Рентгенография -Radiography

Рентгенография
Рентгеновская машина.JPG
Проекционная рентгенография коленного сустава на современном рентгеновском аппарате
Система Опорно-двигательный аппарат
Подразделения Интервенционная, ядерная, терапевтическая, педиатрическая
Серьезные заболевания Рак , переломы костей
Значимые тесты скрининговые тесты , рентген , КТ , МРТ , ПЭТ , сканирование костей , УЗИ , маммография , флюороскопия
Специалист Рентгенолог

Рентгенография — это метод визуализации, использующий рентгеновские лучи , гамма-лучи или подобное ионизирующее и неионизирующее излучение для просмотра внутренней формы объекта. Приложения рентгенографии включают медицинскую рентгенографию («диагностическую» и «терапевтическую») и промышленную радиографию . Подобные методы используются в службе безопасности аэропортов (где «сканеры тела» обычно используют обратное рентгеновское излучение ). Для создания изображения в обычной рентгенографии пучок рентгеновских лучей создается генератором рентгеновских лучей и проецируется на объект. Определенное количество рентгеновских лучей или другого излучения поглощается объектом в зависимости от плотности объекта и структурного состава. Рентгеновские лучи, проходящие через объект, улавливаются за объектом детектором ( фотопленкой или цифровым детектором). Получение плоских двумерных изображений с помощью этого метода называется проекционной рентгенографией . В компьютерной томографии (КТ-сканирование) источник рентгеновского излучения и связанные с ним детекторы вращаются вокруг объекта, который сам движется через создаваемый конический рентгеновский луч. Любая заданная точка внутри субъекта пересекается со многих направлений многими различными лучами в разное время. Информация об ослаблении этих лучей сопоставляется и подвергается вычислению для создания двумерных изображений в трех плоскостях (аксиальной, коронарной и сагиттальной), которые могут быть дополнительно обработаны для получения трехмерного изображения.

Медицинская рентгенограмма черепа

Медицинское использование

Рентгенография
МКБ-9-СМ 87 , 88,0 - 88,6
МеШ D011859
Код ОПС-301 3–10...3–13 , 3–20...3–26

Поскольку тело состоит из различных веществ с различной плотностью, ионизирующее и неионизирующее излучение можно использовать для выявления внутренней структуры тела на приемнике изображения, выделяя эти различия с помощью ослабления, или, в случае ионизирующего излучения , поглощение рентгеновских фотонов более плотными веществами (например, костями, богатыми кальцием ). Дисциплина, включающая изучение анатомии с помощью рентгенографических изображений, известна как рентгеноанатомия . Медицинская рентгенография обычно выполняется рентгенологами , а анализ изображений обычно проводится радиологами . Некоторые рентгенологи также специализируются на интерпретации изображений. Медицинская рентгенография включает в себя ряд методов, позволяющих получить множество различных типов изображений, каждый из которых имеет различное клиническое применение.

Проекционная рентгенография

Создание изображений путем воздействия на объект рентгеновскими лучами или другими высокоэнергетическими формами электромагнитного излучения и захватом полученного остаточного луча (или «тени») в виде скрытого изображения известно как «проекционная рентгенография». «Тень» может быть преобразована в свет с помощью флуоресцентного экрана, который затем фиксируется на фотопленке , она может быть захвачена люминофорным экраном для последующего «считывания» лазером (CR), или она может напрямую активировать матрицу. твердотельных детекторов (DR — аналог очень большой версии CCD в цифровой камере) . Кости и некоторые органы (например, легкие ) особенно хорошо поддаются проекционной рентгенографии. Это относительно недорогое исследование с высокой диагностической ценностью. Разница между мягкими и твердыми частями тела в основном связана с тем, что углерод имеет очень низкое поперечное сечение рентгеновского излучения по сравнению с кальцием.

Компьютерная томография

Изображения, созданные с помощью компьютерной томографии , включая трехмерное изображение вверху слева.

Компьютерная томография или компьютерная томография (ранее известная как компьютерная томография, буква «А» означает «аксиальный») использует ионизирующее излучение (рентгеновское излучение) в сочетании с компьютером для создания изображений как мягких, так и твердых тканей. Эти изображения выглядят так, как будто пациента нарезали, как хлеб (таким образом, «томография» - «томо» означает «ломтик»). Хотя при КТ используется большее количество ионизирующего рентгеновского излучения, чем при диагностическом рентгеновском излучении (в обоих случаях используется рентгеновское излучение), с развитием технологий уровни дозы КТ-излучения и время сканирования сократились. КТ-исследования, как правило, короткие, большинство из них длится только до тех пор, пока задерживается дыхание. Также часто используются контрастные вещества , в зависимости от тканей, которые необходимо увидеть. Рентгенологи проводят эти исследования, иногда совместно с рентгенологом (например, когда радиолог выполняет биопсию под контролем КТ ) .

Двухэнергетическая рентгеновская абсорбциометрия

DEXA , или денситометрия костей, используется в первую очередь для тестов на остеопороз . Это не проекционная рентгенография, так как рентгеновские лучи испускаются двумя узкими лучами, которые сканируют пациента под углом 90 градусов друг к другу. Обычно визуализируются бедро (головка бедренной кости ), нижняя часть спины ( поясничный отдел позвоночника ) или пятка ( пяточная кость), а также определяется плотность кости (количество кальция) и присваивается номер (Т-балл). Он не используется для визуализации костей, так как качество изображения недостаточно для получения точного диагностического изображения переломов, воспалений и т. д. Его также можно использовать для измерения общего содержания жира в организме, хотя это не является распространенным явлением. Доза облучения, полученная при сканировании DEXA, очень низкая, намного ниже, чем при проекционной рентгенографии.

Рентгеноскопия

Флюороскопия — это термин, изобретенный Томасом Эдисоном во время его ранних исследований в области рентгеновских лучей. Название относится к флуоресценции, которую он увидел, глядя на светящуюся пластину, облучаемую рентгеновскими лучами.

Методика обеспечивает движущиеся проекционные рентгенограммы. Рентгеноскопия в основном проводится для наблюдения за движением (ткани или контрастного вещества) или для руководства медицинским вмешательством, таким как ангиопластика, установка кардиостимулятора или восстановление/замена сустава. Последнее часто может быть выполнено в операционной с использованием портативного рентгеноскопического аппарата, называемого С-дугой. Он может перемещаться по операционному столу и делать цифровые изображения для хирурга. Бипланарная рентгеноскопия работает так же, как рентгеноскопия в одной плоскости, за исключением одновременного отображения двух плоскостей. Возможность работать в двух плоскостях важна для ортопедической хирургии и хирургии позвоночника и может сократить время операции за счет исключения повторного позиционирования.

Ангиография

Ангиограмма, показывающая поперечную проекцию вертебро - базилярного и заднего мозгового кровообращения

Ангиография – это использование рентгеноскопии для просмотра сердечно-сосудистой системы. Контраст на основе йода вводят в кровоток и наблюдают, как он перемещается. Поскольку жидкая кровь и сосуды не очень плотные, для просмотра сосудов под рентгеновским излучением используется контраст с высокой плотностью (например, большие атомы йода). Ангиография используется для обнаружения аневризм , утечек, закупорок ( тромбозов ), роста новых сосудов и установки катетеров и стентов. Баллонная ангиопластика часто проводится с ангиографией.

Контрастная рентгенография

Контрастная рентгенография использует рентгеноконтрастное вещество, тип контрастного вещества , чтобы выделить интересующие структуры визуально на их фоне. Контрастные вещества необходимы в традиционной ангиографии и могут использоваться как в проекционной рентгенографии , так и в компьютерной томографии (называемой контрастной КТ ).

Другая медицинская визуализация

Хотя технически это не рентгенографические методы из-за того, что не используются рентгеновские лучи, методы визуализации, такие как ПЭТ и МРТ , иногда объединяются в рентгенографию, поскольку радиологические отделения больниц занимаются всеми формами визуализации . Лечение с использованием радиации известно как лучевая терапия .

Промышленная радиография

Промышленная радиография — это метод неразрушающего контроля , при котором можно исследовать многие типы изготовленных компонентов для проверки внутренней структуры и целостности образца. Промышленная радиография может быть выполнена с использованием рентгеновских или гамма-лучей . Оба являются формами электромагнитного излучения . Разница между различными формами электромагнитной энергии связана с длиной волны . Рентгеновские и гамма-лучи имеют самую короткую длину волны, и это свойство приводит к способности проникать, проходить и выходить из различных материалов, таких как углеродистая сталь и другие металлы. Конкретные методы включают промышленную компьютерную томографию .

Рентгенография также может быть использована в палеонтологии , например, для этих рентгенограмм ископаемой Иды Дарвина .

Качество изображения

Качество изображения будет зависеть от разрешения и плотности. Разрешение — это способность изображения отображать близко расположенные структуры объекта в виде отдельных объектов на изображении, а плотность — это степень затемнения изображения. Резкость рентгенографического изображения во многом определяется размером источника рентгеновского излучения. Это определяется площадью попадания электронного пучка на анод. Большой источник фотонов приводит к большему размытию конечного изображения и усугубляется увеличением расстояния формирования изображения. Это размытие можно измерить как вклад в передаточную функцию модуляции системы формирования изображения. Устройства памяти, используемые в крупных рентгенографических системах, также очень важны. Они эффективно сохраняют важные данные о контрасте и плотности в рентгенографическом изображении и производят соответствующие выходные данные. Накопители меньшей емкости с разъемами высокой плотности также важны для защиты от внутренней вибрации или ударов.

Доза облучения

Доза облучения, применяемая при рентгенографии, зависит от процедуры. Например, эффективная доза рентгенографии грудной клетки составляет 0,1 мЗв, а КТ брюшной полости — 10 мЗв. Американская ассоциация физиков в медицине (AAPM) заявила, что «риски медицинской визуализации при дозах пациента ниже 50 мЗв для одной процедуры или 100 мЗв для нескольких процедур в течение коротких периодов времени слишком малы, чтобы их можно было обнаружить, и могут отсутствовать». Другие научные организации, разделяющие этот вывод, включают Международную организацию медицинских физиков , Научный комитет ООН по действию атомной радиации и Международную комиссию по радиологической защите . Тем не менее радиологические организации, в том числе Радиологическое общество Северной Америки (RSNA) и Американский колледж радиологии (ACR), а также несколько государственных учреждений, указывают стандарты безопасности, чтобы гарантировать, что доза облучения будет как можно ниже.

Экранирование

Рентгеновские лучи, генерируемые
пиковыми напряжениями ниже
Минимальная толщина
свинца
75 кВ 1,0 мм
100 кВ 1,5 мм
125 кВ 2,0 мм
150 кВ 2,5 мм
175 кВ 3,0 мм
200 кВ 4,0 мм
225 кВ 5,0 мм
300 кВ 9,0 мм
400 кВ 15,0 мм
500 кВ 22,0 мм
600 кВ 34,0 мм
900 кВ 51,0 мм

Свинец является наиболее распространенным средством защиты от рентгеновских лучей из-за его высокой плотности (11 340 кг/м 3 ), останавливающей способности, простоты установки и низкой стоимости. Максимальная дальность фотона высокой энергии, такого как рентгеновский луч, в веществе бесконечна; в каждой точке материи, через которую проходит фотон, существует вероятность взаимодействия. Таким образом, вероятность отсутствия взаимодействия на очень больших расстояниях очень мала. Следовательно, экранирование фотонного луча является экспоненциальным (с длиной затухания , близкой к длине излучения материала); удвоение толщины экранирования уравновешивает эффект экранирования.

В таблице в этом разделе показана рекомендуемая толщина свинцового экрана в зависимости от энергии рентгеновского излучения согласно Рекомендациям Второго Международного Радиологического Конгресса.

Кампании

В ответ на растущую озабоченность общественности по поводу доз облучения и постоянного прогресса в области передового опыта в рамках Общества детской радиологии был сформирован Альянс за радиационную безопасность в детской визуализации . Совместно с Американским обществом технологов-радиологов , Американским колледжем радиологии и Американской ассоциацией физиков в медицине , Общество детской радиологии разработало и запустило кампанию Image Gently, предназначенную для поддержания высокого качества исследований изображений при минимальном дозы и передовые методы радиационной безопасности, доступные для педиатрических пациентов. Эта инициатива была одобрена и применена растущим списком различных профессиональных медицинских организаций по всему миру и получила поддержку и помощь со стороны компаний, производящих оборудование, используемое в радиологии.

Вслед за успехом кампании Image Gently Американский колледж радиологии, Радиологическое общество Северной Америки, Американская ассоциация физиков в медицине и Американское общество технологов-радиологов запустили аналогичную кампанию для решения этой проблемы у взрослых. населения под названием Image Wisely. Всемирная организация здравоохранения и Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) Организации Объединенных Наций также работают в этой области и реализуют текущие проекты, направленные на распространение передового опыта и снижение дозы облучения пациентов.

Оплата провайдеру

Вопреки совету, который делает акцент на проведении рентгенограмм только в интересах пациента, недавние данные свидетельствуют о том, что они используются чаще, когда стоматологам платят за услуги.

Оборудование

Обычная рентгенограмма локтя
AP-рентгенограмма поясничного отдела позвоночника
Рука, подготовленная к рентгену

Источники

В медицине и стоматологии в изображениях проекционной рентгенографии и компьютерной томографии обычно используются рентгеновские лучи, создаваемые генераторами рентгеновского излучения , которые генерируют рентгеновские лучи из рентгеновских трубок . Полученные изображения с рентгенограммы (рентгеновского генератора/аппарата) или компьютерного томографа правильно называть «рентгенограммами»/«рентгенограммами» и «томограммами» соответственно.

Возможен ряд других источников рентгеновских фотонов , которые можно использовать в промышленной радиографии или исследованиях; к ним относятся бетатроны , линейные ускорители (прямые ускорители) и синхротроны . Для гамма-излучения используются радиоактивные источники , такие как 192 Ir , 60 Co или 137 Cs .

Сетка

Между пациентом и детектором может быть размещена противорассеивающая сетка , чтобы уменьшить количество рассеянного рентгеновского излучения, достигающего детектора. Это улучшает контрастное разрешение изображения, но также увеличивает лучевую нагрузку на пациента.

Детекторы

Детекторы можно разделить на две основные категории: детекторы формирования изображений (такие как фотопластинки и рентгеновская пленка ( фотопленка ), в настоящее время в основном замененные различными устройствами оцифровки , такими как пластины для изображений или плоскопанельные детекторы ) и устройства измерения дозы (такие как ионизационные камеры) . , счетчики Гейгера и дозиметры , используемые для измерения местного радиационного облучения , дозы и/или мощности дозы, например, для проверки эффективности оборудования и процедур радиационной защиты на постоянной основе).

Боковые маркеры

К каждому изображению добавляется рентгеноконтрастный анатомический боковой маркер. Например, если пациенту делают рентген правой руки, рентгенолог включает рентгеноконтрастный маркер «R» в поле рентгеновского луча в качестве индикатора того, какая рука была визуализирована. Если физический маркер не включен, рентгенолог может добавить правильный боковой маркер позже в рамках цифровой постобработки.

Усилители изображения и матричные детекторы

В качестве альтернативы детекторам рентгеновского излучения усилители изображения представляют собой аналоговые устройства, которые легко преобразуют полученное рентгеновское изображение в изображение, видимое на видеоэкране. Это устройство изготовлено из вакуумной трубки с широкой входной поверхностью, покрытой изнутри йодидом цезия (CsI). При попадании рентгеновских лучей материал люминофоров заставляет соседний с ним фотокатод испускать электроны. Затем эти электроны фокусируются с помощью электронных линз внутри усилителя на выходной экран, покрытый фосфоресцирующими материалами. Затем изображение с выхода можно записать с помощью камеры и отобразить.

Цифровые устройства, известные как матричные детекторы, становятся все более распространенными в рентгеноскопии. Эти устройства состоят из дискретных пиксельных детекторов, известных как тонкопленочные транзисторы (TFT), которые могут работать либо косвенно , используя фотодетекторы, обнаруживающие свет, излучаемый сцинтилляционным материалом, таким как CsI, либо напрямую , захватывая электроны, образующиеся при прохождении рентгеновских лучей. попал в детектор. Прямые детекторы не испытывают эффекта размытия или расплывания, вызываемого фосфоресцирующими сцинтилляторами или пленочными экранами, поскольку детекторы активируются непосредственно рентгеновскими фотонами.

Двойная энергия

При двухэнергетической рентгенографии изображения получают с использованием двух отдельных напряжений трубки . Это стандартный метод денситометрии костей . Он также используется в КТ-ангиографии легких для уменьшения необходимой дозы йодсодержащего контраста .

История

Получение рентгеновского изображения с помощью раннего аппарата с трубкой Крукса , конец 1800-х годов.

Истоки рентгенографии и флюороскопии можно проследить до 8 ноября 1895 года, когда немецкий профессор физики Вильгельм Конрад Рентген открыл рентгеновские лучи и отметил, что, хотя они могут проходить через ткани человека, они не могут проходить через кость или металл. Рентген обозначил излучение как «X», чтобы указать, что это был неизвестный тип излучения. За это открытие он получил первую Нобелевскую премию по физике .

Существуют противоречивые сведения о его открытии, потому что лабораторные записи Рентгена были сожжены после его смерти, но это, вероятно, реконструкция его биографов: Рентген исследовал катодные лучи , используя флуоресцентный экран, окрашенный платиноцианидом бария , и трубку Крукса , которую он обернул. черный картон для защиты флуоресцентного свечения. Он заметил слабое зеленое свечение экрана примерно в 1 метре от него. Рентген понял, что некоторые невидимые лучи, исходящие из трубки, проходят через картон, заставляя экран светиться: они проходят через непрозрачный объект, воздействуя на пленку за ним.

Первая рентгенограмма

Рентген открыл для себя медицинское применение рентгеновских лучей, когда сделал снимок руки своей жены на фотопластинке, сформированной благодаря рентгеновским лучам. Фотография руки его жены была первой в истории фотографией части человеческого тела с использованием рентгеновских лучей. Когда она увидела фотографию, она сказала: «Я видела свою смерть».

Первое использование рентгеновских лучей в клинических условиях было сделано Джоном Холлом-Эдвардсом в Бирмингеме, Англия , 11 января 1896 года, когда он сделал рентгенограмму иглы, воткнутой в руку своего сотрудника. 14 февраля 1896 года Холл-Эдвардс также стал первым, кто использовал рентгеновские лучи в хирургической операции.

В США был сделан первый медицинский рентген, полученный с помощью газоразрядной трубки конструкции Ивана Пулюя . В январе 1896 года, прочитав об открытии Рентгена, Фрэнк Остин из Дартмутского колледжа проверил все разрядные трубки в физической лаборатории и обнаружил, что только трубка Пулюи производит рентгеновские лучи. Это было результатом того, что Пулюй включил в трубку наклонную «мишень» из слюды , используемую для удержания образцов флуоресцентного материала. 3 февраля 1896 года Гилман Фрост, профессор медицины в колледже, и его брат Эдвин Фрост, профессор физики, подвергли рентгеновским лучам запястье Эдди Маккарти, которого Гилман несколько недель назад лечил от перелома, и собрали полученное изображение сломанной кости на желатиновых фотопластинках, полученное от Говарда Лэнгилла, местного фотографа, также интересующегося работами Рентгена.

1897 г. Sciagraph (рентгеновская фотография) Pelophylax Lessonae (тогда Rana Esculenta ) из книги Джеймса Грина и Джеймса Х. Гардинера «Sciagraphs of British Batrachians and Reptiles»

Рентгеновские лучи стали использоваться в диагностике очень рано; например, Алан Арчибальд Кэмпбелл-Суинтон открыл рентгенографическую лабораторию в Соединенном Королевстве в 1896 году, до того, как была обнаружена опасность ионизирующего излучения. Действительно, Мария Кюри настаивала на использовании рентгенографии для лечения раненых солдат во время Первой мировой войны. Первоначально рентгенографию в больницах проводили самые разные сотрудники, включая физиков, фотографов, врачей, медсестер и инженеров. Медицинская специальность радиология росла в течение многих лет вокруг новой технологии. Когда были разработаны новые диагностические тесты, для рентгенологов было естественным пройти обучение и принять эту новую технологию. В настоящее время рентгенологи проводят рентгеноскопию , компьютерную томографию , маммографию , УЗИ , ядерную медицину и магнитно-резонансную томографию . Хотя неспециализированный словарь может определить рентгенографию довольно узко как «получение рентгеновских изображений», это долгое время было только частью работы «рентгенологических отделений», рентгенологов и рентгенологов. Первоначально рентгенограммы были известны как рентгенограммы, в то время как скиаграф (от древнегреческих слов «тень» и «писатель») использовался примерно до 1918 года для обозначения рентгенолога . Японский термин для рентгенограммы, рентоген (レントゲン) , имеет общую этимологию с оригинальным английским термином.

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

  • Окли, Пенсильвания; Харрисон, Делавэр (2020). Нерешительность в отношении рентгеновских лучей: радиофобные опасения пациентов по поводу медицинских рентгеновских лучей. Доза-ответ. Специальное руководство по безопасности № SSG-11 (Отчет). Вена: Международное агентство по атомной энергии. дои : 10.1177/1559325820959542 .
  • Селигер ДХ (ноябрь 1995 г.). «Вильгельм Конрад Рентген и мерцание света» . Физика сегодня . 48 (11): 25–31. Бибкод : 1995PhT....48k..25S . дои : 10.1063/1.881456 . hdl : 10013/epic.43596.d001 .
  • Шрой-младший RE (1995). «Рентгеновское оборудование». В Бронзино JD (ред.). Справочник по биомедицинской инженерии . CRC Press и IEEE Press. стр. 953–960. ISBN 978-0-8493-8346-5.
  • Герман ГТ (2009). Основы компьютерной томографии: реконструкция изображения по проекциям (2-е изд.). Спрингер. ISBN 978-1-85233-617-2.
  • Ю С.Б., Уотсон А.Д. (сентябрь 1999 г.). «Рентгеноконтрастные среды на металлической основе». Химические обзоры . 99 (9): 2353–78. doi : 10.1021/cr980441p . PMID  11749484 .

Внешние ссылки