Радиография — это метод визуализации с использованием рентгеновских лучей , гамма-лучей или аналогичного ионизирующего и неионизирующего излучения для просмотра внутренней формы объекта. Приложения радиографии включают медицинскую («диагностическую» радиографию и «терапевтическую») и промышленную радиографию . Аналогичные методы используются в службах безопасности аэропортов (где «сканеры тела» обычно используют обратнорассеянные рентгеновские лучи ). Для создания изображения в обычной радиографии рентгеновский луч создается рентгеновским генератором и проецируется на объект. Определенное количество рентгеновских лучей или другого излучения поглощается объектом в зависимости от плотности и структурного состава объекта. Рентгеновские лучи, проходящие через объект, улавливаются позади объекта детектором ( фотопленкой или цифровым детектором). Генерация плоских двухмерных изображений с помощью этого метода называется проекционной радиографией . В компьютерной томографии (КТ-сканировании) источник рентгеновского излучения и связанные с ним детекторы вращаются вокруг объекта, который сам движется через полученный конический рентгеновский луч. Любая заданная точка внутри субъекта пересекается с многих направлений многими различными лучами в разное время. Информация об ослаблении этих лучей собирается и подвергается вычислению для создания двухмерных изображений в трех плоскостях (осевой, коронарной и сагиттальной), которые могут быть дополнительно обработаны для получения трехмерного изображения.
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 кости или металл. [1] Рентген назвал излучение «X», чтобы указать, что это неизвестный тип излучения. За свое открытие он получил первую Нобелевскую премию по физике . [2]
Существуют противоречивые сведения о его открытии, поскольку Рентген сжег свои лабораторные записи после своей смерти, но это вероятная реконструкция его биографов: [3] [4] Рентген исследовал катодные лучи , используя флуоресцентный экран, окрашенный платиноцианидом бария , и трубку Крукса, которую он обернул черным картоном, чтобы скрыть ее флуоресцентное свечение. Он заметил слабое зеленое свечение от экрана, находящегося примерно в 1 метре. Рентген понял, что некоторые невидимые лучи, исходящие от трубки, проходили через картон, заставляя экран светиться: они проходили через непрозрачный объект, чтобы воздействовать на пленку позади него. [5]
Рентген открыл медицинское применение рентгеновских лучей, когда сделал снимок руки своей жены на фотопластинке, сформированной рентгеновскими лучами. Фотография руки его жены была первой фотографией части человеческого тела, сделанной с помощью рентгеновских лучей. Когда она увидела снимок, она сказала: «Я увидела свою смерть». [5]
Первое использование рентгеновских лучей в клинических условиях было осуществлено Джоном Холл-Эдвардсом в Бирмингеме, Англия , 11 января 1896 года, когда он сделал рентген иглы, застрявшей в руке коллеги. 14 февраля 1896 года Холл-Эдвардс также стал первым, кто использовал рентгеновские лучи в хирургической операции. [6]
В Соединенных Штатах впервые был получен медицинский рентгеновский снимок с использованием разрядной трубки конструкции Ивана Пулюя . В январе 1896 года, прочитав открытие Рентгена, Фрэнк Остин из Дартмутского колледжа проверил все разрядные трубки в физической лаборатории и обнаружил, что только трубка Пулюя производила рентгеновские лучи. Это было результатом включения Пулюем наклонной «мишени» из слюды , используемой для удерживания образцов флуоресцентного материала внутри трубки. 3 февраля 1896 года Гилман Фрост, профессор медицины в колледже, и его брат Эдвин Фрост, профессор физики, подвергли запястье Эдди Маккарти, которого Гилман лечил от перелома несколькими неделями ранее, рентгеновскому излучению и собрали полученное изображение сломанной кости на желатиновых фотопластинках, полученных от Говарда Лэнгилла, местного фотографа, также интересовавшегося работой Рентгена. [7]
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 были обнаружены опасности ионизирующего излучения. Действительно, Мария Кюри настаивала на использовании рентгенографии для лечения раненых солдат во время Первой мировой войны. Первоначально рентгенографию в госпиталях проводили многие специалисты, включая физиков, фотографов, врачей, медсестер и инженеров. Медицинская специальность радиология развивалась на протяжении многих лет вокруг новой технологии. Когда были разработаны новые диагностические тесты, рентгенологам было естественно пройти обучение и принять эту новую технологию. Теперь рентгенологи выполняют флюороскопию , компьютерную томографию , маммографию , ультразвук , ядерную медицину и магнитно-резонансную томографию . Хотя неспециалистский словарь может определить рентгенографию довольно узко как «получение рентгеновских снимков», это долгое время было лишь частью работы «рентгеновских отделений», рентгенологов и рентгенологов. Первоначально рентгенограммы были известны как рентгенограммы, [8] в то время как skiagrapher (от древнегреческих слов «тень» и «писатель») использовался примерно до 1918 года для обозначения рентгенографа . Японский термин для рентгенограммы, rangegen (レントゲン) , имеет общую этимологию с исходным английским термином.
Поскольку тело состоит из различных веществ с различной плотностью, ионизирующее и неионизирующее излучение может использоваться для выявления внутренней структуры тела на приемнике изображения путем выделения этих различий с помощью затухания или, в случае ионизирующего излучения, поглощения рентгеновских фотонов более плотными веществами (например, костями, богатыми кальцием ). Дисциплина, включающая изучение анатомии с использованием рентгенографических изображений, известна как рентгенографическая анатомия . Получение медицинской рентгенографии обычно выполняется рентгенологами , в то время как анализ изображений обычно выполняется рентгенологами . Некоторые рентгенологи также специализируются на интерпретации изображений. Медицинская рентгенография включает в себя ряд модальностей, производящих множество различных типов изображений, каждое из которых имеет свое клиническое применение.
Создание изображений путем воздействия на объект рентгеновскими лучами или другими высокоэнергетическими формами электромагнитного излучения и захвата полученного остаточного луча (или «тени») в качестве скрытого изображения известно как «проекционная радиография». «Тень» может быть преобразована в свет с помощью флуоресцентного экрана, который затем фиксируется на фотопленке , она может быть захвачена фосфорным экраном для последующего «считывания» лазером (CR), или она может напрямую активировать матрицу твердотельных детекторов (DR — похожа на очень большую версию ПЗС в цифровой камере). Кости и некоторые органы (например, легкие ) особенно подходят для проекционной радиографии. Это относительно недорогое исследование с высокой диагностической эффективностью. Разница между мягкими и твердыми частями тела в основном связана с тем, что углерод имеет очень низкое поперечное сечение рентгеновских лучей по сравнению с кальцием.
Компьютерная томография или КТ (ранее известная как CAT scan, «A» означает «axial») 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 ломтиками, как хлеб (отсюда «томография» – «tomo» означает «ломтик»). Хотя КТ использует большее количество ионизирующего рентгеновского излучения, чем диагностические рентгеновские снимки (оба используют рентгеновское излучение), с развитием технологий уровни дозы облучения КТ и время сканирования сократились. [9] Исследования КТ, как правило, короткие, большинство из которых длятся только до тех пор, пока задерживается дыхание. Также часто используются контрастные вещества , в зависимости от тканей, которые необходимо увидеть. Рентгенологи выполняют эти исследования, иногда совместно с рентгенологом (например, когда рентгенолог выполняет биопсию под контролем КТ ).
DEXA , или костная денситометрия, в основном используется для тестов на остеопороз . Это не проекционная рентгенография, так как рентгеновские лучи испускаются двумя узкими пучками, которые сканируются поперек пациента под углом 90 градусов друг к другу. Обычно визуализируются тазобедренный сустав (головка бедренной кости ) , поясница ( поясничный отдел позвоночника ) или пятка ( пяточная кость ), и определяется плотность костей (количество кальция) и присваивается число (T-критерий). Он не используется для визуализации костей, так как качество изображения недостаточно хорошее, чтобы сделать точное диагностическое изображение переломов, воспалений и т. д. Его также можно использовать для измерения общего жира в организме, хотя это не распространено. Доза облучения, полученная при сканировании DEXA, очень низкая, намного ниже, чем при проекционной рентгенографии. [ необходима цитата ]
Флюороскопия — термин, изобретенный Томасом Эдисоном во время его ранних исследований рентгеновских лучей. Название относится к флюоресценции, которую он наблюдал, глядя на светящуюся пластину, бомбардируемую рентгеновскими лучами. [10]
Метод обеспечивает получение рентгенограмм движущейся проекции. Флюороскопия в основном выполняется для просмотра движения (ткани или контрастного вещества) или для руководства медицинским вмешательством, таким как ангиопластика, установка кардиостимулятора или восстановление/замена сустава. Последнее часто можно выполнить в операционной с помощью портативного флюороскопического аппарата, называемого С-дугой. [11] Он может перемещаться по операционному столу и делать цифровые изображения для хирурга. Бипланарная флюороскопия работает так же, как и одноплоскостная флюороскопия, за исключением отображения двух плоскостей одновременно. Возможность работать в двух плоскостях важна для ортопедической и спинальной хирургии и может сократить время операции за счет устранения повторного позиционирования. [12]
Ангиография — это использование флюороскопии для осмотра сердечно-сосудистой системы. Контраст на основе йода вводится в кровоток и наблюдается его перемещение. Поскольку жидкая кровь и сосуды не очень плотные, для осмотра сосудов под рентгеновским снимком используется контраст с высокой плотностью (например, крупные атомы йода). Ангиография используется для обнаружения аневризм , утечек, закупорок ( тромбозов ), роста новых сосудов и установки катетеров и стентов. Баллонная ангиопластика часто выполняется с ангиографией.
Контрастная радиография использует рентгеноконтрастный агент, тип контрастного вещества , чтобы визуально выделить интересующие структуры на их фоне. Контрастные агенты требуются в обычной ангиографии и могут использоваться как в проекционной радиографии , так и в компьютерной томографии (называемой контрастной КТ ). [13] [14]
Хотя технически это не рентгенографические методы, поскольку они не используют рентгеновские лучи, такие методы визуализации, как ПЭТ и МРТ, иногда объединяют в рентгенографию, поскольку радиологическое отделение больниц занимается всеми формами визуализации . Лечение с использованием радиации известно как радиотерапия .
Промышленная радиография — это метод неразрушающего контроля , при котором можно исследовать многие типы изготовленных компонентов для проверки внутренней структуры и целостности образца. Промышленная радиография может выполняться с использованием рентгеновских лучей 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 через и выходить из различных материалов, таких как углеродистая сталь и другие металлы. Конкретные методы включают промышленную компьютерную томографию .
Качество изображения будет зависеть от разрешения и плотности. Разрешение — это способность изображения отображать близко расположенные структуры объекта как отдельные сущности на изображении, в то время как плотность — это мощность почернения изображения. Резкость рентгенографического изображения в значительной степени определяется размером источника рентгеновского излучения. Это определяется площадью электронного пучка, попадающего на анод. Большой источник фотонов приводит к большему размытию конечного изображения и ухудшается с увеличением расстояния формирования изображения. Это размытие можно измерить как вклад в функцию передачи модуляции системы формирования изображения.
Доза радиации, применяемая в рентгенографии, варьируется в зависимости от процедуры. Например, эффективная доза рентгенографии грудной клетки составляет 0,1 мЗв, а КТ брюшной полости — 10 мЗв. [15] Американская ассоциация физиков в медицине (AAPM) заявила, что «риски медицинской визуализации при дозах облучения пациентов ниже 50 мЗв для отдельных процедур или 100 мЗв для множественных процедур в течение коротких периодов времени слишком малы, чтобы их можно было обнаружить, и могут отсутствовать». Другие научные органы, разделяющие этот вывод, включают Международную организацию медицинских физиков , Научный комитет ООН по воздействию атомной радиации и Международную комиссию по радиологической защите . Тем не менее, радиологические организации, включая Радиологическое общество Северной Америки (RSNA) и Американский колледж радиологии (ACR), а также многочисленные правительственные учреждения, указывают стандарты безопасности, чтобы гарантировать, что доза радиации будет как можно ниже. [16]
Свинец является наиболее распространенным экраном против рентгеновских лучей из-за его высокой плотности (11 340 кг/м 3 ), останавливающей способности, простоты установки и низкой стоимости. Максимальный радиус действия высокоэнергетического фотона, такого как рентгеновский луч, в веществе бесконечен; в каждой точке вещества, пройденной фотоном, существует вероятность взаимодействия. Таким образом, существует очень малая вероятность отсутствия взаимодействия на очень больших расстояниях. Экранирование фотонного пучка, таким образом, является экспоненциальным (при этом длина затухания близка к длине излучения материала); удвоение толщины экрана возведет эффект экранирования в квадрат.
Таблица в этом разделе показывает рекомендуемую толщину свинцовой защиты в зависимости от энергии рентгеновского излучения, согласно Рекомендациям Второго международного конгресса радиологии. [17]
В ответ на возросшую обеспокоенность общественности дозами облучения и продолжающийся прогресс передовой практики в рамках Общества детской радиологии был сформирован Альянс за радиационную безопасность в детской визуализации . Совместно с Американским обществом радиологических технологов , Американским колледжем радиологии и Американской ассоциацией физиков в медицине Общество детской радиологии разработало и запустило кампанию Image Gently, которая призвана поддерживать высокое качество исследований визуализации при использовании самых низких доз и лучших методов радиационной безопасности, доступных для пациентов детского возраста. [18] Эта инициатива была одобрена и применена растущим списком различных профессиональных медицинских организаций по всему миру и получила поддержку и помощь от компаний, которые производят оборудование, используемое в радиологии.
После успеха кампании Image Gently Американский колледж радиологии, Радиологическое общество Северной Америки, Американская ассоциация физиков в медицине и Американское общество радиологических технологов запустили аналогичную кампанию для решения этой проблемы среди взрослого населения под названием Image Wisely. [19] Всемирная организация здравоохранения и Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ) Организации Объединенных Наций также работают в этой области и имеют текущие проекты, направленные на расширение передового опыта и снижение дозы облучения пациентов. [20] [21] [22]
Вопреки рекомендациям, которые подчеркивают необходимость проведения рентгенографии только в тех случаях, когда это отвечает интересам пациента, последние данные свидетельствуют о том, что рентгенография применяется чаще, когда стоматологи получают оплату за оказанные услуги. [23]
.jpg/1280px-Hand_Xray_(48630648876).jpg)
В медицине и стоматологии проекционная радиография и компьютерная томография обычно используют рентгеновские лучи, создаваемые рентгеновскими генераторами , которые генерируют рентгеновские лучи из рентгеновских трубок . Результирующие изображения с рентгенографа (рентгеновского генератора/аппарата) или КТ-сканера правильно называть «рентгенограммами»/«рентгенограммами» и «томограммами» соответственно.
Возможны и другие источники рентгеновских фотонов , которые могут использоваться в промышленной радиографии или исследованиях; к ним относятся бетатроны , линейные ускорители ( ЛУ) и синхротроны . Для гамма-лучей используются радиоактивные источники , такие как 192Ir , 60Co или 137Cs .
Между пациентом и детектором может быть размещена антирассеивающая сетка , чтобы уменьшить количество рассеянных рентгеновских лучей, которые достигают детектора. Это улучшает контрастное разрешение изображения, но также увеличивает воздействие радиации на пациента. [24]
Детекторы можно разделить на две основные категории: детекторы изображений (такие как фотопластинки и рентгеновская пленка ( фотопленка ), которые в настоящее время в основном заменены различными оцифровывающими устройствами, такими как пластины изображений или плоскопанельные детекторы ) и устройства измерения дозы (такие как ионизационные камеры , счетчики Гейгера и дозиметры, используемые для измерения локального воздействия радиации , дозы и/или мощности дозы, например, для проверки того, что оборудование и процедуры радиационной защиты эффективны на постоянной основе). [25] [26] [27]
К каждому изображению добавляется рентгеноконтрастный анатомический боковой маркер. Например, если у пациента правая рука, рентгенолог включает рентгеноконтрастный маркер «R» в поле рентгеновского луча как индикатор того, какая рука была отснята. Если физический маркер не включен, рентгенолог может добавить правильный боковой маркер позже в рамках цифровой постобработки. [28]
В качестве альтернативы детекторам рентгеновского излучения усилители изображения являются аналоговыми устройствами, которые легко преобразуют полученное рентгеновское изображение в видимое на видеоэкране. Это устройство изготовлено из вакуумной трубки с широкой входной поверхностью, покрытой изнутри иодидом цезия (CsI). При попадании рентгеновских лучей материал фосфоресцирует, что заставляет соседний с ним фотокатод испускать электроны. Затем эти электроны фокусируются с помощью электронных линз внутри усилителя на выходной экран, покрытый фосфоресцирующими материалами. Изображение с выхода затем может быть записано с помощью камеры и отображено. [29]
Цифровые устройства, известные как матричные детекторы, становятся все более распространенными в флюороскопии. Эти устройства сделаны из дискретных пикселизированных детекторов, известных как тонкопленочные транзисторы (TFT), которые могут работать либо косвенно, используя фотодетекторы, которые обнаруживают свет, излучаемый сцинтилляционным материалом, таким как CsI, либо напрямую, захватывая электроны, образующиеся при попадании рентгеновских лучей на детектор. Прямые детекторы не склонны испытывать эффект размытия или распространения, вызванный фосфоресцентными сцинтилляторами или пленочными экранами, поскольку детекторы активируются непосредственно рентгеновскими фотонами. [30]
Двухэнергетическая рентгенография — это когда изображения получаются с использованием двух отдельных напряжений трубки . Это стандартный метод для костной денситометрии . Он также используется в КТ-ангиографии легких для уменьшения необходимой дозы йодированного контраста . [31]
