Глава 11 основы рентгенологии и рентгенодиагностики заболеваний животных

11.1. Основы рентгенофизики и рентгенотехники

Рентгенологические исследования применяют для диагностики заболеваний, скрыто протекающих патологических процессов и для изучения функциональных и анатомических норм и измене­ний различных органов и систем животных. При этом обычно ис­пользуют различные рентгеновские установки, выпускаемые для диагностических целей. Правильная и целенаправленная эксплуа­тация сложного оборудования, а также рациональное применение того или иного рентгенологического метода исследования воз­можны лишь после приобретения практических навыков и озна­комления с основами рентгенофизики и рентгенотехники.

Современная рентгенодиагностическая установка представляет собой сложное техническое устройство. Многоступенчатая систе­ма защиты обеспечивает радиационную и электрическую безопас­ность персонала и исследуемых животных.

Рентгенодиагностические аппараты принято делить на универ­сальные, позволяющие производить рентгеновское просвечивание (рентгеноскопию) и рентгеновские снимки (рентгенографию) всех частей тела животных и аппараты специального назначения. К последним относят аппараты для массовых исследований жи­вотных (флюорография), ангиографии, томографии.

В состав типового рентгенодиагностического аппарата входит питающее устройство (автотрансформатор, повышающий и пони­жающий трансформаторы, высоковольтный выпрямитель), пульт управления, штатив и рентгеновская трубка (рис. 11.1).

Открытие рентгеновских лучей и развитие рентгенологии. Удиви­тельно, но факт, что дата рождения целой отрасли науки известна с точностью до дня. Эта наука в последующем получила имя ее первооткрывателя — рентгенология. 8 ноября 1895 г. профессор физики Вюрцбургского университета Вильям Конрад Рентген поздним вечером закончил эксперименты в своей лаборатории. Погасив свет в комнате, он заметил в темноте зеленоватое свече­ние, исходившее от экрана, покрытого кристаллами платино-си- неродистого бария. Выяснилось, что находящаяся недалеко элект­ровакуумная (круксова) трубка, обернутая в черную бумагу, была

3

5

ковольтный повышающий трансформатор; 4 — рентгеновская трубка; 5 — понижающий трансформатор

лось при восстановлении пита­ния. Ученый предположил, что Рис. 11.1. Блок-схема строения рентге- при прохождении тока через невского аппарата: трубку в ней возникают какие-

/ — сеть; 2—автотрансформатор; 3— высо- ТО, ДО ЭТОГО Времени неИЗВеСТ-

под высоким напряжением, ко­торое Рентген забыл выклю­чить перед уходом. Свечение сразу же прекращалось при от­ключении тока и возобновля-

ные лучи, которые он впос­ледствии назвал Х-лучами. В течение последующих 50 сут Рентген изучал свойства откры-

тых им лучей. Итогом его работы стала рукопись, содержащая 17 страниц кратких обоснованных тезисов, которую Рентген пред­ставил 28 декабря 1895 г. председателю Вюрцбургского физико- медицинского общества вместе с первым рентгеновским снимком своей руки. Эту дату считают официальным днем открытия рент­геновских лучей. В начале января 1896 г. была опубликована бро­шюра Рентгена, которую в ближайшие недели опубликовали на русском, английском, французском и итальянском языках. Рус­ский перевод под названием «Новый род лучей», выпущенный в Петербурге, был проиллюстрирован фотографией рентгенограм­мы руки, сделанной в России 16 января 1896 г.

Одним из активных сторонников новой науки и основополож­ником русской рентгенологии был изобретатель радио А. С. По­пов. Уже в январе 1896 г. он изготовил первый в нашей стране рентгеновский аппарат, который впоследствии успешно функцио­нировал в Кронштадском военном морском госпитале.

Большой интерес к рентгеновскому излучению проявляли ме­дицинские работники. Не меньшее значение придавали им и ветеринарные специалисты. Уже в 1896 г. С. С. Лисовский приме­нил рентгеновское излучение для просвечивания собаки. В 1899 г. М. А. Мальцев проводил не только просвечивание, но и делал рентгенограммы головы, шеи и конечностей собаки, плюсны и пута лошади и пясти коровы.

В 1912 г. в лаборатории физиологии Харьковского ветеринар­ного института была собрана рентгеновская установка, которую использовали для определения переломов костей, вывихов, бере­менности у мелких животных, а также обнаружения инородных тел. Первые рентгеновские исследования в условиях ветеринар­ной лечебницы у мелких животных были проведены практикую­щими ветеринарными врачами А. В. Васильевым и А. В. Соломки- ным, а у крупных животных — А. А. Веллером.

Но все эти исследования были эпизодическими и бессистем­ными. Основоположниками ветеринарной рентгенологии в нашей

стране по праву считают А. И. Вишнякова и Г. В. Домрачева. В 1923 г. они независимо друг от друга начали систематическую и серьезную работу по рентгенологии (первый в Ленинградском, а второй в Казанском ветеринарном институтах).

Казанский и Ленинградский ветеринарные институты стали центрами ветеринарной рентгенологии, где были выполнены цен­ные фундаментальные работы. Здесь же готовили кадры ветеринар­ных рентгенологов. Каждый центр имел свое направление. Ленинг­радская школа (А. И. Вишняков) занималась преимущественно вопросами рентгенодиагностики костно-суставных заболеваний, а Казанская школа (Г. В. Домрачев) в основном разрабатывала воп­росы рентгенодиагностики заболеваний внутренних органов до­машних животных. Большой вклад в развитие ветеринарной рент­генологии внесли такие ученые, как И. Г. Шарабин, Н. 3. Обжорин, Е. И. Липина, В. А. Липин, М. Т. Терехина, Н. П. Тихомиров, К. Ф. Музафаров, Г. Г. Воккен, А. А. Веллер, Л. А. Крутовский, А. Л. Хохлов и многие другие

Источник рентгеновского излучения. Источником рентгеновского излучения служит рентгеновская трубка. Она представляет собой электровакуумный прибор, в котором электрическая энергия преоб­разуется в энергию рентгеновского излучения. Конструкция рентге­новских трубок зависит от их назначен™ и мощности (рис. 11.2).

Рис. 11.2. Рентгеновские трубки:

1 — с неподвижным анодом; 2-е вращаю­щимся анодом; 3 — строение рентгеновской трубки: о —анод; б—катод; в —стеклянная колба

По своему принципиальному устройству рентгеновские трубки сходны с диодом и состоят из стеклянного баллона (колбы), в ко­торый впаяны два электрода: анод и катод. Формирование свободных электронов на спи­рали катода, их движение к ано­ду и генерация рентгеновских лучей возможны только в усло­виях относительного вакуума (10^-7...10~⁸ мм рт. ст.). Для его создания служит колба рентге­новской трубки. Она изготовле­на из прочного жаростойкого стекла, способного пропускать рентгеновские лучи. Формы и размеры колбы могут быть са­мыми разнообразными. Стенки баллона выполняют функцию фильтрации рентгеновского из­лучения, поглощая ее низко- энергетический компонент — мягкие рентгеновские лучи.

465

Источником свободных элек­тронов, необходимых для полу­чения рентгеновских лучей, слу-

30 Е. С. Воронин и лр.

жит катод рентгеновской трубки. Простейшим вариантом его уст­ройства является обычная спираль из тугоплавкого материала. Что­бы более точно направить поток электронов на фокусное пятно анода, спираль катода помещают в фокусирующее устройство, ко­торое выполнено в виде металлического колпачка или цилиндра. Катод рентгеновской трубки с вращающимся анодом смещен от центра и установлен напротив скошенной поверхности кольцевид­ного зеркала анода. Двухфокусные трубки содержат две спирали разных длины и диаметра. Спирали расположены в фокусирующем устройстве параллельно друг другу или последовательно (одна за другой) и имеют автономную электрическую цепь для накала, что позволяет регулировать интенсивность рентгеновского излучения.

Наиболее важная составная часть рентгеновской трубки — анод. Конструктивно анод рентгеновской трубки представляет со­бой массивный металлический (медный) стержень цилиндричес­кой формы, рабочая поверхность которого скошена в сторону ка­тода под углом 45°. На скошенную поверхность в место бомбарди­ровки электронов (фокус анода) впрессована пластина из тугоплавкого материала (чаще из вольфрама), которая получила название «зеркала» анода. Образующаяся при работе трубки теп­лота распространяется по всей поверхности медного стержня, что не дает аноду перегреваться и позволяет увеличивать продолжи­тельность его работы. Для более мощных рентгеновских установок используют рентгеновские трубки с вращающимся анодом, ско­рость вращения которых З...9тыс. мин^-1. За счет этого поверх­ность фокусного пятна значительно увеличивается и анод меньше нагревается.

Механизм возникновения и основные свойства рентгеновского из­лучения. Для получения рентгеновских лучей вначале необходимо раскалить спираль катода рентгеновской трубки током от понижа­ющего трансформатора. При этом из раскаленной спирали будут непрерывно вылетать свободные электроны. Этот процесс назы­вают электронной эмиссией. Чтобы электроны концентрирова­лись в виде «облачка», используют специальные фокусировочные устройства.

После накала спирали к полюсам рентгеновской трубки (аноду и катоду) подается ток высокого напряжения (в несколько десят­ков тысяч вольт), который поступает от повышающего транс­форматора. При этом электроны устремляются от катода к аноду. Их скорость прямо пропорциональна включенному высокому напряжению. При торможении электронов в веществе анода их кинетическая энергия в большей мере превращается в тепловую (до 99 %), а также идет на образование рентгеновских лучей (1 %). В связи с тем, что образование рентгеновских лучей в рас­смотренном варианте связано с торможением электронов, данный вид излучения называют тормозным (рис. 11.3). Помимо тормоз­ного рентгеновского излучения известно так называемое характе­

ристическое излучение. Оно об­разуется вследствие того, что ус­коренные электроны проника­ют в глубь атомов и выбивают электроны из внутренних обо­лочек. Освободившееся место занимают электроны верхних уровней. При этом атом испус­кает фотоны характеристичес­кого рентгеновского излучения, названного так потому, что оно характеризует вещество анода рентгеновской трубки. В отли­чие от тормозного излучения, имеющего непрерывный спектр, у характеристического спектр линейчатый (дискретный), типич­ный для атомов каждого химического вещества. Таким образом, рентгеновское излучение — это вид электромагнитных колебаний, возникающих при резком торможении ускоренных электронов в момент их столкновения с атомами вещества анода рентгеновской трубки, либо при перестройке электронных оболочек атомов. По своей физической сущности они ничем не отличаются от других видов электромагнитных колебаний. Различие состоит лишь в длине волны.

Вид электромагнитных колебаний

Радиоволны

Инфракрасное излучение Видимый свет

30*

467

Ультрафиолетовое излучение Рентгеновское излучение у-излучение Космическое излучение

Применение рентгеновского излучения в ветеринарной меди­цине для диагностики и лечения основано на следующих его спо­собностях:

проникать через различные вещества, в том числе через органы и ткани тела животного, не пропускающие лучи видимого света;

вызывать флюоресценцию — свечение некоторых химических соединений (сульфиды цинка и кадмия, кристаллы вольфрамата кальция и др.). На этом свойстве основано рентгеновское просве­чивание, а также использование усиливающих экранов при рент­генографии;

Рис. 11.3. Схема образования тормоз­ного рентгеновского излучения:

а — образование свободных электронов; б— генерирование рентгеновского излучения

Длина волны, м

3 • 10⁴...15 ■ Ю-⁴ 15 • 10-⁴...7 • 10~⁷ 7 • Ю^-7...4 • Ю-⁷ 4- Ю-⁷...15- Ю-¹⁰ 15 - Ю-¹⁰...3- Ю-¹²

3-10-¹²...1 • ю-¹²

1 • 10-¹²...5 • Ю-¹⁴

оказывать фотохимическое действие: разлагать соединения се­ребра с галогенами и вызывать почернение фотографических сло­ев (в том числе и фотографической пленки). Это свойство лежит в основе получения рентгеновских снимков и фотодозиметрии;

оказывать выраженное биологическое действие в облученных органах и тканях. На этом свойстве основано использование рент­геновского излучения для лечения опухолевых и некоторых нео­пухолевых заболеваний. Однако при недостаточно контролируе­мом облучении в больших дозах возможно развитие острой и хро­нической лучевой болезни, либо лучевых поражений;

передавать энергию излучения атомам и молекулам окружающей среды, вызывая их возбуждение, а также распад на положительные и отрицательные ионы — ионизационное действие. Это позволяет с помощью дозиметров определять количество и качество рентге­новских лучей, применяемых для диагностики и терапии.

Интенсивность рентгеновского излучения — величина, показы­вающая, какое количество рентгеновских лучей образует рентге­новская трубка в единицу времени. Зависит от силы тока, проходя­щего через рентгеновскую трубку. Сила тока, в свою очередь, зави­сит от количества свободных электронов, источником которых служит нить накала катода. Меняя напряжение в цепи накала труб­ки, можно регулировать интенсивность рентгеновского излучения.

Жесткость рентгеновского излучения характеризует его энер­гию. Зависит от высокого напряжения тока, подаваемого на полю­са рентгеновской трубки. С увеличением напряжения (разности потенциалов на электродах трубки) возрастает энергия излучения и уменьшается длина волны. Коротковолновое излучение принято называть «жестким». Оно обладает большей проникающей спо­собностью, чем длинноволновое — «мягкое».

2

А Б

•4 чен для проведения рентге­нографии нетранспортабель-

Рис. 11.4. Переносной рентгеновский аппарат 9-Л5:

А — общий вид: / — штатив; 2— пульт управления; 3 — моноблок; 4—шторная диафрагма; Б — пульт управления: / — кнопка включения высокого напряже­ния; 2— переключатель напряжения; 3 — сигнальные лампы; -/—переключатель

экспозиции

Диагностические рентгеновские аппараты. Для диагностических

целей промышленность Рос­сии выпускает различные рентгеновские установки. Из всего разнообразия для вете­ринарных целей наиболее пригодны 9-JI5 (Арман-2), ДИНА, 12-ВЗ, РУМ-20.

Переносной диагностичес­кий рентгеновский аппарат 9-JI5 (рис. 11.4) предназна-

ных больных животных непосред­ственно в условиях стационара или при выездах в хозяйства. У этого ап­парата относительно небольшая мощность (до 2,8 кВт), что требует для получения рентгенограмм боль­шей экспозиции и близкого фокус­ного расстояния. Существенное его достоинство — независимость рабо­чего напряжения от колебаний на­пряжения и сопротивления питаю­щей сети. Эта особенность обеспе­чивает возможность стабильного получения рентгенограмм хорошего качества. Управление аппаратом уп­рощается благодаря реле.

Масса аппарата 36 кг. В разоб­ранном виде он размещается в трех чемоданах. Рассчитан на питание от сети переменного тока частотой 50 Гц и номинальным напряжением 220 В. Рабочее напряжение на труб­ке регулируется В пределах ОТ 40 ДО ^Рис-¹Портативный ренттено- 90 кВ ступенчато через 10 кВ. Экс- ^{диагностичсскии} аппарат ДИНА: позиция меняется от 1,5 до 100 мАс. JfJSEES Аппарат состоит из моноблока, раз- штатив

борного передвижного штатива и

миниатюрного пульта управления с кабелем длиной до 7 м. Штатив обеспечивает вертикальное перемещение рентгено­вской трубки в пределах от 36 до 175 см (от пола) и горизон­тальное (относительно колонны) от 40 до 62 см. Моноблок мо­жет поворачиваться на вилке на 30 и 120° в сторону и на ±180° вокруг оси вилки. Благодаря этому рентгенография возможна практически при любом направлении пучка рентгеновского из­лучения.

Для исследования мелких животных при вызовах на дом можно использовать портативный диагностический импульсный наносе- кундный аппарат ДИНА (рис. 11.5). Его отличительная особен­ность: компактность, небольшая масса, высокая энергия генери­руемого рентгеновского излучения и небольшая потребляемая мощность. Масса аппарата 15 кг, рабочее напряжение на рентге­новской трубке 150 кВ, время экспонирования фотоматериалов от 0,3 до 5 с. Электрическое питание может осуществляться от сети переменного тока напряжением 220 В, частотой 50 Гц или авто­номного источника постоянного напряжения 12 ± 10 % В. Аппа­рат состоит из моноблока, штатива и пульта управления. Кроме того, имеется высоковольтный кабель, преобразователь и съемные

Рис. 11.6. Передвижной рентгенодиагностнчес- кий аппарат 12-ВЗ:

/ — излучатель; 2— колонка; 3 — миллиамперметр; 4 — переключатель выдержки; 5—сигнальные лампы; 6— вольтметр; 7— кнопка включения высокого напряже­ния; регулятор тока; 9— рукоятка «подгонки» под сеть; 10— рукоятка коррекции напряжения сети; И — шкала напряжения («жесткости»); 12— рукоятка выбо­ра напряжения («жесткости»); 13 — тормоза; 14— ру­коятка включения аппарата; 15— рукоятка выбора тока; 16— выключатель высокого напряжения; 17— кнопка снятия блокировки

тубусы. Универсальный штатив позво­ляет вращать рентгеновскую трубку в любом направлении и исследовать жи­вотных в различных положениях.

Наибольшее распространение у нас в стране получил передвижной ветеринарный рентгеновский аппарат 12-ВЗ (рис. 11.6), который предназна­чен для рентгенологических исследо­ваний животных в клиниках, рентге­новских кабинетах учреждений и жи­вотноводческих хозяйств. У аппарата относительно высокая мощность (до 15 кВт кратковременно), что позволяет получать при короткой экспозиции высококачественные снимки любой анатомической области животного. Кроме того, он рассчитан на режим просве­чивания: для этого используют криптоскоп или специальный эк­ран. Источником питания служит сеть однофазного переменного тока с номинальным напряжением 220 или 380 В и частотой 50 Гц.

Основные составные части аппарата: пульт управления, генера­торное устройство, тележка, штатив, двухфокусная рентгеновская трубка типа 6/10 БД8-120 с вращающимся анодом, помещенная в защитный кожух со щелевой диафрагмой и оптическим центрато­ром, высоковольтные и низковольтные кабели. Напряжение на трубке (жесткость) регулируется в пределах от 40 до 125 кВ, сила тока (интенсивность) от 3 до 100 мА (ступенями 3, 25, 40, 60 и 100 мА). Необходимое рабочее напряжение на трубке и анодный ток устанавливают на панели управления до включения высокого напряжения. Электронное реле времени позволяет делать снимки с выдержкой от 0,04 до 6 с.

Предусмотрена защита персонала и лиц, фиксирующих живот­ных, от высокого напряжения и неиспользованного излучения. Благодаря конструкции штатива можно перемещать рентгено­вскую трубку и фиксировать ее практически во всех необходимых для исследования положениях.

Для крупных ветеринарных диагностических комплексов мож­но использовать современные отечественные рентгенодиагности- ческие установки типа РУМ-20. Это стационарный аппарат, для размещения которого необходим специально оборудованный рент­геновский кабинет. РУМ-20 имеет большую мощность и значи­тельно сложнее в сравнении с рассмотренными ранее аппаратами.

Рентгеновская установка РУМ-20 (рис. 11.7) снабжена тремя рабочими местами, что позволяет проводить рентгеноскопию мелких животных, рентгенографию в горизонтальном и верти­кальном положениях как мелких, так и крупных животных, а так­же томографию.

Любое рентгенологическое исследование заключается в полу­чении и последующем изучении рентгеновского изображения объекта. В самом общем виде система рентгенологического иссле­дования состоит из четырех частей: источника излучения, объекта исследования, приемника излучения и специалиста-исследовате­ля. Источником излучения служит рентгеновская трубка; объек­том исследования — больное или, при некоторых проверочных исследованиях, здоровое животное. В качестве приемника излуче­ния используют приспособления или приборы, которые преобра-