Радиография
Рентгенография (англ. projection radiography, plain film radiography, X-ray imaging, roentgenography, X-ray study, X-ray filming ) — исследование внутренней структуры объектов, которые проецируются при помощи рентгеновских лучей на специальную плёнку или бумагу. Наиболее часто термин используется в медицинском контексте, описывающий неинвазивное исследование, основанное на изучении костных структур и мягких тканей, при помощи суммационного проекционного изображения.
Содержание
История
Применение
В медицине
Рентгенография применяется для диагностики:
В реставрации
Метод получения изображения
Получение изображения основано на ослаблении рентгеновского излучения при его прохождении через различные ткани с последующей регистрацией его на рентгеночувствительную плёнку. Таким образом на плёнке получается усреднённое, суммационное изображение всех тканей (тень).
В современных цифровых аппаратах регистрация выходного излучения может производиться на специальную кассету с плёнкой или на электронную матрицу. При этом печать плёнок производится только при необходимости, а диагностическое изображение выводится на монитор и, в некоторых системах, сохраняется в базе данных, вместе с остальными данными о пациенте.
Рекомендуется проведение снимков не менее чем в двух проекциях.
Многие современные рентгеновские плёнки имеют очень низкую собственную рентгеновскую чувствительность, и рассчитаны на применение с усиливающими флуоресцентными экранами, светящимися голубым или зелёным видимым светом при облучении рентгеновским излучением. Такие экраны вместе с плёнкой помещаются в кассету, которая после снимка переносится из рентгеновского аппарата в проявочную машину, которая из неё извлекает плёнку, проявляет, фиксирует и сушит.
Разрешающая способность
Разрешающая способность достигает 0.4 мм [1]
Одним из самых высоких разрешений плёнки считается «26 пар линий на мм» (=0.02 мм) [2]
Радиография
Основой таких изменений являются распад радионуклида, перераспределение препарата в организме и выведение его из организма.
Используется для изучения различных процессов, напр, динамики мочевыделения (ренография) или изменений концентрации радиофармпрепарата в крови, протекающей через ту или иную полость сердца, что позволяет определить показатели гемодинамики и сократительной функции желудочков (радиокардиография) и др.
Выполняется с использованием одно- или многоканальных радиографов. Информация идентична получаемой при динамической сцинтиграфии, но точность значительно ниже.
Показания к проведению данного исследования
Доктором может быть назначено выполнение рентгенографии в качестве:
Недостатки рентгенографии
Данный вид исследования имеет широкое распространение, однако у него есть и определенные недостатки:
в процессе рентгенографии применяются рентгеноконтрастные средства, имеющие влияние на мягкие ткани;
ионизирующее излучение оказывает достаточно неблагоприятное воздействие на организм, подвергающийся исследованию;
полученное изображение несколько затрудняет процесс оценки состояния органа;
предоставляет малый уровень информативности, если сравнивать с методами томографии.
РАДИОГРАФИЯ
Обычно разрешающая способность авторадиографии составляет 10-100 мкм. Применение жидкой ядерной фотоэмульсии позволяет понизить разрешающую способность до 1 мкм. Такой эмульсией покрывают исследуемый объект (при этом обеспечивается наилучший контакт эмульсии с пов-стью), фотоматериал экспонируют, а затем пленку фотоэмульсии отделяют и исследуют. При использовании электронного микроскопа разрешающая способность метода достигает 0,1 мкм.
Для детектирования a-частиц и тяжелых многозарядных ионов кроме фотоматериалов используют также несеребряные твердотельные детекторы: пленки из высокомол. в-в (ацетобутирата целлюлозы, лавсана и др.), неорг. кристаллы (кварц, циркон) и др. После экспонирования такие детекторы подвергают хим. травлению, а протравленные треки заряженных частиц наблюдают в оптич. микроскоп.
С помощью авторадиографии можно идентифицировать участки пов-сти образца, способные к повыш. изотопному обмену с окружающей средой, изучать поведение легирую щей добавки при синтезе монокристаллов или при получении сплавов, выявить характер покрытия на волокнах, получать информацию о локализации лек. препаратов в органах и т. д. Напр., в в-во, к-рое наносят на волокно в качестве покрытия, предварительно вводят радионуклид. После нанесения покрытия авторадиограмма такого волокна позволяет определить, является ли покрытие сплошным, каковы его толщина и форма. На основании этих данных можно оценить эффективность применяемой технологии нанесения покрытия.
Лит.: Роджерс Э., Авторадиография, пер. с англ., М., 1972; Флеров Г. Н., Берзина И. Г., Радиография минералов, горных пород и руд, М., 1979; Румянце в С. В., ШтаньА. С, ГольцевВ. А., Справочник по радиационным методам неразрушающего контроля, М., 1982; Аналитическая авторадиография, М., 1985; Авторадиография поверхностей раздела и структурная стабильность сплавов, М., 1987. В. И. Коробков.
Технология радиографического контроля
В зависимости от используемого вида излучения различают рентгено-, гамма- и бетатронную радиографию. Каждый из перечисленных методов имеет свою сферу использования. В частности, рентгенографию как наиболее чувствительный способ применяют преимущественно в цеховых и реже в полевых условиях в случаях, когда к контролю качества сварных соединений предъявляют наивысшие требования по чувствительности. Гаммаграфия доминирует при контроле качества сварных соединений, расположенных в труднодоступных местах, в полевых и монтажных условиях. Бетатронную радиографию используют при дефектоскопии сварных соединений большой толщины преимущественно в цеховых условиях.
При проведении радиографического контроля необходимо соблюдать условия, при которых обеспечивается максимально возможная чувствительность, т. е. условия при которых можно выявить минимальный дефект.
Чувствительность радиографического метода контроля зависит от следующих основных факторов: энергии первичного излучения, рассеянного излучения, плотности и толщины просвечиваемого материала, формы и места, расположения дефекта, величины фокусного расстояния и фокусного пятна рентгеновской трубки, типа рентгеновской пленки.
Ввиду сложности процессов ослабления энергии рентгеновского излучения при прохождении их через контролируемый металл и многообразия перечисленных факторов учесть одновременное воздействие их на чувствительность метода не представляется возможным. Целесообразно рассмотреть эти факторы в отдельности, оценивая влияние каждого из них на чувствительность метода к выявлению дефектов.
Рассеянное излучение в зависимости от энергии первичного излучения изменяет качество снимка, снижает контрастность и четкость изображения, а следовательно, и чувствительность самого метода. При отсутствии рассеяния дефект на пленке будет изображаться с четкими границами (рис. 2.28, а—в). Однако практически всегда имеет место рассеивание излучения, нарушающее четкость изображения. Вследствие этого явления дефекты малого размера становятся трудно различимыми (размыты границы изображения) и часто могут быть не выявлены совсем.
Рассеивание излучения всегда сильнее в толстостенных материалах (рис. 2.28, б), чем в тонкостенных, поэтому чувствительность метода значительно ухудшается с увеличением толщины просвечиваемого материала. Совершенно избавиться от рассеивания излучения нельзя. Уменьшить его можно применением специальных фильтров, представляющих собой тонкий слой оловянной (0,025 мм) или свинцовой (0,075—0,15 мм) фольги, расположенной либо между источником и контролируемым объектом, либо между пленкой и объектом. Рассеивание излучения можно уменьшить, сократив площадь облучения. Последнее достигается либо с помощью диафрагмы, помещаемой у источника излучения, либо с помощью свинцовой маски с отверстием, помещаемой над просвечиваемым объектом. Рассеивание уменьшается, если увеличить расстояние от контролируемого объекта до пленки.
Толщина материала. Чувствительность более сложным образом зависит от толщины контролируемого материала (рис. 2.29).
Вначале чувствительность возрастает вследствие того, что с увеличением толщины материала убывает эффективный коэффициент ослабления. Мягкие составляющие излучения ослабляются сильнее, чем жесткие, и в последующие слои попадает излучение, уже частично отфильтрованное в предыдущих слоях. По мере прохождения через вещество излучение становится все более жестким и при этом одновременно замедляется убывание коэффициента эффективного ослабления — он приближается к постоянному значению.
Для сравнительно больших толщин подъем кривой (ухудшение чувствительности) объясняется эффектом рассеяния. В конечном итоге ухудшение чувствительности из-за наличия рассеянного излучения определяет предел применяемости всего метода просвечивания материалов до определенной толщины (100—150 мм).
Форма дефектов и их ориентация в шве. Дефекты (непровары), имеющие прямолинейные грани, ориентированные параллельно направлению распространения излучения, выявляются значительно лучше из-за большой резкости изображения их границ (рис. 2.30, а), чем дефекты цилиндрической (шлаковые включения) или шаровой (поры) или другой формы (рис. 2.30, б, в).
Действительно, непровар, как правило, имеет постоянную высоту (AS) по сечению падающего пучка излучения, тогда как у объемных дефектов эта высота переменная, поэтому плотность потемнения изображения в этом случае будет постепенно и равномерно снижаться от максимума, определяемого диаметром дефекта, до плотности потемнения всего^ поля пленки. Вследствие этого резкость изображения отсутствует, а следовательно, и контрастность снимка, воспринимаемая глазом, значительно ухудшается.
Фокусное расстояние. Увеличение величины фокусного расстояния (рис. 2.32) аналогично энергии ослабления излучения делает его более мягким, вследствие чего улучшается чувствительность контроля. Следует заметить, что фокусное расстояние (F) связано с временем просвечивания (t) следующим соотношением: t/to= (F/Fq)2, где t — время просвечивания при выбранном фокусном расстоянии, см; to—время просвечивания при фокусном расстоянии FQ, см, взятом по номограмме. Из соотношения видно, что при увеличении фокусного расстояния резко возрастает время просвечивания. Чем меньше размер фокуса, тем более четкий рельеф изображения дефекта на снимке, тем меньше область полутени, тем выше чувствительность контроля (рис. 2.33).
Усиливающие экраны. Из рис. 2.34 видно, что применение металлических экранов обеспечивает некоторое повышение чувствительности, обусловленное уменьшением воздействия вторичного излучения, источником которого является сам контролируемый материал. Рассеянное вторичное излучение уменьшает резкость и контрастность изображения объекта. Рассеянное излучение от тяжелых элементов, подобных свинцу, сравнительно невелико, они выполняют роль своеобразного фильтра, особенно для первичного излучения низких энергий.
Тип пленки. В зависимости от типа пленки, обусловленного размером зерна и реакцией к излучению, чувствительность радиографического контроля при прочих равных условиях (энергий излучения, рода и толщины материала) может изменяться от 0,5% (РТ-5) до 3% (РТ). Пленки, обеспечивающие лучшую чувствительность, имеют мелкозернистую структуру и слабую реакцию к излучению, но требуют большего времени для просвечивания.
С учетом изложенных факторов, влияющих на чувствительность контроля, кратко рассмотрим операции радиографического контроля на примере сварных соединений.
При радиографировании изделий соблюдают такую последовательность выполнения основных операций. Выбирают источник излучения, радиографическую пленку и определяют оптимальные режимы просвечивания, просвечивают объект, производят фотообработку снимков и их расшифровку, оформляют результаты контроля.
Выбор источника излучения обусловливается технической целесообразностью и экономической эффективностью. Основными факторами, определяющими выбор источника, являются заданная чувствительность, плотность и толщина материала контролируемого изделия, производительность контроля, конфигурация контролируемой детали, доступность ее для контроля и др.
Например, при контроле изделий, в которых допускаются дефекты большого размера, наиболее целесообразно применять изотопы с высокой энергией, обеспечивающие малое время просвечивания. Для изделий ответственного назначения используют рентгеновское излучение и только как исключение — изотопы, имеющие по возможности наименьшую энергию излучения, например 1г (табл. 2.8).
Выбор радиографической пленки осуществляется по толщине и плотности материала просвечиваемого объекта, а также по требуемой производительности и заданной чувствительности контроля.
Пленку РТ-1 используют, главным образом, для контроля сварных соединений больших толщин, так как она обладает высокой контрастностью и чувствительностью к излучению. Универсальную экранную пленку РТ-2 применяют при просвечивании деталей различной толщины, при этом время просвечивания по сравнению с другими типами пленок наименьшее. Для контроля изделий из алюминиевых сплавов и сплавов черных металлов небольшой толщины можно использовать высококонтрастную пленку РТ-3 и РТ-4.
При дефектоскопии ответственных соединений применяют пленку РТ-5. Эта пленка обладает весьма высокой контрастностью, позволяет выявлять незначительные дефекты, хотя и имеет наименьшую чувствительность к излучению, что приводит к увеличению времени экспозиции при контроле. Ориентировочно выбор радиографической пленки целесообразно производить пономограммам (рис. 2.35).
Для контроля сварных соединений различных типов выбирают одну из схем просвечивания, приведенных на рис. 2.36. Стыковые односторонние соединения без разделки кромок, а также с V-образной разделкой просвечивают, как правило, по нормали к плоскости свариваемых элементов (рис. 2.36, схема 1).
При контроле швов нахлесточных, угловых и тавровых соединений центральный луч направляют, как правило, под углом 45° к плоскости листа (схемы 3, 4, 5, 6, 7, 8). Трубы большого диаметра (>200 мм) просвечивают через одну стенку, а источник излучения устанавливают снаружи или внутри изделий с направлением оси рабочего пучка перпендикулярно шву (схемы 9, 11).
При просвечивании через две стенки сварных соединений труб малого диаметра, чтобы избежать наложения изображения участка шва, обращенного к источнику излучения, на изображение участка шва, обращенного к пленке, источник сдвигают от плоскости сварного соединения (схема 10) на угол до 20—25°.
Подбор экспозиции при просвечивании изделий производят по номограммам (рис. 2.37), а уточняют ее с помощью пробных снимков. Экспозиция рентгеновского излучения выражается как произведение тока трубки на время; гамма-излучения — как произведение активности источника излучения, выраженной в гамма-эквиваленте радия, на время. Номограммы даются для определенного типа пленки, фокусного расстояния и источника излучения.
Подготовка контролируемого объекта к просвечиванию заключается в тщательном осмотре и при необходимости в очистке объекта от шлака, грязи и других загрязнений. Наружные дефекты необходимо удалить, так как их изображение на снимках может затемнить изображение внутренних дефектов. Сварное соединение разбивают на участки контроля, которые маркируют, с тем чтобы после просвечивания можно было точно указать расположение выявленных внутренних дефектов. Кассеты для радиографические пленки, заряжаемые в них, должны маркироваться в том же порядке, что и соответствующие участки контроля. Выбранную пленку заряжают в кассету, после чего кассету укрепляют на изделии, а со стороны источника излучения устанавливают эталон чувствительности. В тех случаях, когда его невозможно так установить, например при просвечивании труб через две стенки, разрешается располагать эталон со стороны детектора (кассеты с пленкой).
После выполнения перечисленных операций и обеспечения безопасных условий работы приступают к просвечиванию изделия. При этом источник излучения необходимо установить таким образом, чтобы во время просвечивания он не мог вибрировать или сдвинуться с места, иначе изображение на пленке окажется размытым. По истечении времени просвечивания кассеты с пленкой снимают, и экспонированную пленку подвергают фотообработке. Процесс фотообработки пленки включает следующие операции: проявление, промежуточную промывку, фиксирование изображения, промывку в непроточной воде, окончательную промывку и сушку пленки. При проявлении происходит восстановление кристаллов бромистого серебра в металлическое серебро. Пленку проявляют в специальном растворе — проявителе. Время проявления указано на упаковках пленки и раствора. После проявления пленку ополаскивают в кювете с водой. Такая промежуточная промывка предотвращает попадание проявителя в фиксирующий раствор — фиксаж. В фиксаже растворяются непроявленные зерна бромистого серебра, а восстановленное металлическое серебро не претерпевает изменений.
После фиксирования необходимо производить промывку пленки в непроточной воде с последующим извлечением и сбором серебра. Затем пленку промывают в ванне с проточной водой в течение 20—30 мин для удаления оставшихся после фиксирования химических реактивов. После промывки пленки ее сушат 3—4 ч. Температура сушки не должна превышать 35 °С.
Расшифровка снимков — наиболее ответственный этап в проведении работ по фотообработке. Задача расшифровщика заключается в выявлении дефектов, установлении их ви¬дов и размеров. Расшифровку радиограмм производят в проходящем свете на неготоскопе — устройстве, в котором имеются закрытые молочным или матовым стеклом осветительные лампы для создания равномерно рассеянного светового потока. Помещение для расшифровки затемняют, чтобы поверхность пленки не отражала падающий свет. Современные неготоскопы обеспечивают регулирование яркости освещенного поля н его размеров. Если освещенность неготоскопа не регулируется, то при слишком ярком свете могут быть пропущены мелкие дефекты с незначительными изменениями оптической плотности почернения пленки. Расшифровка радиограмм состоит из трех основных этапов: оценки качества изображения, анализа изображения и отыскания на нем дефектов и составления заключения о качестве изделия. Качество изображения в первую очередь оценивают сточки зрения отсутствия на нем дефектов, вызванных неправильной фотообработкой или неаккуратным обращением с пленкой: радиограмма не должна иметь пятен, полос, загрязнений и повреждений эмульсионного слоя, затрудняющих расшифровку.
Затем оценивают оптическую плотность, которая в соответствии с ГОСТ 7512—82 должна составлять 1,4—4; проверяют, видны ли элементы эталона чувствительности, гарантирующие выявление недопустимых дефектов; есть ли на снимке изображение маркировочных знаков. Оптическую плотность измеряют на денситометрах или на микрофотометрах.
Заключение о качестве проконтролированного сварного соединения дается в соответствии с техническими условиями (ТУ) на изготовление и приемку изделия. Причем оценку качества изделия производят только по сухому снимку, если он отвечает следующим требованиям (ГОСТ 7512—82): на рентгенограмме четко видно изображение сварного соединения с усилением шва по всей длине снимка; на снимке нет пятен, царапин, отпечатков пальцев, потеков от плохой промывки пленки.
Радиография
Клиническая радиометрия предназначена для однократного или нескольких повторных измерений радиоактивности организма или его части. С ее помощью невозможно получить представление о быстро протекающих процессах, например о кровотоке в различных органах, о вентиляции легких, о функции почек и т. д. Для регистрации подобных функциональных параметров необходимо получить сведения о динамике транспорта радионуклида. Это осуществляют посредством радиографа.
Радиография — метод непрерывной или дискретной регистрации процессов накопления, перераспределения и выведения РФП из организма или отдельных органов. Для этих целей применяют радиографы — радиометры, в которых измеритель скорости счета соединен с самописцем, вычерчивающим кривую. В составе радиографа может быть один или несколько детекторов, причем каждый из них ведет измерение излучения независимо от другого.
Типичным примером радиографии является исследование накопления и выведения РФП из легких — так называемая радиопульмонография. Над разными отделами обоих легких устанавливают коллимированные сцинтилляционные детекторы. К вдыхаемой пациентом смеси добавляют радиоактивный ксенон ( 133 Хе). Это инертный газ, который быстро выводится из организма и не создает в нем сколько-нибудь значительную дозу радиации. Динамику радиоактивности над каждым отделом легких радиограф регистрирует в виде кривой. Полученные кривые позволяют судить о поступлении и выведении газа, т. е. о вентиляции всех отделов легких.
Радиографический метод отличается простотой выполнения. Но он уступает по точности исследованию на гамме-камере. Главный его недостаток — неконтролируемая «геометрия счета», т. е. отсутствие возможности точно установить детектор над исследуемым органом, строго охватив его границы. Не дает радиограф и изображения органа. Трактовка результатов затруднена, если в состав радиографа не введен компьютер.
5. Радионуклидная визуализация
Термин «визуализация» образован от английского слова vision (зрение). Им обозначают получение изображения. Радионуклидная визуализация — создание картины пространственного распределения в органах РФП, введенного в организм (гамма-топография). Для визуализации распределенного в организме РФП в современных радиологических центрах и лабораториях применяют 4 радиодиагностических прибора: сканер, гамма-камеру, однофотонный эмиссионный томограф и двухфотонный (позитронный) эмиссионный томограф.
Соответственно различают 4 вида гамма-топографических исследований: сканирование, сцинтиграфию, однофотонную эмиссионную томографию и позитронную эмиссионную томографию.
6. Радионуклидное сканирование и сцинтиграфия
Сцинтиграфия — получение изображения органов и тканей посредством регистрации на гамма-камере излучения инкорпорированных в теле человека радионуклидов. Сцинтиграфия — основной способ радионуклидной визуализации в современной клинике. Он позволяет изучать быстро протекающие процессы распределения вводимых в организм радиоактивных соединений.
В отличие от сканера гамма-камера имеет сцинтилляционный кристалл больших размеров — до 53 см в диаметре. Это обеспечивает регистрацию излучения одномоментно из всей исследуемой части тела. Исходящие из органа гамма-фотоны вызывают световые вспышки в кристалле. Эти вспышки регистрируются несколькими десятками фотоэлектронных умножителей, равномерно расположенных над поверхностью кристалла. Электрические импульсы из ФЭУ через усилитель и дискриминатор передаются в блок анализатора, который формирует сигнал на экране электронно-лучевой трубки. При этом координаты светящейся на экране точки точно соответствуют координатам световой вспышки в сцинтилляторе и, следовательно, расположению распавшегося ядра атома радионуклида в органе. Так создается радионуклидное изображение — сцинтиграмма.
Принято различать статическую и динамическую сцинтиграфию. Под статической визуализацией имеют в виду изготовление небольшого числа изображений органа с преимущественной задачей изучить его морфологию и выявить в нем участки с повышенным или пониженным накоплением радионуклида («горячие» и «холодные» очаги, зоны).
При динамической сцинтиграфии информацию записывают непрерывно или через короткие промежутки времени и отражают на целой серии кадров. Интервалы между кадрами выбирают с учетом скорости изучаемых процессов. РФП для динамического исследования обычно вводят в кровь в малом концентрированном объеме («болюсе»).
Некоторые гамма-камеры снабжены движущимся столом. Находясь на нем во время исследования, пациент «просматривается» детектором камеры с головы до ног. Накапливающаяся в результате такой процедуры информация отражает распределение РФП во всем организме. Данный метод особенно эффективен при поиске скрытых метастазов в скелете или случайно инкорпорированных радиоактивных веществ.
Качественный скачок в радионуклидной визуализации был сделан в результате введения в структуру гамма-камеры специализированного компьютера. Стало возможным проводить компьютерную обработку изображений, переносить их на магнитные носители. При анализе сцинтиграмм начали широко применять математические методы, системный анализ, камерное моделирование физиологических и патологических процессов.
Гораздо привлекательнее выглядит другая идея: вводить в организм туморотропный препарат, т. е. РФП, который включается главным образом в клетки с высокой степенью митотической и метаболической активности. Благодаря повышенной концентрации РФП опухоль будет вырисовываться на сцинтиграммах как очаг высокой радиоактивности («горячий» очаг). Такую методику выявления опухолей назвали позитивной сцинтиграфией. Подсчитано, что для уверенной диагностики необходимо, чтобы в опухоли накопилось не менее 30% введенной в организм активности. При этом соотношение радиоактивности опухоли и окружающей ткани должно быть не менее 3:1.
Позитивную сцинтиграфию производят для выявления первичных злокачественных опухолей, обнаружения метастазов и установления рецидивов после хирургическог или лучевого лечения.
