Как это устроено: Цифровой рентген

См. также № 23/2009

Цифровой рентген. В больницах сейчас уже не являются новинкой цифровые аппараты для неинвазивной диагностики – ЯМР-сканеры и компьютерные томографы. Однако живы ещё и прадедушки – рентгеновские аппараты, которые ещё остаются аналоговыми. Тем не менее молодая цифровая рентгеновская технология всё же начинает вытеснять прежнюю, исправно служившую нам более ста лет, с её рентгеновскими плёнками. Сейчас имеются несколько вариантов цифровых методов. Все они, как и прежний аналоговый, включают в себя тот же самый источник рентгеновского излучения, но теперь для получения изображения вовсе не нужно проявлять экспонированную плёнку в тёмном помещении. Цифровое изображение сразу появляется на экране благодаря полупроводниковым приёмникам, может считываться и запоминаться. Рентгеновское излучение, прошедшее через обследуемый объект, воздействует на переносную кассету, размещённую в считывающем устройстве. Цифровая система детектирования значительно дороже обычной аналоговой – она стоит несколько сот тысяч долларов. Зато экономится время на обработку плёнок, да и сами плёнки уже не нужны. Нет нужды в затемнённых кабинетах и в специальных помещениях для хранения рентгеновских плёнок, файлы с материалами могут храниться компактно в компьютерах и легко пересылаться специалистам в другие больницы. Цифровая аппаратура окупается за 4–5 лет. Помимо всего прочего цифровые рентгеновские снимки легко обрабатывать и редактировать – например, подобрать требуемый контраст, чтобы радиологи и хирурги могли разглядеть опухоль на ребре. К тому же для получения снимка того же качества цифровыми методами требуется рентгеновский пучок в два раза меньшей интенсивности, чем при обычном аналоговом.

• Рентгеновская трубка. Все рентегновские трубки, по сути, одинаковы. Электроны, вылетающие из нагретой нити катода, летят в направлении вращающегося диска анода, на который подаётся высокое напряжение. При столкновении электрона с диском излучаются рентгеновские фотоны.

• Аналоговая техника. В кассете имеется флуоресцирующее под воздействием рентгеновских лучей покрытие. Экспонированная рентгеновская плёнка удаляется, проявляется химическим способом, как обычная фотография. Для получения следующего рентгеновского снимка в кассету закладывается новая плёнка.

Цифровая рентгеновская аппаратура появилась лишь в начале 2000-х гг., когда были разработаны технологии равномерного нанесения рентгеночувствительных покрытий на большие площади и оптимизирована электроника, позволяющая считывать слабые сигналы детекторов. По мере внедрения цифровых рентгеновских аппаратов в медицинскую практику их стоимость будет падать. Используя несколько слабых рентгеновских источников, радиологи могут получать широкоугольные изображения, которые сейчас доступны только с помощью дорогой компьютерной томографии.

• Цифровая техника

Прямое получение изображения. В матрице датчиков рентгеновское излучение преобразуется в аналоговые электрические сигналы, которые усиливаются и преобразуются, так же, как это делается в цифровой камере, в цифровое изображение, которое и наблюдается на экране.

Непрямое получение изображения. В сцинтилляторе рентгеновское излучение преобразуется в световые фотоны, которые, попадая на матрицу диодов на базе аморфного кремния, создают скрытое электрическое изображение.

Стимулируемая среда. В фосфóрном слое, разделённом на пиксели, электроны, порождаемые рентгеновским излучением, формируют скрытое изображение. Когда кассета помещается в считывающее устройство, красный лазерный луч сканирует её, пробегая от пикселя к пикселю. При этом возникает свечение, визуализирующее скрытое изображение. Изображение стирается при яркой засветке фосфóрного слоя.

Знаете ли вы, что?..

Зубы. С восторгом приняли цифровую рентгеновскую технику дантисты. Миниатюрный стерильный плоский датчик, размером с плёнку, с давних пор используемую зубными врачами, помещается в рот пациента и передаёт по тончайшим проводочкам данные на компьютер. Аппаратура дорогая, но зато не нужны плёнки, пациент не тратит время на ожидание обработки плёнок, да и доза облучения меньше.

Артерии. Врачи часто прибегают к флюороскопии – методу рентгеновского обследования путём введения катетера в кровеносные сосуды с целью обнаружения мест сужения или аневризмы. Пациента укладывают под огромную тяжёлую бочкообразную трубку усилителя изображения, которая мешает хирургу, давая к тому же плохое изображение на периферии. Цифровая аппаратура значительно меньше по размеру, легче и обеспечивает хорошее разрешение по всему полю зрения.

Багаж. Из медицинских флюороскопов «выросла» аппаратура для просмотра багажа в аэропортах. Позже из компьютерных томографов «выросла» цифровая аппаратура для анализа содержимого багажа: высокоэнергетичные рентгеновские лучи формируют послойное изображение объекта, которое преобразуется в трёхмерное изображение и сравнивается с имеющимися в базе данных изображениями взрывчатых веществ или предметов контрабанды. При возникновении подозрений подаётся звуковой сигнал.

Продолжение следует

Scientific American, 2005, December, p. 116–117.

Сокр. пер. с англ. Н.Д. Козловой