2. Основные виды взаимодействия рентгеновских лучей с веществом:

а — электрический эффект; б— эффект Комптона; в — образование пар.

При фотоэлектрическом эффекте энергия падающего кванта полностью расходуется на выбивание орбитального электрона

встречного атома и придание ему кинетической энергии. В результате атом, потерявший электрон, превраща­ется в

положительный ион. Выбитый же электрон (фото-электрон в процессе движения, в свою очередь, выбивает ионизацию

других атомов. Если энергия фотона недостаточна для ионизации, взаимодействие по типу фотоэффекта может сопровождаться

возбуждением атомов без вылета электронов. В иных случаях помещение электронов с внешних слоев на внутренние оболочки

атома заканчивается испусканием кванта характеристического излучения. Фотоэффект наблюда­ете при относительно низких

энергиях излучения (10-50 кэВ);

Комптоновское рассеивание (эффект Комптона) возникает при более высоких уровнях энергии излучения ( 100—200 эВ

и выше). Этот вид взаимодействия излучения с веществом отличается от фотоэффекта тем, что выбитому электрону

передается не вся энергия падающего кванта, а лишь часть ее. Выбитый электрон, получивший название комптоновского, и

электрона отдачи, обладая достаточной энергией, принимает участие во вторичных процессах ионизации. С другой стороны,

падающий квант, потерявший часть энергии при выбивании электрона и сообщении ему движения,

тем не менее, может сохранить запас энергии, необходимый для новых актов ионизации.

Образования пар наблюдается при взаимодействии и излучений высоких энергий (выше 1,02 МэВ) с ядрами

тяжелых атомов. При этом образуется пара: электрон и протон.

Глава II

РЕНТГЕНОВСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ

ОБРАЗОВАНИЕ и ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Рентгеновское изображение формируется на рентгенографической пленке, экране рентгеновского аппарата, выходном экране электронно-оптического преобразователя либо на экране рентгеннотелевизионного устройства и, по существу, представляет собой сложное сочетание множества теней, отличающихся друг от друга величиной, формой, структурой и оптической плотностью. Анализируя эту картину, рентгенолог должен сделать заключение о нормальном состоянии исследуемых им органов либо о наличии в них тех или иных патологических изменений. Для правильного решения этой задачи необходимо, чтобы врач-рентгенолог и рентгенолаборант были знакомы с особенностями рентгеновского изображения и могли правильно оценить роль различных факторов, оказывающих влияние на его информативность.

Как же образуется рентгеновское изображение?

Прежде следует подчеркнуть, что рентгеновское изображение существенно отличается от фотографического, а также обычного оптического изображения, создаваемого видимым светом. Так, электромагнитные волны видимого света, испущенные какими-то телам или отраженные от них, попа­дая в глаз, вызывают зрительные ощущения, которые создают изображение внешнего вида предмета. Точно так же фото­графический снимок отображает лишь внешний вид фотографируемого объекта, причем обычно в уменьшенном мас­штабе. Рентгеновское изображение, наоборот, воспроизво­дит внутреннюю структуру исследуемого тела. Получение его связано с неравномерным поглощением излучения различны­ми тканями.

Как известно поглощение, рентгеновских лучей, помимо ах энергии, определяется атомным составом, плотностью и толщиной объекта.. Чем тяжелее входящие в ткани химические элементы, больше их плотность и толщина слоя, тем интен­сивнее поглощается рентгеновское излучение. И, наоборот, ткани, состоящие из элементов с низким атомным номером, обычно имеют небольшую плотность и в меньшей степени поглощают ; рентгеновские лучи. В табл. 2 приведены данные о плотности различных тканей и сред, входящих в состав тела человека.

Табл. 2

Плотность (г/см³) различных тканей и сред, входящих в состав тела человека.

Ткани и вещества	Плотность
Воздух Жир Вода Мышцы Хрящи Кости

Как видно из этой таблицы человеческое тело состоит из веществ, имеющих различную плотность.

Установлено, что если относительный коэффициент поглощения рентгеновского излучения средней жесткости водой принять за 1,0 то для воздуха он составит 0,01; для жирной ткани – 0,5; углекислого кальция – 15,0; фосфориокислого кальция – 22,0.

Другими словами, в наиболь­шей степени рентгеновские лучи поглощаются костями, и значительно меньшей степени— мягкими тканями ( особенно жировой) и меньше всего тканями, содержащими воздух.

Неравномерное поглощение рентгеновского излучения в тканях исследуемой анатомической области обуславливает формирование в пространстве за объектом измененного или неоднородного пучка рентгеновских лучей (выходной дозы или дозы за объектом). По существу этот пучок содержит в себе невидимые глазом изображения ( изображения в пучке). Воздействуя на флюоресцирующий экран или рентгенографическую пленку, он создает привычное рентгеновское изображение.

Таким образом, очевидно, что в основе образования рентгеновского изображения лежит неодинаковое поглощение рентгеновских лучей в исследуемых органах и тканях. Это так называемый аосорбционный закон рентгеновской дифференциации. Сущность его заключается в том, что любой объект (любая анатомическая структура) на снимке или просвечивающем экране может обусловить появление сдельной тени только в том случае, если будет отличаться от окружающих его объектов (анатомических структур) по атомному составу, плотности и толщине.

В зависимости от соотношения темных и светлых участков рентгеновское изображение может быть позитивным и не­гативным. Позитивное изображение образуется при рентгеноскопии. На просвечивающем экране наиболее светлыми ( яркими) являются участки, соответствующие анатомическим структурам, «прозрачным»( имеющим большую плотность и толщину) для рентгеновского излучения. К таким структурам прежде всего относятся воздушная легочная ткань, придаточные пазухи носа, кишечник. Содержащий газ, а также мягкие ткани, особенно жировая. Наоборот, анатомические структуры, интенсивно поглощающие рентгеновское излучение (кости, различного рода обызвествления. Массивные образования и др.), создают на экране затемнения. Так, при просвечивании грудной клетки на фоне прозрачной (светлой) воздушнюй легочной ткани отчетливо определяются затемнения, обусловленные тканями ребер, корней легких, сердца и крупных сосудов.

На рентгенограммах соотношение затемнений и просветле­ний носит обратный характер: светлые участки соответствуют анатомическим структурам, максимально поглощающим излу­чение, темные — более прозрачным участкам исследуемого объекта. Такое изображение является негативным. Во из­бежание путаницы при описании снимков исходят из соотно­шений, характерных для рентгеноскопии. Поэтому светлые участки на негативных снимках принято называть «затемнениями», а темные «просветлениями».

Рентгеновское изображение создает пучок рентгеновских лучей, прошедших через исследуемый объект. На своем пути каждый луч естественно пересекает множество точек, каждая из которых в той или иной степени (в зависимости от атомного состава, плотности и толщины) поглощает его энергию. При этом суммарное ослабление не зависит от прост­ранственного расположения отдельных поглощающих излучение точек. Эта закономерность видна из рис. 3. Несмотря на различное расположение в исследуемом объеме тканей, все точки вызвавшие в сумме одинаковое ослабление пучка рентгеновского излучения при исследовании в одной проекции, отображаются на плоскости в виде теней одинако­вой интенсивности.

Этот пример свидетельствует о том, что рентгеновское изображение является плоскостным и суммационным.

Плоскостной и суммационный характер рентгеновского изображения может обусловить не только суммацию, но и как бы вычитание (субтракцию) теней. Действительно, если на пути рентгеновских лучей имеются участки уплотнения и участки разрежения, то повышенное их поглощение в первом случае компенсируется пониженным во втором (рис 4).

Поэтому при исследовании в одной проекции не всегда отличить истинное уплотнение или разрежение в том или ином органе от суммации или, наоборот, субтракции теней, расположенных по ходу пучка рентгеновского излучения.

3. Схема формирования на снимке идентичного суммарного отображения нескольких точек при различном пространственном их расположении в исследуемом объекте (по В. И. Феоктистову)

4. Схематическое изображение эффекта суммации (а) и субтракции (б) при съемке в одной проекции.

5 6

5. Схема формирования суммационного (а) и раздельного (б) изображений двух теней при съемке в двух взаимно перпендикулярных проекциях.

6. Схематическое изображение зависимости между расстоянием фокус трубки — объект и проекционным увеличением рентгеновского изображения одного, и того же объекта. С увеличением расстояния фокус трубки — объект (F и F₁) проекционное увеличение рентгеновского изображения (АБ и А₁ Б₁) уменьшается.

Отсюда вытекает очень важное правило рентгенологического исследования: для получения дифференцированного изображения всех анатомических структур, исследуемой области нужно стремиться делать снимки как минимум в двух (лучше и трех) взаимно перпендикулярных проекциях прямой, боковой и осевой (аксиальной) или вращать больного при просвечивании (рис. 5).

7. Схематическое изображение зависимости между расстоянием объект— приемник изображения и проекционным увеличением рентгеновского изображения одного и того же объекта. С увеличением расстояния объект — приемник изображения (X и X₁) проекционное увеличение рентгеновского изображения (АБ и А₁ Б₁) возрастает.

Как уже говорилось рентгеновское и лучение распространяется от места своего образования (фокуса анода) в виде расходящегося пучка (конуса), что приводит к увеличению рентгеновского изображения. Степень проекционного увели­чения зависит от пространственных взаимоотношений между рентгеновской трубкой, исследуемым объектом и приемником изображения (рентгенографическая пленка, экран, селеновая пластинка и др.). Эта зависимость выражается в следующем: чем меньше расстояние от фокуса трубки до исследуемого объема и чем больше расстояние от объекта до приемника изображения, тем значительнее выражено увеличение рентге­новского изображения. Наоборот, с увеличением фокусного расстояния размеры рентгеновского изображения приближа­ются к истинным (рис 6,7).

Следовательно, в тех случаях, когда необходимо, чтобы размеры рентгеновского изображения были близкими к истин­ным, следует максимально приблизить исследуемый объект к кассете или просвечивающему экрану и удалить трубку на максимально возможное расстояние. При выполнении послед­него условия необходимо учитывать мощность рентгеновского аппарата, так как интенсивность излучения меняется обратно пропорционально квадрату расстояния. Обычно в практиче­ской работе фокусное расстояние увеличивают максимум до 2-2,5 см (телерентгенография). В этих условиях проекционное увеличение рентгеновского изображения бывает минималь­ным. Например, увеличение поперечного размера сердца при съемке в прямой передней проекции составляет всего 1,0- 1,5 мм.

Несмотря на то, что рентгеновское изображение в принципе всегда является увеличенным, при определенных условиях наблюдается проекционное уменьшение исследуемого объек­та. Обычно такое уменьшение касается изображения плоскостных образований либо структур, имеющих линейную,

а б

8. Схема особенностей рентгеновского изображения участка кровеносного сосуда (а) и бронха (б) в зависимости от расположения их главной оси по отношению к центральному пучку рентгеновского излучения и к приемнику изображения (по Л. Д.Линденбрате).

продолговатую форму (бронхи, сосуды), если их главная ось не параллельна плоскости приемника изображения и не перпендикулярна центральному пучку рентгеновского излучения. Тени бронхов, а также сосудов или каких-либо других объектов продолговатой формы имеют максимальные размеры в тех случаях, когда их главная ось параллельна кассете и перпендикулярна к направлению центрального луча. По мере же приближения или увеличения угла, образуемого центральным лучом и длинником исследуемого объекта, размеры тени последнего постепенно уменьшаются. В ортоградной проекции (по ходу центрального луча) заполненный кровью сосуд, как и любое линейное образование, отображается в виде точечной гомогенной тени, бронх же имеет вид кольца (рис. 8) Сочетание таких теней обычно определяется на снимках или на экране рентгеновского аппарата при просвечивании легких. В отличие от теней других анатомических структур (уплотненные лимфатические узлы, плотные очаговые тени) при поворотах они приобретают линейный характер.

Аналогичным образом происходит формирование рентге­новского изображения плоскостных образований (в частности, при междолевых плевритах). Максимальные размеры тень плоскостного образования имеет в тех случаях, когда центральный луч направлен перпендикулярно к исследуемой плоскости и пленке. Если же центральный луч скользит вдоль плоскостного образования (ортоградная проекция), то оно отображается на снимке или экране в виде интенсивной линейной тени. Во всех рассмотренных примерах центральный пучок рентге­новского излучения проходит через центр исследуемого объекта и направлен в центр пленки (экрана) под углом к ее поверхности. К этому обычно стремятся в рентге­нодиагностике. Однако в практической работе исследуемый объект нередко находится на некотором удалении от центрального луча либо кассета с пленкой или экран расположены к нему не под прямым углом (косая проекция).В таких случаях вследствие неравномерного увеличения отдельных сегментов объекта происходит деформация его изображения.

Так. тела, имеющие шаровидную форму, вытягиваются преимущественно в одном направлении и приобретают форму овала. (рис. 9). С подобными искажениями чаще всего приходиться сталкиваться при исследовании некоторых суставов (головки бедренной и плечевой костей), а также при выполнении внутриротовых снимков зубов

С целью преодоления проекционных искажений в каждом конкретном случае стремятся добиться оптимальных пространственных взаимоотношений между исследуемым объектом, приемником изображения и центральным лучом. Для этого объект устанавливают параллельно пленке (экрану) и через его центральный отдел перпендикулярно к пленке направляют центральный луч. Если по тем или иным причинам (вынужденное положение больного, особенность строения анатомической области) не представляется возможным придать объекту необходимое положение, то нормальные условия съемки достигаются путем соответствующего изменения расположения фокуса трубки и кассеты (рис. 10).

Перспектива рентгеновского изображения (изображение трехмерных предметов на плоскости) существенно отличается от привычного для нашего глаза изображения предметов. Как известно, при обычном зрительном восприятии рельефность и изображения объекта достигается главным образом благода­ря тому, что отдаленные предметы имеют меньшие размеры, чем более близкие к нам, и частично иди полностью закрываются ими. Кроме того, восприятию объемности способствует наличие при боковом освещении светотеней (более темных и светлых участков).

На рентгенограмме или просвечивающем экране детали изображения, отстоящие дальше от приемника изображения,

всегда имеют большие размеры и менее четкие контуры, чем структуры, прилегающие к нему. Так, на прямом переднем снимке грудной клетки изображение задних отделов ребер имеет большие размеры и менее четкие контуры, чем передних.

9. Схема различных вариантов искажения рентгеновского изображения шара при съемке косым пучком рентгеновского излучения (а) и при косом по отношению к центральному пучку рентгеновского излучения расположении приемника изображения (б),

10. Схема получения правильного изображения объектов шаровидной (а) и продолговатой (б) формы при исследовании в косой проекции. Положение приемника изображения именно таким образом, что центральный пучок рентгеновского излучения проходил через центр объекта, перпендикулярно приемнику изображения. При этом продольная ось объекта продолговатой формы располагается параллельно плоскости приемника изображения

Кроме того, на рентгенограмме задние участки исследуемого объекта не заслоняются передними и интенсивность их отображения зависит о степени поглощения рентгеновского излучения. Наконец, в силу вышесказанного градация интен­сивности теней на рентгенограммах не имеет ничего общего с распределением светотеней при зрительном восприятии предметов. Поэтому в процессе изучения рентгенологического изображения представление об объемности может быть полу­чено лишь при одновременном анализе нескольких снимков, выполненных в различных проекциях.

Интенсивность тени той или другой анатомической структу­ры зависит от ее рентгенопрозрачности, т. е. способности поглощать рентгеновское излучение. Эта способность, как уже говорилось, определяется атомным составом, плотностью и толщиной исследуемого объекта. Чем тяжелее химические элементы, входящие в анатомические структуры, тем больше они поглощают рентгеновское излучение. Аналогичная зави­симость существует между плотностью предметов и их рентгенопроницаемостью. Чем больше плотность исследуемого объекта, тем интенсивней его тень. Именно поэтому при рентгеноскопичсском исследовании обычно легко определяются металлические инородные тела и очень сложен поиск инородных тел, имеющих малую плотность( дерево, различные виды пластмассы, алюминий и др.).

В большинстве случаев анатомические структуры, состоящие из тяжелых химических элементов, имеют высокую плотность. Так, кости, в состав которых входят тяжелые элементы - кальции и фосфор, обладающие наибольшей среди тканей организма плотностью и интенсивностью поглощают рентгеновское излучение, однако в этом случае имеются исключения. В частности известно, что воздух обладает значительно большей рентгенопрозрачностью, чем вода. Вместе с тем азот и кислород (химические элементы, входящие в состав воздуха) тяжелее, чем водород и кислород (химические элементы воды).

В зависимости от плотности принять различать четыре степени прозрачности сред: воздушную, мягкотканную, кост­ную и металлическую. Таким образом очевидно, что при анализе рентгеновского изображения, представляющего собой сочетание теней различной интенсивности, необходимо учитывать химический состав и плотность исследуемых анатомических структур.

Однако следует иметь в виду, что большинство тканей человеческого организма по своему составу и плот­ности незначительно отличаются друг от друга. Так, мышцы, паренхиматозные органы, мозг, кровь, лимфа, нервы, различ­ные мягкотканые патологические образования (опухоли, воспалительные гранулы), а также и патологические жидкости ( экссудат, транссуда) обладают почти одинаковой рентгенопрозрачностью. Поэтому решающее влияние на интенсивность тени той или иной анатомической структуры оказывает изменение ее толщины.

Известно, в частности, что с увеличением толщины тела в арифметической прогрессии пучок рентгеновских лучей за объектом (выходная доза) уменьшается в геометрической прогрессии и даже незначительные колебания толщины иссле­дуемых структур может существенно изменить интенсивность их теней. Как видно из рис. 11 при съемке объекта, имеющего форму трехгранной призмы, наибольшую интенсивность име­ют участки тени, соответствующие максимальной толщине объекта. Так, если центральный луч направлен перпендикулярно к одной из стен основания призмы, то интенсивность тени будет максимальной в центральном отделе. По мере же передвижения к периферии интенсивность ее постепенно