что такое линейный коэффициент ослабления

Что такое линейный коэффициент ослабления

Заряд атомного ядра любого химического элемента, выраженный в элементарных зарядах, равен атомному номеру Z этого элемента в Периодической системе Д. Менделеева. Заряд ядра слагается из зарядов протонов, следовательно, число протонов в атомном ядре равно атомному номеру элемента.

Почти вся масса атома сосредоточена в его ядре. Поэтому сумма чисел протонов и нейтронов должна быть равна массовому числу атома:

Число нейтронов в ядре равно разности между массовым числом и порядковым номером элемента.

Атомы, ядра которых имеют одинаковое число протонов, но различное число нейтронов, называются изотопами. Все изотопы одного химического элемента имеют одинаковое строение электронных оболочек и, следовательно, одинаковые химические свойства.

Наиболее устойчивы ядра легких элементов, состоящие из приблизительно одинакового числа нейтронов и протонов. У самых тяжелых элементов (расположенных в Периодической системе после висмута), ядра которых состоят из большого числа нуклонов с преобладанием нейтронов, ядерные силы уже не обеспечивают устойчивости ядра. Такие ядра самопроизвольно распадаются, превращаясь в ядра более легких элементов. Это явление называется естественной радиоактивностью.

Альфа-лучи отклоняются электрическими и магнитными полями (Рис. 4.3.1) и представляют собой поток атомных ядер гелия (альфа-частицы).

Рис. 4.3.1. Влияние магнитного поля (направлено перпендикулярно
плоскости чертежа к наблюдателю) на радиоактивные излучения

Каждая альфа-частица имеет заряд +2е и обладает массовым числом 4. Альфа-частицы вылетают из ядер радиоактивных элементов со скоростями от 14000 до 20000 км/c, что соответствует энергиям от 4 до 9 МэВ.

Пролетая сквозь вещество, альфа-частица ионизирует его атомы, действуя на них своим электрическим полем, т.е. выбивает электроны из атомов вещества. Израсходовав энергию на ионизацию, альфа-частица замедляется и захватывает два электрона из числа свободных в веществе, превращаясь в атом газа гелия. Путь, проходимый альфа-частицей в веществе (до остановки), называется ее пробегом или проникающей способностью, а число пар ионов, созданных в процессе пробега, называется ее ионизирующей способностью. Чем больше ионизирующая способность, тем меньше пробег частицы в веществе.

Пробег альфа-частиц в воздухе при нормальных условиях составляет 3-9 см, а их ионизирующая способность составляет 100000-250000 пар ионов (в среднем 30000 пар ионов на 1 см пробега). Альфа-частицы обладают высокой ионизирующей способностью и небольшой проникающей способностью.

Альфа-лучи полностью поглощаются слоем алюминия толщиной 0,06 см или слоем биологической ткани толщиной 0,12 см.

Бета-лучи отклоняются электрическими и магнитными полями; представляют собой поток быстрых электронов и называются β-частицами. Их масса в 7360 раз меньше массы α-частицы. Средняя скорость β-частиц составляет около 160000 км/c. Из Рис. 4.3.1 следует, что β-частицы отклоняются магнитным полем в сторону, противоположную отклонению α-частиц, что объясняется противоположностью заряда.

В отличие от альфа-лучей, β-излучение содержит частицы со всевозможными значениями энергии (всевозможными значениями скорости). Ядра одного и того же радиоактивного элемента выбрасывают β-частицы и со скоростью, близкой к нулю, и со скоростью, близкой к скорости света. Энергия β-частиц лежит в пределах от сотых долей до нескольких МэВ.

Являясь жестким электромагнитным излучением, γ-лучи по своим свойствам походят на характеристическое рентгеновское излучение. Они не отклоняются электрическими и магнитными полями, распространяются со скоростью света, при прохождении через кристаллы испытывают дифракцию. В отличие от рентгеновского излучения, γ-лучи испускаются атомным ядром.

4.3.3. Законы альфа- и бета- распада

Радиоактивные излучения возникают в результате распада радиоактивных элементов. Очевидно, что атомы излучающего элемента должны превращаться в атомы другого химического элемента.

При испускании β-частицы заряд ядра увеличивается на единицу, а масса практически не изменяется. Следовательно, по мере β-распада радиоактивный элемент превращается в другой элемент с атомным номером, на единицу большим, и с тем же массовым числом.

При β-распаде элемент смещается в Периодической системе на один номер вправо без изменения массового числа.

Схема β-распада:

При α-распаде элемент смещается в периодической системе на два номера влево с уменьшением массового числа на четыре единицы:

Радиоактивный распад ведет к постепенному уменьшению числа атомов радиоактивного элемента. Он носит случайный характер в том смысле, что нельзя предсказать, какой именно атом и когда распадется. Можно говорить только о вероятности такого распада.

Число атомов, распадающихся за некоторое время, оказалось пропорциональным общему числу атомов и времни:

Интегрируя (4.3.6), получим:

Соотношение (4.3.7) называется законом радиоактивного распада (Рис. 4.3.2).

Рис. 4.3.2. Кривая радиоактивного распада

Для характеристики быстроты распада вводится понятие периода полураспада Т:

Периодом полураспада называется время, в течение которого количество атомов исходного элемента уменьшается вдвое.

Величина, обратная постоянной распада, называется средним временем жизни радиоактивного атома:

Следовательно, Т = τln2, откуда τ = Т/ ln2 = 1,44T, т.е. среднее время жизни приблизительно в полтора раза больше периода полураспада.

Число атомных распадов, совершающихся в радиоактивном элементе за 1 с, называется активностью этого элемента:

Можно показать, что выполняется:

Таким образом, активность элемента пропорциональна его количеству и обратно пропорциональна периоду полураспада. За единицу активности принята активность 1 г радия (1 Кюри):

1 Ku = 3,7·10 10 расп/c.

Продукт радиоактивного распада может быть сам радиоактивным. Поэтому процесс радиоактивного распада проходит ряд промежуточных стадий, образуя цепочку радиоактивных элементов, заканчивающуюся стабильным элементом. Такая цепочка элементов называется радиоактивным семейством.

Единицей активности является Беккерель (Бк) это ;

Наиболее употребительная единица активности Кюри (Ки)

Позитрон – это частица, имеющая заряд как у электрона, но положительный

Например, распад изотопа фосфора:

При электронном захвате происходит захват ядром одного из электронов, с внутренней оболочки атома. В результате протон атома превращается в нейтрон.

Дочерний элемент смещается влево в таблице Менделеева

При электронном захвате протон превращается в нейтрон

При распаде могут идти и α и β распады

4.3.5. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом.

Основным механизмом потерь энергии заряженных частиц (α и β) при прохождении через вещество, является ионизационное торможение. Кинетическая энергия частиц расходуется на возбуждение и ионизацию атомов среды. Это количественно оценивается следующими параметрами: линейной плотностью ионизации i, линейной тормозной способностью вещества S, средним линейным пробегом.

Кроме ионизации и возбуждения, β частицы вызывают другие процессы:

1. Взаимодействуя с электрическим полем ядра, заряженная частица тормозится и излучает тормозное рентгеновское излучение, спектр, которого показан на рис.4.3.3

2. Если электрон движется в среде со скоростью, превышающей скорость распространения света в этой среде, то возникает характерное Черенковское излучение (излучение Черенкова –Вавилова).

4.3.6. Взаимодействие гамма – излучения с веществом.

При радиоактивном распаде, ядра испускают гамма – кванты с энергией в пределах от нескольких кэВ до нескольких МэВ. Гамма – кванты при прохождении через вещество теряют энергию практически за счет трёх эффектов: фотоэлектрического поглощения (фотоэффект), комптоновского рассеивания (комптон- эффект), образования электронно-позитронных пар (образование пар). Величина каждого эффекта зависит от атомного номера поглощающего материала и энергии фотона.

Фотоэлектрическое поглощение.

Комптоновский эффект.

Если энергия γ-квантов больше 1,022 МэВ, то избыток её передаётся частицам. Тогда кинетическая энергия образующихся частиц E k равна разности между энергией фотона Eγ и удвоенной энергией покоя электрона:

4.3.7. Закон ослабления гамма –излучения веществом

Пучок гамма лучей поглощается непрерывно с увеличением толщины поглотителя; его интенсивность не обращается в нуль ни при каких толщинах поглотителя. Это значит, что какой бы ни была толщина слоя вещества, нельзя полностью поглотить поток гамма-лучей, а можно только ослабить его интенсивность на любое заданное число раз.

На рис. 4.3.9 показана зависимость ослабления гамма-излучения от толщины поглотителя. Механизм ослабления гамма- излучения показан рис.10. Последовательно проходят три вида рассеяния гамма- кванта атомом вещества. Вначале идет процесс образования пар, затем комптоновское рассеяние и фотоэлектрическое поглощения. При последнем взаимодействии с веществом энергия гамма кванта становится меньше работы ионизации атома и слабый гамма- квант встречаясь с атомом вещества просто рассеивается. Последний процесс называется когерентным рассеянием.

Зная слой половинного ослабления, можно довольно легко определить, какой нужно взять поглотитель, чтобы ослабить излучение в данное число раз.

Δ1/2n, чтобы 2 n =512. В нашем случае n=9, т.е. 9 слоев половинного ослабления уменьшают интенсивность излучения в 512 раз.

4.3.8. Методы обнаружения и регистрации ионизирующих излучений.

1. Ионизационные детекторы излучения

Ионизационные детекторы излучения – камера, заполненная воздухом или газом с электродами для создания электрического поля (рис. 4.3.10). При отсутствии U напряжения между электродами в цепи тока нет, так как газ, это хороший изолятор. При попадание заряженных (α, β) частиц в газ образуются ионные пары, и газ становится проводником электрического поля. В начале, когда U=0 на электродах все ионы, созданные начальной ионизацией, полностью рекомбинируются в нейтральные молекулы. При возрастании напряжения, ионы приобретают направленное действие: положительные собираются на катоде, а отрицательные на аноде. В цепи возникает ионизационный ток, который может быть зарегистрирован прибором.

Величина ионизационного тока служит мерой количества излучения. На рисунке 4.3.11 показана зависимость силы ионизационного тока от напряжения, приложенного к электродам детектора. Такая зависимость называется вольт- амперной характеристикой ионизационного детектора. На участке 1 существует два процесса: образование заряженных частиц- ионов и рекомбинация ионов. С ростом напряжения процесс рекомбинации уменьшается, и все образующиеся ионы достигают электроды – 2 участок.

Величина тока на 2 участке зависит только от ионизационной способности, влетающих заряженных частиц. Так α – частица, образованная большим ионизирующим действием, соответствует верхняя кривая. Область 2 называется областью ионизационной камеры.

На участке 4 строгая пропорциональность между числом первично-образованных ионов и силой ионизационного тока нарушается. Поэтому её называют областью ограниченной пропорциональности.

На участке 5 при ещё больших напряжениях, сила нарастающего тока уже не зависит от числа первично образовавших ионов. Коэффициент газового усиления достигает 10 8 – 10 10 и при появлении в камере детектора хотя бы одной ядерной частицы происходит вспышка самостоятельного газового разряда, которая охватывает всю камеру. Этот участок называется областью Гейгера. Счетчики, работающие в этой области, называются счетчиками Гейгера- Мюллера.

В области 6 при большом напряжении в детекторе наблюдается постоянный непрерывный разряд и детектор выходит из строя.

2. Пропорциональные счетчики

Пропорциональные счетчики работают на участке 3. Наличие пропорциональности усиления в счетчиках, позволяет определить энергию ядерных частиц и изучить их природу. Обычно пропорциональный счетчик делают в виде цилиндра, вдоль оси которого натягивают металлическую нить – анод (рис. 4.3.12). Проводящее покрытие внутренней поверхности цилиндра служит катодом. При таком устройстве все электрическое поле сосредоточено около нити и его максимальное значение оказывается тем выше, чем меньше радиус нити (рис. 4.3.13).

Пропорциональные счетчики изготовляют и торцевого типа (рис.4.3.14). Чтобы обеспечить проникновение в полость счетчика альфа- частиц, входное слюдяное окно делают очень тонким (4-10)мкм. Наполняют счетчик смесью неона с аргоном почто до уровня атмосферного давления. Есть счетчики открытые, рабочая полость которых сообщается с внешним воздухом. Такие счетчики работают при атмосферном давлении, они допускают непрерывное протекание или циркуляцию наполняющего их газа и поэтому их часто используют для регистрации активности газовых проб.

3. Характеристики счетчика

Счетная характеристика выражает зависимость скорости счета (числа имп/мин) от напряжения, приложенного к счетчику. Область напряжений, в которой устанавливается постоянство скорости счета в единицу времени называется «плато счетчика». Чем больше протяженность и меньше наклон плато, тем лучше счетчик (рис.4.3.15).

В самогасящих счетчиках протяженность плато 200-300 В, наклон 3-5%.

Сцинтилляционный (люминесцентный) метод регистрации излучений.

При переходе атомов из возбужденного состояния или из ионизированного состояния в основное высвечивается энергия в виде вспышки света (сцинтилляции), которая может быть зарегистрирована, например, преобразуя энергию света в электрический сигнал с помощью фотоэлектрического умножителя (ФЭУ). Схема устройства сцинтилляционного счетчика показана на рисунке 4.3.16.

Под действием светового импульса, возникшего в сцинтилляторе, из фотокатода за счет фотоэффекта выбиваются электроны, которые собираются электрическим полем и направляются на первый динод, ускоряясь до энергии, достаточной для выбивания вторичных электронов из следующего динода и т.д. Таким образом, лавина электронов возрастает от катода к аноду; происходит преобразование очень слабых световых вспышек, возникающих в сцинтилляторе, в регистрируемые электрические импульсы.

Полупроводниковые детекторы (ППД) ионизирующих излучений представляют собой твердотельную ионизационную камеру, в которой роль носителей электрического заряда выполняют электроны и дырки. Под действием ионизирующего излучения в ППД образуется электрический ток. По величине тока определяют величину ионизирующего излучения.

Фотографический метод основан на определении степени почернения фотоэмульсии под действием ионизирующего излучения. Степень почернения фотоэмульсии фотопластинки пропорциональна дозе излучения. На этом принципе основан дозиметрический фото контроль (ИФК) для лиц, работающих с бета- и гамма- излучением.

Химические методы основаны на регистрации тех или иных изменений, возникающих под влиянием излучений. Например, изменение цвета, выделение газов, осаждение коллоидных растворов и т.д. Степень изменения пропорциональна поглощенной энергии излучения. Широкое распространение получил ферросульфатный и цериевый дозиметры, основанный на окислении под воздействием излучений двухвалентного иона железа в трехвалентный. В цериевом дозиметре определяют концентрацию церия до и после облучения.

Калориметрический метод основан на измерении с помощью специальных калориметров тепловой энергии, выделяющейся при поглощении энергии излучения в веществе.

Приборы для измерения излучений и их назначение.

Приборы для измерения ионизирующего излучения можно условно разделить на три категории: радиометрические (радиометры), дозиметрические (дозиметры), блоки и устройства электронной аппаратуры для ядерно- физических исследований.

Радиометры – это приборы с газоразрядными, сцинтилляционными счетчиками и другими детекторами, предназначенные для измерения активности радиоактивных препаратов и источников излучения, для определения плотности потока или интенсивности ионизирующих частиц и квантов, поверхностной радиоактивности предметов, удельной активности аэрозолей, газов и жидкостей.

Дозиметры (рентгенометры ) – приборы, измеряющие экспозиционную и поглощенную дозы излучения или соответствующие мощности доз. Дозиметры состоят из трех основных частей: детектора, радиотехнической схемы, усиливающей ионизационный ток, и регистрируемого (измерительного) устройства.

По принципу действия дозиметры можно разделить на две группы. Первую группы составляют дозиметры, измеряющие мощность дозы в рентгенах в единицу времени, так называемые измерители мощности дозы. Ко второй группе относят интегрирующие дозиметры, измеряющие дозу излучения за какой-либо промежуток времени. Детектором излучения в измерителях мощности дозы могут быть ионизационные камеры, газоразрядный или сцинтилляционный счетчик. В качестве детектора в интегрирующих приборах обычно применяют ионизационные камеры.

© ФГОУ ВПО Красноярский государственный аграрный университет, 2015

Источник

КОЭФФИЦИЕНТЫ ОСЛАБЛЕНИЯ

μ = τ (фотоэффекта) + σ (Комптоновского рассеяния) + κ (образование пар) (2-19)

и это называют линейным коэффициентом ослабления. В этом случае,число провзаимодействоваших фотонов I вычисляется исходя из числа фотонов попавших на детектор без поглотителя I₀ из соотношения:

(2-20).

Рис. 2-21 Экспоненциальная кривая ослабления для гамма-излучения измеренная при условиях с «хорошей геометрией».

Фотоны гамма-излучения можно также охарактеризовать значением их длины свободного пробега λ, определяемом как среднее расстояние в поглотителе, пройденном до взаимодействия. Его значение может быть получена из:

(2-21).

То есть это просто аналог линейного коэффициента ослабления. Типичные значени λ колеблются от нескольких мм до десятков см в твердых телах при основных энергиях гамма-излучения.

Использование линейного коэффициента ослабления ограничено фактом, что он меняется в зависимости от плотности поглотителя, даже если материал поглотителя одинаков. Поэтому, намного более широко используется массовый коэффициент ослабления, который определен как:

(2-22)

(2-23)

где w_i представляет собой вес элемента i в составе или смеси w_i. factors represent the weight fraction of element i in the compound or mixture.

Источник

КОЭФФИЦИЕНТ ЛИНЕЙНОГО ОСЛАБЛЕНИЯ

Чем больше интенсивность рентгеновского луча, достигшего детектор, тем сильнее электрический сигнал, возникающий в фотоэлектронном преобразователе детектора. Соотношение исходной интенсивности рентгеновского излучения I₀ и интенсивности прошедшего через объект излучения I выражается следующим уравнением:

В соответствии с приведенным уравнением коэффициент линейного ослабления может быть вычислен по следующей формуле:

В реальном исследовании измеряется множество коэффициентов ослабления соответственно количеству детекторов в каждой использованной проекции. Результатом однократного измерения является профиль исследуемого объекта в данной проекции. Фундаментальным способом вычисления коэффициентов ослабления является метод фильтрованных обратных проекций, который используется в большинстве вычислительных машин КТ-установок.

ПРОЕКЦИИ СБОРА ДАННЫХ

МАТРИЦА ТОМОГРАММЫ

После измерения детекторами ослабленного рентгеновского излучения электрические сигналы преобразуются (кодируются) в цифровые значения коэффициентов ослабления, которые распределяются в электронной матрице томограммы.

Грани вокселя, параллельные продольной оси сканирования (ось z), определяются величиной коллимации или, в последовательной КТ, толщиной томографического слоя. Чем меньше величина коллимации, тем меньше «продольный» размер вокселя и наоборот. Уменьшение величины коллимации приводит к повышению пространственного разрешения вдоль продольной оси сканирования за счет ограничения частичного объемного эффекта.

Различия в пространственном разрешении вдоль различных плоскостей сканирования являются одной из важнейших причин низкой информативности многоплоскостных реформаций при КТ. Оптимальные изображения в сагиттальной или фронтальной плоскости можно получить лишь при минимальной толщине слоя, но при исследовании такого крупного объекта, как грудная клетка, для этого потребуется огромное количество томографических срезов. Реальная перспектива решения этой проблемы заключается в использовании многослойной спиральной КТ, при которой появляется реальная возможность уменьшить толщину прилегающих томографических слоев до 0,6 мм. В это случае воксель приобретает почти правильную кубическую форму. Следовательно, разрешение вдоль любой оси, отличной от аксиальной плоскости, будет сопоставимо с разрешениями вдоль стандартной аксиальной плоскости.

ФОРМИРОВАНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Электронная матрица томограммы является основой для формирования изображения поперечного сечения объекта исследования. Такое изображение может быть представлено в двух видах: как полутоновая картина, состоящая из различных оттенков серого цвета, или как таблица распределения абсолютных значений коэффициентов ослабления в матрице томограммы.

Помимо собственно полутонового изображения, числовые значения коэффициентов ослабления могут быть представлены в виде таблицы на экране монитора или на бумаге после их распечатки с помощью принтера. Изучение пространственного распределения абсолютных значений коэффициентов ослабления иногда применяется для уточнения обычных денситометрических показателей, в частности при выявлении обызвествлений в патологических образованиях.

ЧИСЛА ХАУНСФИЛДА

Коэффициенты ослабления рентгеновского излучения микро выражаются не в абсолютных величинах, а в относительных числах, нормированных по отношению микро воды. Они называеются КТ-числами (CT numbers) или единицами Хаунсфилда (Haunsfield units, HU) и расчитываются по следующей формуле:

Исходя из представленной формулы, число Хаунсфилда для воды составляет

Контрастное разрешение определяется как возможность различать объекты изображения, имеющие близкую оптическую плотность. Относительно высокая контрастная разрешающая способность КТ позволяет визуализировать объекты, которые на обзорных рентгенограммах и томограммах не получают самостоятельного отображения. Примером могут служить анатомические структуры средостения (перикард, камеры сердца, крупные сосуды), грудной клетки (мышцы, сосуды, лимфатические узлы), органы и ткани поддиафрагмального пространства.

Теоретически числа Хаунсфилда должны быть прямо пропорциональны коэффициентам ослабления. Однако правильность измерений сильно страдает от неточностей и несоответствий, вызываемых разнообразными артефактами. Кроме того, вычисленные коэффициенты ослабления существенно зависят от типа компьютерно-томографической установки, выбранных физико-технических условий сканирования, прежде всего величины напряжения генерирования излучения и экспозиции, многих других параметров. Поэтому для диагностических целей числа Хаунсфилда необходимо использовать с осторожностью. Практическое значение имеет не столько абсолютные значения чисел Хаунсфилда, сколько возможность разграничить изучаемые объекты на однородные и неоднородные, а также выявить в них наличие мягкотканных структур, жировых включений, жидкости или обызвествлений.

Возможность не только визуально изучать исследуемый объект, но и проводить прямой денситометрический анализ с измерением коэффициентов ослабления в единицах Хаунсфилда является существенным преимуществом КТ по сравнению с обычным рентгенологическим исследованием. При анализе рентгеновских снимков денситометрия также возможна, однако она является непрямой, опосредованной. Она основана на сопоставлении степени почернения рентгеновской пленки интересующей области и выбранного эталона, например алюминиевого клина. В КТ осуществляется прямая денситометрия в виде измерения и сопоставления коэффициентов линейного ослабления изучаемых структур. Это существенно повышает объективность исследования в сравнении с обычной рентгенографией и другими методами лучевой диагностики.

ЭЛЕКТРОННЫЕ ОКНА

Изображение поперечного среза на экране монитора представляет собой распределение различных оттенков серой шкалы, соответствующих определенным числовым значениям коэффициентов ослабления. Вычислительная машина

На экране монитора вся гамма серого цвета, включающая 256 градаций, разделена на 16 ступеней. Каждая из ступеней включает 16 последовательных значений шкалы плотностей (4096/256=16). Переход от матрицы томограммы, включающей 4096 градаций коэффициентов ослабления, к матрице изображения, отображающей только 256 градаций серого цвета, неизбежно приведет к потере значительной части информации. Контрастное разрешение уменьшится от 0,024% (1/4096 x 100%) до 0,4% (1/256 x 100%).

Для устранения этого несоответствия применяют так называемые электронные окна. Суть электронного окна заключается в том, что заданный диапазон из 256 градаций серого цвета может быть произвольно размещен на любом участке шкалы Хаунсфилда. При этом оператор имеет возможность включать в электронное окно любую часть шкалы Хаунсфилда с помощью изменения ширины окна и его центра. Так, при ширине окна равной 256 HU, каждая единица шкалы будет отображаться одной градацией серого цвета. В этом случае все числа Хаунсфилда, значения которых меньше нижней границы выбранного окна, будут изображаться на экране монитора черным цветом. Наоборот, числа Хаунсфилда, превышающие верхнюю границу окна, будут изображаться белым цветом. При визуальном анализе уменьшение ширины окна приводит к увеличению контрастности изображения, в то время как увеличение ширины окна делает изображение менее контрастным.

Окном (Window) называют определенную часть шкалы Хаунсфилда, которой соответствует перепад величины яркости экрана от белого до черного.

Рис. 5-24. КТ. Электронные окна

Плевральное окно (pleural window) характеризуется значительно большей шириной и более высокими значениями центра: уровень окна достигает

Коэффициенты ослабления костной ткани обычно превышают +100 HU и могут достигать +2000. +4000 HU (например, компактное вещество височной кости). Из-за значительных различий в плотности компактного и губчатого вещества кости ширина окна при изучении костей должна быть значительной, в пределах 1000. 2000 HU. Уровень окна необходимо сместить в сторону более высоких значений коэффициентов ослабления: +150. +350 HU. Такое окно определяется как костное (bone window).

В повседневной работе при исследовании органов грудной полости помимо мягкотканного можно применять одно из двух окон, легочное или плевральное, в качестве основного. Важным является не столько выбор конкретных параметров электронного окна, сколько сохранение их значений постоянными в процессе исследования всех пациентов. Это позволяет избежать диагностических ошибок и получать сопоставимые отпечатки компьютерных томограмм при повторных исследованиях.

После окончания исследования производится фильмирование изображений и архивирование их на магнитные носители. Фильмирование может осуществляться на рентгеновскую пленку с помощью мультиформатной камеры или лазерной камеры. Широкое распространение в нашей стране получили способы переноса изображений на бумагу посредством обычного лазерного принтера, возможных при наличии специальных программ перевода изображений с жесткого диска рабочей консоли в персональный компьютер. Исходя из экономических соображений, фильмирование всех полученных изображений проводиться только на установках для пошаговой КТ. В спиральной КТ количество изображений может достигать нескольких десятков и даже сотен, поэтому преобразование их всех в твердые копии слишком дорого.

ПРОТОКОЛЫ СКАНИРОВАНИЯ

Компьютерная томография органов дыхания как самостоятельное диагностическое исследование включает несколько последовательных этапов, к числу которых следует отнести:

—изучение данных клинического обследования больного;

—анализ результатов предшествующего рентгенологического и бронхологического исследований;

—определение цели и задач КТ;

—определение параметров сканирования с учетом характера предполагаемой патологии, психосоматического состояния пациента и технических возможностей КТ-установки;

—регистрация, укладка больного и выполнение процедуры сканирования;

—предварительный анализ результатов КТ на рабочей консоли;

—постпроцессорная обработка изображений с построением, в случае необходимости и возможности, многоплоскостных реформаций и трехмерных преобразований;

—анализ полученных результатов (на рабочей станции) и сопоставление их с данными других диагностических исследований;

—оформление протокола исследования с описанием выявленных изменений, заключением и рекомендациями по дальнейшему обследованию или верификации выявленных изменений;

—архивирование изображений, оформление технической документации.

Все исследование можно условно разделить на три части. Первая часть состоит в изучении медицинских документов больного, определении задач исследования, необходимых методик и параметров сканирования. План проведения КТ органов дыхания определяется не только конкретными задачами исследования, но и состоянием больного на момент его выполнения, а также техническими возможностями аппарата. Вторая часть представляет собой собственно процедуру сканирования. Третья часть включает анализ результатов исследования и оформление заключения.

Первичное КТ-исследование органов грудной полости должно проводиться в определенной последовательности:

II. Применение специальных методик, к числу которых относятся:

—прицельная реконструкция томограмм с применением специальных алгоритмов и изменением толщины томографического слоя, в том числе высокоразрешающая КТ;

Стандартное исследование является обязательным для всех больных вне зависимости от характера выявленных или предполагаемых патологических изменений. Оно заключается в выполнении серии примыкающих томографических срезов от верхушек легких до задних отделов реберно-диафрагмальных синусов на высоте задержанного вдоха без применения контрастного усиления. Следует иметь в виду, что при КТ могут быть выявлены патологические изменения, невидимые на обзорных рентгенограммах и томограммах. Чаще это наблюдается у больных с интерстициальными болезнями легких и эмфиземой, метастазами злокачественных опухолей в легкие, бронхоэктазами, ТЭЛА. Поэтому искусственное ограничение области исследования только зоной изменений, видимых на рентгеновских снимках, может привести к грубым диагностическим ошибкам. Уменьшение зоны исследования возможно лишь при повторных КТ-исследованиях, в которых решаются частные задачи: уточнение характера уже выявленных изменений, динамическое наблюдение, пункционная биопсия и другие.

В случае выявления на стандартных томограммах патологических изменений определяют их локализацию, проводят анатомический и денситометрический анализы. При необходимости уточнить характер патологии применяют специальные методики КТ-исследования.

Необходимо учитывать, что проведение специальных методик исследования органов дыхания требует дополнительных затрат времени, увеличивает лучевую нагрузку, нередко связано с введением контрастных веществ. Поэтому их применение должно быть обоснованным и направлено на решение конкретной клинической задачи.

ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩАЯ КТ

Рис. 5-25. КТВР. В сравнении с обычной КТ (а) использование технологии высокого разрешения (б) позволяет улучшить изображение мелких анатомических структур, таких, как бронхи, сосуды и листки междолевой плевры.

КОНТРАСТНОЕ УСИЛЕНИЕ

Необходимость введения контрастных веществ (КВ) при КТ обусловлена недостаточным контрастным разрешением метода. При любых рентгенологических процедурах, в том числе и КТ, принципиально возможно различить четыре основных составляющих: кости и обызвествления, жир, мягкие ткани и жидкость, воздух. Контрастное разрешение при КТ значительно выше, чем при обычных рентгенологических исследованиях. Поэтому применение КТ позволяет не только более точно разграничить все четыре составляющие друг от друга, но и в большинстве случаев отличить жидкость от мягкотканных структур. Наибольшие проблемы возникают при попытках разграничения отдельных мягких тканей друг от друга, например мягкотканных образований от собственных тканей паренхиматозного органа, и крови от мягкотканных структур. Несмотря на имеющиеся отличия в величинах коэффициентов линейного ослабления крови и отдельных мягких тканей, они могут быть недостаточны для визуальной или денситометрической дифференцировки. Для устранения этого недостатка применяют методики усиления изображения или контрастного усиления.

Контрастное усиление представляет собой технологию повышения естественного контраста тканей или жидкостей с помощью экзогенных или эндогенных веществ. Термин контрастное усиление иногда применяется и для отдельных процедур постпроцессорной обработки изображений. В рентгенологических и КТ-исследованиях обычно применяют экзогенные КВ, которые могут ослаблять рентгеновское излучение в большей или меньшей степени, чем ткани организма.

В КТ искусственное повышение контрастного разрешения достигается путем внутривенного введения йодсодержащих водорастворимых КВ. Другие виды КВ, в частности газообразные, йодсодержащие жирорастворимые, используются исключительно редко. Взвесь солей бария вообще препятствует проведению КТ-исследования из-за чрезмерной контрастности и возникающих при этом артефактов. Предпринимались отдельные попытки проводить КТ в условиях искусственного пневмомедиастинума, пневмоторакса, пневмоперитонеума, однако широкого распространения такие методики не получили.

Принципиально различают две фазы распространения йодсодержащих водорастворимых КВ при введении их в сосудистое русло: сосудистую и паренхиматозную. Сосудистая фаза связана с прохождением КВ через сосудистое русло и длится несколько секунд или десятков секунд. Паренхиматозная фаза обусловлена накоплением КВ в тканях организма. Выведение йодсодержащих КВ на 98% происходит через почки.

Основным вариантом контрастного усиления при исследовании органов дыхания является КТ-ангиография. Это исследование предполагает быстрое внутривенное введение значительного объема водорастворимого КВ при одновременном сканировании выбранной области исследования. Технология КТ-ангиографии позволяет изучать внутренние просветы сосуды и камеры сердца, отличать сосуды от прилежащих мягкотканных анатомических структур и патологических образований, а при необходимости определять степень накопления КВ в патологических образованиях. Без введения КВ не представляется возможным отличить кровь в просвете сосуда от стенки сосуда, выявить сужение внутреннего просвета за счет тромбообразования, а также утолщение, расслоение или повреждение сосудистой стенки. При нативном КТ-исследовании достаточно отчетливо видны лишь внешние контуры сосуда, причем в случае, если он окружен жировой или легочной тканью (рис. 5-26).

Рис. 5-26. КТангиография. Нативное исследование (а) и болюсное усиление (б).

Очевидно, что детальная оценка сосудов у больных с новообразованиями грудной полости, аневризмами аорты, сосудистыми мальформациями, тромбоэмболией легочной артерии, травмами груди имеет большое клиническое значение. Традиционно патологические изменения сосудов у этой категории больных оцениваются с помощью обычной ангиографии (аортографии, ангиопульмонографии, верхней или нижней каваграфии и т.п.) или, в последние годы, магнитно-резонансной томографии. Большие потенциальные возможности ультразвукового исследования не могут быть реализованы при исследовании большинства сосудов грудной полости из-за наличия воздухосодержащей легочной ткани.

Изображение сосудов грудной полости при КТ существенно различается в зависимости от их топографии. Внутрилегочные сосуды, включая крупные артерии и вены малого круга кровообращения в корне легкого, окружены воздухосодержащей легочной тканью и поэтому в норме отчетливо видны без дополнительного контрастирования. Сосуды средостения и грудной клетки выявляются только в том случае, если они окружены жировой клетчаткой. Как правило, прослойки жира в средостении недостаточно выражены у детей, подростков, лиц астенической конституции, что существенно затрудняет оценку сосудов. Еще большие трудности возникают при наличии мягкотканных образований в средостении, корне легкого или легочной ткани.

На протяжении последних лет спиральная КТ-ангиография стала стандартной методикой для диагностики ТЭЛА, определения стадии опухолевого процесса при злокачественных новообразованиях грудной полости, оценки разнообразных вариантов и аномалий развития сосудов мало

Источник