Оценка дозовых нагрузок пациентов при использовании конвенциональных и цифровых методов регистрации изображений в рентгенодиагностике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оценка дозовых нагрузок пациентов при использовании конвенциональных и цифровых методов регистрации изображений в рентгенодиагностике

Содержание

Введение

1. Лучевая нагрузка пациентов - обзор используемых величин

1.1 Основные дозиметрические величины

1.2 Специфические величины, характеризирующие лучевую нагрузку пациентов

1.3 Величины, относимые к детерминированным и стохастическим эффектам

2. Устройство и принцип действия рентгенографических и рентгеноскопических аппаратов

2.1 Рентгенография. Основные принципы рентгенографии

2.1.1 Формирование изображения

2.1.2 Рентгеновская трубка

2.1.3 Спектр рентгеновского излучения

2.1.4 Пленочные рентгеновские детекторы

2.1.5 Цифровые детекторы, используемые в рентгенодиагностики

2.1.5.1 Виды цифровых систем для рентгенодиагностики

3. Методы снижения дозовых нагрузок

3.1 Общие рекомендации по снижению дозовых нагрузок при рентгеноскопии

3.1.1 Методы уменьшения дозовых нагрузок при рентгеноскопии

Заключение

Литература

Введение

Диагностические рентгеновские исследования используются в медицине уже более ста лет. Во время этого периода лучевая диагностика находится в непрерывном развитии, связанном с повышением информативности и возможностей исследований, а также, с введением новым методов визуализирования структур и процессов в теле человека.

За последние 25 -30 лет медицинская лучевая диагностика претерпела технологическую революцию, которая увеличила ее вклад в гарантии более высокого уровня медицинского обслуживания, через улучшение визуализирования анатомии, физиологии и метаболизма. Улучшение качества рентгеновских изображений и защита пациента повысили значение рентгеновской диагностики, несмотря на нарастающие возможности других методов лучевой диагностики, таких как ультразвуковая, магнитно-резонансная, радиоизотопная диагностика, оптические методы и т.д.

Одновременно с развитием рентгеновских методов направленных на улучшение диагностики заболеваний человека (через улучшение информативности диагностического изображения), рентгеновские исследования дают самой большой вклад в медицинское облучение населения. Медицинское облучение со своей стороны представляет самый главный источник надфонового (техногенного) облучения населения. Причиной этого является большая частота этих исследований по сравнению с другими диагностическими методами.

Для Казахстана вклад медицинского облучения в техногенное облучение составляет 83%, при этом 76% (0,802 mSv.а-1) получаются за счет рентгеновской и 7% (0,08 mSv.а-1) за счет радиоизотопной диагностики [1]. Для сравнения, в Великобритании, где проводятся систематические усилия и меры для защиты пациентов и обеспечения качества более 20 лет, значение средней индивидуальной годовой эффективной дозы снижено до 0,034 mSv.a-1 за счет рентгеновской и 0,03 mSv.а-1 за счет радионуклидной диагностики. Эта разница показывает необходимость систематического и целостного принятия мер для защиты пациентов, а также и наличие большего потенциала для уменьшения уровня медицинского облучения населения в Казахстане.

Требования в области радиационной защиты при медицинском облучении были введены в Республике Казахстан и многих Европейских странах о применения медицинского стандарта "Лучевой диагностики" и об обеспечении защиты лиц при медицинском облучении. Таким способом была обеспечена необходимая нормативная база для применения мер по радиационной защите пациентов в медицине [2, 3].

Рентгеноскопия является одним из немногих методов, позволяющих визуализировать работу органов пациента в реальном времени. Эта особенность позволяет использовать этот метод, как для диагностики динамичных процессов, так и для позиционирования пациента при различных хирургических операциях и проведения инвазивных диагностических и интервенционных процедур. Одновременно с этими качествами и бесспорными преимуществами использования, рентгеноскопия связана со значительной лучевой нагрузкой на пациентов.

До сих пор не проводились национальные исследования дозовых нагрузок при рентгеноскопии грудной клетки. Этот факт, вместе с вышеупомянутой относительно высокой частотой этих исследований, вызывает необходимость проведения анализа дозовых нагрузок при рентгеноскопии грудной клетки.

При комбинированных исследованиях включающих скопию и графию, обычно доля дозовой нагрузки при скопии преобладает в общей дозе пациента. Например, при рентгеноскопии нижних органов пищеварения взрослым пациентам стандартных параметров, входная поверхностная доза (ESD) пациента составляет примерно 450 mGy, которая значительно превышает значения 3 mGy для одной рентгенографии в этой области [6]. По данным для Великобритании типичная эффективная доза для этого исследования составляет 7,2 mSv, среднее для мира это значение составляет 6,4 mSv [4, 8]. Наличие подобных вариаций недвусмысленно показывает, что облучение при этих процедурах не является достаточно оптимизированным. Подобные выводы сделаны и в координированном МАГАТЭ научном проекте [9].

Эти факты, как и отсутствие дозиметрических исследований в Болгарии говорят о важности проведения систематического изучения облучения пациента при комбинированных рентгенодиагностических процедурах, включающих скопию и графию, с целью нахождения их вариаций в зависимости от объективных и субъективных факторов - опыт и предпочтения рентгенолога, вид и состояние используемой рентгеновской установки и др.

Обзор литературных данных показывает, что в Европе еще нет стандартизированной единой дозиметрической методики [11]. Внедряются различные критерии для оценки полученных дозиметрических результатов. Не существует и единой принятой унифицированной методики для проведения испытаний по контролю качества (КК) установок флюороскопии [10]. Это, в частности, можно объяснить многообразием особенностей работы рентгеноскопических установок и конкретно в выбранных инженерно-технических решений внедренных систем от различных производителей.

Целью настоящей работы является изучение облучения пациентов при некоторых из распространенных в практике рентгенографических, рентгеноскопических и комбинированных процедурах, проводимых на конвенциональных и цифровых рентгенодиагностических аппаратах и анализ их вариаций в зависимости от объективных и субъективных факторов.

1. Лучевая нагрузка пациентов - обзор используемых величин

Для специальных рентгеновских исследований, таких как маммография, компьютерная томография, компьютер-томографическая рентгеноскопия, дентальная рентгенография, используются специфичные величины, рассмотрение которых не является целью настоящей работой. Основные литературные источники, использованные при определении величин в этом разделе, являются публикациями Международной комиссии по радиационным величинам и единицам (МКРЕ), Международной комиссии по радиологической защите (МКРЗ) и Международного агентства по атомной энергии (МАГАТЭ) [6,7].

1.1 Основные дозиметрические величины

Флюэнсом () потока частиц или просто флюэнсом в точке называется предел, к которому стремится отношение числа частиц DN, попадающих за некоторый промежуток времени внутрь воображаемого шара с центром в данной точке, к площади центральной плоскости шара, Dа при стягивании его в точку:

, (1.1)

Единица: m-2.

Энергетическим флюэнсом. (Ш) называется предел, к которому стремится отношение ДR к Дa, где ДR есть лучистая энергия, входящая в сферу с площади центральной плоскости шара Дa:

, (1.2)

Единица: J.m-2.

Керма (К) - это отношение суммы начальных кинетических энергий dек всех заряженных ионизирующих частиц, образовавшихся под действием косвенно-ионизирующего излучения в элементарном объеме вещества, к массе dm вещества в этом объеме:

, (1.3)

Единица: J.kg-1. Специальное название этой единице является Грей (Gy), 1 Gy = 1 J.kg-1.

Мощность кермы, , это отношение dK к dt, где dK является возрастанием кермы за время dt:

, (1.4.)

Единица: Gy.s-1.

Переданная энергия (e) ионизирующего излучения в данном объеме вещества - это

e--=--Rin--?--Rout--+--SQ,--(1.5)

где Rin это суммарная энергия всех прямо и косвенно ионизирующих частиц, входящих в определенный объём облучаемого вещества; Rout это сумма энергий всех прямо и косвенно ионизирующих частиц, выходящих из этого объема, а SQ, это энергетический эквивалент всех изменений массы покоя в результате ядерных реакций или взаимодействий в объеме (SQ имеет положительный знак при уменьшении и отрицательный знак при увеличении массы покоя).

Единица: J.

Переданная энергия является стохастической величиной. Практически измеримым является ожидаемое, или среднее значением этой величины, называемой средняя переданная энергия . В этой работе вместо термина "средняя переданная энергия" будет использоваться термин "переданная энергия".

Поглощенная доза (D) - это отношение средней энергии , передаваемой единице массы вещества в элементарном объеме, к массе вещества этого объема:

, (1.6)

Специальная единица поглощенной дозы - Gy. 1 Gy = 1 J.kg-1.

В рентгеновской диагностике получение тормозного излучения в веществе, имеющем малый атомный номер, является незначительным. При наличии равновесия вторичных электронов (электронное равновесие) в данном объеме вещества и данном лучевом поле, поглощенная доза и керма являются численно равными. При условии отсутствия электронного равновесия (например, близко к границам между материалами с различной электронной плотностью), численной разницей между обеими величинами нельзя пренебрегать.

1.2 Специфические величины, характеризирующие лучевую нагрузку пациентов

Падающая воздушная керма (Ki или IK) - это керма, измеряемая свободно в воздухе (воздушная керма) в точке центрального луча рентгеновского пучка, в месте пересечения этого луча с поверхностью тела пациента или фантома (рис. 1), но измеренная без наличия пациента или фантома. Вклад в формирование падающей воздушной кермы имеет только прямое излучение, падающее на пациента или фантом, а влияние обратного рассеянного лучения не учитывается.

Единица: Грей (Gy).

Входная поверхностная воздушная керма (Ke или ESK) - это керма, измеряемая в точке центрального луча рентгеновского пучка, в месте пересечения центрального луча с поверхности тела пациента или фантома (рис. 1). Учитывается вклад, как падающего первичного излучения, так и обратного рассеянного излучения от пациента или фантом.

Единица: Грей (Gy).

Входящая поверхностная керма связана с падающей воздушной кермой через фактор обратного рассеивания, B:

Ke = Ki B, (1.7)

Рис. 1. Дозиметрические величины для оценки лучевой нагрузки пациента.

Входная поверхностная керма во многих публикациях называется еще входной поверхностной дозой ESD (от аббревиатуры ее английское название - Entrance Surface Dose), из-за вышеупомянутого численного равенства между кермой и дозой.

Лучевой выход рентгеновской трубки (Y(d)) определен ICRU (2003), как отношение падающей воздушной кермы с расстояния d от фокуса излучателя к количеству электричества I.t.:

Y(d) = K(d) / (I.t), (1.8)

Единица: Gy.C-1, но чаще используется внесистемная единица Gy .(mA.s)-1.

Произведение керма-площадь. Для определения лучевой нагрузки измеряется произведение керма-площадь (KAP). Она определяется как поверхностный интеграл воздушной кермы Kair на площадь Al поперечного сечения лучевого поля с плоскостью, перпендикулярной центральному лучу, пересекающей его на расстоянии l от фокуса рентгеновской трубки:

(1.9)

Если усредним значение кермы по площади поля, интеграл упрощается до произведения средней кермы на площадь, откуда идет и название этой величины. Её единицей измерения ????????--JЧkg-1Чm2,--??--??????????? названием GyЧm2. От (1.9) следует, что значение KAP на данном расстоянии фокус-кожа f равно значению KAP измеренной на другом произвольном расстоянии l.

Произведение керма-площадь KAP можно еще определить как интеграл воздушной кермой по площади ортогонального сечения рабочего рентгеновского пучка (рис. 1):

 (1.10)

рентгенодиагностика облучение пациент цифровой

Единица: Gy.m2.

Произведение керма-площадь (KAP) является постоянной величиной и не изменяется с расстоянием от рентгеновской трубки, при следующих условиях: пренебрегается взаимодействие рентгеновского излучения с воздухом, а также и экстрафокальным излучением; плоскость измерения находятся достаточно далеко от пациента или фантома, чтобы пренебречь вкладом обратного рассеянного излучения. KAP единственная применимая для измерения величина при комбинированных исследованиях, включающих графию и скопию с изменяющимися размерами лучевого поля и используемых режимах аппарата. KAP можно наилучшим образом использовать для определения лучевой нагрузки, полученной пациентом. KAP зависит от коллимации рабочего пучка, которая является одним из важнейших факторов для уменьшения лучевой нагрузки. KAP измеряется с помощью плоско - параллельной ионизационной камеры, достаточно большой, чтобы охватить рабочий рентгеновский пучок. Чаще всего она монтируется на выходе коллимирующего устройства рентгеновской трубки. Это позволяет охватывать поперечное сечение рабочего рентгеновского пучка даже при максимально открытой диафрагмой. В национальной методике дозиметрии облучения пациента Великобритании рекомендуется чтобы общая неопределенность измерения KAP не превышала 25% с доверительной вероятностью 95%, а в скандинавской методике: 20% [5].

1.3 Величины, относимые к детерминированным и стохастическим эффектам

Радиационный риск для ущерба здоровья человека представляет собой вероятность уменьшения продолжительности и качества жизни, которые бы наступили в одной популяции вследствие облучения ионизирующим излучением. Он включает ущербы, проистекающие от соматических эффектов, а также от рака и тяжелых генетических последствий. МКРЗ вводит несколько величин для оценки радиационного риска.

Доза на орган. Доза на орган (тканевая) доза, это средняя поглощенная доза органом или тканью человеческого тела Т, которая определяется по формуле:

(1.11)

где mT - масса органа или ткани, а - поглощенная доза в объемном элементе с массой dm.

Эквивалентная доза есть доза на орган, умноженная на взвешивающий коэффициент излучения:

(1.12)

где есть средняя поглощенная доза в данном органе или ткани T, полученная за счет излучения R, а wR есть радиационной взвешивающий коэффициент, соответствующий излучению R. Если радиационное поле состоится из нескольких видов излучения с различные значениями wR, то эквивалентная доза определяется по формуле:

, (1.13)

Где wRi есть радиационной взвешивающий коэффициент для каждого из видов излучений.

Единица измерения эквивалентной дозой - зиверт (Sv), 1 Sv = 1 J.kg-1.

Эффективная доза равна сумме произведений эквивалентных доз в органах и/или тканях на соответствующие взвешивающие коэффициенты ткани:

, (1.14)

где HT, это эквивалентная доза в ткани или органе Т, a wT - взвешивающий коэффициент для ткани Т стандартного человека.

Таблица 1.1.

Значения взвешивающего коэффициента излучения wR

Вид излучения	Диапазон энергий	wR
Фотонное излучение	любые	1
Электроны	любые*	1
Нейтроны	< 10 кэВ	5
	10 кэВ 100 кэВ	10
	> 100 кэВ 2 МэВ	20
	> 2 МэВ 20 МэВ	10
	> 20 МэВ	5
Протоны, кроме протонов отдачи	> 2 МэВ	5
Альфа-частицы, осколки деления, тяжелые ядра	любые	20

*исключая электроны Оже, спускаемые ядрами, связанными с ДНК, для которых требуется особый микродозиметрический анализ.

При равномерном облучение всего тела эффективная доза численно равна эквивалентной.

Единица эффективной дозой - зиверт (Sv).

Таблица 1.2. Значения тканевого весового коэффициента wT для отдельных органов и биологических тканей тела человека.

Ткань или орган	wT
Гонады	0,20
Красный костный мозг	0,12
Толстая кишка	0,12
Легкие	0,12
Желудок	0,12
Мочевой пузырь	0,05
Молочные железы	0,05
Печень	0,05
Пищевод	0,05
Щитовидная железа	0,05
Кожа	0,01
Поверхность кости	0,01
Остальные органы и ткани	0,05

Коллективная эффективная доза есть суммарная эффективная доза группы населения, которая определяется по формулу:

(1.15)

где есть средняя эффективная доза подгруппы населения (i), а - число людей в подгруппе. Вышеуказанная зависимость можно выразить и в интегральной форме:

(1.16)

Где есть число лиц, получившие эффективная доза в интервал от

до .

Единица измерения коллективной эффективной дозой - man.Sv.

2. Устройство и принцип действия рентгенографических и рентгеноскопических аппаратов

2.1 Рентгенография. Основные принципы рентгенографии

Рентгеновские аппараты - устройства для получения и использования рентгеновских излучений в технических и медицинских целях [8]. Рентгеновские аппараты в зависимости от своего назначения разделяются на диагностические и терапевтические. По условиям, в которых они эксплуатируются, они подразделяются на стационарные, передвижные и переносные.

Стационарные рентгеновские аппараты, предназначены для постоянного использования в специально приспособленном помещении - рентгеновском кабинете.

Передвижные рентгеновские аппараты в зависимости от условий их использования делятся на палатные, которые являются приспособленные для перемещения в пределах лечебного учреждения с целью рентгенологического исследования больных непосредственно в палатах, и переносные, которые являются рассчитанные на применение вне лечебного учреждения. Переносные рентгеновские аппараты предназначены для проведения простейших видов рентгенологических исследований в условиях скорой и неотложной помощи, а также помощи при полевых условиях или на дому.

2.1.1 Формирование изображения

Рентгеновское изображение формируется в результате взаимодействия квантов рентгеновского излучения с приемником и представляет собой распределение квантов, которые прошли через тело пациента и были зарегистрированы детектором. Последние делятся на первичные кванты (прошедшие через тело пациента без взаимодействия с тканями) и вторичные кванты, образующиеся в результате взаимодействия с тканями тела пациента и, как правило, отклоняющиеся от направления своего первоначального движения. Вторичные кванты несут мало полезной информации. Первичные кванты несут полезную информацию о вероятности того, что квант проходит через тело пациента без взаимодействия. Получаемое изображение является проекцией характеристики ослабления во всех тканях, лежащих на направлении распространения рентгеновских лучей. Таким образом, изображение представляет собой двухмерную проекцию трехмерного распределения ослабления рентгеновских лучей в теле.

Рентгеновские кванты в теле пациента могут поглотиться, рассеяться или пройти без изменения. Первичные кванты, регистрируемые приемником, образуют изображение, а рассеянные кванты создают фон, который ухудшает контраст изображения. В большинстве случаев основная часть рассеянных квантов возможно устранить с помощью устройства, отсеивающих их в пространстве между пациентом и приемником изображения.

2.1.2 Рентгеновская трубка

Рентгеновская трубка (рис. 2), состоит из наполненного маслом кожуха с колбой, который представляет собой вакуумированный сосуд из термостойкого стекла, внутри которого размещены накаливаемый катод и анод. Катод накаливается за счет прохождения через вольфрамовую спираль электрического тока, в результате чего создается узконаправленный поток электронов, ускоряемых разностью потенциалов 25-150 кВ и бомбардирующих анод. Электроны взаимодействуют с материалом анода, тормозятся и останавливаются. Большая часть энергии, передаваемая электронами аноду, обращается в тепловую, только малая ее часть (менее 1%) преобразуется в рентгеновское излучение.



Рис. 2. Рентгеновская трубка

Конструкция катода прямого накала и электронно-оптической системы, которая направляет поток электронов к аноду, играет очень важную роль, т. к. нерезкость изображения может ограничиться за счет сокращения размеров рентгеновского источника, а выходная мощность излучения от трубки определяется электрическим током, проходящем на аноде. Катод прямого накала представляет собой вольфрамовую спираль (температура плавления вольфрама 3410^оС), который устанавливается в никелевой капсуле. Эта капсула поддерживает нить накала и имеет такую форму, что создаваемое электрическое поле фокусирует электроны в узкий пучок. Анод имеет скошенную поверхность, которая составляет тупой угол с направлением электронного пучка. В выходное окно поступают те рентгеновские лучи, которые идут приблизительно под прямым углом к направлению электронов, так что на поверхности приемника рентгеновское излучение имеет квадратное сечение, даже если поток электронов, бомбардирующих мишень, хорошо отколлимирован. Для трубок общего назначения величина угла скоса составляет 17^о. Во многих случаях анод имеет скос под двумя различными углами и две нити накала для выбора либо узкого, либо широкого пятна.

Большая часть энергии, отдаваемая потоком электронов аноду, преобразуется в тепло, поэтому одной из проблем является уменьшение теплоты, попадающей на мишень, и ее быстрый отвод. Использование щелевого источника электронов частично решает эту проблему путем увеличения площади мишени. Более эффективно проблема решается с помощью вращающегося анода, а полоска фокуса двигалась по периферии анодного диска.

Анод изготавливают, как правило, из вольфрама (W), хотя для специальных применений, в которых требуется рентгеновское излучение малой энергии, используется молибден (Мо).

Таблица 2.1.

Свойства Мо и W

	Мо	W
Атомный номер	42	74
Энергия рентгеновского К-излучения, кэВ	17,4 - 19,8	58,0 - 67,7
Плотность, г/см3	10,2	19,3
Температура плавления, оС	2617	3410
Удельная теплоемкость, Дж/кг* оС	250	125

Важно, чтобы атомный номер материала анода был большим, поскольку выход тормозного излучения с анода увеличивается с атомным номером, а спектр рентгеновского излучения, создаваемого элементом с большим атомным номером, хорошо подходит для получения изображения более массивных частей тела.

2.1.3 Спектр рентгеновского излучения

Форма спектра рентгеновского излучения зависит от материала анода, величины и формы прикладываемого к трубке напряжения, а также от характеристики фильтров, помещенных на пути прохождения рентгеновского излучения.

Трубки с вольфрамовым анодом целесообразно использовать для получения изображений более массивных участков тела благодаря высокому энергетическому выходу рентгеновских лучей для вольфрама. Молибден дает рентгеновское излучение с более низкой энергией, которое лучше подходит для получения контрастных изображений более тонких частей тела. Рентгеновские трубки с молибденовым анодом применяются в установках, сконструированных специально для маммографии.

Большое различие между рентгеновскими спектрами до и после прохождения излучения через тело пациента обусловлено взаимодействием рентгеновских квантов с биотканями тела и поглощенной дозой. Если излучение слишком "мягкое", то низкоэнергетические кванты будут давать вклад лишь в дозу облучения, не обеспечивая высокий контраст изображения. Поэтому очень важно, чтобы такие кванты были отфильтрованы, прежде чем они достигнут поверхности тела пациента. Это реализуется путем введения алюминиевого или медного (в зависимости от величины потенциала, прикладываемого к трубке) фильтра.

2.1.4 Пленочные рентгеновские детекторы

Традиционно в качестве детекторов рентгеновского излучения используется пленка прямого экспонирования. Пленка содержит два слоя фотоэмульсии, нанесенной на обе стороны прозрачного полистирольного или ацетатного слоя, который называется пленочной основой. Слои эмульсии отделены от пленочной основы разделительным слоем и имеют тонкое поверхностное покрытие для защиты эмульсии от стирания. Каждый слой эмульсии состоит из зерен бромистого серебра, распределенных в слое желатины, причем каждое зерно имеет диаметр около 1 мкм. Чтобы увеличить эффективность поглощения рентгеновского излучения, используют два слоя эмульсии.

На первом этапе формирования изображения происходит взаимодействие рентгеновских фотонов с атомами эмульсии. Поскольку атомы серебра и брома в зернах имеют значительно большие сечения взаимодействия, чем другие легкие элементы, составляющие желатину, то большинство взаимодействий будет осуществляться внутри частицы бромистого серебра. В результате каждого из взаимодействий образуется один или два электрона, которые замедляются и за счет ионизации высвобождают новые электроны. Некоторые из этих электронов, в конечном счете, захватываются в центры - "ловушки" в зернах бромистого серебра. Этот процесс захвата сенсибилизирует зерна, вследствие чего на них формируется скрытое изображение. После проявления и фиксирования эмульсии, сенсибилизированные частицы превращаются в серебро, а несенсибилизированные удаляются.

В системе "экран - пленка" рентгеновские кванты поглощаются экраном, при этом часть поглощенной энергии преобразуется люминесцентным экраном в световое излучение, которое засвечивает эмульсию пленки, находящейся в плотном контакте с экраном. Затем пленка проявляется и просматривается обычным образом.

2.1.5 Цифровые детекторы, используемые в рентгенодиагностики

2.1.5.1 Виды цифровых систем для рентгенодиагностики

Разработанные к настоящему времени и находящиеся в эксплуатации приемники - преобразователи рентгеновского излучения для цифровых медицинских диагностических систем различаются как по физическим принципам преобразования, так и по видам обрабатываемых на каждой стадии преобразования сигналов (например, поток фотонов рентгеновского излучения - в поток фотонов оптического диапазона длин волн, оптический сигнал - в поток электронов, поток электронов - в оптический сигнал, оптический сигнал - в электрический сигнал; поток фотонов рентгеновского излучения - в поток электронов, поток электронов - в оптический сигнал с последующей трансформацией в электрический; поток фотонов рентгеновского излучения - непосредственно в электрический сигнал и т.д.). Различаются эти приемники-преобразователи и по области их применения - это могут быть общая рентгенодиагностика, маммография дентальная рентгенодиагностика, ангиография, флюорография и тому подобное.

Классификацию приемников - преобразователей проводят с учетом метода детектирования рентгеновского излучения и способа дальнейшего преобразования сигналов [8, 9], ориентируясь на область применения тех или иных систем [3]. Однако ни одна из этих классификаций не исчерпывает всего многообразия методов и технических средств, которые могут быть использованы и используются для получения цифровых рентгеновских изображения. Ниже приведена классификация, охватывающая все известные на сегодняшний день методы получения полноформатных цифровых рентгеновских изображений, включая оцифровку экспонированных рентгеновских пленок. Данная классификация дополнительно учитывает возможность (или ее отсутствие) формирования изображений в режиме реального масштаба времени, то есть возможность регистрировать и отображать 25 и более изображений в секунду (режим цифровой рентгеноскопии), а также в режиме квазиреального масштаба времени, при котором отрезок времени от начала экспозиции до появления первичного изображения на экране монитора не превышает 20-30 секунд. В соответствии с этой классификацией все методы получения и регистрации цифровых рентгеновских изображений и, реализующие эти методы технологические разработки можно условно разделить на две группы:

- системы, в которых прием и преобразование информации, содержащейся в потоке рентгеновского излучения, прошедшем через исследуемую область тела пациента, осуществляется с использованием запоминающих устройств, выполняющих роль своеобразного буфера, с формированием цифрового массива данных при последующем считывании информации уже с запоминающего устройства в специально предназначенной для этих целей аппаратуре - системы с формированием цифровых изображений в режиме последовательной обработки изображений (рис. 3);

- системы с непосредственным приемом и преобразованием информации, содержащейся в прошедшем через тело пациента потоке фотонов рентгеновского излучения, в массив цифровых данных - системы с формированием цифровых изображений в режиме реального и квазиреального масштаба времени (рис. 3) [3].



Рис. 3. Система формирования цифрового рентгеновского изображения с использованием запоминающего устройства.

Рис. 4. Система с непосредственным формированием цифрового рентгеновского изображения.

К первой группе можно отнести рентгенодиагностические комплексы с трактом формирования изображения, содержащим люминесцентные запоминающие экраны (пластины), считывание информации с которых осуществляется при помощи специального лазерного устройства. Срок хранения информации на этих экранах (с момента окончания экспозиции до начала считывания) может составлять несколько часов. В качестве буфера с практически неограниченным временем хранения информации может рассматриваться обычная экспонированная и обработанная рентгеновская пленка, изображение с которой преобразуется в цифровой вид с помощью устройств оцифровки рентгеновских пленок. Хотя при оцифровке экспонированной рентгеновской пленки используется цифровая технология регистрации и представления конечной рентгенодиагностической информации, считать эту технологию разновидностью цифровой рентгенографии можно лишь с некоторой долей условности, так как в этом случае на первом этапе необходимо в полном объеме реализовать процедуру, соответствующую традиционной пленочной рентгенографии.

Для второй группы систем характерно большое разнообразие реализованных в них физических принципов, а также инженерных и конструктивных решений для осуществления приема и преобразования информации (заключенной в потоке фотонов рентгеновского излучения, прошедшем через исследуемую область тела пациента) с последующим представлением ее в цифровом виде. В эту группу входят:

1) усилители рентгеновского изображения (УРИ), называемыме еще электронно-оптические преобразователями (ЭОП), с аналого - цифровым преобразованием сигналов на выходе входящей в состав УРИ телевизионной системы либо камеры с ПЗС-матрицей;

2) устройства с трактом преобразования, построенном на базе комбинации: сцинтилляционный экран - светосильная оптика - ПЗС - матрица;

3) сканирующие системы с линейкой газовых (многопроволочная пропорциональная камера или многоканальная ионизационная камера) либо твердотельных (полупроводниковых) детекторов;

4) аппараты с приемником - преобразователем рентгеновского излучения на базе селенового барабана; а также

5) устройства, использующие в качестве приемника-преобразователя плоские панели различных типоразмеров на основе аморфного кремния либо аморфного селена.

Приемники - преобразователи, используемые в системах, представляющих вторую группу, в свою очередь, могут быть отнесены к одному из следующих двух типов:

- приемники-преобразователи, в которых на первой стадии не происходит преобразование энергии фотонов рентгеновского излучения в энергию фотонов оптического диапазона длин волн (к этому типу относятся детекторы на базе селеновых барабанов, плоские панели на основе аморфного селена, а также детекторы на основе газовых ионизационных камер для сканирующих систем);

- приемники - преобразователи с промежуточным преобразованием энергии фотонов рентгеновского излучения в энергию фотонов оптического диапазона длин волн - только на следующей стадии носителями информации становятся электроны (к этому типу относятся детекторы на базе УРИ с аналого - цифровым преобразованием сигналов на выходе входящей в состав УРИ телевизионной системы либо камеры с ПЗС - матрицей, приемники с трактом преобразования, построенном на базе комбинации сцинтилляционный экран - светосильная оптика - ПЗС - матрица, линейки полупроводниковых детекторов для сканирующих систем, а также плоские панели на основе аморфного кремния).

В литературе приемники - преобразователи первого типа (исключение составляют не нашедшие широкого применения в зарубежных разработках для цифровой рентгенографии газовые детекторы) часто относят к устройствам, предназначенным для "прямой" цифровой рентгенографии (Direct Radiography) [2, 3,]. Очевидно, что было бы справедливо включить в эту группу и детекторы на основе газовых ионизационных камер, которые нашли широкое применение в России в качестве приемников-преобразователей рентгеновского излучения для цифровых сканирующих систем [3, 5, 6].

Фотоэлектронные умножители в качестве детектора используются в системах с лазерным источником первичного светового потока. В этих разработках расширения динамического диапазона (оптической плотности) добиваются не только за счет использования высокоэнергетического когерентного светового потока, но и за счет включения в тракт приема - преобразования усилителя с передаточной характеристикой, изменяющейся по логарифмическому закону.



Рис. 5. Схема бескассетной системы с двумя запоминающими экранами.

3. Методы снижения дозовых нагрузок

3.1 Общие рекомендации по снижению дозовых нагрузок при рентгеноскопии

При выборе метода проведения Стандартных рентгеновских исследований всегда должно отдаваться предпочтение рентгенографии перед рентгеноскопией, когда это возможно и целесообразно, так как это рекомендовано и в Директивой ЕС 97/43 Евратом. Когда это невозможно, или неоправданно, необходимо соблюдать строго все практические применимые методы снижения дозовых нагрузок, которые приведены ниже:

3.1.1 Методы уменьшения дозовых нагрузок при рентгеноскопии

Существуют множество способов ограничения кожных доз полученных во время длинных рентгеноскопических процедур (чаще всего в случае интервенционных процедур); некоторые из них являются методологическими, а некоторые связаны с техническими преимуществами, которые имеются в современном оборудовании.

Сокращение времени рентгеноскопии. Много врачей являются достаточно обученными, чтобы использовать рентгеноскопию с прерыванием, т.е. включать каждый раз рентгеноскопию только на несколько секунд, достаточных чтобы увидеть позиции контраста или катетера. Разумное использование этого метода может уменьшить общую дозу от флюороскопии в несколько раз. Эта техника является особенно эффективной при ее комбинировании с функцией: запоминания последнего изображения.

Распределения дозы. При большей части интервенционных рентгеноскопических процедур основная часть времени тратиться на исследование определенного анатомического региона. Некоторую редукцию максимальной дозы на кожу можно получить через периодическое вращение трубки около центра в области интереса.

Этот метод позволяет распределить максимальную дозу на кожу пациента на более широкую областью.

Рис. 6. Распределение дозовой нагрузкой через изменения угла входящего пучка.

Увеличение изображения. Возможность получения увеличенного изображения может быть клинически очень полезно, но это связано с повышением дозы на пациента. Поэтому работы в режиме увеличения изображения следует избегать, если это не является клинически необходимо.

Выбор режима дозы. Почти все производители рентгеноскопической техники проектируют больше одного дозового режима, связанного с каждым увеличительным режимом. Обычно это три режима -- низкий, средней, и высокий -- с мощностью дозы в половину или два раза больше среднего уровня. Высокодозовый режим следует использоваться внимательно. Он может быть необходим только при просвечивании очень толстых пациентов или областей тела.

Пульсовая рентгеноскопия. Некоторые из современных рентгеноскопических аппаратов оборудованы системой пульсовой флюороскопии, при использовании которой, рентгеновский пучок излучается короткими импульсами, а не непрерывно. При уменьшении частоты пульсации обеспечивается значительное уменьшения дозы (рис. 6). Изображения могут получаться с 15 fr.s-1 и с 7,5 fr.s-1, вместо 30 fr.s-1, без значительного ухудшения качества изображения [3, 4].

Обучение персонала рентгеновских кабинетов. С увеличением использования рентгеноскопии в медицине и преимущества новых технологий, получение специализированного обучения по радиационной защите операторов этого оборудования становится особенно актуальным. Необходима разработка процедур управления безопасного использования ИИ, гарантирующих, что как пациенты, так и персонал не облучались чрезмерными уровнями доз. [5, 6]. Необходимость обучения указывается и в рекомендациях FDA, 1994 г. [7]. В этих рекомендациях сказано, что рентгеноскопические операторы, должны знать работу рентгеноскопической установки, включая последствия радиационного облучения для всех режимов. В настоящее время не существует общепринятых стандартов, регулирующих, кто может работать на рентгеноскопическом аппарате или какое минимальное обучение он должен иметь.

Некоторые указы в Республике требуют обязательного образования и обучения для безопасного использования рентгеновских лучей [8, 9]. Обязательным для обучения или процесса сертифицирования является изучение вопросов радиационной безопасности, правил работы с флюороскопическим оборудованием и выбор режимов [2, 10,]. В дополнение необходимо обсуждение вопросов биологических эффектов ИИ с акцентом на детерминированные эффекты и подробное обсуждение методов и способов уменьшения доз.

Существуют различные источники информации по обучению и образованию, такие как учебники, по медицинской физике, публикации AAPM, МКРЗ, учебные курсы МАГАТЭ [4, 5], а также и медицинская литература из серии рентгеновской физики, которые могут помочь отделению во внедрении программы обучения или аккредитации по рентгеноскопии и рентгенографии, дающих минимальную компетентность по безопасности использования рентгеновских аппаратов. Использование квалифицированного медицинского физика, помогающего в обучении персонала, как это рекомендовано в европейской Директиве и сводке FDA [7] может дать большое преимущество для отделения.

Заключение

С увеличением использования рентгеноскопии и цифровой рентгенологии в современной медицине управление радиационным облучением на исправных и правильно настроенных рентгеновских аппаратах имеет решающее значение. Множество факторов влияет на дозы, полученные пациентами при рентгеноскопии. Через понимание факторов, влияющих на дозу пациента, клиницисты могут помочь, в поддерживании доз на минимальном уровне без ухудшения качества изображения или эффективности интервенционных процедур.

Эффективное управление радиационного облучения через правильное использование аппаратуры, всестороннее обучение персонала и контроль качества может помочь в целостной редукции облучения на пациентов и персонал.

имеющийся протокол КК рентгенографического оборудования, включающий дозиметрических измерения слабо внедрятся в практику всех лечебных учреждений Республики

для того чтобы оптимизировать радиационную защиту пациентов необходимо также утвердить единые национальные клинические протоколы (методики) для всех стандартных видов рентгеноскопических исследований, Это позволить их дальнейшую адаптацию в местной практике отделения с учетом специфичных характеристик наличного оборудования;

Таким образом, необходимо широкое внедрение программ обеспечения качества в медицинских учреждениях с целью защиты здоровья персонала и пациентов при использовании ионизирующих излучений в диагностической радиологии.

Литература

Василев Г. Облъчване на българското население с йонизиращи лъчения. София, 1994.

Министерство на здравеопазването. Наредба №30 от 31 октомври 2005 г. за условията и реда за осигуряване защита на лицата при медицинско облъчване, обн. ДВ бр. 91 от 15.11.2005 г.

Министерство на здравеопазването. Наредба №22 за утвърждаване на медицински стандарт "Образна диагностика", обн. ДВ, бр. 76 от 2004 г.

Национален център за здравна информация. Официална страница в интернет. (http://www.nchi.government.bg/statistika1.html).

United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation. Sources and Effects of Ionizing Radiation. UNSCEAR 2000 Report to the General Assembly, with scientific annexes. Volume I: Sources. ISBN 92-1-142238-8.

Тарутин И.Г. Радиационная защита при медицинском облучении. Мн.: Выш .шк., 2005. ISBN 985-06-1109-X.

Международное агентство по атомной энергии. Региональные последипломные образовательные курсы по радиационной защите и безопасности источников ионизирующего излучения. C7-RER-9.090-002. Часть II. Величины и измерения. Международный государственный экологический университет им. А.Д. Сахарова, 22 января ? 26 июня 2008 г., г. Минск.

Кантер Б.М. Исследование и разработка методов и средств рентгеновской цифровой медицинской диагностики. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. //М., 2000, 50 с.

Размещено на Allbest.ru