4 курс / Лучевая диагностика / Выбор_оптимальных_физико_технических_условий_рентгенографии_Соколов

каждой из них заметно сказывается на суммарной разрешающей способности. Если одна из составляющих очень мала, то суммарная разрешающая способность практически равна ей и изменение другой, значительно большей составляющей, не влияет на величину суммарной разрешающей способности.

КОНТРАСТЫ В РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОМ ИЗОБРАЖЕНИИ

Контраст, получаемый в результате фотометрии рентгеновских снимков, называют объективным, или фотографическим. Контраст же, воспринимаемый наблюдателем, называют субъективным, или оптическим.

При прохождении через тело человека рентгеновские лучи претерпевают ослабление за счет истинного поглощения и рассеяния. Степень ослабления рентгеновских лучей зависит от атомных номеров химических элементов, составляющих исследуемый объект, т. е. плотности, а также толщины отдельных его деталей и от длины волны падающего на объект рентгеновского излучения.

Рентгеновские лучи, проходящие через любую часть тела человека, ослабляются в нем по-разному, так как тело человека представляет собой негомогенный объект. После прохождения рентгеновских лучей через тело человека появляется дифференцированный пучок рентгеновских лучей с различной энергией квантов. Такой дифференцированный пучок лучей, несущий в пространстве не видимое глазами зеркальное изображение структуры объекта, называют лучевым рельефом, который характеризуется лучевым контрастом или фотографическим контрастом интенсивностей, выражающим отношение разности двух интенсивностей излучения одного лучевого рельефа к их сумме:

где Сл — лучевой контраст; I1 — интенсивность излу-

чения фона; I2 — интенсивность излучения за деталью объекта.

Лучевой контраст зависит от разницы атомных номеров химических элементов, составляющих данный объект исследования: чем больше эта разница, тем больше лучевой контраст, и наоборот. Например, кости в основном состоят из кальция (атомный номер 20), фосфора (атомный номер 15) и кислорода (атомный номер 8), а мягкие ткани — на 90% из воды, т. е. из водорода (атомный номер 1) и кислорода (атомный номер 8). Иначе, лучевой контраст зависит от соотношения в плотностях веществ, через которые проходят рентгеновские лучи, а именно: чем больше разница в плотностях веществ, тем больше лучевой контраст, и наоборот. Ниже приводятся плотности некоторых тканей человека, жидкостей и воздуха:

Из приведенных данных видно, что наименьшее ослабление рентгеновские лучи испытывают в воздухе и наибольшее — в костной ткани; все мягкие ткани, за исключением жировой, ослабляют рентгеновские лучи приблизительно так же, как вода; жировая ткань ослабляет рентгеновские лучи несколько меньше, чем другие мягкие ткани.

Большое различие в плотностях мягких тканей (1 г/см3) и костной ткани (1,2—1,9 г/см3) обусловливает лучевой контраст для получения на рентгенографической пленке изображения скелета человека в условиях естественного контраста.

Соотношения толщин отдельных структур в исследуемом объекте также влияют на лучевой контраст: чем больше разница в толщине, тем значительнее разница в ослаблении рентгеновских лучей, тем больше лучевой контраст. Однако в медицинской рентгенографии чаще приходится иметь дело с малыми различиями по толщине, что при низких атомных номерах химических элементов, входящих в состав тела чело-

века, обусловливает малые естественные контрасты и, следовательно, незначительный лучевой контраст.

На лучевой контраст также влияет длина волны рентгеновских лучей. Исходя из закономерностей ослабления рентгеновских лучей при прохождении через тело человека, для лучшего выявления малых различий по плотности и толщине целесообразно использовать мягкое излучение, т. е. рентгеновские лучи с возможно большей длиной волны. Чем мягче рентгеновские лучи, тем больше лучевой контраст и тем лучше выявляемость малых различий по толщине и плотности исследуемого объекта. Однако при применении мягкого излучения изображение кости на рентгенограмме получается однотонным, т. е. бесструктурным. Для получения изображения структуры кости необходимо применять более жесткое излучение. Ослабление рентгеновских лучей, имеющих большую длину волны, может оказаться значительным и в мягких тканях. Поэтому для рентгенографии используется не мягкое, а в основном излучение средней жесткости, получаемое при величинах напряжения на трубке от 50 до 100 кВмакс. Это излучение обеспечивает наилучшую выявляемость деталей в исследуемом объекте при возможно меньшей лучевой нагрузке на пациента.

Однако естественный лучевой контраст органов и тканей человека, за некоторым исключением, очень мал. Если принять ослабление рентгеновских лучей в воде равным 1000, то при средней жесткости излучения ослабление для мышечной ткани выразится тем же числом (1000), для жировой ткани — 533, для легочной ткани — 846, для сердечной мышцы—1056, почечной ткани—1061, ткани печени—1075, ткани селезенки—1118, костной ткани — 5000 [63]. Недостаточно контрастируют с окружающими тканями и органами, например, почки, кишечник, желудок, желчный пузырь и другие внутренние органы. Однако новые методики рентгенологического исследования, такие, как компьютерная томография и электрорентгенография, позволяют получать раздельное изображение тканей, мало отличающихся по способности поглощать рентгеновское излучение, даже без искусственного контрастирования. В основном же исследование объектов с малыми естественными контрастами

проводится в условиях искусственного контрастирования. Оно создается введением в исследуемый объект веществ, содержащих химические элементы с более высокими или более низкими атомными номерами, чем атомные номера химических элементов, входящих в состав исследуемого органа, т. е. негативные и позитивные средства искусственного контрастирования. К негативным относятся средства, в состав которых входят химические элементы с более низкими атомными номерами, чем атомные номера химических элементов, входящих в состав объекта исследования. Негативные средства контрастирования ослабляют рентгеновские лучи значительно слабее, чем ткани тела человека, и поэтому на рентгенографической пленке изображение исследуемого объекта строится почернениями с большей плотностью, чем изображение окружающих его тканей и органов. К позитивным средствам контрастирования относятся те вещества, в состав которых входят химические элементы с более высокими атомными номерами, чем атомные номера химических элементов, входящих в состав объекта исследования. Позитивные средства контрастирования ослабляют рентгеновские лучи значительно сильнее, чем ткани человека, и поэтому на рентгенографической пленке изображение исследуемого объекта строится почернениями с меньшей плотностью, чем изображение окружающих его тканей и органов.

Рентгенография легких производится при задержке дыхания пациентом после глубокого вдоха. Во время вдоха . легочные альвеолы заполняются воздухом, плотность которого примерно в 700 раз меньше плотности мягких тканей, в том числе и легочной ткани. При заполнении воздухом альвеол в единице объема легкого содержится значительно больше воздуха, чем легочной ткани. Поскольку плотность воздуха почти в 700 раз меньше плотности легочной ткани, то рентгеновские лучи ослабляются в ней соответственно сильнее, чем в воздухе. В результате на рентгеновском снимке органов грудной полости легочная ткань на фоне воздуха, находящегося в легочных альвеолах, хорошо контрастирует с окружающими ее мягкими тканями. Однако в тех случаях, когда в плевральной полости имеется скопление воздуха (пневмоторакс),

то съемка легких, как правило, производится при задержке дыхания пациентом после полного выдоха. При выдохе в единице объема легкого воздуха содержится значительно меньше, чем легочной ткани, и по этой причине легочная ткань хорошо контрастирует с газом в плевральной полости.

Почки, желудок, желчный пузырь и другие органы, за исключением сердца, незначительно контрастируют с окружающими их тканями и органами, поэтому их исследуют в условиях искусственного контрастирования путем введения веществ, содержащих химические элементы с более высокими атомными номерами, чем атомные номера химических элементов, входящих в состав тканей, окружающих исследуемый орган. Сердце хорошо контрастирует с окружающими его тканями потому, что оно лежит между легкими, содержащими воздух. Если же примыкающая к средостению легочная ткань становится безвоздушной, то контуры сердца становятся неразличимыми («облитерация контура»).

Поскольку в организме человека преобладают незначительные естественные контрасты, то для их усиления и, следовательно, для усиления лучевого контраста используется фотографический материал специального назначения — рентгенографическая пленка. С помощью рентгенографической пленки не видимый для глаз лучевой контраст преобразуется в визуально воспринимаемый контраст в изображении. С визуально воспринимаемым контрастом (К) лучевой контраст (Сл) связан следующей зависимостью:

где у — коэффициент передачи контраста, т. е. коэффициент контрастности, до которого проявлена экспонированная рентгенографическая пленка. Величина коэффициента контрастности показывает кратность усиления лучевого контраста при его преобразовании в визуально воспринимаемый контраст в рентгенографическом изображении.

Согласно формуле (20), визуально воспринимаемый контраст в изображении тем значительнее, чем больше коэффициент контрастности рентгенографической пленки и лучевой контраст. Однако эта формула

не учитывает влияния рассеянного рентгеновского излучения на контраст в изображении, который всегда понижается с увеличением количества рассеянных рентгеновских лучей.

Значение коэффициента контрастности определяется во время сенситометрического испытания рентгенографической пленки, по экспериментально постро-

8. Схема, поясняющая один из способов определения коэффициента контрастности фотографического материала

Объяснение в тексте

енной характеристической кривой. Для этого выбирают практически прямолинейный участок характеристической кривой (рис. 8) и по нему рассчитывают коэффициент контрастности:

где D2 и D1 — оптические плотности, отвечающие концу и началу прямолинейного участка характеристической кривой; Н2 и H1 — экспозиционные дозы рентгеновского излучения, вызывающие образование оптических плотностей D2 и D1; a — угол наклона прямолинейного участка характеристической кривой к оси абсцисс.

Если приращение оптических плотностей почернений выразить как D2 — D1 = a, а приращение величин логарифмов экспозиционных доз рентгеновского излучения— как H2 — Н1 = b, то формулу (21) можно записать в следующем упрощенном виде:

Таким образом, коэффициентом контрастности является отношение приращения оптических плотностей к приращению величин логарифмов экспозиционных доз рентгеновского излучения, соответствующих прямолинейному участку характеристической кривой рентгенографической пленки, которое выражает степень контрастности испытуемой пленки.

Значение коэффициента контрастности рентгенографических пленок высокое. Если же использовать рентгенографические пленки с меньшим коэффициентом контрастности, то незначительная разность ин-тенсивностей рентгеновского излучения одного луче-

9. Зависимость чувствительности (S), коэффициента контрастности (у) и оптической плотности вуали (D0) от продолжительности проявления

Объяснение в тексте

вого рельефа будет давать визуально незаметную разность оптических плотностей почернений, а поэтому мелкие детали на таких рентгеновских снимках видны не будут. На рентгенограммах, приведенных на рентгенографической пленке с высоким коэффициентом контрастности и в сочетании с комплектом усиливающих экранов, изображение имеет вид, который получается при низком анодном напряжении на рентгеновской трубке. Это позволяет использовать повышенную жесткость рентгеновского излучения и получить соответственно меньший лучевой контраст.

Контрастность рентгенографической пленки главным образом зависит от однородности распределения эмульсионных микрокристаллов по размерам. Чем однороднее размеры, тем выше контрастность фотографической эмульсии, и наоборот.

Величина коэффициента контрастности также зависит от продолжительности процесса проявления и

температуры проявляющего раствора. На рис. 9 приведен график изменения коэффициента контрастности (у), оптической плотности вуали (D0) и чувствительности

(S) фотографического материала в зависимости от продолжительности проявления. Из графика видно, что чувствительность и коэффициент контрастности с увеличением времени проявления сначала возрастают, достигая максимальных значений, а затем снижаются, в то время как оптическая плотность ву-

10. Зависимость оптических плотностей изображения (Dиз) и вуали (Do) от продолжительности проявления (t)

Объяснение в тексте

али непрерывно увеличивается. Снижение чувствительности и коэффициента контрастности обусловлено тем, что к данному моменту проявления все экспонированные эмульсионные зерна, соответствующие экспозиционным дозам рентгеновского излучения верхней части характеристической кривой, уже проявлены и оптические плотности изображения, соответствующие этим экспозиционным дозам излучения, более не увеличиваются, в то время как рост вуали с увеличением времени проявления продолжается не менее интенсивно, чем ранее. Эта зависимость показана на следующем графике (рис. 10). Начиная с определенного момента проявления (t1), верхняя часть характеристической кривой более не поднимается, в то время как нижняя ее часть продолжает подниматься. Это значит, что после момента проявления (t1) увеличение плотности вуали непрерывно продолжается. Плотность вуали может быть настолько велика, что детали изображения, образованные действием малых экспозиционных доз излучения, визуально станут неразличимы.

В целях предупреждения чрезмерного роста вуали, экспонированные рентгенографические пленки следует проявлять до рекомендуемого коэффициента контрастности, значение которого достигается за время проявления, указанное на этикетке упаковки пленки. Однако допустимо увеличение продолжительности проявления пленок до максимального значения коэффициента контрастности, но при условии, если плотность вуали проявляемой пленки по абсолютному значению невелика. Проявление пленок до максимального значения коэффициента контрастности позволяет снизить экспозиционную дозу рентгеновского излучения и тем самым соответственно повысить чувствительность рентгенографических пленок. Иначе, повышение коэффициента контрастности за счет увеличения времени проявления эквивалентно повышению радиационной чувствительности рентгенографических пленок.

Установлено, что при соблюдении всех правил приготовления и использования проявляющего раствора и обработки экспонированных рентгенографических пленок увеличение продолжительности проявления на 35—40% сверх номинальной не влияет на визуально воспринимаемый контраст в рентгенографическом изображении. Однако вуалирующей способностью обладают все, без исключения, фотографические материалы, при этом фотографическая вуаль всегда имеет тенденцию к усилению, особенно при неблагоприятных условиях хранения рентгенографических пленок и при ее хранении сверх установленного срока. В последнем случае рост вуали обусловливается процессом частичного разложения основы и эмульсионного слоя пленок. Даже при нормальных условиях хранения пленки в течение гарантийного срока рост вуали может увеличиться в среднем на 50% сверх установленного при выпуске пленок. А в отдельных случаях оптическая плотность фотографической вуали может увеличиться до таких пределов, что использование пленок будет невозможным. Визуально воспринимаемый контраст в рентгенографическом изображении остается практически неизменным, если усиление плотности вуали не превышает 35— 40% первоначальной. С самого начала вуаль возни-

кает в процессе второго (химического) созревания фотографической эмульсии, когда центры чувствительности увеличиваются до столь значительных размеров, что некоторые микрокристаллы соединений серебра оказываются проявляемыми без экспонирования эмульсии, т. е. центры чувствительности в этом случае становятся центрами вуалеобразования и играют отрицательную роль.

Кроме продолжительности проявления, на величину коэффициента контрастности рентгенографической пленки оказывает влияние и температура проявляющего раствора. Чем выше температура, тем быстрее протекает процесс проявления, и наоборот. Отсюда, чем выше температура проявляющего раствора, тем быстрее увеличивается коэффициент контрастности рентгенографической пленки, и наоборот.

Рентгенографические пленки рекомендуется проявлять в бачках при температуре проявляющего раствора 20±0,5°С. За указанное на этикетке упаковки время проявления при такой температуре достигается рекомендуемая величина коэффициента контрастности. Если же температура раствора будет выше или ниже оптимальной, то при неизменной продолжительности проявления коэффициент контрастности соответственно станет больше или меньше рекомендуемо-го значения.

На коэффициент контрастности оказывает влияние состав проявляющего раствора. Проявители можно разбить на четыре группы: мягкие, нормальные, контрастные и особо контрастные. На коэффициент контрастности оказывают влияние природа проявляющего вещества и щелочи. Проявляющие вещества и щелочи распределены по убывающей степени их влияния на коэффициент контрастности: гидрохинон с едким натром, гидрохинон с карбонатом калия или натрия, метол с карбонатом калия или натрия, парааминофенол с карбонатом натрия, глицин с карбонатом калия, амидол. Однако деление проявителей на группы по степени «контрастности» работы весьма условно, так как при одной и той же температуре раствора в «контрастных» проявителях максимальная величина коэффициента контрастности достигается за более короткое время, чем в «мягких».