Рентгенография

Рентгенография (projectional padiography, plain film radiography, roentgenography или часто X-ray) основана на использовании электромагнитного излучения высокой частоты (выше, чем у видимого спектра), соответственно, малой длины волны для проекции анатомических структур организма на плёнку или экран.

Рентгеновское излучение проникает сквозь тело, частично угасая. Более плотные ткани задерживают больше энергии волн, в результате, формирую что-то вроде тени на чувствительной к лучам поверхности плёнки или других элементах.

Рентгеновское излучение является ионизируещим, т.е. его энергии достаточно для того, чтобы выбить электрон из атома, сделав атом положительным ионом. Для биологических систем в этом состоит опасность применения рентгена, поскольку ионизация ДНК может привести к мутациям.

Рентгеновская трубка

Источником рентгеновского излучения является рентгеновская трубка. Она представляет собой стеклянную вакуумную трубку, внутри которой находится два основных элемента: анод и катод. Излучение происходит, когда быстрые электроны, исходящие от катода, бомбят анод. Этот процесс происходит благодаря высокому напряжению между анодом и катодом. Только 1% энергии электронов, бомбящих анод, переходит в излучение (фотоны), остальное – в тепло, поэтому анод сильно нагревается и, чтобы он не расплавился, он вращается, чтобы тепло рассеивалось по всей его поверхности.

Рентгеновский аппарат

Рентгеновский аппарат часто представляет собой кровать, под которой находится цифровой детектор или фотоплёнка. Над кроватью находится источник излучения на мобильной системе. В нём имеется система охлаждения. Лазерный луч позволяет точно позиционировать источник относительно пациента.

Рентгеновская решетка

Это решетка, которая, находясь между пациентом и излучателем, фильтрует лишние рентгеновские лучи. Для получения качественного изображения необходимо, чтобы лучи, проходящие сквозь тело пациента, были прямыми (primary X-Ray), но от излучателя исходит много нежелательных (отклонённых) лучей, которые создают шум на изображении. Такие лучи необходимо фильтровать. Для этого используется решётка. Во время процедуры решетка должна двигаться, иначе на изображении будет видно её силуэт.

Система формирования изображения

Рентгеновские лучи попадают на сенсор, который позволяет конвертировать излучение в видимый свет и получить фотоизображение. Вначале лучи попадают на сцинтиллятор (вещество обладающие способностью излучать свет при поглощении ионизирующего излучения, в данном случае йодит цезия), где конвертируются в видимый свет. Далее видимый свет попадает на фотокатод, где выбивают электроны. Затем поток электронов может быть усилен высоким напряжением и фокусировкой. После этого поток электронов попадает на фосфорисцирующий экран, который конвертирует поток электронов в видимый свет. Видимый свет конвертируется в цифровое изображение фоточувствительной матрицей.

Контраст

Рентгеновские лучи поглощаются тканями. Степень поглощения зависит от плотности тканей. Рентгеновское изображение выглядит как негатив, т.е. более яркие части соответствуют местам, куда попало меньше фотонов. Кости имеют большую плотность, поэтому поглощают больше фотонов, следовательно, на изображении выглядят более белыми, чем мягкие ткани.

Термин контраст относится к способности различать различные структуры на изображении.

Необходимо настраивать мощность и время рентгеновского излучения таким образом, чтобы минимизировать излучение при сохранении контраста изображения.

Поскольку мягкие ткани поглощают очень мало энергии излучения на рентгеновских изображениях невозможно различить разные типы мягких тканей. Поэтому используют контрастные вещества, которые поглощают значительно больше энергии излучения, чем мягкие ткани. Примером служит барий. Барий является токсичным, поэтому используют его сульфат.

Для исследования пищевода пациенту предлагается глотнуть суспензию сульфата бария. В это время делается серия рентгеновских снимков, таким образом, на изображениях пищевод, наполненный барием, выглядит контрастно по отношению к другим мягким тканям, что позволяет оценить его состояние.

Для этой процедуры используется рентгеноскопия (Fluoroscopy). Это один из методов рентгеновского исследования, при котором рентгеновские лучи проецируются на флуоресцентную поверхность. В отличие от реннтгенографии (Projectional Radiography), в которой получается одно статическое изображение (рентгенограмма), рентгеноскопия позволяет получать серию изображений, просматривая таким образом динамику изменения формы или расположения исследуемых объектов.

Клиническое применение

Применяется рентгенография там, где необходимо обследование формы объектов, взаимное расположение либо наличие объектов различной плотности. Обычно, для обследования костей, зубов, груди, желудочно-кишечного тракта, почек (Урография (pielogramm)), сосудов (Ангиография - изучение сосудов с применением контраста).

Ангиография

Ангиография - один из методов рентгеновского исследования сосудов, основанный на использовании контрастного вещества.

Сначала получают маскирующее изображение без контраста, затем получают изображение с контрастом (opacification image). Поле этого, в простейшем случае, маску вычитают попиксельно и получают на изображении только контрастные сосуды. Движение пациента между снимками может привести к рассогласованию изображений и появлению нежелательного фона. Для уменьшения эффекта рассогласования либо заново получают маскирующее изображение либо применяют методы коррекции, как сдвиг пикселей (pixel shifting).

Ещё одна проблема при вычитании маски – нелинейность поглощения энергии излучения органами. Это приводит к появлению артефактов на изображениях, в случае, когда получаем серию изображений, с контрастом, а вычитаем всегда одну и ту же маску, полученную вначале. Для уменьшения артефактов перед вычитанием маски получаем попиксельно его логарифм.

Также для временной фильтрации изображений используется метод, при котором на результирующем изображении остаются только признаки, имеющиеся на трёх и более изображениях последовательности.

Абсорбциометрия

Абсорбциометрия используется для определения плотности костей (bone mineral density) для диагностики остеопароза. Методика основана на том факте, что рентгеновские лучи проникают через ткани тела с различной интенсивностью, в зависимости от их энергии. Используется несколько сканов с различной интенсивностью лучей для расчета плотности костей.

Доза, получаемая пациентом, очень мала по сравнению с дозой, получаемой при стандартном сканировании груди. Результат обследования сильно зависит от оборудования. Разные устройства могут дать значительно отличающийся результат (поэтому важно обследовать пациента на одном и том же оборудовании). Из-за этого технология не лицензирована во многих странах.

Плотность рассчитывается, путём суммирования сигнала в области интереса на изображении. Область интереса выделяется вручную или автоматически, используя деформационную модель скелета (deformable model of human body anatomy).

Обычно результат выдаётся в виде z-scores ((x – среднее ) / стандартное отклонение). Величина зависит от возраста, пола, нации. Определённый диапазон является нормой, за пределами – может указывать на остеопароз.

Более точной технологией для диагностики остеопароза является QCT (quantitiative CT).

Поскольку проекция для абсорбциометрия является двухмерной очень важно правильно укладывать пациента.

Ортопантомограмма

Ортопантомограмма (панорамный снимок) предназначена для визуализации некоторого среза (искривлённого в случае с челюстями) в одном панорамном изображении.

При движении источника излучения и приёмника (плёнки) в противоположные сторону получается, что только одна плоскость находится постоянно в фокусе. Таким образом можно визуализировать избирательно одну плоскость. Остальные плоскости будут размытыми.

В зависимости от скорости движения камеры и плёнки разные плоскости будут спроецированы. Меньше скорость – плоскость ближе к плёнке (и толще). Больше скорость – плоскость ближе к источнику (и тоньше).