Традиционно в качестве детекторов рентгеновского излучения используется пленка прямого экспонирования. Пленка содержит два слоя фотоэмульсии, нанесенной на обе стороны прозрачного полистирольного или ацетатного слоя, который называется пленочной основой. Слои эмульсии отделены от пленочной основы разделительным слоем и имеют тонкое поверхностное покрытие для защиты эмульсии от стирания. Каждый слой эмульсии состоит из зерен бромистого серебра, распределенных в слое желатины, причем каждое зерно имеет диаметр около 1 мкм. Чтобы увеличить эффективность поглощения рентгеновского излучения, используют два слоя эмульсии.
На первом этапе формирования изображения происходит взаимодействие рентгеновских фотонов с атомами эмульсии. Поскольку атомы серебра и брома в зернах имеют значительно большие сечения взаимодействия, чем другие легкие элементы, составляющие желатину, то большинство взаимодействий будет осуществляться внутри частицы бромистого серебра. В результате каждого из взаимодействий образуется один или два электрона, которые замедляются и за счет ионизации высвобождают новые электроны. Некоторые из этих электронов, в конечном счете, захватываются в центры - "ловушки" в зернах бромистого серебра. Этот процесс захвата сенсибилизирует зерна, вследствие чего на них формируется скрытое изображение. После проявления и фиксирования эмульсии, сенсибилизированные частицы превращаются в серебро, а несенсибилизированные удаляются.
В системе "экран - пленка" рентгеновские кванты поглощаются экраном, при этом часть поглощенной энергии преобразуется люминесцентным экраном в световое излучение, которое засвечивает эмульсию пленки, находящейся в плотном контакте с экраном. Затем пленка проявляется и просматривается обычным образом.
Цифровые детекторы, используемые в рентгенодиагностики
Виды цифровых систем для рентгенодиагностики
Разработанные к настоящему времени и находящиеся в эксплуатации приемники - преобразователи рентгеновского излучения для цифровых медицинских диагностических систем различаются как по физическим принципам преобразования, так и по видам обрабатываемых на каждой стадии преобразования сигналов (например, поток фотонов рентгеновского излучения - в поток фотонов оптического диапазона длин волн, оптический сигнал - в поток электронов, поток электронов - в оптический сигнал, оптический сигнал - в электрический сигнал; поток фотонов рентгеновского излучения - в поток электронов, поток электронов - в оптический сигнал с последующей трансформацией в электрический; поток фотонов рентгеновского излучения - непосредственно в электрический сигнал и т.д.). Различаются эти приемники-преобразователи и по области их применения - это могут быть общая рентгенодиагностика, маммография дентальная рентгенодиагностика, ангиография, флюорография и тому подобное.
Классификацию приемников - преобразователей проводят с учетом метода детектирования рентгеновского излучения и способа дальнейшего преобразования сигналов [8, 9], ориентируясь на область применения тех или иных систем [3]. Однако ни одна из этих классификаций не исчерпывает всего многообразия методов и технических средств, которые могут быть использованы и используются для получения цифровых рентгеновских изображения. Ниже приведена классификация, охватывающая все известные на сегодняшний день методы получения полноформатных цифровых рентгеновских изображений, включая оцифровку экспонированных рентгеновских пленок. Данная классификация дополнительно учитывает возможность (или ее отсутствие) формирования изображений в режиме реального масштаба времени, то есть возможность регистрировать и отображать 25 и более изображений в секунду (режим цифровой рентгеноскопии), а также в режиме квазиреального масштаба времени, при котором отрезок времени от начала экспозиции до появления первичного изображения на экране монитора не превышает 20-30 секунд. В соответствии с этой классификацией все методы получения и регистрации цифровых рентгеновских изображений и, реализующие эти методы технологические разработки можно условно разделить на две группы:
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 последовательной обработки изображений (рис. 3);
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 изображений в режиме реального и квазиреального масштаба времени (рис. 3) [3].
Рис. 3. Система формирования цифрового рентгеновского изображения с использованием запоминающего устройства.
Рис. 4. Система с непосредственным формированием цифрового рентгеновского изображения.
К первой группе можно отнести рентгенодиагностические комплексы с трактом формирования изображения, содержащим люминесцентные запоминающие экраны (пластины), считывание информации с которых осуществляется при помощи специального лазерного устройства. Срок хранения информации на этих экранах (с момента окончания экспозиции до начала считывания) может составлять несколько часов. В качестве буфера с практически неограниченным временем хранения информации может рассматриваться обычная экспонированная и обработанная рентгеновская пленка, изображение с которой преобразуется в цифровой вид с помощью устройств оцифровки рентгеновских пленок. Хотя при оцифровке экспонированной рентгеновской пленки используется цифровая технология регистрации и представления конечной рентгенодиагностической информации, считать эту технологию разновидностью цифровой рентгенографии можно лишь с некоторой долей условности, так как в этом случае на первом этапе необходимо в полном объеме реализовать процедуру, соответствующую традиционной пленочной рентгенографии.
Для второй группы систем характерно большое разнообразие реализованных в них физических принципов, а также инженерных и конструктивных решений для осуществления приема и преобразования информации (заключенной в потоке фотонов рентгеновского излучения, прошедшем через исследуемую область тела пациента) с последующим представлением ее в цифровом виде. В эту группу входят:
) усилители рентгеновского изображения (УРИ), называемыме еще электронно-оптические преобразователями (ЭОП), с аналого - цифровым преобразованием сигналов на выходе входящей в состав УРИ телевизионной системы либо камеры с ПЗС-матрицей;
) устройства с трактом преобразования, построенном на базе комбинации: сцинтилляционный экран - светосильная оптика - ПЗС - матрица;
) сканирующие системы с линейкой газовых (многопроволочная пропорциональная камера или многоканальная ионизационная камера) либо твердотельных (полупроводниковых) детекторов;
) аппараты с приемником - преобразователем рентгеновского излучения на базе селенового барабана; а также
) устройства, использующие в качестве приемника-преобразователя плоские панели различных типоразмеров на основе аморфного кремния либо аморфного селена.
Приемники - преобразователи, используемые в системах, представляющих вторую группу, в свою очередь, могут быть отнесены к одному из следующих 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 детекторы на основе газовых ионизационных камер для сканирующих систем);
приемники - преобразователи с промежуточным преобразованием энергии фотонов рентгеновского излучения в энергию фотонов оптического диапазона длин волн - только на следующей стадии носителями информации становятся электроны (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 комбинации сцинтилляционный экран - светосильная оптика - ПЗС - матрица, линейки полупроводниковых детекторов для сканирующих систем, а также плоские панели на основе аморфного кремния).
В литературе приемники - преобразователи первого типа (исключение составляют не нашедшие широкого применения в зарубежных разработках для цифровой рентгенографии газовые детекторы) часто относят к устройствам, предназначенным для "прямой" цифровой рентгенографии (Direct Radiography) [2, 3,]. Очевидно, что было бы справедливо включить в эту группу и детекторы на основе газовых ионизационных камер, которые нашли широкое применение в России в качестве приемников-преобразователей рентгеновского излучения для цифровых сканирующих систем [3, 5, 6].
Фотоэлектронные умножители в качестве детектора используются в системах с лазерным источником первичного светового потока. В этих разработках расширения динамического диапазона (оптической плотности) добиваются не только за счет использования высокоэнергетического когерентного светового потока, но и за счет включения в тракт приема - преобразования усилителя с передаточной характеристикой, изменяющейся по логарифмическому закону.
Рис. 5. Схема бескассетной системы с двумя запоминающими экранами.
3. Методы снижения дозовых нагрузок
Общие рекомендации по снижению дозовых нагрузок при рентгеноскопии
При выборе метода проведения Стандартных рентгеновских исследований всегда должно отдаваться предпочтение рентгенографии перед рентгеноскопией, когда это возможно и целесообразно, так как это рекомендовано и в Директивой ЕС 97/43 Евратом. Когда это невозможно, или неоправданно, необходимо соблюдать строго все практические применимые методы снижения дозовых нагрузок, которые приведены ниже:
Методы уменьшения дозовых нагрузок при рентгеноскопии
Существуют множество способов ограничения кожных доз полученных во время длинных рентгеноскопических процедур (чаще всего в случае интервенционных процедур); некоторые из них являются методологическими, а некоторые связаны с техническими преимуществами, которые имеются в современном оборудовании.
Сокращение времени рентгеноскопии. Много врачей являются достаточно обученными, чтобы использовать рентгеноскопию с прерыванием, т.е. включать каждый раз рентгеноскопию только на несколько секунд, достаточных чтобы увидеть позиции контраста или катетера. Разумное использование этого метода может уменьшить общую дозу от флюороскопии в несколько раз. Эта техника является особенно эффективной при ее комбинировании с функцией: запоминания последнего изображения.
Распределения дозы. При большей части интервенционных рентгеноскопических процедур основная часть времени тратиться на исследование определенного анатомического региона. Некоторую редукцию максимальной дозы на кожу можно получить через периодическое вращение трубки около центра в области интереса.
Этот метод позволяет распределить максимальную дозу на кожу пациента на более широкую областью.
Рис. 6. Распределение дозовой нагрузкой через изменения угла входящего пучка.
Увеличение изображения. Возможность получения увеличенного изображения может быть клинически очень полезно, но это связано с повышением дозы на пациента. Поэтому работы в режиме увеличения изображения следует избегать, если это не является клинически необходимо.
Выбор режима дозы. Почти все производители рентгеноскопической техники проектируют больше одного дозового режима, связанного с каждым увеличительным режимом. Обычно это три режима - низкий, средней, и высокий - с мощностью дозы в половину или два раза больше среднего уровня. Высокодозовый режим следует использоваться внимательно. Он может быть необходим только при просвечивании очень толстых пациентов или областей тела.
Пульсовая рентгеноскопия. Некоторые из современных рентгеноскопических аппаратов оборудованы системой пульсовой флюороскопии, при использовании которой, рентгеновский пучок излучается короткими импульсами, а не непрерывно. При уменьшении частоты пульсации обеспечивается значительное уменьшения дозы (рис. 6). Изображения могут получаться с 15 fr.s-1 и с 7,5 fr.s-1, вместо 30 fr.s-1, без значительного ухудшения качества изображения [3, 4].
Обучение персонала рентгеновских кабинетов. С увеличением использования рентгеноскопии в медицине и преимущества новых технологий, получение специализированного обучения по радиационной защите операторов этого оборудования становится особенно актуальным. Необходима разработка процедур управления безопасного использования ИИ, гарантирующих, что как пациенты, так и персонал не облучались чрезмерными уровнями доз. [5, 6]. Необходимость обучения указывается и в рекомендациях FDA, 1994 г. [7]. В этих рекомендациях сказано, что рентгеноскопические операторы, должны знать работу рентгеноскопической установки, включая последствия радиационного облучения для всех режимов. В настоящее время не существует общепринятых стандартов, регулирующих, кто может работать на рентгеноскопическом аппарате или какое минимальное обучение он должен иметь.
Некоторые указы в Республике требуют обязательного образования и обучения для безопасного использования рентгеновских лучей [8, 9]. Обязательным для обучения или процесса сертифицирования является изучение вопросов радиационной безопасности, правил работы с флюороскопическим оборудованием и выбор режимов [2, 10,]. В дополнение необходимо обсуждение вопросов биологических эффектов ИИ с акцентом на детерминированные эффекты и подробное обсуждение методов и способов уменьшения доз.
Существуют различные источники информации по обучению и образованию, такие как учебники, по медицинской физике, публикации AAPM, МКРЗ, учебные курсы МАГАТЭ [4, 5], а также и медицинская литература из серии рентгеновской физики, которые могут помочь отделению во внедрении программы обучения или аккредитации по рентгеноскопии и рентгенографии, дающих минимальную компетентность по безопасности использования рентгеновских аппаратов. Использование квалифицированного медицинского физика, помогающего в обучении персонала, как это рекомендовано в европейской Директиве и сводке FDA [7] может дать большое преимущество для отделения.
Заключение
С увеличением использования рентгеноскопии и цифровой рентгенологии в современной медицине управление радиационным облучением на исправных и правильно настроенных рентгеновских аппаратах имеет решающее значение. Множество факторов влияет на дозы, полученные пациентами при рентгеноскопии. Через понимание факторов, влияющих на дозу пациента, клиницисты могут помочь, в поддерживании доз на минимальном уровне без ухудшения качества изображения или эффективности интервенционных процедур.
Эффективное управление радиационного облучения через правильное использование аппаратуры, всестороннее обучение персонала и контроль качества может помочь в целостной редукции облучения на пациентов и персонал.
· имеющийся протокол КК рентгенографического оборудования, включающий дозиметрических измерения слабо внедрятся в практику всех лечебных учреждений Республики
· для того чтобы оптимизировать радиационную защиту пациентов необходимо также утвердить единые национальные клинические протоколы (методики) для всех стандартных видов рентгеноскопических исследований, Это позволить их дальнейшую адаптацию в местной практике отделения с учетом специфичных характеристик наличного оборудования;
Таким образом, необходимо широкое внедрение программ обеспечения качества в медицинских учреждениях с целью защиты здоровья персонала и пациентов при использовании ионизирующих излучений в диагностической радиологии.
Литература
1. Василев Г. Облъчване на българското население с йонизиращи лъчения. София, 1994.
2. Министерство на здравеопазването. Наредба №30 от 31 октомври 2005 г. за условията и реда за осигуряване защита на лицата при медицинско облъчване, обн. ДВ бр. 91 от 15.11.2005 г.
3. Министерство на здравеопазването. Наредба №22 за утвърждаване на медицински стандарт "Образна диагностика", обн. ДВ, бр. 76 от 2004 г.
4. Национален център за здравна информация. Официална страница в интернет. (https://www.nchi.government.bg/statistika1.html).
5. United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and Effects of Ionizing Radiation. UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly, with scientific annexes. Volume I: Sources. ISBN 92-1-142238-8.
6. Тарутин И.Г. Радиационная защита при медицинском облучении. Мн.: Выш.шк., 2005. ISBN 985-06-1109-X.
7. Международное агентство по атомной энергии. Региональные последипломные образовательные курсы по радиационной защите и безопасности источников ионизирующего излучения. C7-RER-9.090-002. Часть II. Величины и измерения. Международный государственный экологический университет им. А.Д. Сахарова, 22 января 26 июня 2008 г., г. Минск.
8. Кантер Б.М. Исследование и разработка методов и средств рентгеновской цифровой медицинской диагностики. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. //М., 2000, 50 с.