Д. ЦИФРОВАЯ ВИЗУАЛИЗАЦИЯ

Стандартная пленочно-экранная рентгенография с химичес­ ким проявлением снимков существует уже более 100 лет с мо­ мента открытия рентгеновских лучей в 1895 г. и по сей день ос­ тается преобладающим метолом рентгенографии.

Однако развитие компьютерных методов получения и об­ работки рентгеновского изображения за последние 20 — 30 лет ввели в обращение абсолютно новый формат медицинского изображения — цифровой.

Пленочно-экранная рентгенография с химическим проявле­ нием скорее всего будет вытесняться из практики по мере со­ вершенствования цифровых технологий. Однако это не отменя­ ет необходимости изучать и знать рентгеновскую анатомию и укладки, как это изложено в данном руководстве.

Профессионалам, занятым в рентгенодиагностике, следует все время быть в курсе развития новых систем визуализации, способов получения, обработки, передачи и архивирования цифровых изображений. В этом разделе главы 1 рассматрива­ ются различные системы цифровой рентгенографии и их при­ менение в настоящее время.

Методы цифровой визуализации развиваются настолько быс­ тро, что стандартная терминология в этой области еще оконча­ тельно не создана, но ряд терминов, описывающих различные цифровые методы и устройства обработки изображений, уже существуют и приводятся ниже.

Система архивирования и передачи изображений (PACS — Picture Archiving and Communication System)

Прогресс компьютерной индустрии и сетевых технологии уси­ ливает тенденцию перехода отделений лучевой диагностики от пленочно-экранной технологии получения изображений к

цифровым изображениям и архивам. Это означает переход от пленочных рентгенограмм с их обработкой, просмотром на не­ гатоскопе и хранением в архиве к электронным изображениям на экране монитора, их компьютерной обработке и хранению в электронном архиве.

Компьютерная система архивирования и передачи меди­ цинских изображений (PACS) создана именно для работы с та­ кими изображениями.

Английская аббревиатура PACS расшифровывается следую­ щим образом:

Р— Picture: изображение. А — Archiving: архивирование.

С— Communication: передача (отсылка и получение) изображе­ ний. S — System: система.

РACS — состоит из аппаратной части (компьютеры, объеди­

ненные в локальную сеть и отдельный блок хранения инфор­ мации) и программного обеспечения, связывающего в еди­

ную сеть различные диагностические установки, работающие с цифровыми изображениями (радионуклидная диагностика, ультразвуковые сканеры, КТ, МРТ, ангиография, маммография, рентгенографии), как показано на рис. 1-151.

Компьютерная томография (КТ)

КТ появилась в конце 1970-х годов и стала первым методом в лучевой диагностике, в котором для получения медицинского изображения использовались компьютеры и для диагностики стало использоваться цифровое изображение.

В компьютерном томографе в процессе исследования рент­ геновская трубка движется вокруг пациента, выполняя множес­ тво проекций под разными углами строго диафрагмированным рентгеновским пучком. Полученные во время такого сканирова­ ния данные обрабатываются компьютером, который восстанав­

Информационная Цифровые методы система (БИС/РИС)

получения изображения

Цифровые

архивы

Диагностические рабочие станции

Контрольные станции всей системы

Виды аппаратов

Рабочие станции Телерадиология обработки информации

после исследования (постпроцессинг)

Рис. 1-151. Полная PACS-сеть, включающая рентгенодиагностичес­ кие,) аппараты, получающие цифровe изображение, линии связи, сис­ темы протоколирования и архивирования

ливает цифровое изображение тканей сканированного слоя и

Рис. 1-152. Компьютерный томограф (предоставлено Philips Medical Systems)

воспроизводит его на экране монитора без наложения располо­ женных вне этого слоя структур. Это изображение можно срав­ нить с нарезанным тонкими ломтиками батоном. Если обычная рентгенография дает изображение всего «батона», то КТ дает изображения отдельных тонких слоев, которые можно рассмат­ ривать по отдельности.

В настоящее время КТ является исключительно ценным и ши­ роко применяемым в различных областях диагностики методом (КТ подробно описывается в главе 22).

Цифровая флюороскопия (ЦФ)

Примерно в то же время, что и КТ (1970-1980-e годы), поя­ вился другой метод получения цифрового изображения в рент­ генодиагностике — цифровая флюороскопия (флюорогра­ фия). Рентгеновское изображение формируется с помощью РЭОП усилителя рентгеновского изображения (рис. 1-153). Возникающее на выходном окне РЭОП видимое (аналоговое) изображение регистрируется видеокамерой с высоким разре­ шением и затем преобразуется в цифровую форму (см. верх­ нюю схему на рис. 1-154). Динамическое изображение резуль­ татов цифровой флюороскопии воспроизводится на экране мо­ нитора как в ходе самого исследования, так при необходимос­ ти и после его завершения. Изображение может по желанию исследователя обрабатываться различным образом, а также его можно изучать с любого рабочего места локальной сети. Изображения можно распечатать на принтере и (или) архиви­ ровать в цифровом виде.

Новые технологии1. Самым последним достижением в циф­ ровом просвечивании на время создания этого руководства стала прямая регистрация изображения цифровым детекто­ ром (типа «плоская панель»). В этой системе вместо РЭОП с ви­ деокамерой установлен цифровой детектор, непосредственно трансформирующий видимое изображение в цифровой фор­ мат (сравните схемы обеих систем на рис. 1-154). Такая новая система улучшает качество изображения за счет снижения уровня шума и искажений, которые более выражены в длинной цепи преобразований первой системы (более подробное объяс­ нение см. на стр. 55).

Компьютерная рентгенография (КР) на запоминающих люминофорных пластинах

Примерно в тот же период, в 70 - 80-е годы 20-го века, появился третий популярный сегодня метод создания цифрового изоб­ ражения - компьютерная рентгенография (КР). Основным ее элементом являются запоминающие люминофорные пласти­

ны, считывающее устройство (сканер) и рабочая станция. Люминофорная запоминающая пластина. В системе КР ис­

пользуются обычная рентгеновская трубка и снимочный стол (рис. 1-155), но вместо обычной кассеты с экранами и пленкой в кассетодержатель вставляется кассета со специальной люми­ нофорной пластиной. На пластине во время экспозиции обра­ зуется скрытое изображение, подобное тому, которое возни­ кает на рентгеновской пленке под воздействием рентгеновских лучей.

Люминофорные пластины могут быть использованы мно­ гократно, кассеты с ними можно даже на короткое время от­ крывать на свету без риска потери скрытого изображения. Пластины выпускаются всех стандартных размеров, которые приведены на стр. 48.

Данные о пациенте можно внести в КР-изображение элект­ ронным способом через штрихкод или клавиатурой считыва­ ющего устройства или рабочей станции. Поэтому на этих кас­ сетах нет окошек для оптического впечатывания данных паци­ ента.

1На момент публикации русского перевода Руководства динамические ва­ рианты «плоских панелей» (см. стр. 55) существуют только в виде прототи­ пов. - Ред.

УРИ

Рис. 1-153. Цифровая флюороскопия (предоставлено Philips Medical Systems)

Традиционная цифровая флюороскопия

Система цифровой флюорографии, основанная на детекторе прямого преобразования

рентгеновского излучения

Рис. 1-154. Сравнение двух систем цифровой флюороскопии (из иллюстративного материала GE Medical Systems)

Кассета

Пластина из запоминающего

люминофора

Кассета с пластиной

из запоминающего люминофора

Рис. 1-155. Компьютерная рентгенография

Считывающее устройство (сканер). После экспонирования кас­ ceты с люминофорной пластиной ее помещают в считывающее устройство. Внутри него пластина автоматически извлекается из кассеты, и скрытое изображение считывается с пластины путем ее построчного сканирования лазером. При сканировании лазе­ ром люминофор высвобождает электроны, при переходе с ме­ тастабильного уровня, на котором они оказались после экспози­ ции, в основное состояние, излучающие свет. Световой сигнал оцифровывается, что позволяет его в дальнейшем обрабаты­ вать, просматривать и при необходимости распечатывать. Затем пластина в считывающем устройстве стирается, вновь вставля­ ется в кассету и выдается наружу для повторного использова­ ния. Весь процесс занимает от 20 с до 3 мин.

Компьютерная рабочая станция. Станция, кроме системного блока, может включать в себя штрихкодовое считывающее уст­ ройство (опционально), монитор для воспроизведения изображе­ ния и клавиатуру с мышью или трекболом для управления парамет­ рами изображения. После этого изображение либо архивируется в цифровом виде, либо распечатывается медицинским принтером.

Передача изображения (телемедицина). Цифровой файл с изображением можно передать на другие мониторы высокого разрешения для анализа рентгенологом или лечащим врачом. Его можно также передать по телефонной линии или спутнико­ вой связи в более удаленные точки, где его можно будет рас­ сматривать или распечатать.

Выбор параметров экспозиции на системах компьютерной рентгенографии

Методика экспозиции при КР не отличается от стандартной рентгенографии, но компьютер рабочей станции может выпол­ нить компенсацию экспозиции в соответствии с заранее задан­ ным алгоритмом после считывания изображения с пластины. Производители используют множество названий для подобных систем компенсации экспозиции, но в каждой из них имеется функция компенсации яркости и контрастности изображения. Кроме того, они могут изменять размер изображения и повы­ шать его резкость.

Наиболее существенным преимуществом КР перед экраннопленочной рентгенографией является возможность компенси­

ровать почти пятикратное переэкспонирование и 80%-ное не­ доэкспонирование, если параметры экспозиции были установ­ лены вручную, а рентгеноэкспонометр не использовался. Это преимущество позволяет резко снизить или даже устранить совсем необходимость повторной съемки из-за неправильном экспозиции, что бывает особенно важно при исследовании па­ циентов с травмой с помощью мобильных аппаратов.

Однако и при КР следует пользоваться стандартными пара­ метрами экспозиции с установкой соответствующего значения кВ, поскольку преднамеренное переэкспонирование ведет к по­

вышенному облучению пациента, а существенное недоэкспо­ нирование связано с повышенным уровнем шума на изображе­ нии и потерей качества изображения.

Предупреждение: при ручной установке параметров экспози­ ции (без рентгеноэкспонометра) возможность переэкспониро­ вания становится весьма реальной, учитывая способность сис­ темы компенсировать 5-кратное переэкспонирование. Поэтому при работе с системой КР следует тщательно контролировать

параметры экспозиции и не допускать их превышения.

Укладка пациента при работе с системой компьютерной рентгенографии

При КР особое значение приобретает правильное центриро­ вание, так как в большинстве подобных систем используется принцип центрального доминирующего поля, параметры кото­

Люминофорная

пластина в кассете

Рис. 1-156. Считывающее устройство (процессор) и компьютерная рабочая станция (предоставлено Philips Medical Systems)

Свинцовый экран

Рис. 1-157. Свинцовые экраны на кассете и точное диафрагмирова­ ние необходимы при использовании люминофорных пластин

рого используются для компенсации экспозиции. То есть если в центре находится объект неправильной оптической плотности, то все изображение может быть приведено к его усредненной оптической плотности (аналогично принципам рентгеноэкспо­ нометрии).

При КР также следует соблюдать точность диафрагмирова­ ния поля изображения по размеру снимаемой анатомической области, поскольку сканер в большинстве случаев запрограмми­ рован так, чтобы считывать данные только в пределах границ поля облучения. То есть если границы поля облучения неоправ­ данно расширены, то алгоритм компенсации экспозиции будет усреднять внешние темные области с данными из рабочей об­ ласти и в результате создавать слишком темное изображение. Поэтому следует очень точно устанавливать границы поля об­ лучения в соответствии с анатомическими границами, чтобы получить оптимальное по качеству изображение 1.

Для получения на одной пластине нескольких изображений не­ обходимо перекрывать рентгенозащитным экраном неэкспониру­ емую часть кассеты, даже если используется очень точное диа­ фрагмирование изображения. Это связано с высокой чувствитель­ ностью пластин. Даже незначительное количество рассеянного излучения от соседней части тела может попасть на незащищен­ ную сторону пластины, несмотря на точное диафрагмирование.

При КР также очень важно использовать отсеивающий растр из-за высокой чувствительности люминофорных пластин к рас­ сеянному излучению.

1 В любом случае оператор вручную может установить необходимые пара­

Прямая цифровая рентгенография (ПЦР)

В последнее время создан другой метод получения цифрово­ го изображения, в котором используется детектор, непосредс­

венно преобразующий рентгеновское изображение в циф­ ровой формат. В этих системах используются так называемые «плоские панели», детекторы рентгеновского излучения боль­ шой площади (до 43 х 43 см), созданные на базе матриц из аморфного кремния или селена.

Система автоматического контроля экспозиции обеспечива­ ет правильное экспонирование изображения, однако оператор в случае неправильного экспонирования может после экспози­ ции внести необходимые коррективы в параметры изображе­ ния и избежать тем самым повторения исследования. Почти моментальный вывод изображения на экран монитора позво­ ляет рентгенолаборанту при необходимости исправить ошибки укладки и сразу же выполнить повторную экспозицию.

Указанная система не требует использования кассет, что су­ щественно экономит время рентгенолаборанта. Система ПЦР в будущем сможет заменить систему цифровой флюороскопии, описанную на стр. 53, рис. 1-154.

Система ПЦР для грудной клетки. Впервые такие системы появились в начале 1990-х годов. Они позволяли эффективно обследовать большие контингенты пациентов, не используя кас­ сеты и химическую обработку пленки. Система этого типа стала широко применяться в отделениях с большим объемом исследо­ ваний органов грудной клетки, причем она может быть подклю­ чена в сеть PACS. Размеры детекторов для грудной клетки варь­ ируются у разных производителей от 41 х 41 см (16 х 16 дюй­ мов) до 43 х 49 см (17 х 19 дюймов) 1.

Цифровой снимочный стол с отсеивающим растром.

Последним достижением в ПЦР стало создание таких сни­ мочных столов, в которых обычный кассетодержатель заменен

ПЦР детектоpом типа «плоская панель», размером 43 х 43 см

(17 х 17 дюймов). В этом случае используется неподвижный растр большой плотности (60-80 линий на мм). Обычно аппа­ рат оснащается несколькими растрами с различным фокусным расстоянием (120, 150 и 180 мм). Для рентгенографии неболь­ ших объектов толщиной менее 10-12 см растр можно удалить

(рис. 1-159).

Цифровая маммография. Цифровая маммография все еще находится в стадии разработки2; в некоторых подобных сис­ темах используется рентгенография на люминофорных плас­ тинах. Многообещающей системой является прямая цифро­ вая маммография с ПЦР детектором типа «плоская панель» (рис. 1-160). Преимущество такой системы в высоком качестве изображения и широком диапазоне рентгеновских плотностей при пониженной дозе, что особенно важно для маммографии. Возможность последующей обработки изображения позволяет значительно улучшить различимость микрокальцинатов и дру­ гих деталей, не прибегая к повторным экспозициям.

Укладки при ПЦР

Принципы укладки пациента при работе с системой ПЦР ана­ логичны таковым при работе с системами компьютерной рент­ генографии. А именно:

•точная направленность ЦЛ;

•точное диафрагмирование;

•правильное использование отсеивающего растра.

1В последнее время размер детектора 43 х 43 см считается универсальным для систем ПЦР. - Ред.

2Цифровая маммография на момент публикации перевода настоящего Руко­ водства ушла далеко вперед, гораздо дальше, чем динамическая ПЦР.

Рис. 1-158. Система прямой цифровой рентгенографии грудной клетки (предоставлено Philips Medical Systems)

Рис.1-159. Стол с отсеивающим растром для цифровой рентгеногра­ фии (растр для рентгенографии кисти в прямой проекции удален) (предоставлено Philips Medical Systems)

Рис. 1-160. Аппарат для прямой цифровой маммографии (предо­ ставлено GE Medical Systems)