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” В.С. Кравченко вперше застосував рентгенівські промені для діагностики 40 поранених в боях при Цусімі в російсько-японську війну (1905 р).

Як вже згадувалося в 10.1.2, П.М. Лебедєв демонстру­вав під час лекцій рентгенівські знімки частин свого тіла, починаючи з січня 1896 р.

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

10.5.1. 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 при просвічуванні 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 (мал. 10.15).

1 – джерело випромінювання (рентгенівська трубка);

2 – об’єкт обстеження;

3 – пристрій для реєстрації рентгенівського випроміню­ван­ня, яке пройшло через об’єкт.

В залежності від виду реєструючого пристрою розрізня­ють декілька методів рентгенодіагностики: рентгеноскопія, флюорографія, рентгенографія, електрорентгенографія, рент­ге­но­те­лебачення, рентгенотомографія. (детально про останній метод див. в 10.6.1).

а) Рентгеноскопія.

В

Мал. 10.15. Схема установки для рентгенодіагностичного обсте­жен­ня.

цьому методі реєструючим пристроєм є екран, який світиться під дією рентгенівсь­ко­го випромінювання (флуо­рес­цент­ний екран). Світло-ті­ньо­ве 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 (рент­ге­но­функціональний) стан ор­га­ну. Недоліки рентгеноскопії: низька яскравість флуорес­цент­ного екрана, недостатня конт­раст­ність зображення на зви­чайному рентгенівському екра­ні, робота проводиться в затем­неному приміщенні, спостере­ження проводить одна особа. Лікар і хворий знаходяться близько до рентгенівської трубки, що приводить до значного їх опромінення. Останнє обмежує можливість практичного застосування рентгеноскопії, особливо при тривалих рентгенологічних обстеженнях.

б) Флюорографія (рентгенофлюорографія).

Флюорографія – рентгенологічне дослідження, при якому рентгенівське зображення об’єкта фотографується з флуоресцентного екрана на фотоплівку. Розрізняють дріб­но­кадрову 2424 або 3535 мм) і крупнокадрову (7070 або 100100 мм). Остання за діагностичними можливостями наближається до рентгенографії.

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

в) Рентгенографія.

Рентгенографія – метод рентгенологічного досліджен­ня, при якому в ролі пристрою для реєстрації використо­вуєть­ся рентгенівська плівка. Зображення предмета діста­ють на фотоплівці. Рентгенівську зйомку будь-якого органу проводять не менш ніж в двох взаємно перпендикулярних проекціях. Технічні умови зйомки автоматично задаються спеціальними приладами, що входять в комплект 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 мал. 10.15, відстань між фокусами рентгенівської трубки і поверхнею тіла мінімальна – до 30–40 см, а час включення високої напруги на рентгенівській трубці є великим). За експозицією одне рентгенівське дослідження 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 екрану для рентгено­скопії. Проте, і в цьому випадку при більшій тривалості до­слід­ження можливі достатньо великі дозові навантаження. В таблиці 10.4 наведені тканинні дози при рентгеноско­пічному і рентгенографічному дослідженнях.

Таблиця 10.3. Тканинні дози при рентгенологічних дослідженнях.

	Dакт	Dл	Dш	Dпе	Dн	Dс	Dмз	Dшз	Dчг	Dжг
Дослідження органів дихання (Ua = 80 кВ, І = 3 мА, t = 120 c)3
Рентгено­ско­пія без ПРЗ3	18.5 (1850)	12.6 (1260)	1.4 (149)	2.6 (260)	3.6 (1220)	12.2 (290)	2.9 (290)	2.6 (260)	0.1 (10)	0.15 (15)
Рентгено­графія	1.2	1.1	0.13	0.24	0.31	1.0	0.26	0.24	0.07	0.014
(Ua = 70 кВ, І = 1 мА, t = 180 c)
Рентгено­скопія з ПРЗ	3.9	4.7	0.5	0.8	1.3	4.5	0.9	0.8	0.04	0.05
Рентгено­графія	Тканинні дози в 3–4 рази менші, ніж при рентгеноскопії
Катетеризація серця (Ua = 70 кВ, І = 1.5 мА, t = 620 c)
Рентгено­скопія з ПРЗ	15.8	24.2	2.8	4.7	6.5	23	4.8	4.7	0.2	0.3
Рентгено­графія з ПРЗ	6.7	0.8	1.4	1.8	5.8	1.7	1.4	1.9	0.05	0.08
Дослідження кишечника (Ua = 90 кВ, І = 2 мА, t = 540 c)
Рентгено­скопія без ПРЗ	14.04	0.76	9.72	4.32	4.32	1.84	0.76	0.11	35.64	41.04
Рентгено­графія	6	0.36	4	1.6	1.6	0.8	0.32	0.08	16	18.4
Рентгено­графія з ПРЗ	2.1	0.12	1.4	0.6	0.6	0.24	0.12	0.02	5	6

Індексами зверху позначені:

¹ – тканинні дози в мГр, в дужках – в мілірадах. Із таблиці видно, що при прицільній рентгенографії (три прицільні знімки) дози майже в 10 разів нижчі, ніж при рентгеноскопії;

² – тканинні дози без ПРЗ – підсилювач рентгенівського зображення;

³ – тканинні дози в режимі дослідження.

Умовні позначення тканинних доз різних органів:

D_акт – активний кістковий мозок; D_л – легені; D_ш – шлунок; D_пе – печінка; D_н – нирки; D_с – селезінка; D_мз – молочні залози; D_щз – щитовидна залоза; D_чг – чоловічі гонади; D_жг –жіночі гонади.

Тканинні дози визначаються за формулою:

D = pI ,

де p – питоме значення тканинної дози (мкГр/мА·с), І – 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.

г) Електрорентгенографія.

Мал. 10.16а. Зарядка селенової пластини: 1 – шар напівпровідника; 2 – електропровідна пластина.

В цьому методі реєстрація випромінювання, що пройш­ло через пацієнта, здійснюється фотопровідним шаром високоомного 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 (мал. 10.16а). В результаті на протилежних поверхнях селенової пластини з’являються заряди проти­лежних знаків (зверху +, знизу –), всередині пластини ство­рюється електричне поле.

	Мал. 10.16б. Експо­ну­ван­ня: 1 – рентге­нівські промені; 2 – об’єкт обстежень; 3 – ділянки селеново­го шару, де збе­реглася поляризація.
	Мал. 10.16в. Утво­рен­ня електро­ста­тич­ного зображен­ня: 1 – пластина се­ле­ну; 2 – порошин­ки проявляючої ре­чо­ви­ни; 3 – елект­род.

При опроміненні такої пластини рентгенівськими про­ме­нями в результаті фотопровідності селену зменшується опір шару, що приводить до стікання нанесених на поверхню шару зарядів пропорційно освітленості. Заряди, що залишились після експонування, утворюють приховане електричне зображення (мал. 10.16б). Його можна візуалізу­вати двома способами:

1 – шляхом а) проявлення електрично зарядженим по­рош­ком (в сухому вигляді або у виді суспензії, мал. 10.16в), б) закріплення безпосередньо на шарі або переносу на папір і закріплення (мал. 10.16г);

2 – шляхом безпосереднього електронного зчитування.

Мал. 10.16г. 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 методу 1 м² селе­нових пластин заміняє понад 3000 м² рентгенівської плівки і тим самим звільняється для інших цілей 40–50 кг срібла і 60–90 кг дефіцитної фотографічної желатини.

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

д) Підсилювачі рентгенівського зображення.

Рентгенівський електронно-оптичний підсилювач являє собою 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 мал. 10.17.

Мал. 10.17. 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 дана 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 штриха на 1 мм, їх використання при рентгеноскопії знижує дозу опромінення в 10–12 разів.

е) Рентгенотелебачення.

Зображення з екрана ЕОП проектується об’єктивом на фоточутливу поверхню передавальної телевізійної трубки, де воно перетворюється в електричні імпульси (відео­сигнали). Відеосигнали по провідниках (коаксіальних кабе­лях) подаються на вхід телевізора, на екрані якого видно зображення досліджуваної частини тіла або органу. Схема принципу рентгенотелевізійної установки приведена на мал. 10.18.

Мал. 10.18. 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 рентгенотеле­візій­ному 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.