Рентгенодиагностическая аппаратура
Традиционная рентгенодиагностическая аппаратура до настоящего времени является наиболее массовой и составляет в денежном выражении более половины всех других средств, используемых для медицинской диагностики.
Темпы ее роста, уступая в последние годы таким видам медицинской техники, как ультразвуковые сканнеры или компьютерные томографы, тем не менее остаются достаточно высокими. Это связано прежде всего с уникальными возможностями метода визуализировать малые пространственные структуры и малые перепады контраста практически во всех отделах человеческого организма. Мощным стимулом дальнейшего увеличения выпуска рентгенодиагностической техники явилось стремительное внедрение в традиционную аппаратуру микроэлектроники и вычислительной техники, существенно расширяющие казалось бы исчерпанные за 90 лет развития возможности метода.
В рамках этой книги нет смысла подробно описывать конструктивные и схемные особенности современной рентгенодиагностической аппаратуры, поскольку это описание потребовало бы слишком большого объема.
По медицинской рентгеновской технике существует обширная специальная литература, к которой мы и отсылаем любознательного читателя.
Мы попытаемся в весьма краткой форме сформулировать лишь тенденции развития и привести основные технические характеристики серийно выпускаемой отечественной рентгенодиагностической аппаратуры по основным ее элементам:
- рентгеновские питающие устройства;
- рентгеновские штативно-механические устройства;
- приемники рентгеновского изображения.
Электронно-оптические усилители рентгеновского изображения, как отдельный, наименее описанный в литературе класс интроскопической аппаратуры, рассмотрены в разделе 7.2.
Рентгеновские питающие устройства (РПУ)
В зависимости от назначения РПУ разделяются на стационарные и передвижные, а по роду работы на предназначенные для повторно-кратковременной (рентгеноскопия) и кратковременной (рентгенография) работы.
Основная задача РПУ – обеспечить питание рентгеновской трубки электрической энергией при заданных электрических параметрах: анодном напряжении и анодном токе, в заданный интервал времени учитывающих максимальное использование возможностей рентгеновской трубки.
Максимальный радиационный выход обеспечивается при форме анодного напряжения и тока, близкой к прямоугольной. Для этих целей в РПУ для медицинской диагностики используют трехфазные схемы выпрямления с коэффициентом пульсаций ~20% (для трехфазных мостовых) и 5–7% (для 12-пульсных схем).
Тот же уровень пульсаций при значительно меньших массо- габаритных характеристиках РПУ и существенно более высоком быстродействии систем управления и регулирования достигается применением среднечастотного инвертирования напряжения с последующим однофазным мостовым выпрямлением и емкостным сглаживанием. Поэтому в последние годы рядом ведущих зарубежных фирм выпущены РПУ для стационарной и передвижной аппаратуры с тиристорным преобразованием частоты. Кратковременная мощность таких РПУ составляет от 10–15 кВт (передвижная аппаратура) до 50–70 кВт (стационарная аппаратура).
Для увеличения удельной нагрузки на единицу площади фокуса в современных рентгенодиагностических аппаратах применяются рентгеновские трубки с повышенной скоростью вращения (9000–17 000 об/м,ин) массивных анодов, выполненных из сплавов W, Re, Мо или из графита с напыленным вольфрамом.
В современных РПУ все более широкое применение находят элементы микроэлектроники и вычислительной техники. В ряде зарубежных моделей используется микропроцессорное управление рентгеновским аппаратом для диагностики неисправностей, автоматизации выбора физико-технических режимов по органам, вычислений допустимых нагрузок рентгеновской трубки. С помощью современных элементов микроэлектроники сравнительно легко реализуется так называемая автоматика по органам, где в зависимости от исследуемого органа автоматически выбираются условия экспозиции и соответствующее органу рабочее поле экспонометра.
Объединение заводов «Medicor» (ВНР) разработало питающее устройство ЕМХ-80 с микропроцессорным управлением (12-пульсная схема выпрямления, мощность 80 кВт). С помощью микропроцессора можно осуществлять автоматический или ручной выбор параметров исследования, внесение в память выбранных параметров. Общий объем постоянной и оперативной памяти 64 К, ОЗУ емкостью 32 К для хранения текущей программы. То же самое объединение создало питающее устройство ЕМУ-525А управляемое персональной вычислительной машиной (микро-ЭВМ типа Apple), разработанное на базе однофазного питающего устройства ЕДР-500 СН. Под контролем ЭВМ осуществляется выбор параметров аппарата, коррекция условий реального исследования (размеры пациента, расстояние фокус – пленка, чувствительность пленки), защита рентгеновской трубки. ЭВМ используется также для фиксации данных о пациенте, условиях снимка, подсчета полученной дозы и т. д.
В СССР выпускается три типа питающих устройств для стационарных аппаратов: ПУР-3, УРП-125/800 и УРП 125/1000. Питающими устройствами мощностью 50 кВт ПУР-3 и УРП 125/800 комплектуются рентгенодиагностические комплексы РУМ-20 и РУМ-20М соответственно. Питающие устройства имеют следующие технические характеристики: схема выпрямления 6-пульс- ная, режимы работы при снимках 125 кВ – 400 мА, 90 кВ – 600 мА и 63 кВ – 800 мА (только в УРП 125/800), коммутация осуществляется тиристорным контактором, пульсации – на уровне 20 %, выдержка 10 мс –5 с (с экспонометром 5 мс).
Более мощным и современным отечественным питающим устройством является витающее устройство УРП 125/1000, разработанное в последние годы для телеуправляемого рентгенодиагностического комплекса «Рентген-100 Т». Оно может применяться и для однопроекционных ангиографических комплексов. Технические характеристики УРП 125/1000: номинальная мощность 60 кВт, схема выпрямления 12-пульсная (на кремниевых выпрямителях), режим работы при снимках: 125 кВ – 400 мА, 100 кВ – 600 мА, коммутация осуществляется тиристорным контактором, пульсации 5–7%, минимальная выдержка 1 мс, имеется автономное управление режимами на рабочих местах, автоматика по органам с 49 программами, бесконтактное регулирование анодного напряжения.
В табл. 12 приведены основные характеристики рентгеновских питающих устройств диагностических аппаратов, выпускаемых в нашей стране.
Рентгеновские штативно-механические устройства
Традиционно развитие рентгеновских штативов происходит в двух направлениях: дальнейшая автоматизация взаимных перемещений системы излучатель – объект – приемник при расширении степеней свободы в поворотных столах-штативах для общей диагностики и создание все более специализированных штативов для отдельных видов исследований. Так же как и в рентгеновских питающих устройствах, в последних моделях штативов имеет место возрастание элементов микроэлектроники, принимающих на себя функции управления и задания режимов.
В последние годы в отечественную рентгенодиагностическую аппаратуру введены три типа новых поворотных столов-штативов с улучшенными параметрами. В составе рентгенодиагностического комплекса «Рентген-100 Т» используется телеуправляемый штатив ТШ-1 (рис. 83), обеспечивающий дистанционное управление всеми манипуляциями и перемещениями десять электроприводов осуществляют перемещение деки стола, повороты штатива, управление диафрагмой, многопрограммным снимочным устройством и УРИ, размещенными под декой штатива, а также устройства для компрессии пациента. Управление всеми движениями осуществляется с дистанционного пульта управления штативом, размещаемого рядом с пультом аппарата в защищенной комнате управления, снабженной смотровым окном для наблюдения за пациентом в процессе исследования.
Рис. 83. Рентгенодиагностический комплекс «Рентген- 100Т»
Применение телеуправляемых штативов позволяет существенно увеличить эффективность использования аппаратуры и повысить производительность труда рентгенолога за счет выведения его из зоны облучения. Комплекс «Рентген-100 Т» снабжен питающим устройством УРП 125/1000 и трубкой 24-60БД16-150 на 9000 об/мин (см. табл. 12).
В составе другого рентгенодиагностического комплекса «Рентген-50-2» (рис. 84) используется поворотный стол-штатив ПСШ-10, обеспечивающий просвечивание и снимки в вертикальном, наклонных и горизонтальном положении пациента. С помощью электроприводов осуществляется продольное и поперечное перемещение деки стола. Экраноснимочное устройство штатива снабжено широкой программой деления кассет разного формата при производстве прицельных снимков. Отличительной особенностью штатива является наличие дистатора – устройства, позволяющего в вертикальном положении штатива отодвигать излучатель от деки для обеспечения рентгеносъемки при увеличенных расстояниях фокус – пленка до 150 см.
Рис. 84. Рентгенодиагностический комплекс «Рентген-50-2»
Еще один тип поворотного стола-штатива общего назначения с непосредственным контактом врача и пациента нашел применение в комплексе «Рентген-40». Если в штативе ПСШ-10 уравновешивание подвижных частей осуществляется с помощью грузов, размещенных в штативе, то в столе-штативе комплекса «Рентген-40» в ряде перемещаемых элементов уравновешивание отсутствует, а движение обеспечивается силовыми электроприводами. Для обеспечения безопасности пациента применяются механические блокировки и электромагнитные муфты, препятствующие возникновению чрезмерных усилий при движении.
В последние годы ряд зарубежных фирм рекламирует поворотные столы-штативы, снабженные микропроцессорным программатором снимков «СФ-100» фирмы «Schimadsu» (Япония), «Метроскоп-50» фирмы «Oude Delft» (Голландия), УВ-56 объединения заводов «Medicor» (Венгрия), достоинством указанных штативов является также то, что УРИ в них не требует потолочного уравновешивателя.
В СССР также разработан и серийно выпускается в ограниченных количествах снимочный комплект «Наст», в состав которого входит стол с плавающей декой (поперечное перемещение ±120 мм, продольное перемещение ±500 мм), напольно-потолочный штатив снимков с электроприводом вертикального продольного перемещения излучателя для проведения томографии.
Среди штативных устройств для отдельных видов исследований наибольшее распространение имеют штативы, столы и стойки для рентгенографии. Этими устройствами комплектуются снимочные рабочие места рентгенодиагностических комплексов общего назначения (см. рис. 84). Столы снабжаются перемещаемой в двух горизонтальных направлениях декой, штативы (напольные, напольно-потолочные либо потолочные) комплектуются приставками для томографии. Отечественные комплекты РУМ-20 и РУМ-20 М оснащаются столом с плавающей декой «Табликс», приставкой для томографии «Планикс», штативом «Статике», производства ЧССР.
Среди многообразия рентгеновских штативов для специальных исследований (в педиатрии, урологии, неврологии, травматологии, хирургии) наибольшее распространение в связи с необходимостью диспансерного обследования получают штативы для маммографии. Отечественной промышленностью разработаны два типа аппаратов для маммографии: стационарный трехфазный аппарат АРС-50 МА и микрофокусный маммографический аппарат «Электроника».
Аппарат АРС-50 МА имеет однофокусную с молибденовым анодом рентгеновскую трубку мощностью 7,5 кВт с размером фокуса 0,6X0,6 мм и обеспечивает безэкранную съемку, съемку на вакуумные кассеты и электрорентгенографические пластины.
Уникальным по своей простоте является отечественный маммограф «Электроника» (рис. 85). Его общая масса составляет 29 кг (пульт управления 4 кг, моноблок 5 кг, штатив 20 кг), тогда как маммографы типа «Senograf» (CGR, Франция) или «Матmomat» («Siemens», ФРГ) имеют массу 600–700 кг. Размер фокуса в 50 мкм позволяет проводить съемку с увеличением до 3 раз без геометрической нерезкости изображения. Естественно, что небольшая мощность аппарата (28–40 кВ, ток трубки 100-200 мкА) приводит к более длительной экспозиции (до 6–8 с) при съемке даже на высокоэффективные усиливающие экраны типа ЭУ-И5. В обоих отечественных аппаратах для маммографии применяются вакуумные кассеты с экранами ЭУ-И5 на основе редкоземельных элементов. Поэтому они создают минимальную дозу облучения пациентов и не уступают по этому важнейшему параметру лучшим зарубежным аналогам.
Рис. 85. Маммографический аппарат «Электроника»
Из специальных штативов отечественной промышленностью разработаны устройства для детской рентгенологии (в составе комплекса «Рентген-Д»), штатив для снимков черепа, специализированные томографы, ортопантомограф, защищенный рентгенокимограф, предназначенный для исследования динамики сердечных сокращений (рис. 86), урологический стол (аппарат).
Рис. 86. Рентгенокинограф защищенный
Урологический аппарат СУ-01 позволяет проводить снимки, томографию и просвечивание в наклонных и горизонтальном положениях с помощью усилителя изображения ЗОКС-273, производства ЧССР.
Основным направлением в развитии рентгеновских передвижных аппаратов является уменьшение их массы и габаритов при сохранении необходимого радиационного выхода. Зарубежные фирмы используют для этой цели питающие устройства с преобразованием энергии на повышенной частоте, например, фирма «Siemens» при создании серии палатных аппаратов. Благодаря использованию среднечастотного преобразования энергии и накопительных конденсаторов мощность аппарата доведена до 30 кВт, питание аппарата осуществляется по кабелю от обычной однофазной сети (220 В, 50 Гц) при тройном снижении массы. Наиболее совершенными из отечественных палатных передвижных и переносных аппаратов являются аппараты 12П6, 9Л5, «Дина-2» (табл. 13).
Приемники рентгеновского изображения – экраны для просвечивания и флюорографии, а также усиливающие экраны с пленкой. Экраны, используемые для визуализации изображения при просвечивании, изготавливаются из люминофоров, Область спектрального излучения которых близка к чувствительности человеческого глаза. Отечественная промышленность выпускает два типа таких экранов - ЭРС-240 и ЭРС-300, отличающихся коэффициентом преобразования; второй экран, обладая несколько большей чувствительностью.
Этими экранами комплектуются экранно-снимочные устройства всех советских рентгенодиагностических комплексов, а также флюорографические камеры.
Для прямой рентгенографии применяются комбинации усиливающих экранов с рентгеновской пленкой. Чувствительность такого комплекта определяется величиной экспозиционной дозы, попавшей на приемник, которая в условиях нормализованного фотопроцесса обеспечивает заданное почернение фотоматериала (0,85 над вуалью). Например, чувствительность комбинации экранов ЭУ-В2 и пленки PiM-1 составляет 500 Р-1 (обратных рентген), т. е. при попадании на пленку Vsoo Р>2 мР экспозиционной дозы, почернение проявленного негатива составит 0,85 над вуалью. В настоящее время отечественная промышленность выпускает ряд усиливающих экранов для пленочной рентгенографии. Помимо традиционных кальций-вольфраматных люминофоров для их изготовления разработаны люминофоры на основе редкоземельных элементов, обладающие повышенным фотографическим действием.
В табл. 14 приведены характеристики основных типов усиливающих экранов в комбинации с выпускаемой рентгеновской пленкой. Отечественная промышленность выпускает рентгеновскую пленку: РМ-1, РМ-В, HS-II (последняя изготавливается в ГДР и расфасовывается на Казанском химическом завода Традиционно чувствительность пленки, указываемая заводом и изготовителем, соответствует чувствительности комбинации экраном ЭУ-В2 «Стандарт». Все выпускаемые серийно пленки приведенные в табл. 14, обрабатываются в стандартном проявителе «Рентген-2», пленка РМ-1А обеспечивает скоростную обработку в автоматизированных проявочных машинах, например типа «Пентакон-ЕАР», выпускаемых ГДР.
Помимо фоточувствительных пленок, в отечественной рентгенологии широкое распространение имеют электрорентгенографические материалы. Электрорентгенография – метод получения рентгеновского изображения с помощью экспонирования предварительно заряженной селеновой пластины. При воздействии рентгеновского излучения расположенные на поверхности пластины заряды нейтрализуются свободными носителями тока, возникающими под действием излучения, образуя скрытое изображение в виде распределения заряда по поверхности. Визуализация этого изображения производится последующим опылением поверхности селеновой пластины заряженным мелкодисперсным порошком красителя, который переносится на бумагу и закрепляется в парах растворителя или термическим путем.
Для медицинской интроскопии в нашей стране выпускаются электрорентгенографические аппараты ЭРГА-02 и ЭРГА-03, в которых осуществляется обработка селеновых пластин и фиксация изображения на бумагу. Чувствительность селеновых пластин несколько ниже, чем комбинаций экранов с пленкой (150– 250 Р-1). К достоинствам метода относится низкая стоимость процесса, исключение серебросодержащих материалов и экспрессность получения готового изображения.
