Рентгенодиагностические системы получения изображения

Рентгеновское изображение формируется в результате взаимодействия квантов рентгеновского излучения с приемником и представляет собой распределение квантов, которые прошли через тело пациента (рисунок 5.7).

В и Е - кванты, которые прошли через тело пациента без взаи­модействия; С и D — рассеянные кванты. квант D отсеивается сеткой, препятствующей рассеянному излучению, квант Апоглощается в теле.

Рисунок 5.7 - Компоненты системы для получения рентгеновских изображе­ний.

Кванты делятся на:

1. первичные В и Е, которые прошли через тело пациента, непровзаимодействовав с ним

2. вторичные Д и С, которые провзаимодействовали с телом, рассеялись и отклонились от направления первоначального распространения

Очевидно, что вторичные кванты С и Д не несут полезной информации и их надо как-то фильтровать. Для этого вводится устройство, называемое сеткой – свинцовые ячейки, на которых задерживаются рассеянные кванты. Первичные тоже задерживаются, но если не задерживать вторичные кванты, то получится серое изображение. Нас интересуют только первичные кванты, которые несут информацию о вероятности того, что квант проходит через тело пациента без взаимодействия.

Рассмотрим простую математическую модель процесса получения рентгенографического изображения, представленную на рисунке 5.7.

Пусть нам дан монохроматический рентгеновский источник, излучающий кванты с энергией Е, расположенный достаточно далеко от пациента, так чтобы считать пучок параллельный оси Z.

Изображение регистрируется в плоскости XY.

N - число квантов, падающих на единицу площади пациента (должно быть минимальным) I(x,y)dxdy – энергия поглощаемая приемником площадью dxdy

Рисунок.5.8 - Простая модель получения рентгеновского изображения, по­казывающая распространение первичных и вторичных (рассеянных) квантов

Справедливо соотношение:

где Е – энергия кванта;

I_{перв. кв.} – интенсивность первичных квантов;

I_{втор. кв.} – интенсивность вторичных квантов;

(x,y,z) – линейный коэффициент ослабления излучения в тканях. ;

А₁, А₂ – точки входа и выхода излучения из тела пациента ;

 – коэффициент поглощения энергии прибора регистратором (зависит от Е и от угла прихода кванта ):

1. для первичных квантов угол равен нулю и энергия равна Е

2. для вторичных квантов угол произволен (), энергия тоже меняется в некоторых пределах

S – функция, характеризующая рассеивающие свойства вещества ;

 – вариация угла рассеяния;

Функция рассеивания S зависит от распределения тканей и их положения в организме. Многочисленные экспериментальные исследования и теоретические расчеты позволили (для тела человека) установить следующее соотношение:

(5.10)

преобразование Радона

где,

R – отношение рассеянного излучения к первичному (эта константа определяется либо путем измерений, либо расчетным путем).

Контраст МРТ изображений и способы получения контраста по различным параметрам.

Рассмотрим простейшую модель объекта, представленную на рисунке 5.12

С – контраст ,

₁ – энергия, поглощенная приемником за пределом мишени

₂ – энергия, поглощенная приемником после прохода через мишень

Рисунок 5.12 - Простая модель для оценки величины контраста.

Тело пациента заменяется однородным блоком ткани толщиной с линейным коэффициентом ослабления . Внутрь этого блока помещается другой блок ткани (называемой "мишенью") толщиной с линейным коэффициентом ослабления . Ткань мишени – это тот объем, который необходимо визуализировать с большой четкостью в проекционной рентгенографии. Контраст в изображении ткани мишени определяется с помощью функций распределения изображения и , которые дают энергию, поглощенную единицей площади поверхности приемника соответственно за пределами изображения ткани мишени и внутри него

При использовании выражения (5.1) получаем:

где ₂ , ₁ – линейный коэффициенты поглощения.

Таким образом к факторам влияющим на контраст С изображения относятся толщина ткани мишени х и разность линейных коэффициентов поглощения (₂-₁), также отношение интенсивности рассеянного излучения к первичному R.

Нерезкость рентгенографической системы изображения важный фактор, определяющий процесс формирования изображения проекций, зависящий от конструктивных особенностей рентгеновской трубки, свойств приемника и движений пациента.

Контраст равнозначен глубине модуляции, а нерезкость – смазу передаточной функции изображения. Наиболее полно свойства рентгенографической системы определяются передаточной функцией системы. В настоящее время для каждой изображающей системы строится ее передаточная функция или кривая контраст-размер.

Наиболее общим методом определения процесса формирования изображения является измерение модуляционной передаточной функцией. Модуляционную передаточную функцию измеряют при помощи тест объекта в виде решетки.

На рисунке 5.13 приведены кривые зависимости контраста от энергии квантов для двух видов биотканей, представляющих особый интерес для маммографических исследований. Эти кривые показывают, что контраст резко уменьшается с увеличением энергии квантов, так что для получения большего контраста необходимо использовать излучение низкой энергии. Однако, как уже упоминалось выше, последнее требование влечет за собой высокую дозу облучения пациента, и поэтому должен быть найден компромисс между достаточным контрастом и наименьшей дозой облучения.

Верхняя кривая - для микрокальцинатов (гидроксифосфата кальция) размером 100 мкм; нижняя кривая - желе­зистой ткани размером 1 мм. Контраст определяется по отношению к тканям молочной железы в норме. Снижением кон­траста за счет рассеяния пренебрегаем.

Рисунок 5.13 - Изменение контраста с энергией для двух
наиболее важных для маммографии сред

Томография позволяет резко увеличить контраст изображения, из-за того, что через любую точку проходит много лучей под разными углами.

Простой расчет позволяет указать те ткани, которые можно различить с помощью обычной трансмиссионной рентгеновской аппаратуры. Коэффициенты линейного ослабления в воздухе, костной и мышечных тканях, а также в крови имеют соответственно следующие значения:

для типичного энергетического спектра излучения рентгеновских аппаратов. Ослабление первичного рентгеновского пучка слоем мягкой ткани с полостью внутри размером 1 см можно вычислить непосредственно, используя выражение .

Обычные рентгеновские пленки позволяют визуально легко различить контраст порядка 2%, так что ребро толщиной 1 см или же заполненная воздухом трахея диаметром 1 см могут быть визуализированы. Однако кровь в кровеносных сосудах и иные тонкие структуры мягких тканей различить с помощью обычного рентгеновского аппарата не удается. Действительно, чтобы сделать видимыми кровеносные сосуды, в кровь необходимо ввести жидкое контрастное вещество, содержащее соединение йода; эти вещества на время увеличивают линейный коэффициент ослабления жидкой среды до такой величины, что возникает требуемый контраст.

Билет 9.