8.5. Застосування рентгенівського випромівання в медицині

Перше практичне застосування рентгенівські промені знайшли в області медичної діагностики і терапії. В січні 1896 р. рентгенівськими променями зайнявся винахідник радіо О.С. Попов, який виготовив в Кронштадті апарат для одержання рентгенівських променів. Цей апарат був ним побудований уже через два тижні після публікації першого повідомлення Рентгена. Попов застосував свій апарат для виявлення рушничного дробу, що застряв у тілі пораненого. Такі апарати були виготовлені ним і доставлені на деякі кораблі флоту. Лікар крейсера "Аврора" B.C. Кравченко вперше застосував рентгенівські промені для діагностики 40 поранених в боях при Цусімі в російсько-японську війну (1905р).

Як вже згадувалося у параграфі 8.1.2, П.М. Лебедев демонстрував під час лекцій рентгенівські знімки частин свого тіла, починаючи з січня 1896 р.

У наступні роки застосування рентгенівських променів у медицині удосконалювалось як для діагностичних, так і терапевтичних цілей.

8.5.1. Методи рентгенодіагностики

Під рентгенодіагностикою розуміють розпізнавання захворювання за допомогою просвічування тіла рентге­нівськими променями.

Тіло людини складається із тканин і органів, що мають різний елементний склад і різну густину, отже, і різну здатність поглинати рентгенівське випромінювання. Тому під час просвічування тіла тканини з більшою густиною поглинають рентгенівські промені сильніше і виділяються як темні на фоні світлих, мало поглинаючих, тканин. Схема установки для рентгенодіагностичного обстеження включає три обов'язкові компоненти (рис. 8.15):

1 -джерело випромінювання (рентгенівськатрубка);

2 - об'єкт обстеження;

3 - пристрій для реєстрації рентгенівського випроміню­вання, яке пройшло через об'єкт.

Залежно від виду реєструючого пристрою розрізняють кілька методів рентгенодіагностики: рентгеноскопія, флю­орографія, рентгенографія, електрорентгенографія, рентгенотелебачення, рентгенотомографія (детально про останній метод див. параграф 8.6.1).

Рентгеноскопія

У цьому методі реєструючим пристроєм є екран, який світиться під дією рентгенів­ського випромінювання (флуо­ресцентний екран). Світлоті­ньове зображення досліджува­ної частини тіла на цьому екрані розглядає (спостерігає) лікар-рентгенолог, який здійс­нює візуальний контроль). Між екраном і оком рентгенолога ставиться свинцеве скло, щоб захистити лікаря від рентге­нівського випромінювання, яке проходить через пацієнта.

Рентгеноскопія дає уявлен­ня про функціональний (рент-генофункціональний) стан ор­гану. Недоліки рентгеноскопії: низька яскравість флуорес­центного екрана, недостатня контрастність зображення на

звичайному рентгенівському екрані, робота проводиться в затемненому приміщенні, спос­тереження проводить одна особа.

Рис. 8.15. Схема установи: для рентгенодіагностичног обстеження.

Лікар і хворий зн­аходяться близько до рентгенівської трубки, що призводить до значного їх опромінення. Останнє обмежує можливість практичного застосування рентгеноскопії, особливо під час тривалих рентгенологічних обстеженнях. Флюорографія (рентгенофлюорографія) Флюорографія - рентгенологічне дослідження, при якому рентгенівське зображення об'єкта фотографується з Остання за діагностичними можливостями наближається до рентгенографії.

Щоб захистити рентгенолога в процесі рентгенівського обстеження хворого, був запропонований метод рентгено­графії.

Рентгенографія

Рентгенографія - метод рентгенологічного досліджен­ня, при якому в ролі пристрою для реєстрації використо­вується рентгенівська плівка. Зображення предмета діста­ють на фотоплівці. Рентгенівську зйомку будь-якого органа проводять не менш ніж в двох взаємно перпендикулярних проекціях. Технічні умови зйомки автоматично задаються спеціальними приладами, що входять до комплекту рентге­нівської установки. На рентгенограмах виявляється більше деталей зображення, ніж при рентгеноскопії.

Рентгенографічний метод характеризується значно біль­шою інформативністю, ніж рентгеноскопічний. Для аналізу рентгенограми можна залучити інших, більш досвідчених спеціалістів, і це є документ, який можна порівняти з наступними аналогічними знімками.

При рентгенографії сумарна експозиція в багато разів менша, ніж при рентгеноскопії (при рентгеноскопії, як видно з рис. 8.15, відстань між фокусами рентгенівської трубки і поверхнею тіла мінімальна - доа час включення високої напруги на рентгенівській трубці є великим). За експозицією одне рентгенівське обстеження еквівалентне 5-9 рентгенограмам. Пропорційно експозиції змінюється величина тканинних доз. Для підвищення роздільної здатності і зменшення променевих навантажень використовують підсилювачі рентгенівського зображення (ПРЗ). Застосування ПРЗ створює менші дозові навантажен­ня, ніж при використанні звичайного екрана для рентгено­скопії. Проте і в цьому випадку при більшій тривалості обстеження можливі достатньо великі дозові навантаження. У табл. 8.4 наведені тканинні дози, отримані під час рентгеноскопічного і рентгенографічного обстежень.

Таблиця 8.4. Тканинні дози, отримані під час рентгено­логічних обстежень

Індексами зверху позначені:

¹ - тканинні дози вв дужках - в мілірадах. Із табл. 8.4 видно, що при прицільній рентгенографії (три прицільні знімки) дози майже в 10 разів нижчі, ніж при рентгеноскопії;

²- тканинні дози без ГІРЗ;

³ - тканинні дози в режимі обстеження.

Умовні позначення тканинних доз різних органів:

- активний кістковий мозок;- легені;- шлунок;

- печінка; - нирки;- селезінка;- молочні залози;- щитовидна залоза;- чоловічі гонади;-жіночі гонади.

Тканинні дози визначаютьсяза такою формулою:

де - питоме значення тканинної дози - сила струму в рентгенівській трубці; - середній час досліджен­ня.

З метою зниження доз опромінення рекомендується повна заміна рентгеноскопії на рентгенографію. Рентгено­скопічне дослідження, що проводиться за допомогою зви­чайного екрана без підсилювача рентгенівського зображен­ня, повинно застосовуватись тільки у виключних випадках.

Електрорентгвнографія

Рис. 8.16а. Зарядка селенової пластини: 1 - шар напівпровідника; 2 - електропровідна пластина.

У цьому методі реєстрація випромінювання, що пройш­ло через пацієнта, здійснюється фотопровідним шаром ви-сокоомного напівпровідника (селену, окису цинку тощо). Напівпровідник наноситься на провідну основу - підложку. Перед одержанням зображення шар напівпровідника - селе­нову пластину - "збуджують", заряджаючи її іонами зви­чайно із коронного розряду в повітрі, а підложку заземлю­ють (рис. Ю.іба). У результаті на протилежних поверхнях селенової пластини з'являються заряди протилежних знаків (зверху +, знизу -), всередині пластини створюється електричне поле.

Рис. 8.16б. Експону­вання: 1 — рентгенівські промені; 2 — об'єкт об­стежень; 3 — ділянки се­ленового шару, де збе­реглася поляризація.

При опроміненні такої пластини рентгенівськими про­менями в результаті фотопровідності селену зменшується опір шару, що спонукають до стікання нанесених на поверх­ню шару зарядів пропорційно освітленості. Заряди, що зали­шились після експонування, утворюють приховане елект­ричне зображення (рис. 8.16б). Його можна візуалізувати двома способами:

Рис. 8.16в. Утворення електростатичного зо­браження: 1 - пластина селену; 2 - порошинки проявляючої речовини; 3- електрод.

1 - такий: а) проявлення електричне зарядженим по­рошком (в сухому вигляді або у виді суспензії, див. рис. 8.16в); б) закріплення безпосередньо на шарі або переносу на папір і закріплення (рис. 8.16г);

2 - шляхом безпосереднього електронного зчитування.

Рис. 8.16г. Перенос зображення: 1 - папір, на який переноситься зображення; 2 - пластина селену.

Метод відрізняється високою економічністю (вико­ристовується звичайний папір замість дорогої рентге­нівської плівки), швидкістю отримання готового знімка (2-2.5 хвилини), зручністю роботи на світлі без спеціальної фотолабораторії. При використанні цього методуселе­нових пластин заміняє понадрентгенівської плівки і тим самим звільняється для інших цілей 40-50 кг срібла і 60-90 кг дефіцитної фотографічної желатини.

Променеве навантаження на хворого при електро-рентгенографії із застосуванням пластин СЕРП-100-150 таке ж, як і при звичайній рентгенографії. Розробка більш чутливих до рентгенівського випромінювання напівпровід­никових матеріалів є дуже актуальна проблема, яка дасть змогу знизити променеві навантаження.

Підсилювачі рентгенівського зображення

Рентгенівський електронно-оптичний підсилювач ста­новить різновидність електронно-оптичного перетворювача (ЕОП). ЕОП - пристрій для перетворення зображення із однієї області спектра в іншу через побудову проміжного електронного зображення. В рентгенівському ЕОП рентге­нівське зображення перетворюється в електронне з наступ­ним його перетворенням в світлове.

Схема пристрою найпростішого ЕОП для рентгенів­ського випромінювання зображена на рис. 8.17.

Рис. 8.17. Схема будови найпростішого ЕОП для рентгенівського випромінювання: 1 - рентгенівська трубка; 2 - діафрагма; 3 - об'єкт; 4 - скляний вакуумний балон; 5 - фотокатод; 6 - анод; 7 - захисне свинцеве скло; 8 - флуоресцентний екран; 9 - об'єктив; 10 - зобра­ження; 11 - окуляр.

Рентгенівські промені від джерела 1 крізь діафрагму 2 проходять через об'єкт 3 і потрапляють на фотокатод 5. Фотокатод під дією цього випромінювання емітує (випус­кає) електрони. Кількість електронів, що випускає ця ділян­ка катода, пропорційна "засвічуванню" цієї ділянки рентге­нівськими променями. Інтенсивніше засвічування - більше електронів. Таким чином, через фотокатод зображення об'єкта в рентгенівських променях перетворюється в елект­ронне зображення. Електрони, що вилетіли з фотокатода, прискорюються електричним полем між катодом і анодом і проектуються на флуоресцентний екран 8, де електронне зображення знову перетворюється на світлове. Останнє і спостерігається за допомогою оптичної збільшуваної систе­ми 9, 11. Сучасні ЕОП мають три вихідних вікна: з дзер­кальною оптикою, з телевізійною камерою і кінокамерою. ЕОП мають роздільну здатність 1-2 штрихи наїх використання при рентгеноскопії знижує дозу опромінення в 10-12 разів.

Рентгенотелебачення

Зображення з екрана ЕОП проектується об'єктивом на фоточутливу поверхню передавальної телевізійної трубки, де воно перетворюється в електричні імпульси (відеосигна-ли). Відеосигнали по провідниках (коаксіальних кабелях) подаються на вхід телевізора, на екрані якого видно зобра­ження досліджуваної частини тіла або органа. Схема прин­ципу рентгенотелевізійної установки наведена на рис. 8.18.

Рис. 8.18. Схема рентгенотелевізійної установки.

Основними компонентами рентгенотелевізійної уста­новки є: 1 - джерело рентгенівського випромінювання; 2 -об'єкт; 3 - ЕОП; 4 - проектуюча оптика; 5 - передавальна телекамера; 6 - кабель; 7 - приймальний пристрій; 8 -екран.

Застосування рентгенотелебачення зменшує дозу опро­мінення пацієнта в 15 разів порівняно з тією, яку дістають при проведенні звичайного просвічування, і в 3-5 разів менше порівняно з дозою, отриманою при просвічуванні за допомогою ЕОП. Час обстеження скорочується приблизно на чверть порівняно з часом звичайного дослідження завдяки достатньо високій яскравості та контрастності зображення.

Якщо до того ж врахувати, що при рентгенотелевізій-ному дослідженні зменшується кількість рентгенівських знімків, то сумарна доза опромінення при такому дослід­женні зменшується в 25-30 разів порівняно із звичайною рентгеноскопією. Рентгенотелевізійне зображення можна сфотографувати, зняти на кіноплівку, записати на відео­касету.