Рентгеновское излучение находит широкое практическое применение в двух областях:
1. в медицине: для диагностики и терапии,
2. в промышленности: для просвечивания материалов (рентгенодефектоскопия) и для проведения рентгеноструктурного анализа (таблица 1).
Таблица 1 Области применения рентгеновского излучения в зависимости от анодного напряжения трубки и длины волны
Длина волны рентгеновских лучей, применяемых в медицине, 5 х 10-12 ... 2,5 х 10-10 м, т. е. 0,05 - 2,5 А. Длина волны излучения изотопов, применяемых в медицине, равна 1 х 10-11 - 8 х 10-13 м, т. е. 0,1 - 0,008 А, а бетатроны дают излучение с длиной волны 8 х 10-13 м, т. е. 0,008 А. В промышленных рентгеновских исследованиях применяются рентгеновские лучи с длиной волны 2 х 10-12 - 2 х 10-10 м, т. е. 0,02 - 2 А. В дальнейшем будет коротко изложено практическое применение рентгеновского излучения в медицине и промышленности.
В медицине рентгеновское излучение чаще всего применяется в диагностике. Существуют два основных метода рентгенодиагностики: просвечивание (рентгеноскопия) и рентгеновская съемка (рентгенография).
Рентгеноскопия. При просвечивании изучаемый объект расположен между источником излучения и просвечивающим экраном (рис. 2.1) так, чтобы наименьшее расстояние между ним и рентгеновской трубкой было 35 см. Четкость, резкость изображения зависят от величины фокуса рентгеновской трубки, от степени фильтрации рассеянного излучения и от качества просвечивающего экрана (см. часть четвертую). Контрастность изображения регулируется напряжением на аноде, а яркость свечения экрана зависит от силы тока на аноде трубки. Напряжение на аноде составляет 40 - 90 кв, а сила тока - 4 - 6 ма. Рентгеновское излучение оказывает вредное влияние на организм человека. Поэтому, а также из-за недостатков работы в затемненном помещении стараются применять усилители яркости рентгеновского изображения в тех областях, где это представляется возможным.
Рис. 2.1. Расположение источника рентгеновского излучения, исследуемого и экрана при просвечивании. При рентгеновской съемке экран заменяется кассетой с рентгеновской пленкой, обычно используется рентгеновская отсеивающая решетка
1. рентгеновская трубка; 2. фокус трубки; 3. опорная стенка; 4. просвечивающий экран; 5, отсеивающая решетка
Рентгенография. При выполнении рентгеновских снимков объект расположен между источником излучения и специальной рентгеновской пленкой.
В зависимости от способа рентгеновской съемки пленка закладывается в разные кассеты (см. часть четвертую).
При рентгенографии контрастность изображения зависит от напряжения на аноде трубки, а почернение пленки от произведения силы анодного тока на время экспозиции (ма х сек). Почернение пленки зависит также от величины напряжения генерирования излучения, от силы тока на аноде трубки и времени экспозиции. Величина напряжения генерирования рентгеновского излучения подбирается в зависимости от плотности снимаемого объекта. Например, съемка тонких и мягких тканей тела человека производится излучением, генерированным при низком напряжении («мягкими лучами»). Условия, необходимые для оптимального почернения пленки (ма х сек), достигаются либо за счет увеличенного тока при малой выдержке, либо увеличением экспозиции при малой силе тока на аноде трубки. Верхняя граница анодного тока зависит от мощности трубки, а скорость перемещения движущихся внутренних органов влияет на экспозицию. Оптимальная величина энергии излучения, необходимой для съемки, зависит и от качества рентгеновской пленки и ряда других факторов (качество усиливающих экранов, величина диафрагмы и свойства тубуса и т. д.).
В настоящее время рентгеновская съемка находит широкое применение в практике.
Наиболее старый и распространенный способ съемки таков: съемка проводится при расположении объекта на кассете с пленкой, помещенной между усилительными экранами, а источник рентгеновских лучей находится над исследуемым органом. Для улучшения качества снимка между объектом и кассетой помещают рентгеновскую отсеивающую решетку. В значительной мере уменьшая рассеянное излучение, решетка несколько уменьшает интенсивность и прямого излучения, поэтому при съемке с решеткой необходимо увеличить условие генерирования излучения (ма х сек), то есть энергию излучения.
Рис. 2.2. Расположение трубки, исследуемого, отсеивающей решетки и пленки при телерентгенографии
1. фокус рентгеновской трубки; 2. рентгеновская трубка; 3. колонка; 4. кассета с пленкой; 5. рентгеновская отсеивающая решетка
Если исследуемый объект находится на расстоянии 1,5 - 3 м от рентгеновской трубки, но вплотную к кассете, то масштаб снимка получается близким к 1:1. При этом источник рентгеновских лучей можно считать точечным, а рентгеновские лучи, проходящие через объект, параллельными (рис. 2.2). Интенсивность рентгеновского излучения из-за большого расстояния между его источником и пленкой значительно уменьшается, поэтому необходимо увеличить условия генерирования. Такой снимок может производиться и без рентгеновской решетки.
При исследовании некоторых внутренних органов, находящихся в непрерывном движении (например, желудка), применяются прицельные снимки, которые позволяют зафиксировать изображение исследуемого органа в различных фазах его движения. Аппарат для производства прицельных снимков снабжен просвечивающим экраном, рентгеновской решеткой и приспособлением для серийной съемки. С помощью такого приспособления делаются и быстро следующие друг за другом серийные снимки, обычно 2 - 8 (рис. 2.3).
Томограф служит для получения рентгеновского изображения определенного среза исследуемого объекта. Суть работы томографа заключается в том, что из трех параметров (исследуемый объект, источник рентгеновского излучения и пленка) два во время производства снимка перемещаются по определенной траектории. Наиболее простым является перемещение по прямой (см. часть вторую). Во время одной экспозиции можно получить одновременно несколько томограмм, дающих представление о различных срезах. Этот метод рентгенографии называется симультанной томографией.
Для распознания небольших патологических изменений производят рентгеновские снимки с прямым увеличением масштаба. Это представляется возможным при использовании острофокусных трубок, в которых рентгеновские лучи, расходящиеся из точечного источника, дают прямое увеличенное изображение, если объект приближен к источнику, а пленка находится на некотором расстоянии от него (рис. 2.4). В томографии также может быть использован принцип прямого увеличения.
Кимограф служит для получения изображения движущихся внутренних органов с помощью специальной решетки и движущейся рентгеновской пленки. Метод кимографии применяется для выявления патологических изменений движения органа. Для быстрого проведения массовых обследований населения (выявление туберкулеза и силикоза легких) применяется метод, получивший название флюорографии. При этом съемка производится с флюоресцирующего экрана с помощью специально приспособленного фотоаппарата (см. часть четвертую). Этот метод применяется и для получения серийных флюорограмм.
Аппараты для серийной съемки широко используются для исследования органов кровообращения с помощью контрастных веществ. Замена кассет и передвижение пленки в этих аппаратах производятся либо вручную, либо при помощи электродвигателя. Наиболее совершенным способом скоростной съемки является рентгенокинематография и запись рентгеновского изображения с помощью специальных аппаратов на видеомагнитную ленту.
Рентгеновские аппараты, применяемые в диагностике, разделяются по мощности и типу конструкции на блоктрансформаторные, безвентильные (полуволновые) и на четырех-, шести- и двенадцатикенотронные. Блоктрансформаторные и полуволновые аппараты удовлетворяют требованиям только при решении простейших задач, как, например, просвечивание и производство некоторых рентгеновских снимков.
Терапевтические рентгеновские аппараты разделяются по жесткости излучения на аппараты для поверхностной рентгенотерапии (короткофокусные установки); аппараты для дистанционной рентгенотерапии; аппараты ультражесткого излучения (супервольтные); аппараты с радиоактивными изотопами.
В промышленности рентгеновские лучи применяются для рентгенодефектоскопии и для рентгеноструктурного анализа. При рентгеноструктурном анализе рентгеновское излучение используется для исследования строения и состава кристаллических веществ. Рентгеноструктурный анализ проводится с помощью специальных рентгеновских трубок, которые помимо легко фильтруемого тормозного дают интенсивное характеристическое излучение (см. часть вторую). Рентгенодефектоскопия служит для обнаружения неоднородностей и дефектов структуры различных материалов.
Эти исследования производятся либо при просвечивании, либо с помощью съемки. Просвечивание применяется редко. Рентгеновские аппараты, применяемые при рентгеноструктурном анализе, обладают небольшой мощностью, а аппараты для рентгенодефектоскопии имеют большую мощность. Они обычно делаются передвижными (см. главу 12).
Диагностические рентгеновские установки состоят из трех основных частей: рентгеновский аппарат, стол-штатив, принадлежности и дополнительные приспособления.
Терапевтическим установкам вместо стола-штатива придается терапевтический стол и рентгеновский штатив. Промышленные рентгеновские аппараты также состоят из трех основных частей. В дальнейшем ознакомимся с назначением и различными видами основных частей рентгеновских установок.
Рентгеновский аппарат это общее название источника рентгеновского излучения, блока питания и органов управления реле времени. Он предназначен для преобразования электрической энергии в рентгеновское излучение. Питание может быть однофазное, двухфазное и трехфазное. Управляющий орган аппарата помещается в пульте управления. В блоктрансформаторных установках роль пульта управления выполняет ручное реле времени. Напряжение сети через управляющий орган после необходимых преобразований подается на блок питания аппарата. Управляющий орган шести- и двенадцатикенотронных аппаратов большой мощности состоит из двух частей: из силовой (высоковольтной) и управляющей ею (низковольтной) частей. Силовая часть управляющего органа (электромагнитный контактор) находится в блоке питания, а низковольтная часть (реле времени) в пульте управления (рис. 2.5). Блок питания включает в себя высоковольтный трансформатор, трансформатор накала и выпрямитель высоковольтного напряжения. Рентгеновская трубка помещается в специальном защитном кожухе, предохраняющем окружающих от высокого напряжения и от рассеянного рентгеновского излучения. Кожух защищает трубку от механических повреждений и способствует ее охлаждению. Из блока питания высоковольтное напряжение подается на трубку с помощью безопасных высоковольтных кабелей. Если высоковольтный генератор питает несколько трубок, то есть имеется несколько штативов, то он снабжен переключателем рабочего места. В случае двух трубок переключатель смонтирован в высоковольтном блоке питания, а в случае большого количества рентгеновских трубок он составляет отдельный блок. При этом блок питания и переключатель рабочих мест связаны высоковольтными кабелями, а от переключателя высокое напряжение подводится к отдельным трубкам также с помощью высоковольтных гибких кабелей.
Рис. 2.5. Схема устройства рентгеновского аппарата
а) блоктрансформатор; б) полуволновой четырехкенотронный аппарат; в) шестикенотронный рентгеновский аппарат
1. сетевой щиток; 2. ручное реле времени; 3. распределительный шкаф; 4. блоктрансформатор; 5. пульт управления; 6. высоковольтный генератор; 7. высоковольтные безопасные кабели; 8. кожух рентгеновской трубки; 9. переключатель рабочих мест; 10. электромагнитный контактор, управляемый с помощью реле времени
Следовательно, рентгеновский аппарат обычно состоит из следующих узлов: сетевого разъема, управляющего органа (пульт управления), высоковольтного блока питания, переключателя рабочих мест, высоковольтных кабелей и рентгеновских трубок, смонтированных в защитных кожухах. В случае блоктрансформаторов высоковольтный блок питания и рентгеновская трубка помещаются в общем баке.
Штативы предназначены для создания связи между источником рентгеновских лучей и пациентом во время исследования. У терапевтических рентгеновских аппаратов вместо штатива имеются терапевтический стол для больного и колонка для трубки. Промышленные аппараты очень редко снабжены штативом. Как уже было сказано, в рентгенодиагностике различают два метода исследования: просвечивание и рентгеновскую съемку. В соответствии с этим применяются два типа штативов: просвечивающие и съемочные. Наряду с этими существуют универсальные штативы, пригодные как для просвечивания, так и для производства рентгеновских снимков.
Наиболее простые просвечивающие устройства пригодны лишь для просвечивания грудной клетки, Они состоят из опорной стенки, рамки для просвечивающего экрана и колонки для рентгеновской трубки. Щелевая диафрагма прикреплена к колонке трубки. В большинстве случаев в рамку просвечивающего экрана можно вставить и кассету с пленкой для выполнения простейших снимков. Просвечивание органов желудочно-кишечного тракта производится с помощью более сложных штативов. Эти штативы имеют поворотную опорную стенку, которая поворачивается из вертикального положения в горизонтальное и даже ниже горизонтального, и таким образом больного можно перевести в положение Тренделенбурга.
Сложные штативы наряду с просвечивающим экраном снабжены и экрано-снимочным устройством для прицельных снимков. У современных конструкций опорная стенка с больным поворачивается с помощью электродвигателя. Простейшим видом съемочных устройств является стол-штатив. Под столом находится рамка для кассет, которая перемещается вдоль стола в параллельной плоскости. Рамка включает в себя и бленду Букки (рентгеновский растр). Привязной штатив (колонка) трубки позволяет менять положение трубки и расстояние ее от больного.
Универсальным штативом называется устройство, предназначенное одновременно для просвечивания и производства рентгеновских снимков. Он состоит из поворотного просвечивающего устройства и трубки, которая имеет не зависимый от стола штатив. Перед переводом просвечивающего устройства в вертикальное положение из горизонтального колонка трубки отсоединяется от штатива, после чего трубку можно поднять выше уровня стола.Под опорной стенкой стола находится передвижной кассетодержатель и рентгеновская решетка.
Специальные штативы обычно являются разновидностями обычных столов-штативов и предназначены для выполнения специальных исследований, например, катетеризация сердца и сосудов осуществляется на рентгенокатетеризационном столе. Существуют сугубо специальные штативы, пригодные только для производства некоторых специальных снимков. Сюда относятся устройства для рентгенографии черепа, а также разные устройства для плоскостной рентгенографии.
Принадлежностями и дополнительными приспособлениями являются держатели, фиксаторы, специальные приспособления, необходимые для отдельных исследований, и устройства, обеспечивающие точную установку и защиту от рассеянного рентгеновского излучения.
Наиболее распространенная структура рентгеновских аппаратов в ВНР. В рентгеновских кабинетах один аппарат может обслуживать одно или несколько рабочих мест. Рабочими местами называются специальные штативы, с помощью которых можно проводить определенные исследования. Если имеется только одна трубка, то она подключается по очереди к разным штативам. Если имеется столько же трубок, сколько штативов, то высоковольтное напряжение рентгеновского аппарата подключается то к одной, то к другой трубке. Из вышесказанного вытекает, что с помощью одного рентгеновского аппарата можно проводить просвечивание, производить различные виды снимков и флюорограмм.
Надо отметить, что перемещение трубки с одного рабочего места на другое - процесс весьма трудоемкий и является источником всевозможных ошибок, поэтому при проектировании новых кабинетов следует обеспечивать каждое рабочее место рентгеновской трубкой.
