Разработка цифровых рентгенографических аппаратов и опыт их эксплуатации
В настоящее время цифровые методы формирования рентгенографических изображений получили широкое признание и интенсивно внедряются в медицинскую практику. Достоинства, присущие цифровым рентгенографическим аппаратам очевидны и хорошо известны. Основными из них являются - высокая оперативность, в течение нескольких секунд рентгенографическое изображение становится доступным для исследования; быстрый поиск требуемых рентгенограмм в цифровых архивах; компактный вид этих архивов; возможность пересылки изображения по компьютерным сетям и, наконец, широкие возможности цифровых методов обработки изображения, существенно облегчающие работу врачей-рентгенологов при постановке диагноза.
Развитие отечественных цифровых рентгенографических аппаратов идёт, в основном, по двум направлениям. Ряд разработчиков используют двумерные приёмники рентгеновского излучения (РИ), в которых изображения с рентгеновских преобразователей переносятся на ПЗС – матрицы. Другие разрабатывают и применяют линейные многоканальные детекторы различного типа, с помощью которых формируются двумерные рентгеновские изображения в процессе сканирования объекта диагностики узким веерным пучком РИ [1]. Сканирующий метод позволяет практически исключить регистрацию рассеянного рентгеновского излучения, что открывает большие возможности по повышению информативности получаемых рентгеновских изображений и снижению лучевой нагрузки на пациентов и медперсонал. Кроме того, твердотельные детекторы, которые в основном используются в сканирующих аппаратах, имеют большой динамический диапазон регистрации РИ, что позволяет по одному полученному изображению практически одновременно диагностировать и мягкие ткани, и костные структуры. Оба эти направления имеют свои достоинства и определенные недостатки и находятся на стадиях интенсивного развития. На начальном этапе развития отечественной цифровой рентгенографии разрабатывались и внедрялись в медицинскую практику, в основном, флюорографические аппараты, как наиболее востребованные и легче реализуемые.
Перед разработчиками ОАО ИПФ была поставлена более сложная задача – создать цифровой рентгенографический аппарат общего назначения, позволяющий проводить исследования всех основных анатомических органов пациентов, включая проведение исследования в травматологии и ортопедии. Поэтому за основу создаваемого аппарата разработчики приняли метод сканирующей проекционной рентгенографии, поскольку он позволяет получать наиболее высокоинформативные рентгеновские изображения при минимальной дозе облучения пациентов [2]. В ходе выполнения этой работы необходимо было решить две наиболее сложные проблемы: разработать многоканальный приемник рентгеновского излучения с линейной приемной апертурой не менее 400 мм и рентгеновский стол-штатив поворотный. Сложность конструктивного исполнение стола-штатива заключалась в том, что аппарат должен был обеспечивать сохранность юстировки узкого веерообразного пучка РИ и многоканального приемника (МК) как в процессе сканирования, так и при любом угловом положении опорной стенки стола-штатива.
МК приёмник РИ для сканирующего аппарата был создан на основе блока рентгеновских детекторов (БДР), разработанного ГНПП «Восток» (г. Новосибирск) совместно с ОАО ИПФ [3]. БДР составлен из 16-ти твёрдотельных фоточувствительных модулей. Каждый модуль детекторного блока содержит рентгеновский усиливающий гадолиниевый экран (Gd2O2S:Tb), выпускаемый ЗАО «Ренекс» (г. Новосибирск), волоконно-оптическую пластину (ВОП) и кремниевую линейку фоточувствительных элементов (ф.ч.э.). ВОП введена для обеспечения хорошего оптического контакта гадолиниевого экрана с линейкой фоточувствительных элементов и их радиационной защиты, в результате чего была достигнута надёжная и долговечная работа приемника. Кроме БДР в состав МК приёмника введен блок управления и обработки (БУиО), который управляет режимом работы БДР, осуществляет приём, предварительную обработку информационных сигналов, их оцифровку и передачу по линии связи в персональный компьютер (ПК) рабочего места рентгенолаборанта. Он также обеспечивает приём и хранение управляющих кодов от ПК, и выдачу управляющих команд на рентгеновское питающее устройство (УРПС) и на привод универсального стола-штатива.
Малые габариты и масса приемника позволили хорошо вписать его в конструкцию разработанного универсального стола-штатива [4], кинематическая схема которого приведена на Рис. 1. Для обеспечения сохранности юстировки веерного пучка РИ с линейной апертурой приемника, консоль в разработанном столе-штативе жестко закреплена на каретке его продольного хода, а рентгеновский излучатель и приемник установлены на противоположных плечах П-образного подвижного маятникового рычага. Введение П-образного маятникового рычага, связанного с механизмом его углового перемещения, позволяет оперативно изменять угол наклона веерного пучка РИ и устанавливать его в положения, при которых исключаются или минимизируются проекционные искажения диагностируемых объектов. Механизм линейного перемещения консоли позволяет подвести сканирующую систему к началу выбранной зоны и последующему сканированию ее веерным пучком рентгеновского излучения. При чем, само сканирование пациента может проводиться как за счет механизма перемещения каретки (линейное сканирование), так и за счет механизма поворота маятникового рычага (угловое сканирование). К настоящему времени в ОАО ИПФ разработано и внедрено в производство два варианта цифровых сканирующих рентгенографических аппаратов – АРГЦ-01-«Н» и АРСЦ-02-«Н».
1 - основание; 2 - несущая рама; 3 - механизм поворота несущей рамы, 4 - опорная стенка; 5 - каретка продольного хода; 6 - механизм линейного перемещения каретки; 7 -консоль; 8 - П-образный маятниковый рычаг; 9 - механизм углового перемещения маятникового рычага; 10 - рентгеновский излучатель; 11 - диафрагма со щелевым коллиматором; 12 - оптический центратор; 13 - многоканальный приемник рентгеновского излучения.
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОПЫТНЫХ ОБРАЗЦОВ АППАРАТА
Первый опытный образец аппарата АРГЦ-01-«Н» был установлен в Областной клинической больнице на кафедре онкологии, лучевой диагностики и лучевой терапии Новосибирской медицинской академии. По заключению сотрудников кафедры, информативность полученных с его помощью рентгенографических изображений выше, чем в традиционной крупнокадровой флюорографии. Особенно явно это преимущество проявилось в выявлении диффузных изменений лёгочной ткани (пневмосклероз, эмфизема лёгких). Наряду с этим отмечалась высокая выявляемость плевральных изменений и незначительной сколиотической деформации грудного отдела позвоночника. Все отмеченные достоинства объясняются большим динамическим диапазоном аппарата, хорошим качеством воспроизводимых изображений и широкими возможностями их цифровой обработки (в том числе, подчёркиванием контуров исследуемых объектов, растяжкой рассматриваемой области плотностей и т.п.). По результатам клинических испытаний аппарата в рентгенологическом отделении 333-го военного госпиталя г. Новосибирска АРГЦ-01-Н был рекомендован для оснащения лечебных учреждений МО РФ.
Аппараты АРСЦ-02-«Н» были установлены в четырёх медучреждениях города Новосибирска, где были по достоинству оценены врачами-рентгенологами. Ими отмечены такие возможности аппарата, как: существенное ускорение процесса получения рентгенограмм и сокращение времени постановки диагноза; значительное снижение затрат, связанных с приобретением рентгеновской плёнки и реактивов; снижение суммарной эффективной эквивалентной дозы, полученной пациентами и персоналом при проведении исследований; обеспечение преемственности при диспансерном наблюдении и повторном поступлении пациентов; удобство при составлении отчётной документации.
Центр Госсанэпиднадзора Новосибирской области в октябре 2004 года провел измерение мощности эффективной дозы рентгеновского излучения на аппарате АРСЦ-02-«Н» заводской номер 25, установленном в Госпитале ветеранов войн г. Новосибирска. По результатам измерений было сделано заключение о снижении эффективной дозы облучения на поверхности стандартного фантома по сравнению с обычной рентгенографией в 13-19 раз [Протокол № 337-2004 от 12.10.2004].
Разработанный аппарат может так же подключаться к различным системам архивирования и передачи медицинских изображений. Так, например, в муниципальной клинической больнице скорой помощи № 2 аппарат АРСЦ-02-«Н» был интегрирован в локальную сеть больницы, что позволило подключить компьютеры, установленные в ординаторских, к рабочему месту рентгенолаборанта. Врачи других отделений получили возможность в реальном времени просматривать цифровые рентгеновские снимками своих пациентов. Кроме этого, программистами ОАО ИПФ была дополнительно разработана специальная программа по автоматическому сбору описаний цифровых рентгенограмм за заданный период времени и конвертированию их в стандарт, действующей в больнице базы данных в операционной системе DOS.
Таким образом, достигнутые технические параметры аппарата АРСЦ-02-«Н» в сочетании с современным уровнем цифровых технологий по обработке информации обеспечивают получение качественных рентгенографических изображений и проведение их диагностики на современном уровне, что практически исключает необходимость проведение дополнительных рентгенологических исследований. Из сравнительной оценки результатов, полученных в ходе эксплуатации цифровых рентгенографических аппаратов, следует сделать вывод о целесообразности их более широкого внедрения в медицинскую практику.