4 курс / Лучевая диагностика / РЕНТГЕНОВСКОЕ_ИЗОБРАЖЕНИЕ_И_ЕГО_СВОЙСТВА_ФОРМИРОВАНИЕ_РЕНТГЕНОВСКОГО

МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ПОЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО СНИМКА

Глава 1

РЕНТГЕНОВСКОЕ

ИЗОБРАЖЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА

ФОРМИРОВАНИЕ

РЕНТГЕНОВСКОГО

ИЗОБРАЖЕНИЯ

Рентгеновское изображение является основным источником информа ции для обоснования рентгенологического заключения. По сути, это слож ное сочетание множества теней, отличающихся друг от друга формой, величиной, оптической плотностью, структурой, очертанием контуров и т. п. Формируется оно на рентгенографической пленке, экране рентгенов ского аппарата, электрорентгенографической пластине и других приемниках рентгеновского изображения при воздействии на них прошедшего через исследуемый объект неравномерно ослабленного пучка рентгеновского излучения.

Рентгеновское излучение, как известно, относится к электромагнитным, возникает в результате торможения быстро движущихся электронов в момент их столкновения с анодом рентгеновской трубки. Последняя представляет собой электровакуумный прибор, преобразующий электри ческую энергию в энергию рентгеновского излучения. Любая рентгенов ская трубка (рентгеновский излучатель) состоит из стеклянного баллона с высокой степенью разрежения и двух электродов: катода и анода. Катод рентгеновского излучателя имеет вид спирали линейной формы и подклю чен к отрицательному полюсу источника высокого напряжения. Анод выполняется в виде массивного медного стержня. Поверхность его, обра щенная к катоду (так называемое зеркало)7скошена под углом 15—20° и покрыта тугоплавким металлом — вольфрамом или молибденом. Анод подключен к положительному полюсу источника высокого напряжения.

Работает трубка следующим образом: перед включением высокого напряжения нить накала катода нагревается током низкого напряжения (6—14В, 2,5—8А). При этом катод начинает испускать свободные электроны (электронная эмиссия), которые образуют вокруг него электронное облако. При включении высокого напряжения электроны устремляются к положительно заряженному аноду, и при столкновении с ним происходит резкое торможе ние и превращение их кинетической энергии в тепловую энергию и энергию рентгеновского излучения.

Величина тока через трубку зависит от количества свободных электронов, источником которых является катод. Поэтому, изменяя напряжение в цепи накала трубки, можно легко регулировать интенсивность рентгеновского излучения. Энергия же излучения зависит от

разности потенциалов на электродах трубки. С увеличением высокого напряжения она возрастает. При этом уменьшается длина волны и увеличивается проникающая способность

получаемого излучения.

Применение рентгеновского излучения для клинической диагностики заболеваний основано на его способности проникать через различные органы и ткани, не пропускающие лучи видимого света, и вызывать свечение некоторых химических соединений (активированные сульфиды цинка и кадмия, кристаллы вольфрамата кальция, платино синеродистый барий), а также оказывать фотохимическое действие на рентгенографическую

РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА

пленку либо изменять начальный потенциал селенового слоя электрорент генографической пластины.

Следует сразу отметить, что рентгеновское изображение существенно отличается от фотографического, а также обычного оптического, созда ваемого видимым светом. Известно, что электромагнитные волны видимого света, испущенные телами или отраженные от них, попадая в глаз, вызывают зрительные ощущения, которые создают изображение предмета. Точно так же фотографический снимок отображает лишь внешний вид фотографи ческого объекта. Рентгеновское же изображение в отличие от фотографи ческого воспроизводит внутреннюю структуру исследуемого тела и всегда

пленка, флюоресцирующий экран, полупроводниковая пластина). В основе его получения лежит неравномерное поглощение рентгеновского излуче ния различными анатомическими структурами, органами и тканями обсле дуемого.

Как известно, интенсивность поглощения рентгеновского излучения зависит от атомного состава, плотности и толщины исследуемого объекта, а также от энергии излучения. При прочих равных условиях, чем тяжелее входящие в ткани химические элементы и больше плотность и толщина слоя, тем интенсивней поглощается рентгеновское излучение. И, наоборот, ткани, состоящие из элементов с низким атомным номером, обычно имеют небольшую плотность и поглощают рентгеновское излучение в меньшей степени.

Установлено, что если относительный коэффициент поглощения рент геновского излучения средней жесткости водой принять за 1, то для воздуха он составит 0,01; для жировой ткани — 0,5; карбоната кальция — 15, фосфата кальция — 22. Другими словами, в наибольшей степени рентгенов ское излучение поглощается костями, значительно в меньшей степени — мягкими тканями (особенно жировой) и меньше всего — тканями, содержа щими воздух.

Неравномерное поглощение рентгеновского излучения в тканях исследуемой анатомической области обусловливает формирование в пространстве за объектом измененного или неоднородного пучка рентге новских лучей (выходной дозы или дозы за объектом). По сути, этот пучок содержит в себе невидимые глазом изображения (изображения в пучке). Воздействуя на флюоресцирующий экран или рентгенографическую пленку, он создает привычное рентгеновское изображение.

Из вышеизложенного вытекает, что для образования рентгеновского изображения необходимо неодинаковое поглощение рентгеновского излу чения в исследуемых органах и тканях. Это первый абсорбционный закон так называемой рентгеновской дифференциации. Сущность его заключается в том, что любой объект (любая анатомическая структура) может обусло вить появление на рентгенограмме (электрорентгенограмме) или на просве чивающем экране отдельной тени только в том случае, если он будет отли чаться от окружающих его объектов (анатомических структур) по атомному составу, плотности и толщине (рис. 1).

Вместе с тем этот закон не является всеобъемлющим. Различные анато мические структуры могут по разному поглощать рентгеновское излучение, но не давать дифференцированного изображения. Это бывает, в частности,

МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ПОЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО СНИМКА

Рис. 1. Схема дифференци рованного рентгеновского изображения анатомических структур, имеющих различ ную плотность и толщину (поперечное сечение бедра).

1 — рентгеновский излучатель;

2 — мягкие ткани; 3 — корко

Рис. 2. Отсутствие дифферен цированного изображен и я раз личных по плотности тканей при перпендикулярном на правлении пучка рентгенов ского излучения к их поверх ностям.

Рис. 3. Отчетливое диффе ренцированное изображение теней, имеющих различную плотность при тангенциаль ном направлении пучка рент геновского излучения к их поверхностям.

когда пучок рентгеновского излучения направлен перпендикулярно к поверхности каждой из различных по прозрачности сред {рис. 2).

Однако если изменить пространственные соотношения между погра ничными поверхностями исследуемых структур и пучком рентгеновского из лучения, так чтобы ход лучей соответствовал направлению этих поверхностей, то каждый объект даст дифференцированное изображение (рис. 3). В таких условиях различные анатомические структуры наиболее отчетливо отобра жаются при направлении центрального пучка рентгеновского излучения касательно к их поверхности. Это суть тангенциального закона.

РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Как уже отмечалось, рентгеновское изображение формируется при прохождении пучка рентгеновского излучения через исследуемый объект, имеющий неравномерную структуру. При этом пучок излучения на своем пути пересекает множество точек, каждая из которых в той или иной степени (в соответствии с атомной массой, плотностью и толщиной) поглощает его энергию. Однако суммарное ослабление интенсивности излучения не зависит от пространственного расположения отдельных поглощающих его точек. Данная закономерность схематически представлена на рис. 4.

Очевидно, что все точки, вызывающие в сумме одинаковое ослабление пучка рентгеновского излучения, несмотря на различное пространственное расположение в исследуемом объекте, на снимке, сделанном в одной проекции, отображаются на одной плоскости в виде теней одинаковой интенсивности.

Эта закономерность свидетельствует о том, что рентгеновское изобра жение является плоскостным и суммационным,

Суммационный и плоскостной характер рентгеновского изображения может обусловить не только суммацию, но и субтракцию (вычитание) теней изучаемых структур. Так, если на пути рентгеновского излучения имеются участки как уплотнения, так и разрежения, то повышенное их поглощение в первом случае компенсируется пониженным во втором (рис. 5). Поэтому при исследовании в одной проекции не всегда удается отличить истинное уплотнение или разрежение в изображении того или иного органа от суммации или, наоборот, субтракции теней, расположен ных по ходу пучка рентгеновского излучения.

Отсюда вытекает очень важное правило рентгенологического исследо вания: для получения дифференцированного изображения всех анатоми ческих структур исследуемой области нужно стремиться делать снимки как минимум в двух (лучше в трех) взаимно перпендикулярных проекциях: прямой, боковой и осевой (аксиальной) либо прибегать к прицельной съемке, поворачивая больного за экраном просвечивающего устройства (рис. 6).

Известно, что рентгеновское излучение распространяется от места своего образования (фокуса анода излучателя) в виде расходящегося пучка. Вследствие этого рентгеновское изображение всегда увеличенное. Степень проекционного увеличения зависит от пространственных взаимо отношений между рентгеновской трубкой, исследуемым объектом и прием ником изображения. Эта зависимость выражается в следующем. При неизменном расстоянии от объекта до приемника изображения, чем меньше расстояние от фокуса трубки до исследуемого объекта, тем значи тельней выражено проекционное увеличение. По мере же увеличения фокусного расстояния размеры рентгеновского изображения уменьшаются и приближаются к истинным (рис. 7). Противоположная закономерность наблюдается при увеличении расстояния «объект — приемник изображе ния» (рис. 8).

При значительном удалении исследуемого объекта от рентгенографи ческой пленки или другого приемника изображения величина изображе ния его деталей существенно превосходит их истинные размеры.

Рис. 4. Идентичное суммар

ное изображение нескольких

точек на снимке при различ

ном пространственном рас

положении их в исследуе мом объекте (по В. И. Феок тистову).

Рис. 5. Эффект суммации (а)

и субтракции (б) теней.

Проекционное увеличение рентгеновского изображения в каждом конкретном случае легко рассчитать, разделив расстояние «фокус трубки — приемник изображения» на расстояние «фокус трубки — иссле дуемый объект». Если данные расстояния равны, то проекционное увеличе ние практически отсутствует. Однако на практике между исследуемым объектом и рентгенографической пленкой всегда имеется какое то расстоя ние, обусловливающее проекционное увеличение рентгеновского изобра жения. При этом нужно иметь в виду, что при съемке одной и той же анатомической области различные ее структуры будут находиться на разном расстоянии от фокуса трубки и приемника изображения. Например, на прямом переднем снимке грудной клетки изображение передних отделов ребер будет увеличено в меньшей степени, чем задних.

Количественная зависимость проекционного увеличения изображения структур исследуемого объекта (в %) от расстояния «фокус трубки — пленка» (РФТП) и расстояния от этих структур до пленки отражена в табл. 1 [Соколов В. М., 1979].

Рис. 7. Зависимость между

расстоянием фокус трубки —

объект и проекционным уве

личением рентгеновского

изображения.

С увеличением фокусного рас стояния проекционное увеличе

ние рентгеновского изображе

ния уменьшается.

Рис. 8. Зависимость между расстоянием объект — при емник изображения и проек

ционным увеличением рент геновского изображения.

С увеличением расстояния объ ект — приемник изображения проекционное увеличение рент геновского изображения воз

растает.

Из изложенного очевидно, что в тех случаях, когда необходимо, чтобы размеры рентгеновско го изображения были близки к истинным, следует максимально приблизить исследуемый объект к кассете или просвечивающему экрану и удалить трубку на максимально возможное расстояние. При выполнении последнего условия необходимо учитывать мощность рентгенодиагностического

аппарата, так как интенсивность излучения изменяется обратно пропор ционально квадрату расстояния. Обычно в практической работе фокусное расстояние увеличивают максимум до 2—2,5 м (телерентгенография). В этих условиях проекционное увеличение рентгеновского изображения бывает минимальным. Например, увеличение поперечного размера сердца при съемке в прямой передней проекции составит всего 1—2 мм (в зави симости от удаления от пленки). В практической работе необходимо еще учитывать следующее обстоятельство: при изменении РФТП в образовании контуров тени исследуемого объекта принимают участие различные его участки. Так, например, на снимках черепа в прямой передней проекции

Рис. 10, Проекционное умень шение рентгеновского изоб ражения структур линейной формы в зависимости от их расположения по отношению к центральному пучку рент геновского излучения.

Рис. 11. Изображение плос костного образования при направлении центрального пучка рентгеновского излуче ния перпендикулярно к нему и к приемнику изображения

(а) и при направлении цент рального луча вдоль плос костного образования (б).

при минимальном фокусном расстоянии краеобразующими являются участки, расположенные ближе к трубке, а при значительном РФТП — расположенные ближе к приемнику изображения (рис. 9).

Несмотря на то, что рентгеновское изображение в принципе всегда является увеличенным, при определенных условиях наблюдается проек ционное уменьшение исследуемого объекта. Обычно такое уменьшение касается изображения плоскостных образований либо структур, имеющих линейную, продолговатую форму (бронхи, сосуды), если их главная ось не параллельна плоскости приемника изображения и не перпендикулярна центральному пучку рентгеновского излучения (рис. 10).

Очевидно, что тени бронхов, а также сосудов или каких либо еще объектов продолговатой формы имеют максимальные размеры в тех слу чаях, когда их главная ось (при параллельной проекции) перпендикулярна к направлению центрального луча. По мере же уменьшения или увеличения угла, образуемого центральным лучом и длинником исследуемого объекта,

Рис. 12. Искажение изобра

жения шара при рентгеноло гическом исследовании ко сым лучом (а) или при косом расположении {по отношению к центральному лучу) прием ника изображения {б).

Рис. 13. «Нормальное» изобра жение объектов шаровидной

(а) и продолговатой (б) фор мы при исследовании в косой проекции.

Положение трубки и кассеты изменено таким образом, чтобы центральный пучок рентгенов ского излучения проходил че рез центр объекта перпендику лярно кассете. Продольная ось объекта продолговатой формы проходит параллельно плос кости кассеты.

размеры тени последнего постепенно уменьшаются. В ортоградной проек ции (по ходу центрального луча) заполненный кровью сосуд, как и любое линейное образование, отображается в виде точечной гомогенной тени, бронх же имеет вид кольца. Сочетание таких теней обычно определяется на снимках или на экране рентгеновского аппарата при просвечивании легких.

В отличие от теней других анатомических структур (уплотненных лимфатических узлов, плотных очаговых теней) при поворотах они при обретают линейный характер.

Аналогичным образом происходит формирование рентгеновского изображения плоскостных образований (в частности, при междолевых плевритах). Максимальные размеры тень плоскостного образования имеет

РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ И ЕГО СВОЙСТВА

в тех случаях, когда центральный пучок излучения направлен перпенди кулярно к исследуемой плоскости и пленке. Если же он проходит вдоль плоскостного образования (ортоградная проекция), то это образование отображается на снимке или на экране в виде интенсивной линейной тени

(рис.11).

Необходимо иметь в виду, что в рассмотренных вариантах мы исходили из того, что центральный пучок рентгеновского излучения проходит через центр исследуемого объекта и направлен в центр пленки (экрана) под прямым углом к ее поверхности. К этому обычно стремятся в рентгено диагностике. Однако в практической работе исследуемый объект нередко находится на некотором удалении от центрального луча либо кассета с плен кой или экран расположены к нему не под прямым углом (косая проекция). В таких случаях вследствие неравномерного увеличения отдельных сегмен тов объекта происходит деформация его изображения. Так, тела шаровид ной формы вытягиваются преимущественно в одном направлении и при обретают форму овала (рис.12). С подобными искажениями чаще всего приходится сталкиваться при исследовании некоторых суставов (головки бедренной и плечевой костей), а также при выполнении внутриротовых снимков зубов.

Для уменьшения проекционных искажений в каждом конкретном случае необходимо добиваться оптимальных пространственных взаимо отношений между исследуемым объектом, приемником изображения и центральным лучом. Для этого объект устанавливают параллельно пленке (экрану) и через его центральный отдел и перпендикулярно к пленке направляют центральный пучок рентгеновского излучения. Если по тем или иным причинам (вынужденное положение больного, особенность строения анатомической области) не представляется возможным придать объекту необходимое положение, то нормальные условия съемки достигаются путем соответствующего изменения положения фокуса трубки и прием ника изображения — кассеты (без изменения положения больного), как это показано на рис. 13.

ИНТЕНСИВНОСТЬ ТЕНЕЙ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Интенсивность тени той или иной анатомической структуры зависит от ее «рентгенопрозрачности», т. е способности поглощать рентгеновское излучение. Эта способность, как уже говорилось, определяется атомным составом, плотностью и толщиной исследуемого объекта. Чем тяжелее химические элементы, входящие в анатомические структуры, тем больше они поглощают рентгеновское излучение. Аналогичная зависимость сущест вует между плотностью исследуемых объектов и их рентгенопрони цаемостью: чем больше плотность исследуемого объекта, тем интенсивнее его тень. Именно поэтому при рентгенологическом исследовании обычно легко определяются металлические инородные тела и очень сложен поиск инородных тел, имеющих малую плотность (дерево, различные виды пластмассы, алюминий, стекло и др.).

В зависимости от плотности принято различать 4 степени прозрачности сред: воздушную, мягкотканную, костную и металлическую. Таким обра