теги: рентгенография, квантовая эффективность, фокусная трубка, частота
234567 Начало активности (дата): 25.04.2017 14:50:00
234567 Кем создан (ID): 645
234567 Ключевые слова:  рентгенография, квантовая эффективность, фокусная трубка
12354567899