Цифровая проекционная рентгенография. Российский путь?

В современной цифровой рентгенографии можно отметить любопытное “географическое” разделение. В отличие от Западной Европы, США, Японии, где применяется традиционная двумерная рентгенография, в России успешно развивается сканирующая рентгенография (рис.1, рис.2). Причины этого заключаются в отсутствии в России мощных фирм с высокими технологиями, производящих медицинское оборудование, и финансовых возможностей для создания современных двухкоординатных систем, не говоря уже о перспективе их продаж. В тех двухкоординатных системах, которые все же производятся в России, применяются, в основном, базовые импортные компоненты (ПЗС-матрицы, РЭОПы и др.). Тем не менее, для проведения массовых профилактических обследований нужны многие тысячи дешевых аппаратов с низкими дозами и высоким качеством изображения.

Таблица 1

 

                                                  

Двухкоординатные  системы

сканирующие системы с линейным детектором

Недостатки

                       Достоинства

Требуются высокие технологии

Технологии могут быть простыми

Высокая стоимость

Низкая стоимость

Трудно получить высокие параметры

 для большой площади и обеспечить

 низкие дозы

Намного легче достичь высоких

параметров для линейки и

 сверхнизких доз

Высокий уровень фона от

 рассеянного излучения

Практически нет фона от

 рассеянного излучения

Практически нельзя чинить,

а сменить -  дорого

Есть возможность ремонта и

 замены

Размер снимка постоянен

Снимок может быть любой длины

Геометрические искажения

по вертикали и горизонтали

Отсутствие искажений по

 вертикали

Достоинства

Недостатки

Короткое время съемки (~ 0.01¸0.1с).

В некоторых моделях возможен

 режим рентгеноскопии.

Большое время съемки (~ 2.5¸10 c).

Нельзя реализовать режим

рентгеноскопии.

Первая сканирующая система – малодозная цифровая рентгенографическая установка МЦРУ “Сибирь-Н” (рис.3) – была создана в ИЯФ СО РАН в 1984 г. В качестве детектора в ней использовалась многопроволочная пропорциональная камера (МПК). Следует отметить, что это была первая полноформатная цифровая рентгенографическая система в России. МЦРУ “Сибирь-Н” на базе МПК была и остается единственной в мире рентгенографической системой, работающей в режиме прямого счета квантов. Поэтому шум обусловлен только статистикой и дозы облучения пациентов являются рекордно низкими.

Принципиальное устройство МЦРУ “Сибирь-Н” показано на Рис 3 и 4.

Установка содержит следующие основные элементы: рентгеновскую трубку, высоковольтный источник питания, коллиматор, однокоординатный детектор (МПК) с блоком электроники регистрации. В состав системы также входят два персональных компьютера с необходимым программным обеспечением для работы со снимками, записывающий CD-R/RW-привод для создания баз данных на компакт-дисках и термопринтер.

Расстояние между фокусом рентгеновской трубки и детектором составляет 130 см. Коллиматор формирует тонкий веерообразный пучок рентгеновского излучения, который после прохождения через тело пациента регистрируется с помощью МПК. Изображение строится путём последовательного сканирования объекта системой “трубка-коллиматор-детектор” со скоростью 4 см/сек. При этом данные с каналов детектора считываются каждые 12 мс. После окончания сканирования (время сканирования - 8 сек, область сканирования - 32 см) в памяти компьютера создаётся матрица изображения из 640´ 640 чисел.

Многопроволочная пропорциональная камера (рис.5), использующаяся в установке МЦРУ “Сибирь-Н”, состоит из анодной и двух катодных плоскостей, а также дрейфового электрода, помещенных в рабочий объем, заполненный смесью Xe+20%CO2 под давлением 3 атм. На катодные плоскости и дрейфовый электрод подаются соответствующие отрицательные напряжения (- 2 кВ и –5 кВ). Анодные проволочки диаметром 10 мкм направлены на фокус рентгеновской трубки. Каждая анодная проволочка соединена через усилитель-дискриминатор с 16-битным счетчиком. Детектор содержит 320 анодных проволочек, но специальная электронная схема позволяет регистрировать как одиночные события (когда рентгеновский квант попадает в область одного канала), так и совпадательные (когда рентгеновский квант попадает в граничную область двух каналов). Поэтому такую камеру можно представить как 640 независимых детекторов (каналов).

Основные параметры установки с последней модификацией МПК приведены в Табл.2

Число элементов изображения

640´640

Размер элемента изображения “в теле пациента”, мм

0.5´0.5

Ширина снимка, мм

384

Пространственное разрешение

(по горизонтали и вертикали), пар лин./мм

0.8

Динамический диапазон

130

Контрастная чувствительность

(при дозе 0.1 мР), %

1.5

Время сканирования

(для снимка высотой 32 см), с

8

Эффективная доза

для получения снимка легких, мкЗв

~10

Эффективность регистрации

(при 70 кВ), %

30

В 1996 г. Министерство здравоохранения РФ рекомендовало установку к серийному производству и применению в медицинской практике. На данный момент в клиниках России и Китая работают более 180 таких установок. Их производили три российских завода и один завод в Китае.

Но с ростом числа установок с МПК стали проявляться присущие этому детектору недостатки, из-за которых невозможно было продвигаться в направлении дальнейшего улучшения рабочих параметров:

  • недостаточная загрузочная способность из-за образования пространственного заряда вокруг анодных проволочек,
  • необходимость смены газа ~1 раз в год,
  • дорогая и сложная электроника, работающая в счетном режиме,
  • сравнительно низкая надежность, обусловленная сложностью детектора и электроники,
  • недостаточное пространственное разрешение.

Поэтому с целью улучшения параметров установки нами сделан переход на другой газовый детектор – многоканальную ионизационную камеру (МИК). Идея, физические расчеты, конструкция, электроника считывания и программное обеспечение детектора предложены и разработаны в ИЯФ, ионизационная камера – основной элемент детектора – доработана и освоена в производстве на ГНПП “Восток” (г. Новосибирск) и производится в необходимых количествах. Следует отметить, что ионизационные камеры (конечно, другой конструкции) с успехом используются в компьютерных томографах.

Детектор на базе МИК по сравнению с детектором на базе МПК обладает рядом существенных преимуществ:

  • лучшее пространственное разрешение (на равной площади в 2.25 раза больше каналов),
  • больший размер снимка (~ на 10 %),
  • более широкий динамический диапазон (~ в 3.5 раза),
  • более высокую контрастную чувствительность,
  • более высокую эффективность регистрации (~ в 2 раза),
  • улучшенное быстродействие, что позволяет уменьшить время сканирования (в 2 ¸ 4 раза),
  • простую и очень редкую нормировку,
  • существенно более высокую надежность (гарантия – 3 года),
  • нет необходимости смены газа,
  • более простая электроника.

Многоканальная ионизационная камера (рис.6, рис.7) представляет собой плоский конденсатор, катод которого состоит из 1024 проводящих полосок (стрипов), напечатанных на стеклотекстолите и направленных на фокус рентгеновской трубки, а анод представляет собой сплошную проводящую плоскость. Шаг стрипов равен 400 мкм. Высокое напряжение (~1 кВ) подаётся на анод. Объём заполнен чистым Xe под давлением 12 атм. На рис.8 показана упрощенная схема считывания сигнала с МИК.

Рентгеновское излучение, пройдя через тело пациента, проникает через входное окно в пространство между электродами. Газ ионизуется, и образовавшиеся электроны и ионы дрейфуют к соответствующим электродам. Наведенные на полоски заряды “снимаются” с них специальной электроникой. Время чтения одной такой “строки” (1024 канала) составляет несколько миллисекунд. После аналоговой обработки и оцифровки сигналов электроникой регистрации данные заносятся в специальную память, а затем переписываются в память компьютера.

Прежде чем привести параметры установки с детектором МИК и дать им оценку, хотелось бы подчеркнуть следующее. Очень часто специалисты и потенциальные покупатели рентгенографических систем интересуются, в основном, двумя параметрами – пространственным разрешением и ценой. Между тем важно сравнение по очень многим характеристикам – доза, контрастная чувствительность, динамический диапазон, форма канала, наличие или отсутствие “мертвых” зон, частота нормировок и пр. К сожалению, очень часто в рекламных материалах многие из этих параметров найти невозможно, что должно вызвать у покупателя законные подозрения.

Таблица 3 Основные характеристики  МЦРУ “Сибирь-Н” с детектором на основе МИК

Число элементов изображения

1024´2048

Размер элемента изображения

“в теле пациента”, мм

0.35´0.35

Ширина снимка, мм

410

Пространственное разрешение (по горизонтали и вертикали),  лин./мм

4.0

Динамический диапазон

480

Контрастная чувствительность

(при дозе 0.15 мР), %

1.0

Время сканирования (для снимка высотой 35 см), с

2.5 (5, 10)

Эффективная доза

для получения снимка легких, мкЗв

~10

Эффективность регистрации

(при 70 кВ), %

60

В Табл.3. приведены характеристики новой модели МЦРУ “Сибирь-Н” с детектором на основе МИК. Близкими характеристиками обладает сцинтилляционный детектор с фотодиодной (ФД) линейкой в качестве фотоприемника. Такой детектор (в разных модификациях) используют практически все фирмы в России, также разрабатывающие и выпускающие сканирующие системы. Однако по сравнению с фотодиодными линейками МИК имеет следующие преимущества:

  • В МИК отсутствует промежуточное преобразование энергии g -кванта в свет и только потом – в заряд. Поэтому потерь меньше и выход сигнала на 1 квант приблизительно в 5 раз выше, а шумы МИК меньше, т.к. в ФД существует темновой ток с его температурными флуктуациями. Таким образом, МИК имеет намного лучшее соотношение сигнал/шум. Как следствие, в МИК обеспечиваются более низкие дозы, чем при использовании ФД (в несколько раз) и в 2-3 раза более широкий динамический диапазон, что позволяет просматривать на снимке ткани с большой разностью плотностей.
  • Существенно лучшая форма канала, близкая к прямоугольной. Поэтому непрозрачный край объекта на снимке получается более резким, т.е. снимки более четкие.
  • В МИК абсолютно однородная линейка без пропусков (мертвых зон), которые надо “заращивать” интерполяцией или с использованием программных “сшивок”.
  • В конструкции МИК нет радиационно-нестойких материалов и элементов (например, ФД), т.е. детектор более долговечен.

Хорошие перспективы для применения в сканирующей рентгенографии имеют твердотельные детекторы на основе теллурида кадмия или арсенида галлия. Выход заряда на один g -квант в них в несколько раз больше чем в МИК, возможно получить практически прямоугольную форму канала, очень высокая квантовая эффективность. Однако существующие в настоящий момент твердотельные детекторы имеют ряд недостатков по сравнению с МИК:

  • более сложная конструкция
  • неодинаковая чувствительность по длине (имеются мертвые зоны)
  • недостаточная повторяемость параметров
  • более дорогие материалы, особенно теллурид кадмия.

Из-за этого они еще не вышли на уровень серийного производства, но эта технология активно развивается и имеет хорошие перспективы. Поэтому, в отличие от “сэндвича” сцинтиллятор-фотодиоды, который нами был отвергнут сразу, твердотельными детекторами мы активно занимаемся.

Несмотря на то, что существующее пространственное разрешение МИК при ширине канала 400 мкм является удовлетворительным для многих задач (патологическое образование площадью 1 см2 в середине тела пациента представляется 1000 каналами), для улучшения диагностических возможностей и в соответствии с рекомендациями международных стандартов его желательно улучшить. В ближайшем будущем планируется разработать и испытать конструкцию МИК с шириной канала 200 мкм.

Суммируя изложенное, можно сказать, что сканирующие системы обеспечивают требуемое для диагностики качество снимков, доступны по цене для большинства клиник, но уступают двухкоординатным системам во времени, затрачиваемом на один снимок (в новых вариантах нашей установки этот параметр доведен до 2.5 сек). По основным характеристикам МЦРУ “Сибирь-Н” с детектором МИК на данный момент объективно превосходит другие сканирующие системы.

К настоящему времени в клиниках России и Китая успешно функционируют 33 установок МЦРУ “Сибирь-Н” с детектором МИК. Они активно используются рентгенологами для диагностики органов грудной клетки, опорно-двигательного аппарата (включая позвоночник), черепа, желудочно-кишечного тракта и других обследований. Наиболее эффективно их применение для массовых профилактических обследований населения, где необходимы оперативная диагностика, удобство архивирования и низкие дозы облучения.

Более подробное описание устройства МЦРУ “Сибирь-Н”, сравнение ее с другими существующими системами для рентгенографии и опыт ее клинического применения можно найти в приведенной литературе.

 

dus 3 edan цена

АПТЕКА ИФК

Рейтинг пластических хирургов 2016

Материалы, размещенные на данной странице, носят исключительно информационный характер, предназначены для образовательных целей и не могут использоваться пользователями сайта для постановки диагноза и выбора метода лечения. Диагностику и лечение должен проводить только лечащий врач. Администрация сайта не несёт ответственности за возможные негативные последствия, возникшие в результате использования информации, размещенной на сайте http://medafarm.ru/.