30.08.2018
Эффективность микрофокусной рентгенографии
В статье показано, что микрофокусные аппараты по основным параметрам и характеристикам (пространственной разрешающей способности, глубине резкости, подавлению рассеянного излучения, динамической нерезкости), обеспечивающим качество изображения, превосходят аппараты для контактной съемки
Актуальность
В работах [1–4] убедительно доказана высокая эффективность методики рентгенографии с прямым многократным увеличением при исследованиях опорно- двигательного аппарата, в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии, маммографии и др.
Однако эта методика еще не нашла широкого применения в практической деятельности лечебных учреждений, и в настоящее время основной методикой исследования попрежнему остается контактная рентгенография.
В радиологическом обществе укоренились заблуждения, что при съемке с прямым увеличением нерезкость изображения увеличивается, а мощности микрофокусных аппаратов недостаточно для получения высококачественных снимков даже в вышеуказанных областях рентгенологии.
Материалы и методы
В конце прошлого века микрофокусная рентгенография — съемка с увеличением изображения объекта просвечивания стала самостоятельным методом исследования [1]. Она проводится с помощью рентгеновских трубок, размер фокусного пятна которых составляет несколько десятков микрометров, и поэтому занимает промежуточное место между рентгеновской микроскопией и традиционной для современной медицинской диагностики контактной съемкой.
Как известно, в рентгеновской микроскопии используются рентгеновские трубки с характерным размером фокусного пятна от нескольких микрометров и менее [2], а при контактной съемке — от нескольких десятых долей миллиметра и более.
Метод микрофокусной съемки содержит в себе большие потенциальные возможности, так как резкие увеличенные рентгеновские изображения всего объекта съемки или его отдельных участков включают больше информации о его внутреннем состоянии, чем контактный снимок.Эти возможности микрофокусной рентгенографии еще до конца не осознаны рентгенологическим сообществом.
Причина состоит в том, что неоднократные в прошлом попытки использовать съемку с увеличением изображения при доступных в то время размерах фокусных пятен f ≥ 1 мм приводили к отрицательным результатам.
Был сделан вывод: для получения резкого рентгеновского снимка объект съемки необходимо располагать как можно ближе к приемнику изображения (детектору) [6]. В современной литературе [3] приводится соотношение для суммарной нерезкости изображения неподвижного объекта съемки
, где H g — геометрическая нерезкость; H d — нерезкость детектора.
При этом не учитывается, что соотношение (1) справедливо только для контактной съемки, при которой коэффициент увеличения изображения m просвечиваемого объекта стремится к единице ( m → 1).
Из выражения (1) следует, что суммарная нерезкость изображения не может быть меньше нерезкости детектора.
Однако такой вывод следует считать ошибочным. Учет коэффициента увеличения изображения объекта m и размера фокусного пятна f приводит к следующему соотношению [7]:
, Из выражения (2) видно, что при f → 0 суммарная нерезкость H ∑ изображения будет стремиться к H d / m .
Другие параметры микрофокусных рентгеновских снимков также отличаются от снимков, выполненных при фокусных пятнах f ≥ 1 мм контактным способом.
В дальнейшем сравнительном анализе параметров микрофокусной съемки с увеличением изображения и традиционной рентгенографии способом контактной съемки разрешающая способность детектора R принята равной 3,5 мм –1 , что является типовым значением в современных цифровых рентгеновских аппаратах.
Результаты и их обсуждение
Пространственная разрешающая способность
Суммарная пространственная разреша- ющая способность R ∑ рентгеновского аппарата оценивается по соотношению [6]
, где V — скорость движения просвечиваемого органа; t — время экспозиции. Если орган неподвижен, то
Взяв производную от соотношения (4) по m и приравняв ее к нулю, получим значение коэффициента оптимального увеличения m 0 , при котором аппарат имеет максимальное разрешение .
Подставив соотношение (5) в (4), получим , или, используя соотношение (5),
Оптимальное значение коэффициента увеличения изображения исследуемого органа m 0 и соответствующее максимальное значение суммарной разрешающей способности R ∑ рентгеновского аппарата как функция от размеров фокусного пятна при разрешающей способности детектора R = 3,5 мм –1 представлены в таблице.
Анализ данных таблицы позволяет сделать выводы: — величина разрешающей способности современных детекторов R = 3,5 мм -1 оптимизирована для контактной съемки на аппаратах с фокусными пятнами рентгеновских трубок f ≥ 1 мм;
— при уменьшении фокусного пятна до 0,3 мм и ниже на аппаратах с таким разрешением детектора ( R = 3,5 мм –1 ) целесообразно делать снимки с увеличением изображения не менее 2 раз;
— для микрофокусной съемки ( f ≤ 0,1 мм) разрешения детектора R = 3,5 мм –1 недостаточно.
Возможность получения в этом случае оптимального увеличения изображения и соответственно повышенной суммарной разрешающей способности R ∑ аппарата ограничивается размером рабочего поля детектора. Поэтому достичь максимальной разрешающей способности при съемке микрофокусными аппаратами можно, используя детекторы с более высоким разрешением.
Например, в маммографах при R = 10 мм –1 и f = 0,1 мм оптимальное увеличение составит m 0 = 2. Это согласуется с размерами рабочих полей маммографов: 180 × 240 и 240 × 300 мм.
— так как на детекторах, имеющих разрешение R = 3,5 мм –1 , при съемке микрофокусными аппаратами реализовать оптимальное увеличение и, следовательно, максимальное разрешение невозможно, то съемку проводят при m <m0
Однако и в этом случае суммарное разрешение микрофокусного аппарата R∑ по всей толщине просвечиваемого органа превышает указанное разрешение детектора.
Глубина резкости
Рентгеновский аппарат обеспечивает достаточную глубину резкости при съемке, если разрешение мелких деталей сохраняется по всей толщине просвечиваемого органа.
Поэтому глубиной резкости будем считать диапазон коэффициентов увеличений изображения m от 1 до m max, при котором суммарное разрешение аппарата R∑ не опускается ниже разрешения детектора R.
Если принять, чтоR∑= R, то в соответствии с выражением (4) максимальное значение коэффициента увеличения m будет равно.
f≤0,1 мм суммарная разрешающая способность аппарата не опускается ниже разрешения детектора.
Для аппаратов с f= 1,2 мм глубина резкости ограничена значением m max= 1,12.
При больших фокусных пятнах глубина резкости еще меньше. Для сохранения разрешения по всей глубине просвечиваемого органа в аппарате для контактной съемки с f≥1 мм приходится увеличивать фокусное расстояние F.
В этом случае выбор Fопределяется исходя из других факторов: допустимых геометрических искажений, мощности трубки, требуемого увеличения изображения и т. д.
Подавление рассеянного излучения
При съемке с увеличением «воздушная подушка» между детектором и органом снижает интенсивность рассеянного излучения, которое является одним из основных факторов, ограничивающих обнаружение патологий.
Для подавления рассеянного излучения в аппаратах для контактной съемки между объектом и детектором приходится устанавливать свинцовый растр, что увеличивает дозу на пациента от 2 до 8 раз. Избирательность растра определяется отношением величин его прозрачности для первичного и рассеянного излучений. В зависимости от типа растра избирательность изменяется от 2 до 9 раз.
Того же эффекта можно добиться при микрофокусной съемке, изменяя коэффициент увеличения изображения от 2 до 7 раз [9]. При этом фильтрация рассеянного излучения воздушным промежутком свободна от всех недостатков фильтрации свинцовым растром: поглощения в растре «полезного» излучения, муара от структуры растра, зависимости от фокусного расстояния, необходимости «ювелирной» установки растра.
Снижение динамической нерезкости
В связи с тем что мощность микрофокусных рентгеновских трубок ограничена, время экспозиции при микрофокусной съемке необходимо выбирать максимально возможным.
При оценке допустимого времени экспозиции принято условие: движение объекта ухудшает суммарное разрешение аппарата не более, чем геометрическая нерезкость.
В этом случае необходимое время экспозиции t можно определить, приравняв друг к другу подкоренные члены знаменателя в выражении (3)
Из выражения (8) видно, что чем больше коэффициент увеличения изображения m, тем время экспозиции t может быть длительнее.
Например, при m= 5 время экспозиции по сравнению с контактной съемкой (m≈1) может быть увеличено приблизительно в 9 раз при сохранении допустимой величины динамической нерезкости.
Для одинаковых t динамическая нерезкость при съемке с увеличением изображения по сравнению с контактной съемкой будет существенно меньше. К сожалению, в настоящее время возможность использования коротких выдержек ограничивается мощностью излучателей на основе микрофокусных рентгеновских трубок.
Скиалогия микрофокусных изображений
Скиалогия рентгеновских микрофокусных снимков резко отличается от контактных снимков, полученных на классических аппаратах. Как было отмечено выше, если на контактных снимках разрешение деталей исследуемого органа, расположенных дальше от детектора, падает, то в микрофокусных снимках, наоборот, возрастает.
Использование меньших фокусных расстояний ведет к тому, что участие в образовании контура теней рентгеновского изображения принимают другие точки морфологических структур.
На снимках формируются непривычно большие масштабные искажения размеров и формы трехмерных деталей.
Однако многовариантность скиалогического отображения «нормы» и «патологии» также имеет место и на контактных рентгеновских снимках. В обоих случаях расшифровка изображения зависит от квалификации рентгенолога.
Следует отметить, что на микрофокусных снимках некоторых органов проявляются эффекты псевдообъемного изображения и фазового контраста, что в ряде случаев положительно влияет на обнаружение патологий.
Выводы
Полученные результаты оценки детальности и глубины резкости, интенсивности рассеянного излучения, динамической нерезкости, а также скиалогии микрофокусных рентгенограмм позволяют утверждать, что вероятность обнаружения патологических изменений органов на микрофокусных снимках существенно выше, чем на контактных снимках, полученных на аппаратах с фокусными пятнами рентгеновских трубок размером более 1 мм.
Уже сейчас область применения микрофокусных аппаратов включает исследование опорно-двигательного аппарата, стоматологию и челюстно-лицевую хирургию, маммографию, ветеринарию.
При этом области применения микрофокусной рентгенографии в медицине еще до конца не исследованы, однако можно утверждать, что по мере увеличения мощности рентгеновских трубок f ≤0,1 мм и чувствительности приемников рентгеновского изображения они будут расширяться.
Список литературы
1.Васильев А. Ю., Петровская В. В., Перова Н. Г.Малодозовая микрофокусная рентгенография в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии // Радиология — практика. 2011. No 6. С. 26–33.
2.Васильев А. Ю., Серова Н. С., Петровская В. В., Перова Н. Г., Потрахов Н. Н., Грязнов А. Ю. Руководство по интраоперационной микрофокусной рентгенографии. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2011. 80 с.
3.Мазуров А. И., Потрахов Н. Н. Влияние рассеянного рентгеновского излучения на качество изображения и методы его подавления // Биотехносфера. 2012. No 3–4. C. 10–14.
Теги: микрофокусная рентгенография
234567 Начало активности (дата): 30.08.2018 22:21:00
234567 Кем создан (ID): 989
234567 Ключевые слова: микрофокусная рентгенография, разрешающая способность, глубина резкости, динамическая нерезкость, рассеянное излучение, псевдообъем, фазовый контраст
12354567899
Похожие статьи
Малодозовая микрофокусная рентгенография в характеристике костной ткани (клинико-экспериментальное исследование)Особенности микрофокусной рентгенографии в медицинской диагностике
Критерии оценки характеристик рентгеновских снимков
Лучевая диагностика осложнений после эндопротезирования тазобедренного и коленного суставов
Развитие рентгенотехники в России
