Аналоговая и цифровая рентгенография

Все виды медицинской визуализации включают три этапа формирования изображения:

1. Образование пространственного изображения с наилучшими характеристиками.

2. Фиксация и воспроизведение пространственного изображения. При этом характеристики воспроизводящих устройств приходится оптимальным образом приспосабливать к клиническим требованиям.

3. Запись и архивация изображений. Изображение необходимо записывать в форме удобной для наблюдения, хранения и передачи на расстояния.

Эволюция радиологии в течение двух последних десятилетий огромна, в значительной мере это связано с внедрением компьютерной томографии (КТ) и ультрасонографии (УС) в семидесятых и магнитно-резонансной томографии (МРТ) в восьмидесятых годах. Эти новые методики создают секционные изображения, т.е. двухмерные отображения срезов тканей. Однако большинство обследований, проводимых в радиологических отделениях по-прежнему базируется на традиционных проекционных изображениях. Используемые в проекционной рентгеновской визуализации технологии можно разделить на три основные группы:

1. прямые аналоговые технологии;

2. непрямые аналоговые технологии;

3. цифровые технологии.

Стандартные рентгеновские системы осуществляют формирование и отображение информации аналоговым путем.

Прямые аналоговые технологии

При данной технологии окончательное рентгеновское изображение создается непосредственно в среде-детекторе, т.е. без каких-либо усложняющих промежуточных шагов. В качестве среды может использоваться радиографическая пленка или флюоресцирующий экран. Как пленка, так и экран являются аналоговыми детекторами рентгеновских лучей, т.е. их реакция на постоянную и непрерывно увеличивающуюся дозу излучения также постоянна и непрерывна, в противоположность пошаговой, дискретной реакции. Рентгеновская пленка реагирует потемнением, флюоресцентный экран – испусканием видимого света (флюоресценция).

Существует два основных направления прямой аналоговой технологии: а)прямая рентгенография и б) прямая флюороскопия.

Прямая рентгенография

Фотографическая эмульсия пленки содержит мельчайшие кристаллы бромида серебра, каждое зерно имеет диаметр порядка 1мкм. Полноразмерная рентгенография обеспечивает получение статических изображений с наивысшим из всех возможных методик пространственным разрешением (среднее линейное разрешение составляет примерно 1мкм=0,001мм).

Комбинации усиливающий экран-пленка соответствует характеристическая кривая, показывающая зависимость потемнения (плотности), фотографической эмульсии от экспозиции (рис.2).

При радиографии изучаемые структуры должны находиться в средней, линейной части кривой. Здесь эффект усиления контрастности пленкой достигает максимума. Наклон линейной части кривой называется гаммой, и комбинации экран-пленка с большими значениями гаммы дают высококонтрастные изображения. Такие параметры как чувствительность, пространственное разрешение и шум в значительной мере определяются усиливающими экранами.

Прямая рентгеноскопия

Традиционная рентгеноскопия (или просвечивание) использовалась для изучения динамических процессов до середины шестидесятых годов. С тех пор традиционную рентгеноскопию сменила непрямая рентгеноскопия, использующая усилители изображения и телевизионную технику.

Непрямые аналоговые технологии

В современной рентгеноскопии первичная проекция изображения создается на флюоресцентном экране, в целом также, как это делается при прямых технологиях. Однако изображение на экране не наблюдается непосредственно. Экран – это часть усилителя рентгеновских изображений (УРИ), увеличивающего яркость (свечение) первичного изображения примерно в 5 000 раз. В состав УРИ входит рентгеновский электронно-оптический преобразователь (РЭОП) и замкнутая телевизионная система (рис.8-1). РЭОП состоит из вакуумной колбы с люминисцентным экраном на кождом из ее концов, фотокатода и электронно-оптической системы.

Поступающее с преобразователя уменьшенное и усиленное изображение через систему зеркал и линз можно записать малоформатной камерой (формат пленки 70, 100 или 105 мм) или кинокамерой (формат пленки 16 или 35 мм (см.рис.8-1)). Запись малоформатной камерой также называют выборочной съемкой, или флюорографией, а выборочный фильм – флюорограммой. При флюорографии получаемая пациентом доза составляет примерно 1/10 дозы при полноразмерной радиографии, однако качество изображения (особенно пространственное разрешение) заметно ниже. Кинофлюорография создает похожие на кино изображения с частотой, например, 50 кадров в секунду. Кинофлюорография с 35-мм пленкой в ангио- и кардиологических исследованиях еще применяется (хотя цифровые технологии постепенно замещают аналоговые).

С помощью указанной оптической системы изображение может быть записано телевизионной камерой и показано на мониторе. Изображение будет иметь лучшее качество в случае непосредственной оптической связи выходного экрана усилителя и телекамеры с помощью волоконной оптики. Конкретный выбор телекамеры (видикон, плюмбикон, кремникон) зависит от ее назначения.

Возникающий в телекамере электрический видеосигнал поступает на экран видеоконтрольного устройства, монитор. Флюоресценция или рентгеноскопия с помощью РЭОПа позволяет наблюдать на экране монитора изображение в реальном масштабе времени, в том числе и двигательные функции организма, при меньшей лучевой нагрузке на пациента. Изображение, регистрируемое телекамерой, может храниться на магнитной пленке видеомагнитофона.

Цифровые технологии

Все цифровые технологии и методики на начальном этапе являются аналоговыми. Интенсивность света на флюоресцентном экране, электрический ток, индуцируемый рентгеновскими лучами в КТ-детекторе или эхосигналом в ультразвуковом датчике, или магнетизмом в приемной МР-катушке – все это аналоговая, непрерывная реакция. Три последних методики – компьютерная томография (КТ), ультрасонография (УС) и магнитно-резонансная томография (МРТ) считаются цифровыми технологиями, поскольку в них аналоговая ответная реакция (электрический ток) преобразуется в цифровую форму.

«Настоящее» цифровое изображение представлено в виде цифровой матрицы, т.е. в виде числовых строк и колонок. Числа могут отражать силу эхосигнала при ультразвуковом исследовании, ослабление рентгеновских лучей при КТ, магнитные свойства тканей при МРТ или интенсивность испускаемого флюоресцентным экраном света при цифровой проекционной рентгеновской визуализации. Для показа изображений цифровая матрица трансформируется в матрицу видимых элементов изображения – пикселов – где каждому пикселу, в соответствии со значением цифровой матрицы, присваивается один из оттенков серой шкалы.

Названные системы называются цифровыми или дигитальными, поскольку в них информация о параметрах выражается в цифровой двоичной системе.

Цифровые технологии могут применяться и для проекционных рентгеновских методик, поэтому термин «цифровая рентгенография» обычно используется лишь в этом узком смысле.