Цифровой рентген или аналоговый? | Статьи ordamed.ru
0%
Найти:
Статьи
09.09.2021 14:09

Преимущества цифровых рентгеновских аппаратов

В течение XX столетия рентгеновская пленка в лучевой диагностике для медицины осуществляла функцию детектирования рентгеновского изображения, его  визуализации и хранения.

Однако, рентгеновская пленка — одноразовый приемник с большим содержанием серебра. Расход серебра в зависимости от типа пленки составляет 5—10 г/м2. Только в России ежегодно производят свыше 200 млн снимков различных форматов, что в пересчете на расход серебра составляет не менее 40 т. В связи с использованием серебра стоимость рентгеновской пленки неуклонно растет.

Поиски замены пленки привели к разработке цифровых приемников рентгеновского изображения различных классов.

К настоящему времени выявлен целый ряд неоспоримых преимуществ цифровых приемников.

Детектирование рентгеновского изображения

Выделение процесса детектирования в самостоятельный функциональный узел породило целую гамму детекторов рентгеновских изображений. Большинство параметров и характеристик цифровых детекторов намного превышает параметры и характеристики, достижимые с использованием рентгеновской пленки.

При низких дозах рентгеновского излучения чувствительность рентгеновской пленки ограничивает шум вуали изображения, который принципиально неустраним.

При больших дозах рентгеновского излучения, соответствующих концу характеристической кривой, паразитный шум рентгеновского изображения определяется главным образом шумом от проявленных зерен рентгеновской пленки (второе слагаемое) и имеет ту же природу, что и шум вуали.

И только в середине на линейном участке характеристической кривой преобразованный шум входного рентгеновского изображения (слагаемое 1) превосходит суммарный шум зернистости и вуали. Здесь квантовая эффективность максимальная и близка к 0,2,

К концам характеристической кривой падает, приближаясь к 0. Таким образом, квантовая эффективность рентгеновской пленки в 5 раз меньше по сравнению с идеальной системой в узком динамическом диапазоне экспозиций. Ограничение квантовой эффективности рентгенографических комплектов  (экран — пленка) на уровне, близком к 0,2, является принципиальным, так как связано с физикой формирования рентгеновского изображения в пленке.

В цифровых приемниках такое ограничение отсутствует. В существующих цифровых приемниках некоторых классов достигнутая квантовая эффективность составляет 0,65

Для рентгеновской пленки динамический диапазон (диапазон входных сигналов)
на рабочем участке характеристической кривой близок к 30.  Следствием узкого динамического диапазона по дозе у рентгеновской пленки является высокий процент брака (до 15%) из-за переэкспонирования или недоэкспонирования. Вторым следствием узкого динамического диапазона является необходимость поддержания при рентгенографии строго определенной дозы в соответствии с чувствительностью пленки. Поэтому при использовании растра, отсеивающего вторичное излучение, приходится увеличивать дозу на пациенте.

В цифровых аппаратах, у которых собственными шумами приемника можно пренебречь, при установке растра доза может быть уменьшена до 2 раз и более при условии сохранения контрастной чувствительности.

Если контраст входного рентгеновского изображения не укладывается в динамический диапазон пленки, то для прозрачных участков объекта и участков с высоким поглощением необходимо делать дополнительные снимки !!

В цифровом приемнике, динамический диапазон которого в несколько раз больше, всю информацию о плотностях исследуемой области тела пациента можно извлечь из одного снимка. В этих случаях один цифровой снимок заменяет до 3 пленочных.

Говоря о недостатках цифровых приемников, прежде всего, указывают на более высокую разрешающую способность рентгенографической пленки, которая находится в пределах от 5 до 10 мм-1. Сама пленка практически не имеет спада контрастно-частотной характеристики до 20 мм-1, а разрешение рентгенографических комплектов определяется типом используемых усиливающих экранов. Если же оценивать разрешающую способность не рентгеновской пленки, а всего рентгеновского аппарата в целом с учетом увеличения изображения объекта исследования, то она, как правило, в аппаратах для общей рентгенологии не превышает 3,5 мм-1. Это связано с геометрией съемки и подвижностью исследуемых органов. Для цифровых аппаратов такое разрешение не является непреодолимым барьером. Известны цифровые приемники с разрешением 5 мм-1 и более. Отметим, что в аппаратах для общей рентгенологии разрешающая способность аппарата в 3,5 мм-1 считается достаточной и ее увеличение не практикуется, так как минимальная доза, необходимая для получения изображения малоразмерного объекта, обратно пропорциональна четвертой степени размера этого объекта.

Таким образом, детектор цифрового аппарата, как правило, имеет более высокую чувствительность и динамический диапазон при практически одинаковых разрешающих способностях.

Обработка изображения в видеопроцессоре.

Если в пленочной рентгенографии обработка связана с фотохимическим проявлением скрытого изображения. Возможности по изменению параметров получаемого изображения весьма ограничены.

К цифровому рентгеновскому изображению в видеопроцессоре может быть в принципе применен весь спектр программ обработки изображения. Стандартно программное обеспечение позволяет проводить коррекцию геометрических искажений, подавление паразитных шумов, изменение контраста изображения, масштабирование. В ходе обработки диагностического изображения рентгенологу представляется возможность самому выделить зону интереса и использовать ряд полезных функций: увеличить или уменьшить, использовать лупу контраста, изменить гистограмму распределения яркостей.

Визуализация цифрового рентгеновского изображения на мониторе рабочей станции врача-рентгенолога.

Чтобы зрительный анализатор рентгенолога не ограничивал восприятие мелких деталей изображения, его пространственная контрастно-частотная характеристика (КЧХ) должна быть согласована с пространственными частотами изображения, воспроизводимого на мониторе. Такое согласование обеспечивается масштабированием изображения на экране монитора.

При оптимальном увеличении пространственные частоты изображения, представляющие для рентгенолога наибольший интерес, должны приходиться на максимум КЧХ зрения.

Например, если рентгенолога интересует костная структура, пространственный спектр которой на мониторе группируется около частоты 3 мм-1, а минимум КЧХ зрения при расстоянии рассматривания 25 см близок к 1,5 мм-1, то целесообразно применить увеличение изображения в 2 раза.

Излишнее или недостаточное увеличение может привести к существенному ухудшению восприятия мелкой структуры изображения. Практика эксплуатации цифровых рентгеновских аппаратов показала, что рентгенологами используются увеличения до 4 раз. Большие увеличения приводят не к улучшению, а к ухудшению восприятия изображения из-за видимости дискретной структуры изображения и нерезкости границ.

Для темных деталей при анализе рентгеновских изображений в ряде случаев возникает необходимость увеличить диапазон изменения яркости за счет уменьшения его для светлых деталей. Наиболее просто это реализуется изменением полярности сигнала изображения (позитив—негатив).

Кроме того, рентгенологи, которые чаще работают на усилителях рентгеновского изображения, где исходное изображение позитивное, предпочитают работать с позитивом, а рентгенологи, анализирующие рентгенограммы, — с негативом, поэтому в автоматизированных рабочих местах рентгенолога предусматривается возможность изменения позитивного изображения на негативное.

Изложенное выше показывает, что визуализация рентгенограммы на мониторе имеет широкие возможности по оптимизации ее параметров. Это очевидно в будущем заставит отказаться от твердой копии рентгенограммы на рентгеновской плёнке и ее анализа на негатоскопе.

Хранение рентгеновских изображений.

Внедрение в медицинскую практику цифровых аппаратов стимулировало интенсивную разработку цифровых систем передачи и хранения медицинских изображений (PACS), а также развитие телерадиологии. Это направление переживает настоящий бум, позволяет поднять на более высокий уровень всю организационную структуру лучевой диагностики, сделать использование методов лучевой диагностики дешевле, эффективнее, удобнее для врачей-рентгенологов, хирургов и врачей других специальностей.

В заключение еще раз подчеркнем, что устаревшая пленочная технология, сочетающая в одном носителе функции детектирования, обработки, визуализации и хранения изображения, сыгравшая неоценимую роль в развитии лучевой диагностики XX века, в настоящее время является тормозом на пути ее развития.

Цифровые рентгеновские аппараты, помимо прочего, характеризуются сокращенной лучевой нагрузкой на пациента и медперсонал. Доза облучения ниже до 10 раз.

Время получения цифрового рентгеновского снимка также существенно ниже, чем в случае с аналоговым рентгеном. Это неоспоримое преимущество для медицинских учреждений с большим потоком пациентов. Высокая пропускная способность рентген-кабинета не только благоприятно влияет на уровень обслуживания, но повышает экономическую эффективность медицинского учреждения.