Параметры экспозиции при рентгенографии и качество изображения

Параметры экспозиции при рентгенографии влияют на качество получаемого изображения. Часть этих параметров непосредствен­ но связана с укладками, и они рассмотрены ниже.

ПАРАМЕТРЫ ЭКСПОЗИЦИИ

При любом исследовании рентгенолаборант устанавливает на пуль­ те управления три технических параметра экспозиции (рис. 1-107).

1. Высокое напряжение вкиловольтах (кВп1)

2. Миллиамперы (мА)

мАс

3. Время экспозиции (с)

Миллиамперы (мА) и время экспозиции в секундах (с) обычно объединяются в единое значение — мАс, которое определяет количество рентгеновских гамма-квантов, излученных рентге­ новской трубкой за время экспозиции.

Каждый из этих параметров определенным образом влия­ ет на характеристики изображения. Кроме умения правильно выполнять укладку пациента, рентгенолаборант должен отчет­ ливо понимать физический смысл и действие экспозиционных параметров.

Примечание: использование системы автоматического конт­ роля экспозиции (рентгеноэкспонометра) облегчает труд рент­ генолаборанта, так как время экспозиции в этом случае опреде­ ляется автоматически.

КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Ряд показателей, по которым оценивается качество рентгеногра­ фического изображения, называются факторами качества изоб­ ражения. Четыре основных фактора качества изображения

1.Оптическая плотность снимка.

2.Контрастность.

3.Четкость.

4.Геометрические искажения.

Объясним взаимосвязь между параметрами экспозиции у фак­ торами качества изображения.

Оптическая плотность снимка

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Плотность обработанного снимка может быть определена как степень его почернения. Чем больше плотность, тем меньше света проходит сквозь изображение.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ОПТИЧЕСКУЮ ПЛОТНОСТЬ СНИМКА

Основным фактором, влияющим на оптическую плотность рентге­ нограммы, является величина экспозиции мАс, которая прямо про­ порциональна количеству рентгеновских гамма-квантов, излученных рентгеновской трубкой за время экспозиции. Удвоение этого пока­ зателя удваивает количество гамма-квантов и удваивает плотность снимка.

Другим дополнительным фактором изменения оптическим плотности является расстояние от рентгеновской трубки до кас­ сеты или «расстояние источник-приемник» (РИП). Согласно за­ кону обратного квадрата расстояния, двукратное увеличение РИП уменьшит интенсивность излучения на приемнике изобра­ жения в четыре раза и, следовательно, во столько же раз умень­ шит плотность снимка. Таким образом, расстояние существенные образом влияет на плотность снимка, но поскольку при рентге­ нографии обычно пользуются стандартным расстоянием, основ­

1В дальнейшем мы будем использовать более привычную размерность вели­ чины электрического напряжения, подаваемого на рентгеновскую трубку, - кВ, но в этот раз хотим обратить ваше внимание на то, что во всем мире в данном случае применяется размерность кВп (kVp) - величина напряжения в пике. При этом средняя энергия рентгеновского пучка со­ ставляет примерно 2/3 от максимального (пикового) значения. - Ред.

Рис. 1-107. Пульт управления pентгеновского аппарата, предоставле­ но VILLА SISTEMI MEDICALI, Италия

ным параметром, изменяющим плотность снимка, остается экс­ позиция мАс.

ПРАВИЛО ИЗМЕНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ

В общем виде это правило гласит, что при ручном выборе па­ раметров съемки на обычную кассету с пленкой и усиливающи­ ми экранами при пересъемке недоэкспонированного (слишком

прозрачного) снимка необходимо как минимум вдвое увели­ чить мАс. Так, например, если снимок кисти при 2,5 мАс оказал­ ся недоэкспонированным и требует пересъемки (рис. 1-108), то при этом надо увеличить мАс не менее чем до 5 мАс, при усло­ вии, что кВ и другие параметры не меняются (рис. 1-109).

Вместе с тем, как об этом будет сказано ниже, при цифровой

(ЦР) или компьютерной рентгенографии (КР), где используются не пленка с экранами, а специальные детекторы рентгеновского излучения, можно изменить плотность и контраст полученного изображения, не повторяя экспозиции.

Резюме. Для правильной передачи снимаемых органов и тка­ ней необходима оптимальная плотность изображения, кото­ рая регулируется в первую очередь показателем мАс. Слишком малая (недоэкспонирование) или слишком большая плотность (переэкспонирование) не смогут правильно передать на изобра­ жении изучаемые ткани и структуры.

Контрастность

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Рентгенографический контраст определяется разностью опти­

ческих плотностей прилежащих участков рентгеновского изоб­ ражения. Чем больше эта разность, тем контрастнее изображе­ ние и наоборот. Это хорошо демонстрирует изображение сту­ пенчатого клина на рентгенограмме грудной клетки на рис. 1-110, где заметна выраженная разница плотностей смежных участ­ ков, что свидетельствует о высокой контрастности изображе­ ния. На рис. 1-111, наоборот, заметны малая разница плотнос­ тей смежных ступеней клина и низкая контрастность самой рентгенограммы.

Котрастность иногда характеризуют длинной или короткой шкалой контрастности, имея в виду длину диапазона оптичес­ ких плотностей от самой яркой до самой темной. Это видно на рис. 1-110 с короткой шкалой высокой контрастности и боль­ шой разностью смежных плотностей и меньшим количеством ступеней плотности, чем на рис. 1-111.

НАЗНАЧЕНИЕ КОНТРАСТНОСТИ

Назначение или функция контрастности изображения мак­

симально выявлять анатомические детали на изображении.

Следовательно, важно получать оптимальную контрастность изображения и понимать ее роль, как критерия оценки качест­ ва рентгенограммы.

Сама по себе степень контрастности не может быть хоро­ шей или плохой. Так, низкая контрастность (длинная шкала кон­ трастности) желательна на рентгенограммах грудной клетки, где требуется множество оттенков серого цвета, чтобы видеть очень тонкие элементы легких. Это видно при сравнении двух рентгенограмм грудной клетки на рис. 1-110 и 1-111. На низко­ контрастной рентгенограмме (длинная шкала) на рис. 1-111 за­ метно больше теневых элементов, о чем говорит, в частности, видимость позвонков через тень сердца и средостения. А на более контрастной рентгенограмме на рис. 1-110 тени позвон­ ков хуже видны через структуры средостения.

Контрастность регулируется в основном значением кВ, как это будет сказано ниже, и диапазон кВ, принятый в рентгенов­ ском кабинете данного ЛПУ, может отличаться от рекомендо­ ванных значений, приведенных в нашем руководстве.

РЕГУЛИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Основным параметром управления контрастностью является значение кВ. Он определяет проникающую способность пучка рентгеновского излучения («жесткость» излучения). Чем больше показатель кВ, тем больше средняя энергия пучка излучения, том меньше разница в поглощении рентгеновских лучей тканя­ ми различной плотности. То есть более высокая жесткость из­ лучения (высокое значение кВ) уменьшает контрастность изоб­ ражения.

Величина кВ является также вторичным фактором управле­ ния оптической плотностью изображения. При более высоком значении кВ и большей проникающей способности излучения основная его часть проходит через объект и достигает при­ емника, что увеличивает общую оптическую плотность изоб­ ражения. Общее правило гласит, что подъем кВ на 15% по­

вышает плотность изображения так же, как и удвоение мАс.

Рис. 1-110. Высокий контраст, короткая шкала (50 кВ, 800 мАс)

Рис. 1-111. Низкий контраст, длинная шкала (110 кВ, 10 мАс)

Отсюда следует, что при низком диапазоне кВ, например от 50 до 70 кВ, подъем значения кВ на 8-10 кВ увеличит плот­ ность снимка вдвое (что равноценно удвоению мАс), тогда как в диапазоне 80-100 кВ для этого необходим подъем уже на 12-15 кВ. Эта закономерность имеет значение для защиты от облучения, поскольку, увеличив кВ, можно существенно сни­ зить мАс и тем самым уменьшить облучение пациента.

Резюме. При каждом рентгенографическом исследовании следует использовать самое высокое значение кВ и наиболее низкое значение мАс, достаточные для получения необходи­ мой диагностической информации. Одновременно такой под­ ход обеспечивает и снижение дозы облучения пациента1.

1Statkiewicz-Sherer МA, Visconti PJ, Ritenour ER: Radiation protection in medical radiography, ed. 3, St Louis, 1998, Mosby.

Четкость1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Четкость иногда определяется как видимая резкость деталей изображения. Резкость деталей изображения определяется яс­ ностью и резкостью тонких структур линий и границ получен­ ные на рентгенограмме структур. Плохая видимость деталей называется нечеткостью (нерезкостью).

ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭКСПОЗИЦИИ НА ЧЕТКОСТЬ СНИМКА

Качественный снимок характеризуется высокой резкостью ви­ димых на нем элементов (этот параметр всегда обсуждается при описании снимка). Резкость зависит от ряда геометричес­ ких факторов и движения.

Геометрические факторы. Три геометрических факто­ ра влияют на четкость изображения. 1) размер фокусного

пятна трубки, 2) расстояние «источник—приемник изображе­ ния» (РИП) и 3) расстояние «объект—приемник изображения»

(РОП).

Чем меньше размер фокусного пятна, тем меньше геометри­ ческая нерезкость изображения (см. рис. 1-117 на следующей странице). Поэтому при рентгенографии всегда, когда это воз­ можно, следует выбирать малый фокус.

Сочетание малого фокусного пятна и большого РИП при минимальном РОП дает наименьшую геометрическую нерез­ кость, что повышает общую резкость изображения, о чем будет сказано в разделе об искажениях изображения.

Чувствительность системы пленка/экран. Чувствительность системы пленка/экран влияет на резкость, так как позволяет умень­ шить время экспозиции и тем самым влияние движения объекта, о чем будет сказано ниже в разделе защиты от облучения.

Движение. Единственным фактором, связанным с укладкой пациента и ухудшающим резкость, является движение. Можно выделить два вида движения: произвольное и непроизвольное

Произвольное движение, связанное с дыханием или другими движениями снимаемой части тела, можно контролировать путем

задержки дыхания и фиксации пациента. В последнем случае эффективно использование различных подкладок, мешочков с песком и прочего. Такой метод более всего используется при рентгенографии конечностей, что будет показано ниже.

Непроизвольное движение пациент по своей воле контролиро­ вать не может (например, перистальтику желудка и кишечника). Если на снимке имеются нерезкие элементы, рентгенолаборант должен установить, непроизвольными или произвольными движе­ ниями они вызваны. Это очень важно установить, так как методы устранения нерезкости от этих двух типов движения различны.

РАЗЛИЧИЯ МЕЖДУ ПРОИЗВОЛЬНЫМИ И НЕПРОИЗВОЛЬНЫМИ ДВИЖЕНИЯМИ

Произвольное движение, которое контролировать легче, ха­ рактеризуется общей нерезкостью изображения взаимосвязан­ ных структур, как, например, нерезкость контуров диафрагмы и верхних органов брюшной полости (рис. 1-112).

Непроизвольное движение распознается по ограниченности, локальности зоны нерезкости. Его обнаружить труднее, но на снимках живота оно может проявляться локальным размазы­ ванием контуров кишечника на небольшом протяжении, тогда как остальные отделы кишки выглядят резкими (газ в кишке на рентгенограмме выглядит темным). При внимательном рас­ смотрении рис. 1-113 видна некоторая нерезкость изображения только в левой верхней части брюшной полости (указано стрел­ ками). Контуры остальных отделов кишечника выглядят четки­ ми и резкими. На рис. 1-112, наоборот, видно размазывание изображения как диафрагмы, так и всех отделов кишечника.

1 В отечественной рентгенодиагностике принят термин «пространственное разрешение», который может быть измерен и имеет размерность — пары линий на мм (п.л./мм). Но в мировой практике при обсуждении пленочных рентгенограмм чаще употребляют термин «четкость». — Ред.

Рис 1-112. Произвольное движение (дыхание) - размазывание кон­ туров диафрагмы и общая нерезкость изображения

Рис. 1-113. Непроизвольное движение (перистальтика) - ограничен­ ное размазывание контуров в верхних отделах брюшной полости слева (стрелки)

В определенных случаях устранить или ослабить нерезкость от непроизвольных движений помогают некоторые приемы рас­ слабления (релаксации) или тщательное инструктирование паци­ ента о задержке дыхания. Лучшим же способом ослабить такого вида нерезкость служит сокращение времени экспозиции.

СВОДНАЯТАБЛИЦАПАРАМЕТРОВВЛИЯЮЩИХНАЧЕТКОСТЬИЗОБРАЖЕНИЯ

1.Малое фокусное пятно рентгеновской трубки. Используйте его всегда,

когда это возможно

2.РИП. Используйте большое расстояние источник-приемник.

3.РОП. Используйте минимальное расстояние между объектом и приемником изображения.

4.Минимальное время экспозиции. Сокращайте по возможности время экспозиции.

5.Чувствительность системы пленка/экран. Применяйте высокочувстви­ тельную пленку и усиливающие экраны для устранения нерезкости от произвольных и непроизвольных движений.

Геометрическое искажение изображения

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Четвертым фактором качества изображения является его гео­

метрическое искажение, т.е. неправильное проекционное отображение на приемнике изображения реальной формы и размеров объекта. Увеличение размеров объекта иногда вы­ деляют в виде отдельного фактора, но поскольку оно является частным случаем искажения размера, то правильнее его рас­ сматривать как проявление этого вида деформации.

В действительности рентгеновское изображение какого-либо отдела тела не является его абсолютно точным отображением, поскольку всегда происходит определенное увеличение и иска­ жение объекта из-за наличия расстояния объект — приемник и расхождения лучей в пучке. Тем не менее все возможные виды деформации изображения должны быть при рентгенографии приняты во внимание и минимизированы.

РАСХОЖДЕНИЕ РЕНТГЕНОВСКОГО ПУЧКА

Понимание феномена расхождения рентгеновского пучка явля­ ется исключительно важным для укладки пациента. Оно возни­ кает вследствие вылета рентгеновских лучей из очень неболь­ шого участка анода рентгеновской трубки и их геометрического расхождения на пути к приемнику изображения (рис. 1-114).

Размер пучка регулируется с помощью глубинной диафрагмы (коллиматора), которая поглощает периферическую часть пучка со всех четырех сторон и задает размер поля диафрагмирова­ ния. Чем больше этo поле и чем короче РИП, тем больше угол наклона лучей на краях кассеты, что усиливает искажения на краях изображения.

Только центральный луч в пучке (ЦЛ) проходит через объ­ ект, не отклоняясь и перпендикулярно (под углом 90°) падает на плоскость кассеты. По этой причине именно в этой точке иска­ жение изображения минимально. На всех других участках кас­ сеты лучи падают на нее под разными углами, отличающимися от 90°, со все большим углом расхождения, возрастающим к периферии пучка.

На рис. 1-114 показано, как при проекции трех точек объ­ екта (А, В и С) на кассету возникает увеличение изображения объекта. Из-за эффекта расхождения пучка и практически всег­ да имеющегося расстояния объект-приемник (РОП), устранить этот вид искажения полностью невозможно, но его, как и дру­ гие виды искажений, следует контролировать.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ ИСКАЖЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

К четырем основным факторам относятся: 1) расстояние источ­ ник-приемник (РИП), 2) расстояние объект-приемник (РОП), 3) расположение объекта по отношению к приемнику изобра­ жения и 4) направление ЦЛ.

1. РИП. Влияние РИП на искажение изображения показа­ но на рис. 1-115. Обратите внимание на то, что чем больше РИП, тем меньше увеличение изображения объекта. Вот поче­ му рентгенограммы грудной клетки предпочтительнее делать с РИП 180 см, а не с традиционным значением 100 см. При РИП 180 см увеличение размеров сердца и других анатомических структур грудной клетки существенно меньше, чем при РИП

100 см.

Минимальное РИП — 100 см. На протяжении многих лет при большинстве видов рентгенографии как стандарт использовали РИП 100 см. Но в дальнейшем в целях уменьшения облучения пациента и улучшения передачи деталей на изображении стали применять РИП 110-120 см. Было показано, что увеличение РИП со 110 до 120 см снижает дозу облучения пациента на 12,5%1.

1 Kebart RC, Jame СС. Benefits of increasing focal film distance. Radiologic Technology 62(6):434, 1991.

Источник

Глубинная

диафрагма

Рис. 1-114. Расхождение пучка рентгеновского излучения

(180 см) РИП

РИП (100см)

Рис. 1-115. Влияние РИП на увеличение изображения

Добавим, что вследствие эффекта расхождения пучка, опи­ санного выше, увеличение РИП снижает коэффициент увели­ чения, и уменьшает геометрическую нерезкость изображения, что в конечном итоге улучшает качество рентгенограммы.

Рентгенолаборантам невысокого роста бывает трудно достать до трубки при большом РИП. Также не всегда есть техническая возможность увеличить мАс, так как при увеличении РИП со 100 до 120 см необходимо увеличить мАс на 50%. Поэтому во многих отделениях продолжают пользоваться стандартным РИП 100 см. Также во многих отделениях используют РИП 110 см при рентгенографии с отсеивающим растром и РИП 100 при рент­ генографии с кассетой на деке стола, поскольку о большинстве снимочных столов расстояние между поверхностью деки и кас­ сетодержателем решетки составляет от 8 до 10 см. Однако ряд новых моделей рентгеновских трубок с небольшим углом накло­ на анода и меньшим размером фокусного пятна требуют РИП более 100 см из-за «пяточного анодного эффекта» (см. ниже).

Поэтому в данном руководстве будет указываться в качестве

минимального РИП 100 см, но в качестве рекомендуемого -

РИП 110 см. Каждый рентгенолаборант может сам выбирать РИП в качестве стандарта для своего кабинета.

2. РОП. На рис. 1-116 показано влияние РОП на увеличение и искажение размеров объекта. Чем ближе снимаемым объект к

приемнику изображения, тем меньше увеличение и искажение объекта и тем лучше передача деталей.

По этой причине лучше снимать верхние и нижние конечнос­ ти на кассету помеченную прямо на деку стола, а не в кассе­ тодержатель с отсеивающим растром1. Пленка в кассетодержа­ теле в большинстве снимочных столов отстоит от поверхности деки на 8-10 см, что увеличивает РОП. А это не только увели­ чивает размер и искажение формы объекта, но и ухудшает рез­ кость изображения.

Размер фокусного пятна и нерезкость (рис. 1-117). Для по­ нимания принципа расхождения рентгеновского пучка начало рентгеновского пучка в трубке обозначалось как точка. На самом же деле этот участок на аноде трубки занимает определенную площадь, которую называют фокусным пятном. Выбор при рент­ генографии малого фокусного пятна на двухфокусных трубках приводит к меньшей нерезкости изображения, что связано с эф­ фектом полутени по краям объекта. Термином «полутень» обозна­ чается зона размытости краев элементов изображения.

Выбор малого или большого фокуса производится самим рентгенолаборантом, однако даже при самом малом размере фокусного пятна эффект полутени в определенной степени все же сохраняется.

3. Расположение объекта по отношению к приемнику изобра­ жения. Третьим важным фактором искажения, связанным с ук­ ладкой, является расположение объекта по отношению к при­ емнику изображения. Имеется в виду положение плоскости снимаемого объекта по отношению к плоскости кассеты. Если плоскость объекта не параллельна плоскости кассеты, то про­ исходит искажение объекта на изображении. Чем больше угол наклона объекта, тем больше это искажение.

Эффект неправильного расположения объекта наиболее вы­ ражен на изображении суставов или концов костей. Так, на­ пример, если при рентгенографии пальца кисти он будет не параллелен плоскости пленки, межфаланговые щели суставов будут перекрыты накладывающимися на них концами костей (рис. 1-118). Это же видно и на двух косых проекциях кисти на следующей странице.

1В 1913 году берлинский рентгенолог Густав Букки (Gustav Вuску) предло­ жил для уменьшения вклада рассеянного излучения использовать алюмини­ евую пластину с нанесенными на нее полосками свинца (две серии парал­ лельных полосок, пересекающиеся под прямым углом). Он назвал пластину - растром (что буквально переводится словом «решетка» - нем. Raster, англ. grid). Полоски были достаточно широкими, и их изображение оставалось на рентгенограмме. Эту проблему решил в 1920 году американ­ ский ученый Холлис Поттер, предложив двигать пластину во время экспо­ зиции. Возвратно-поступательное движение растра выполнялось системой электромагнит-пружина либо электромотором, оснащенным эксцентриком специальной формы.

С тех пор устройства, которые используют движущийся растр при получе­ нии рентгеновского изображения, во всем мире называют устройствами «Поттера-Букки». У нас в рентгеновских кругах для устройства ПоттераБукки сложился термин «решетка». Нам кажется верным называть растpoм (решеткой) саму пластину, а все устройство - кассетодержателем с под­ вижным или неподвижным растром. - Ред.

РОП

Рис. 1-116. Влияние POП на увеличение изображения

Рис. 1-117. Влияние размера фокусного пятна на образование полу­ тени по краям изображения объекта

Рис. 1-118. Расположение обьекта и искажение его изображения

Эффект неправильного положения объекта но отношению к кассете. На рис. 1-119 пальцы зафиксированы параллельно кассете и щели межфаланговых суставов выглядят открытыми.

На рис. 1-120, где пальцы не параллельны кассете, эти сус­ тавы перекрываются концами костей, вследствие чего на сним­ ке можно не увидеть переломы в этой зоне (а они здесь часто случаются). Сравните также, как выглядят открытые суставы на рис. 1-121 по сравнению с рис. 1-122 (стрелки).

Эти примеры демонстрируют влияние правильной укладки. Снимаемый объект должен располагаться максимально парал­ лельно плоскости кассеты, что уменьшает искажение его изоб­ ражения и раскрывает суставную щель.

4. Направление центрального луча (ЦЛ). Еще одним важным принципом укладки и четвертым фактором, влияющим на гео­ метрическое искажение изображения является правильное на­ правление центрального луча. Как уже говорилось, реально в пучке не отклоняется от перпендикулярного направления к плоскости кассеты только центральный луч. Поэтому проекци­

онно не искажается только часть объекта, расположенная по ходу Центрального луча, по мере же увеличения угла расхожде­ ния от центра рентгеновского пучка к его периферии увеличи­ вается и искажение объекта. По этой причине для его миними­ зации необходимо очень точно направлять ЦЛ по отношению к объекту.

На рис. 1-123 приведен пример правильного позиционирова­ ния центрального луча по отношению к коленному суставу в его задней проекции, чтобы изображение суставной щели искажа­ лось в наименьшей степени, и она выглядела открытой.

На рис. 1-124 показано правильное расположение ЦЛ при выполнении задней проекции бодра с перпендикулярным на­ правленном ЦЛ к кассете и на среднюю часть бедренной кости. Однако при этом суставная щель коленного сустава проеци­ руется косо направленными лучами (стрелка), что искажает ее изображение. Суставная щель на таком снимке не раскрыта, и поэтому для исследования коленного сустава нужно выполнить второй снимок с направлением ЦЛ на середину сустава.

Наклон ЦЛ. В большинстве случаев ЦЛ направляют перпен­ дикулярно (под 90°) к плоскости кассеты. Но в ряде случаев специально нужно наклонить ЦЛ, и тогда в описании укладки указывается угол наклона ЦЛ от перпендикулярного направле­ ния в градусах.

СВОДНАЯ ТАБЛИЦА ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Чувствительность комплекта пленка/экран

4.Геометрическое Движение (произвольное и непроизвольное)

Рис 1-121. Пальцы парал­ Рис. 1-122. Пальцы непараллельны - лельны - суставные щели суставные щели перекрыты открыты