Перспективы использования сканирующих цифровых рентгенодиагностических аппаратов в травматологии

Неравномерность измельчения абразивных зерен, как показали экспериментальные исследования, уменьшается при подаче суспензии через центр детали. Кроме того, влияние данного фактора в определенной степени компенсируется выходом краевой зоны детали за край инструмента.

Выявлено также, что интенсивность съема стекла при автоматической подаче обрабатывающей суспензии примерно в 1,5 раза больше, чем при ручной, однако неравномерность срабатывания поверхностей при автоматической подаче суспензии больше, чем при ручной, что проявляется в образовании местных ошибок на стадии полирования.

В Ы В О Д Ы

1. При обработке по методу свободного притирания изменение диаметра инструмента может служить одним из эффективных параметров, позволяющих гибко управлять процессом формообразования деталей с высокоточными плоскими поверхностями.

2. Для уменьшения опрокидывающего момента, являющегося источником образования на детали общей погрешности в виде «бугра», необходимо использовать наклеечный инструмент с коротким хвостовиком.

3. При изготовлении высокоточных оптических деталей по методу свободного притирания целесообразно применять ручную подачу абразивной суспензии, причем наносить ее следует на центральную зону обрабатываемой поверхности.

Поступила 27.12.2012

УДК 616-078

ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СКАНИРУЮЩИХ ЦИФРОВЫХ РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В ТРАВМАТОЛОГИИ

ЧЕПЕЛЕВ А. НР, студ. ЧЕПЕЛЕВ С. Н.2>, канд. техн. наук, доц. ЧЕПЕЛЕВА Т. И.3)

'> УЗ «17-я городская поликлиника г. Минска», 22 Белорусский государственный медицинский университет, 3 Белорусский национальный технический университет

Цифровая рентгенография - это методы проекционной рентгенографии, при которых рентгеновское изображение получается при помощи цифровых компьютерных систем с дальнейшей его обработкой. Полученный при рентгенографии сигнал, поступающий на детектор, преобразуется в ряд цифровых параметров, которые оперативно обрабатываются и сохраняются, с возможностью вывода на монитор компьютера и последующей обработки.

В настоящее время цифровые рентгенодиа-гностические аппараты находят все большее

применение в медицине. Их активное использование в Республике Беларусь в течение последних 15-20 лет уже позволило многократно снизить коллективную дозу облучения населения страны при диагностических обследованиях и, как следствие, добиться снижения риска развития индуцированных онкологических заболеваний кожи, легких, крови, иных органов и тканей.

Данные методы имеют свои достоинства и преимущества:

• технические (установка основных параметров аппарата осуществляется дистанционно

Наука итехника, № 5, 2013

и максимально точно; максимально короткий интервал между процессом съемки и получением конечного изображения; возможность компьютерного анализа и обработки изображения с целью улучшения его качества и упрощения оценки; более низкий процент брака при получении изображений);

• статистические (возможность длительного хранения большого архива изображений без потери качества снимков, а при необходимости - их оперативного извлечения и сравнительного анализа);

• экономические (отсутствие расходов на рентгеновскую пленку, реактивы и связанное с проявкой изображений оборудование; более низкое энергопотребление);

социально-экологические (более низкая лучевая нагрузка на пациентов, что особенно важно в травматологии; отсутствие загрязнения окружающей среды, связанного с утилизацией рентгеновской пленки и использованных проявочных реактивов)и др.

При компьютерной рентгенографии изображение формируется не на рентгеновской пленке, а на специальном детекторе рентгеновского излучения.

Основные типы цифровых детекторов рентгеновского излучения. Традиционно выделяют следующие виды детекторов [1]:

1) системы с усилителями рентгеновского изображения (оцифровка рентгеновского изображения) - цифровое рентгеновское изображение формируется путем преобразования исходного изображения в электронно-оптическом преобразователе вывода на экран телевизионного монитора с помощью цифровой видеокамеры. Недостатками метода являются невысокая разрешающая способность и малый динамический диапазон;

2) цифровую рентгенографию на запоминающих люминофорах (компьютерная рентгенография) - фиксация рентгеновского изображения экраном, покрытым специальным люминофором. В момент рентгеновской экспозиции происходит запоминание информации люминофором в виде скрытого изображения, которое способно сохраняться длительное время. Считывание скрытого изображения производится

Наука итехника, № 5, 2013

инфракрасным лазером, который стимулирует люминофор;

3) цифровую полупроводниковую рентгенографию, которая имеет свои разновидности, такие как:

цифровая селеновая рентгенография как детектор в виде барабана, покрытого слоем селена. Под действием рентгеновского излучения на поверхности селенового покрытия возникает электрический заряд (по принципу разряда в открытой цепи), величина которого зависит от энергии излучения;

цифровая рентгенография на основе полноформатной матрицы - детектирующим устройством является полномасштабная твердотельная преобразовательная структура (матрица), способная на площади до 430x430 мм сформировать цифровое изображение с числом пикселей до ЗКх4К и зарядной емкостью до 14 бит. Матрица представляет собой двухмерную поверхность, разбитую на ячейки. Существуют два варианта исполнения матрицы: на основе аморфного кремния и аморфного селена. Главным недостатком этого метода до сих пор является высокая цена матриц;

цифровая рентгенография на основе линейки детекторов (сканирующая рентгенография) - технология получила активное распространение в Республике Беларусь.

Линейные многоэлементные рентгеночув-ствительные детекторы работают по принципу механического сканирования по кадру изображения. Сканирующая рентгенография на сегодняшний день является оптимальным решением для практической рентгенодиагностики с точки зрения достижения приемлемого баланса «качество цифрового изображения/цена приемника».

Технология получения двухмерного цифрового рентгеновского изображения пациента методом сканирования плоским пучком основана на:

сканировании пациента чрезвычайно узким (менее 2 мм) рентгеновским пучком, сформированным щелевой диафрагмой (коллиматором);

• использовании в качестве преобразователя рентгеновского изображения высокочувствительной линейной матрицы полупроводниковых сцинтилляционных детекторов;

• получении рентгеновского изображения пациента путем пошагового сканирования линейным детектором, движение которого синхронизировано со сканирующим рентгеновским пучком;

• формировании двухмерной матрицы цифрового изображения, одна координата (совпадающая с линейкой детекторов) которой определяется числом элементов в детекторе, а другая - числом шагов сканирования (числом отсчетов).

В отличие от других цифровых приемников рентгеновского излучения в сканирующих приемниках на основе полупроводниковых детекторов:

полностью устраняется влияние неинформативного рассеянного излучения на качество

цифрового изображения, причем без использования антирассеивающей решетки;

значительно снижается лучевая нагрузка на пациента;

существенно улучшается контрастная чувствительность;

высокое пространственное разрешение реализуется достаточно простыми средствами;

обеспечиваются разумная стоимость и низкие эксплуатационные затраты (ремонтопригодность) детектора.

Сравнительные характеристики всех методов компьютерной рентгенодиагностики [2] представлены в табл. 1.

Из всех аппаратов компьютерной рентгенографии в Республики Беларусь наибольшее распространение получили приборы на основе линейки детекторов («Пульмоскан», «Уни-скан», «Травмаскан» - устройства отечественного производства компании «Адани»).

Таблица 1

Сравнительные характеристики существующих детекторов для цифровой рентгенологии

№ Тип детектора Разрешение, п. л./мм Размер кадра, мм Динамический диапазон 'min с Контрастная чувствительность, % Доза, мкР Примечание

1 РЭОП + цифровой ТВ тракт 2,0-4,0 0230-400 Видикон-30 ПЗС-100 0,01 2,0 300 600 Ограничения по размеру входного экрана

2 Стимулируемый люминофор + + ФЭУ 5,0 400x400 150 0,01 1,5 800 Сложность считывания информации, высокая стоимость

3 Оптика + ПЗС 2,0-4,0 400x400 100 0,05 1,5 1500 Повышенная доза на кадр

4 УРИ + ПЗС + + поворот 4,0 420x420 Более 200 4,0 1.5 100 Механическая сложность, повышенное время Г^

5 Линейка Хе + + скан. 1,5 380x400 160 4,0-8,0 1,0 150 Высокое время сканирования, пониженная разрешающая способность

Линейка ППД + 1,5-3,0 380x380 Более 100 5,0-10,0 1,0 150-600 Высокое время сканирования, по-

+ скан. ниженная разрешающая способность

6 Полноформатная 4,0 400x400 Более 150 0,005 1,0 300 Сложность изготовления матрицы

матрица Si + 20-25* 20x30 Более 100 0,005 1,0 3000 и высокая стоимость

+ люминофор 15-20** 250x300 Более 100 0,005 1,0 2000

7 Полноформатная матрица Si + + селеновый слой 5,0 400x400 Более 150 0,005 1,5 300 Сложность изготовления матрицы и высокая стоимость

* Для интраоральной съемки.

Наука итехника, № 5, 2013

** Для маммографии.

Сравнительная характеристика аппаратов экспресс-диагностики травмированных пациентов. Интерес в травматологии представляет в первую очередь аппарат для экспресс-рентгенодиагностики травмированных пациентов на основе как обзорных (или крупноформатных) рентгеновских изображений, так и стандартных (малоформатных) изображений мягких тканей и костной структуры пациента, находящегося в положении лежа, сидя и стоя. Подобным критериям на мировом рынке удовлетворяют только аппараты «Травмас-кан» белорусской компании «Адани» и Хтр1аг-dr (современная версия Statscan) африканской компании Lodox.

Изучены основные параметры обоих аппаратов, которые приведены в табл. 2.

Диагностический диапазон пространственного разрешения (размер пикселя изображения) в сканирующих приемниках рентгеновского изображения достигается за счет:

• оптимального числа и размеров рентгено-чувствительных элементов;

задания оптимального числа шагов сканирования;

• использования проекционного увеличения рентгеновского изображения;

• оптимального устройства диафрагмы и подбора интенсивности рентгеновского излучения.

Основные параметры аппг

Из табл. 2 очевидно, что аппарат Хтр1аг^г обладает меньшим размером пикселя изображения и, как следствие, более высоким качеством получаемого изображения. Также к несомненным достоинствам этого аппарата следует отнести возможность получения максимального изображения за один проход без временных задержек, что особенно важно при большом количестве тяжелых пациентов во время терактов и военных действий. Кроме того, программное обеспечение африканского аппарата позволяет получать снимки любого размера и любой локализации в рамках максимального размера, что имеет преимущество над другими аппаратами.

К достоинствам белорусского аппарата «Травмаскан» относятся:

возможность получения итогового изображения большей длины (2,0 м, против 1,8 м у Хтр1аг^г);

возможность подбора высоты стола, что имеет решающее значение в случае поступления пациентов ростом выше 1,8 м и нестандартных габаритов и позволяет избежать лишнего их перекладывания (т. е. значительно снизить временные затраты и избежать дополнительных нагрузок на пациентов при манипуляциях);

значительно более низкая стоимость аппарата.

Таблица 2

«Травмаскан» и Хшр1аг^г

Параметр Аппарат «Травмаскан» Аппарат Xmplar-dr

Режим VRS

Размер пикселя изображения 320 цт 160-200 цт 60 цт

Максимальный размер изображения 2х(1000 ммх500 мм) - небольшой временной интервал между изображениями (суммарно 2000 ммх500 мм) От 220 ммх220 мм до 410 ммх410 мм 1800 ммх680 мм

Угол поворота С-образной фермы 0°-100° 0°-90°

Возможность наклона стола для получения снимков в положении Тренделенбурга Опционально 0°-10°

Время для получения максимального изобра- Не указано в документации - 12,98 с

Наука зз

итехника, № 5, 2013

жения

Пути совершенствования устройства аппаратов. Анализ основных технических параметров рентгенодиагностических устройств выявил некоторые их негативные стороны. Так, при использовании одной линейной матрицы полупроводниковых детекторов и одного щелевого коллиматора установлены существенные недостатки: из-за минимального размера одного пучка излучения (1-2 мм) и чрезвычайной узости приемной матрицы (100-300 мкм), а также вибраций и люфта оборудования, получается вынужденное лишнее облучение пациента, снижается качество конечного рентгеновского изображения. Отрицательную роль в снижении качества снимка играет и ширина мертвой зоны между детекторами изображения. Отмечено, что разрабатываемые в настоящее время устройства с двумя и более щелевыми коллиматорами и несколькими рядами детекторов лишены указанных выше недостатков [3]. За счет оптимально рассчитанной геометрии линеек детекторов они дают более качественное по яркости, контрасту и разрешению изображение, а также позволяют снизить побочное рентгеновское облучение на пациента.

Аппараты с многострочным методом сканирования в несколько раз дешевле аппаратов с полнокадровым методом, при этом обладают сопоставимым качеством получаемого изображения. Замечено, что использование многострочного метода позволяет значительно упростить и скорректировать формирование конечного изображения при компьютерной обработке (по сравнению с однострочным методом) за счет возможности более эффективного контроля над формированием конечного цельного изображения из составных элементов.

В Ы В О Д Ы

1. Существующие в настоящее время на мировом рынке цифровые сканирующие рентге-

нодиагностические аппараты для экспресс-диагностики в травматологии обладают различными конструкционными недостатками. Впервые проведен сравнительный анализ двух наиболее представленных на мировом рынке моделей аппаратов («Травмаскан» белорусской компании «Адани» и Хтр1аг^г африканской компании Lodox), выявивший ряд путей для их совершенствования, таких как:

повышение разрешающей способности линейки детекторов как интенсивным (уменьшение размеров и повышение качества детекторов), так и экстенсивным (создание и оптимальное геометрическое расположение дополнительной линейки детекторов) путем;

увеличение размеров поля обследования за счет совершенствования программного обеспечения и конструкторских доработок;

• разработка усовершенствованной конструкции стола с целью обеспечения возможности выполнения снимков под любым заданным углом в любой плоскости.

2. Метод цифрового рентгеновского сканирования является, несмотря на наличие в настоящий момент ряда конструкторских недоработок, перспективным в травматологии и обладает рядом преимуществ (высокая скорость получения снимков, низкая лучевая нагрузка на пациентов, возможность получения снимков больших размеров, сравнительно низкая стоимость оборудования).

Л И Т Е Р А Т У Р А

1. Линев, В. Н. Роль современных сканирующих технологий в цифровой рентгенодиагностике / В. Н. Линев. - Минск: Радиология в медицинской диагностике, 2003. - С. 41-49.

2. Основы рентгенодиагностической техники / Под ред. Н. Н. Блинова. - М.: Медицина, 2002.

3. Сканирующий малодозовый рентгенографический аппарат: пат. Рос. Фед. № 2347531, заявка 2007137407/14 от 09.10.2007.

Поступила 17.05.2013

наука ^4

иТ ехника, № 5, 2013 04