Рентгеновское изображение формируется в результате взаимодействия квантов рентгеновского излучения с приемником и представляет собой распределение квантов, которые прошли через тело пациента и были зарегистрированы детектором. Последние делятся на первичные кванты (прошедшие через тело пациента без взаимодействия с тканями) и вторичные кванты, образующиеся в результате взаимодействия с тканями тела пациента и, как правило, отклоняющиеся от направления своего первоначального движения. Вторичные кванты несут мало полезной информации. Первичные кванты несут полезную информацию о вероятности того, что квант проходит через тело пациента без взаимодействия. Получаемое изображение является проекцией характеристики ослабления во всех тканях, лежащих на направлении распространения рентгеновских лучей. Таким образом, изображение представляет собой двухмерную проекцию трехмерного распределения ослабления рентгеновских лучей в теле.
Рентгеновские кванты в теле пациента могут поглотиться, рассеяться или пройти без изменения. Первичные кванты, регистрируемые приемником, образуют изображение, а рассеянные кванты создают фон, который ухудшает контраст изображения. В большинстве случаев основная часть рассеянных квантов возможно устранить с помощью устройства, отсеивающих их в пространстве между пациентом и приемником изображения.
Рентгеновская трубка
Рентгеновская трубка (рис. 2), состоит из наполненного маслом кожуха с колбой, который представляет собой вакуумированный сосуд из термостойкого стекла, внутри которого размещены накаливаемый катод и анод. Катод накаливается за счет прохождения через вольфрамовую спираль электрического тока, в результате чего создается узконаправленный поток электронов, ускоряемых разностью потенциалов 25-150 кВ и бомбардирующих анод. Электроны взаимодействуют с материалом анода, тормозятся и останавливаются. Большая часть энергии, передаваемая электронами аноду, обращается в тепловую, только малая ее часть (менее 1%) преобразуется в рентгеновское излучение.
Рис. 2. Рентгеновская трубка
Конструкция катода прямого накала и электронно-оптической системы, которая направляет поток электронов к аноду, играет очень важную роль, т. к. нерезкость изображения может ограничиться за счет сокращения размеров рентгеновского источника, а выходная мощность излучения от трубки определяется электрическим током, проходящем на аноде. Катод прямого накала представляет собой вольфрамовую спираль (температура плавления вольфрама 3410оС), который устанавливается в никелевой капсуле. Эта капсула поддерживает нить накала и имеет такую форму, что создаваемое электрическое поле фокусирует электроны в узкий пучок. Анод имеет скошенную поверхность, которая составляет тупой угол с направлением электронного пучка. В выходное окно поступают те рентгеновские лучи, которые идут приблизительно под прямым углом к направлению электронов, так что на поверхности приемника рентгеновское излучение имеет квадратное сечение, даже если поток электронов, бомбардирующих мишень, хорошо отколлимирован. Для трубок общего назначения величина угла скоса составляет 17о. Во многих случаях анод имеет скос под двумя различными углами и две нити накала для выбора либо узкого, либо широкого пятна.
Большая часть энергии, отдаваемая потоком электронов аноду, преобразуется в тепло, поэтому одной из проблем является уменьшение теплоты, попадающей на мишень, и ее быстрый отвод. Использование щелевого источника электронов частично решает эту проблему путем увеличения площади мишени. Более эффективно проблема решается с помощью вращающегося анода, а полоска фокуса двигалась по периферии анодного диска.
Анод изготавливают, как правило, из вольфрама (W), хотя для специальных применений, в которых требуется рентгеновское излучение малой энергии, используется молибден (Мо).
Таблица 2.1.
Свойства Мо и W
| Мо | W | |
| Атомный номер | ||
| Энергия рентгеновского К-излучения, кэВ | 17,4 - 19,8 | 58,0 - 67,7 |
| Плотность, г/см3 | 10,2 | 19,3 |
| Температура плавления, оС | ||
| Удельная теплоемкость, Дж/кг* оС |
Важно, чтобы атомный номер материала анода был большим, поскольку выход тормозного излучения с анода увеличивается с атомным номером, а спектр рентгеновского излучения, создаваемого элементом с большим атомным номером, хорошо подходит для получения изображения более массивных частей тела.
Спектр рентгеновского излучения
Форма спектра рентгеновского излучения зависит от материала анода, величины и формы прикладываемого к трубке напряжения, а также от характеристики фильтров, помещенных на пути прохождения рентгеновского излучения.
Трубки с вольфрамовым анодом целесообразно использовать для получения изображений более массивных участков тела благодаря высокому энергетическому выходу рентгеновских лучей для вольфрама. Молибден дает рентгеновское излучение с более низкой энергией, которое лучше подходит для получения контрастных изображений более тонких частей тела. Рентгеновские трубки с молибденовым анодом применяются в установках, сконструированных специально для маммографии.
Большое различие между рентгеновскими спектрами до и после прохождения излучения через тело пациента обусловлено взаимодействием рентгеновских квантов с биотканями тела и поглощенной дозой. Если излучение слишком "мягкое", то низкоэнергетические кванты будут давать вклад лишь в дозу облучения, не обеспечивая высокий контраст изображения. Поэтому очень важно, чтобы такие кванты были отфильтрованы, прежде чем они достигнут поверхности тела пациента. Это реализуется путем введения алюминиевого или медного (в зависимости от величины потенциала, прикладываемого к трубке) фильтра.