Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Рентгенодиагностические исследования - Рентгеновские аппараты

Оглавление
Рентгеновские аппараты
Введение
Генерирование рентгеновских лучей
Ослабление рентгеновских лучей веществом
Световозбуждающее и фотографическое действия рентгеновских лучей
Количественная и качественная оценка рентгеновского излучения
Защита от рентгеновских лучей
Применение - рентгенодиагностика
Применение - рентгенотерапия
Применение - рентгенодефектоскопия
Применение - рентгеноструктурный анализ
Применение - рентгеноспектральный анализ
Применение - облучение в технологических целях
Рентгеновские трубки
Электрические характеристики рентгеновских трубок
Рентгеновские излучатели
Высоковольтный рентгеновский кабель
Рентгеновские питающие устройства
Главные трансформаторы
Параметры R, L и С главного трансформатора
Представление о расчете главного трансформатора
Главные трансформаторы с переменным коэффициентом трансформации
Высоковольтные вентили
Высоковольтные генераторы
Регулировка напряжения на трубке и тока трубки
Включение и отключение питающего устройства
Автоматика в рентгеновских питающих устройствах
Стабилизация работы питающего устройства
Контроль напряжения на трубке и ее анодного тока
Выпрямительные схемы рентгеновских питающих устройств
Однополупериодная безвентильная схема
Однополупериодная вентильная схема
Двухполупериодная схема
Схема удваивания с пульсирующим напряжением
Схема удваивания со сглаженным напряжением
Падение напряжения в главной цепи питающего устройства
Перенапряжения в питающих устройствах
Импульсное питание рентгеновской трубки
Рентгенодиагностические аппараты
Рентгенодиагностические исследования
Рентгенодиагностические трубки
Системы регулировок рентгенодиагностического аппарата
Регулировка выдержки
Защита трубки от перегрузки
Реле экспозиции
Падающая нагрузка
Передвижные аппараты
Стационарные аппараты
Усилитель яркости рентгеновского изображения
Рентгенокиносъемка
Рентгенотелевидение
Флюорографические аппараты
Хирургические аппараты
Аппараты для ангиокардиографии
Аппараты для близкофокусной и внутриполостной терапии
Аппараты для глубокой терапии
Рентгенодефектоскопические аппараты
Рентгеновские микроскопы
Рентгеновские аппараты для структурного анализа
Рентгеновские аппараты для спектрального анализа
Рентгеновские аппараты для облучения в технологических целях

Рентгенодиагностическое исследование должно обеспечивать возможно более высокую распознаваемость патологических отклонений человеческого организма от нормы, в частности, на ранних стадиях заболевания. Можно говорить об объеме (количестве, уровне) диагностической информации, получаемой в результате исследования, понимая под этим сумму сведений, извлекаемых рентгенологом из рассматриваемого им рентгеновского изображения и способствующих установлению правильного диагноза *. При таком представлении, приведенном автором в [Л. 151], объем диагностической информации непосредственно связывается с качеством рентгеновского изображения.

* Речь идет об объеме полезной (для установления диагноза) информации. Общий объем информации, содержащийся в рентгеновском изображении, значительно больше. Обилие дополнительной информации может оказаться отрицательным обстоятельством.

Зависимость качества изображения от различных факторов для неподвижного объекта исследования уже рассматривалась в § 1-3. Здесь мы будем говорить об объеме информации и качестве изображения в рентгенодиагностике, когда объект исследования подвижен и лишь в частных случаях условно может считаться неподвижным.
Как уже указывалось (§ 1-6), основными видами рентгенодиагностических исследований являются: а) рентгеновское визуальное просвечивание, б) рентгеновские снимки, в) флюорография и г) рентгенокино- съемка.
При просвечиваниях объем диагностической информации зависит в первую очередь от степени обнаруживаемости на рентгеновском изображении малых по размеру и контрастности деталей. Объем информации здесь сравнительно невелик, что объясняется сравнительно слабой яркостью свечения экрана и сравнительно малой резкостью (и малой контрастностью) изображения. Яркость свечения ограничивается допустимой мощностью трубки и допустимой радиационной нагрузкой рентгенолога и пациента. Резкость изображения определяется разрешающей способностью экранов.
В итоге при сравнительно малом объеме информации радиационная нагрузка при просвечиваниях сравнительно велика. К отрицательным свойствам просвечиваний относится также отсутствие какого-либо объективного документа как результата исследования. С другой стороны, просвечивания позволяют осуществлять хотя бы простейшие функциональные исследования, поскольку объект может изучаться в движении. Объем получаемой информации в этом случае расширяется.
Использование усилителей яркости рентгеновского изображения, в особенности в сочетании с рентгенотелевидением, поднимает просвечивание на более высокую ступень. Объем диагностической информации возрастает из-за увеличения яркости и возможности регулировать контраст рентгеновского изображения на телевизионном экране.
Рентгеновский снимок призван фиксировать строго определенное (неподвижное) положение объекта. Можно принять, что объем диагностической информации зависит здесь исключительно от степени обнаруживаемости на снимке малых деталей. При правильном выборе рентгенографических условий рентгенодиагностические   снимки дают значительно больший объем информации, чем просвечивания. Это объясняется тем, что: а) на негатоскопе можно получить значительно большую яркость, чем на экране для просвечивания,
б)  высокая разрешающая способность усиливающих экранов (и пленки) позволяет достигнуть большей резкости изображения и в) при облучении пленки имеется возможность варьировать в широких пределах контраст изображения. Вопрос о выборе рентгенографических условий снимков рассматривается дальше.
Флюорография представляет собой метод фотоснимков рентгеновского изображения с экрана для просвечивания. Из-за уменьшенного размера снимков (осуществляемых на пленку шириной 70 или 105 мм) этот метод дает существенную экономию пленки, поэтому он находит себе применение главным образом при групповых обследованиях населения, в первую очередь для обнаруживания заболевания туберкулезом легких. Количество энергии, потребной для флюорографического снимка, в равных условиях примерно в 2 раза больше, чем для обычного рентгеновского. Вопрос об объеме диагностической информации, даваемой флюорографическими снимками по сравнению с обычными рентгеновскими, является дискуссионным.
Рентгенокиносъемка находится еще в сравнительно раннем периоде своего развития. Ее более или менее широкое применение в рентгенодиагностике стало возможным лишь с появлением усилителей яркости рентгеновского изображения, позволивших удерживать радиационную нагрузку рентгенолога и пациента, а также тепловую нагрузку рентгеновской трубки на допустимом уровне. При рентгенокиносъемке кинокамера фиксирует на кинопленку (шириной 16 или 35 мм) рентгеновское изображение с выходного экрана усилителя яркости и представляет собой, по сути дела, кинофлюорографию. Отдельные кадры сильно проигрывают в сравнении с обычными рентгеновскими снимками. Однако возможность изучать движущееся изображение дает новое качество, которое позволяет резко расширить функциональные исследования и тем самым увеличить объем диагностической информации.
Из всего сказанного следует, что из всех видов рентгенодиагностических исследований снимки по значимости должны быть поставлены на первое место. При определении рентгенографических условий того или иного снимка выбирают, в частности, электрические параметры: напряжение на трубке и ток трубки, а также выдержку. Мы рассмотрим здесь связь между этими параметрами и факторами, от которых зависит качество рентгеновского изображения па снимке: плотностью почернения пленки, контрастностью изображения и его резкостью.
Плотность почернения пленки, как уже указывалось (§ 1-3), зависит от экспозиции, т. с. количества рентгеновских лучей, воздействовавших на единицу поверхности (и усиливающих экранов):

где J согласно формуле (1-20) в сильной степени зависит от напряжения. В применении к фотографическому действию рентгеновских лучей можно говорить о степенной зависимости от напряжения непосредственно плотности почернения пленки. Вопрос о численных значениях показателя степени п для этого случая обсуждался уже в 30-х гг. [Л. 152]. В послевоенные годы согласно [Л. 153] было принято п = 5, что считается применимым для всех объектов медицинской рентгенографии за исключением конечностей.
Поскольку мы условились экспозицию Н считать в широких пределах не зависящей от соотношения J и t, то и плотность почернения пленки при неизменных формах кривых напряжения иа и тока iа можно считать зависящей просто от произведения

где q — количество электричества, прошедшее через трубку за время снимка.
Контраст изображения, как мы знаем, уменьшается с увеличением напряжения иа трубке. По данным некоторых авторов контраст при рентгенодиагностических снимках изменяется примерно обратно пропорционально напряжению. Снижение контраста в значительной мере зависит от интенсивности рассеянного излучения. Применение рентгеновских отсеивающих решеток уменьшает действие этого излучения на пленку и позволяет работать на более высоких напряжениях.

Переходя к третьему фактору — резкости изображения, напомним, что обычно говорят, наоборот, о  нерезкости, оценивая ее (в миллиметрах) по размытости контуров теневого изображения *. Следует различать три основные нерезкости: а) геометрическую нерезкость, обусловленную конечными размерами фокусного пятна трубки и определяемую, помимо этих размеров, также фокусным расстоянием (т. е. расстоянием фокус — пленка); б) экранную нерезкость, речь о которой шла выше и в) динамическую нерезкость, определяемую скоростью движения объекта и выдержкой.
Суммарная нерезкость слагается из отдельных нерезкостей. Формулы, даваемые различными авторами, различны. В первом приближении можно считать, что нерезкости просто складываются. Вопрос о резкости рентгеновского изображения тесно связан с вопросом о выборе выдержки снимка.
Если объект может быть принят неподвижным, то динамическая нерезкость равна нулю. В этом случае, имея в виду лишь возможность случайного смещения объекта, нет нужды стремиться к очень малым выдержкам и часто можно без особого ущерба идти на увеличение выдержки до нескольких секунд. Это позволяет применять фокус меньших размеров и уменьшать геометрическую, а тем самым и суммарную нерезкость.
В случае движущихся объектов (в частности, при снимках органов грудной клетки) динамическая нерезкость играет важную роль и для получения высококачественных снимков выдержки стремятся сократить до возможного минимума. Ввиду сравнительно больших требующихся мощностей выбор условий снимка приобретает здесь особенное значение. Так, например, снимок легких при фокусном расстоянии 150 см и напряжении 115 кВ требует энергии, воспринимаемой анодом трубки, порядка 0,9 Дж (ВтХс). При выдержке 0,1 с потребная мощность составит 9 кВт, а при 0,02 с — 45 кВт. Естественно, что требования к аппаратуре и питающей сети для этих случаев будут сильно различаться.

* Согласно [Л. 154] произведение нерезкости в миллиметрах на разрешающую способность, определяемую числом линий на миллиметр (при использовании тест-объектов по рис. 1-10), равно 1,5.

Кроме указанных, могут возникать еще нерезкости по причинам механического характера. Так, при использовании трубки с вращающимся анодом дополнительная
нерезкость может появиться из-за вибраций защитного кожуха, обусловленных вращением анода. Можно считать, что она просто увеличивает геометрическую нерезкость. Ее следует иметь в виду для трубок с очень малыми размерами оптических фокусов (0,3x0,3 мм и менее). При осуществлении прицельных снимков дополнительная нерезкость, сравнимая по величине с указанными ранее основными нерезкостями, может возникать из- за вибраций экраноснимочного устройства, вызываемых быстрым перемещением кассеты с пленкой в поле облучения и не успевающих погаснуть к моменту включения высокого напряжения.
Из приведенного материала видно, что выбор рентгенографических  условий снимка представляет собой нелегкую задачу, тем более, что помимо указанных параметров— напряжения на трубке, тока трубки и выдержки— следует выбирать размеры фокусного пятна рентгеновской трубки, фокусное расстояние, а также учитывать такие факторы, как чувствительность пленок и экранов и действенность применяемых отсеивающих решеток. Поэтому на практике пользуются так называемыми таблицами экспозиций, содержащими рекомендуемые условия снимков. В табл. 5-1 приведены примеры, заимствованные из [Л. 154].

Таблица 5-1
Условия некоторых рентгенодиагностических снимков

Поскольку здесь дается число милликулонов без разделения на миллиамперы и секунды, такие данные могут использоваться в аппаратах различной мощности.
Приведенные условия (как и вообще в таблицах экспозиций) имеют в виду объект среднего роста (175 см) и средней массы (75 кг); при заметных отклонениях вводятся поправки в число киловольт или милликулонов или в то и другое вместе. Данные табл. 5-1 относятся к работе на рентгенодиагностическом аппарате с шестифазным выпрямлением; при переходе к однофазному аппарату с двухполупериодным выпрямлением число милликулонов следует удвоить. Предполагается использование пленок и усиливающих экранов нормальной чувствительности, а в случае желудочных снимков — усиливающих экранов повышенной чувствительности.
В довоенное время предельное напряжение при снимках не превышало 80—85 кВ при предельном напряжении просвечиваний 100—110 кВ. В послевоенное время возросло внимание к снимкам лучами повышенной жесткости и предельное напряжение при снимках было доведено до 110, затем до 125 и 150 кВ. Этому способствовал и прогресс в области рентгеноаппаратостроения, в частности введение устройств для предварительной установки напряжения и тока трубки, что позволило работать при снимках на полном напряжении, в то время как ранее такое напряжение допускалось лишь при просвечиваниях, при снимках же напряжение ограничивалось внешней характеристикой [Л. 155].
Во второй половине 50-х гг. начали использовать напряжения до 200 кВ и стала появляться аппаратура на такие напряжения. Однако от столь высоких напряжений в дальнейшем отказались и в настоящее время рентгенодиагностические аппараты выпускаются, как уже указывалось, на напряжения не свыше 125—150 кВ. Влияние напряжения на условия медицинской рентгенографии рассматривается в [Л. 158—172].
Вернемся к факторам, влияющим на качество снимка, и сосредоточим свое внимание на контрастности и резкости. До сих пор мы рассматривали эти факторы, полагая, что они независимы друг от друга. Так и принималось до конца 50-х гг.: ряд работ был посвящен вопросам, связанным с контрастом [Л. 173], другой ряд — вопросам, связанным c резкостью [Л. 174—176]. В [Л. 177] рассмотрены оба вопроса, однако также в достаточной мере независимо друг от друга.

Между тем при некоторых условиях оба фактора оказываются взаимосвязанными, на что было обращено внимание в [Л. 178]. Эту взаимосвязь разъясняет рис. 5-1, на котором представлено изменение плотности почернения пленки при облучении системы экран — пленка через тест-объект с переменным числом периодов на миллиметр.

Рис. 5-1. Изменение плотности почернения пленки при облучении через тест-объект с переменным числом периодов на миллиметр.

С увеличением этого числа вначале лишь сильнее сказывается размытость краевых контуров, по которой оценивается нерезкость, а затем также начинает уменьшаться разность между максимальной и минимальной плотностями почернения, характеризующая контраст изображения. Таким образом, резкость и контрастность можно рассматривать в качестве независимых факторов лишь до некоторого предела, который наступает тем быстрее, чем больше нерезкость и меньше размеры деталей.
Пока не достигнут этот предел, снижение качества изображения из-за нерезкости объясняется тем, что размытость краев деталей ухудшает их рассматривание и распознавание. По достижении этого предела следует считаться с дополнительным снижением из-за потери контраста. При больших нерезкостях эта потеря приводит к тому, что малые детали вообще исчезают из поля зрения.
Сказанное относится не только к снимкам, но и к просвечиваниям, а также к новым техническим -средствам рентгенодиагностики — усилителям яркости рентгеновского изображения и рентгенотелевидению.

В итоге в конце 50-х гг. появился новый подход к характеристике систем передачи рентгеновского изображения, связанный с оценкой контраста. Мы дадим здесь лишь самое общее представление об этом новом подходе, используя в качестве источников [Л. 178—180].
Новый подход основывается на понятиях, заимствованных из теории информации. 

Рис. 5-2. Схема передачи информации.
1 — объект информации; 2 — передатчик; 3 — промежуточные передающие звенья; 4 — приемник; 5 — получатель информации; 6 — источники искажений.
Систему, предназначаемую для передачи информации, можно представить в виде цепочки, изображенной на рис. 5-2. Каждое звено этой цепочки обладает определенной «информативной способностью», т. е. может передавать или воспринимать определенное количество информации. В применении к электрическим системам естественно говорить о числе сигналов в единицу времени. Реальная информативная способность уменьшается при переходе от одного звена к последующему, поскольку любое звено не может передать больше информации, чем оно восприняло. В то же время в системе могут появиться сигналы вне информации— «шумы» (согласно термину, заимствованному из радиотехники).
Следующие друг за другом во времени сигналы можно, как известно, представить в виде суммы гармонических (синусоидальных) колебаний различной частоты. Чем совершеннее система передачи информации, тем она пропускает более широкий спектр частот. Если какое- либо звено не пропускает (или пропускает в пониженной степени) часть спектра, то оно становится фильтром, задерживающим (или ослабляющим) эту часть, что приводит к снижению информативной способности системы и вносит искажения в передачу. Наглядным примером является фильтрация частот и вызываемые ею искажения в электроакустических системах.
Рассмотрим теперь, как изложенные выше представления могут быть применены к передаче изображений в оптических и рентгеновских системах. Здесь следует говорить не о временной, а о пространственной последовательности сигналов: передаваемое изображение может быть разбито па ряд элементарных ячеек, каждая из которых обладает координатами х и у в плоскости изображения. Далее следует выбрать физическую величину, которая, поддаваясь измерению от одной элементарной ячейки изображения к другой, могла бы служить мерой качества изображения. Этот вопрос не получил пока своего завершения. В оптике оперируют понятием передачи контраста, применяя его для характеристики систем передачи изображения и оценивая возможности использования этого понятия для определения качества изображения. По такому же пути идет и рентгенотехника. Мы ограничимся тем, что кратко расскажем об оценке передачи контраста рентгеновскими системами.
Для этого вернемся к рис. 5-1 и представим себе, что тест-объект с переменным числом периодов на миллиметр таков, что дает строго синусоидальное изменение измеряемой величины, в данном случае плотности почернения пленки (вплоть до той щели, когда контраст воспроизводится полностью). В то же время каждому периоду тест-объекта соответствует определенная частота, которую мы назовем пространственной. Таким образом, в случае подобного тест-объекта гармонически (синусоидально) изменяющаяся величина, подлежащая измерению, связывается с пространственной частотой, подобно тому как в системе, передающей электрические сигналы, та или иная гармоника спектра связана с временной частотой.
Изменение контраста в зависимости от пространственной частоты можно представить в виде кривой, на которой контраст, соответствующий какой-либо частоте, берется в процентах по отношению к максимальному контрасту. Такую кривую принято называть частотноконтрастной характеристикой. Из рис. 5-1 ясно, что с увеличением частоты относительный контраст уменьшается. Другими словами, система передачи изображения ведет себя как фильтр, подавляющий передачу тем сильнее, чем выше частота. Спад частотно-контрастных характеристик различен для различных систем и может служить для оценки системы с точки зрения передачи контраста, а также в значительной (если не в полной) мере с точки зрения качества изображения.
Контраст изображения (в том числе и через изменение нерезкости) зависит от различных факторов. Влияние каждого из них может быть оценено отдельной частотно-контрастной характеристикой.

Рис. 5-3. Частотно-контрастные характеристики рентгенодиагностического снимка.
1 — характеристика системы экран—пленка; 2 — характеристика, оценивающая размеры фокусного пятна; 3 и 3' — характеристики, оценивающие перемещение объекта; Р и Р' — результирующие характеристики.
При этом имеет место существенная закономерность: если влияние этих факторов подчиняется линейному закону, то произведение относительных контрастов дает результирующий относительный контраст системы. На рис. 5-3, заимствованном из [Л. 180], представлено влияние различных факторов на контраст рентгеновского снимка при следующих условиях: размеры фокуса трубки 2X2 мм, расстояния фокус — объект 180 см и объект — пленка 10 см, скорость перемещения объекта 15 мм/с; выдержка для характеристик 3 и Р — 0,02 с, для характеристик 3' и Р' — 0,1 с. Характеристики показывают, какое существенное влияние может оказывать перемещение объекта во время снимка.
Не останавливаясь на расчетных и экспериментальных методах построения частотно-контрастных характеристик, укажем лишь, что при экспериментальном построении приходится преодолевать существенные затруднения. Одним из них является вопрос о тест-объекте, с помощью которого должны производиться измерения. Создать, как это требуется, такой тест-объект (в виде растра), который обеспечивал бы гармоническое изменение измеряемой величины, практически очень трудно; к тому же этот тест-объект был бы пригоден лишь для излучения со вполне определенным распределением энергии по спектру. Поэтому, как правило, используют тест-объекты с прямоугольным сечением щелей, мирясь с возникающими неточностями или внося поправки. Другим существенным обстоятельством является вопрос: выполняется ли линейный закон для измеряемых величин? Отклонения от этого закона влекут за собой погрешности при нахождении, например, результирующей частотно-контрастной характеристики по составляющим.
Приведенным материалом мы ограничиваем здесь сведения о новом подходе к оценке систем передачи рентгеновского изображения. Этот новый подход находится в развитии, и ему посвящается большое число новых публикаций; укажем, в частности, на [Л. 181]. Частотноконтрастные характеристики использованы в [Л. 182] для оценки влияния механических колебаний рентгеновского штатива на качество рентгеновского снимка.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »