16. Оптимизация защиты в рентгеноскопии: Часть 1
advertisement
Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии Л16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии IAEA International Atomic Energy Agency Введение • Предмет изучения: флюороскопическое оборудование и принадлежности • Вклад различных электронных устройств в формирование флюороскопического изображения • Прочные знания роли этих устройств и последовательная политика контроля качества являются гарантией правильного использования этого оборудования IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 2 Темы Примеры флюороскопических систем Усилитель рентгеновского изображения и его параметры Усилитель изображения и телевизионная система IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 3 Обзор • Ознакомление с элементами флюороскопической системы (конструкция, технические параметры, влияющие на качество изображения и контроль качества) IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 4 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Л16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии Тема 1: Примеры флюороскопических систем IAEA International Atomic Energy Agency Флюороскопия: просвечивание в динамике • Используется для визуализации движущихся внутренних структур и жидкостей • Оператор определяет позицию пациента и управляет просвечиванием • Раньше флюороскопия с тусклым люминесцентным экраном выполнялась в тёмной комнате • Современные системы оборудованы УРИ, телеэкраном и регистрирующими устройствами IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 6 Флюороскопия • Рентгеновские лучи проходят через пациента • Фотоприёмник заменён люминесцентным экраном • Экран светится при облучении и формирует подвижное • • • • изображение Раньше экраны применялись для прямого наблюдения Сейчас экран – это часть УРИ, связанного с телевизионной системой Радиолог может наблюдать движущиеся изобра-жения на телеэкране и регистрировать их Флюороскопия часто используется для наблюдения пищеварительного тракта • Верхняя часть наблюдается с бариевым контрастным веществом • Нижная часть наблюдается с бариевой клизмой IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 7 Прямая флюороскопия устарела Раньше радиолог стоял за экраном, наблюдая изображение Радиолог сильно облучался, несмотря на защитное стекло, просвинцованный фартук и очки Главным источником облучения был не пациент, а прямые лучи IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 8 Старое флюороскопическое оборудование (ещё используется в некоторых странах) Персонал под ПРЯМЫМ пучком без защиты IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 9 Прямая флюороскопия • НЕ ПОЛЬЗУЙТЕСЬ ПРЯМОЙ ФЛЮОРОСКОПИЕЙ • Директива 97/43 Euratom Art 8.4. • Флюороскопия без усилителя рентгеновского изображения или эквивалентных устройств не оправдана и должна быть запрещена • Прямая флюороскопия не согласуется с BSS App.II.25 • «… характеристики оборудования для рентгенографии, флюороскопии и ядерной медицины должны соответствовать рекомендуемым» IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 10 Современная флюорографическая система на базе УРИ IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 11 Элементы современной флюорографической системы IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 12 Различные флюорографические системы • Система с дистанционным управлением • Не требует присутствия медицинских работников рентгеновском кабинете в • Передвижные установки с С-дугой • В основном используются при операциях IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 13 Различные флюорографические системы • Системы для интервенционной радиологии • Требуют специальных мер безопас- ности. При интервенционных процедурах хирург может находиться около пациента • Многоцелевые флюороскопические системы • Они могут применяться как системы дистанционного управления или для выполнения простых интервенционных процедур IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 14 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Л16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии Тема 2: Усилитель рентгеновского изображения и его параметры IAEA International Atomic Energy Agency Усилитель рентгеновского изображения (УРИ) Входной экран УРИ Электрод E1 Электрод E2 Электрод E3 Выходной экран УРИ Фотокатод + IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 16 Усилители рентгеновского изображения IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 17 Элементы усилителя изображения Входной экран: преобразование падающих рентгеновских лучей в световые фотоны (CsI) 1 рентгеновский фотон создаёт 3,000 световых фотонов Фотокатод: электроны преобразует световые фотоны в Только от 10 до 20% световых фотонов преобразуется в фотоэлектроны Электроды: фокусируют и направляют пучок электронов на выходной экран Электроды обеспечивают электронное усиление Выходной экран: преобразует ускоренные электроны в световые фотоны IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 18 Параметры усилителя изображения (I) Конверсионный фактор (Gx): отношение яркости выходного экрана к входной мощности дозы [кд.м /мкГр.с -2 -2] Gx зависит от качества падающего луча ( публикация 573 МЭК рекомендует СПО 7 0,2 мм Al) Gx зависит от: Применяемого диаметра потенциала трубки () входного экрана При () входного экрана 22 cm Gx = 200 При () входного экрана 16 cm Gx = 200 x (16/22)2 = 105 При () входного экрана 11 cm Gx = 200 x (11/22)2 = 50 IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 19 Параметры усилителя изображения (II) • Однородность яркости: яркость входного экрана может изменяться от центра к периферии Однородность = (Яркость(c) - Яркость(p)) x 100 / Яркость(c) • Геометрическая дисторсия: Все УРИ имеют некоторую подушкообразную дисторсию. Она обычно вызывается магнитными полями трубки УРИ или окружающей среды. IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 20 Дисторсия изображения IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 21 Параметры усилителя изображения (III) Пространственное разрешение: значение наибольшей пространственной частоты миры, которая различается визуально Оно является мерой состояния фокусирующей системы Оно декларируется производителем и обычно измеряется оптически в оптимальных условиях. Это значение взаимосвязано с пределом высокой частоты функции передачи модуляции (MTF) Оно может определяться с помощью теста Хеттнера тест объектов, которые содержат несколько мир разной частоты IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 22 Измерители пар линий на мм IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 23 Измерители пар линий на мм Хорошее разрешение IAEA Плохое разрешение 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 24 Параметры усилителя изображения (IV) Качество изображения - выявляемость деталей при пороговом контрасте Рассеяние рентгеновских лучей, электронов и света в УРИ может быть источником значительных потерь контраста. Контраст изображения определяется конструкцией трубки усилителя и его оптической системой Источниками потери контраста являются: Пыль и грязь, осевшие на различных оптических поверхностях Частичная Процесс потеря вакуума старения (разрушение люминесцентного экрана) Источниками шума могут быть: Квантовый Процессы IAEA рентгеновский шум рентгено-оптического преобразования, зернистость. 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 25 Параметры усилителя изображения (V) • Общее качество изображения может оцениваться с помощью выявляемости элементов тест-объекта «пороговый контраст-детали», состоящего из набора металлических дисков разного диаметра и толщины • Источники деградации изображения, такие как потеря контраста, шум и нерезкость, уменьшают число видимых деталей • Если качество изображения периодически проверяется с помощью этого теста, то постепенное ухудшение изображения может быть обнаружено как уменьшение количества низко-контрастных и/или маленьких деталей IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 26 Общее качество изображения IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 27 Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии Л16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии Тема 3: Усилитель изображения и телевизионная система IAEA International Atomic Energy Agency Усилитель изображения и телевизионная система Изображение c выходного экрана УРИ может воспроизводиться другими опти-ческими системами: обычная телевизионная система 262,5 нечётных и 262,5 четных линий создают полный кадр, состоящий из 525 линий (в США) 625 линий и 25 полных кадров/с- до1000 линий (в Европе) Чересстрочный метод используется, чтобы избежать дрожания изображения Кинорежим Формат плёнки 35 мм: от 25 до 150 изображений/с фотография Рулонная плёнка105 мм: максимум 6 изображений/с Снимок 100 мм x 100 мм IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 29 Рентгеновская трубка Плёнка ФЭУ ВИДИКОН кВ Эталонный сигнал, кВ КОНТРОЛЛЕР ОБЩАЯ СХЕМА ФЛЮОРОСКОПИИ IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 30 Рентгеновская трубка кВ РЕЖИМ КИНО I2 Контроллер I3 I1 Плёнка ФЭУ C1 C2 . Видикон IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 31 Типы ТВ камер ВИДИКОН ТВ камера улучшение контраста улучшение отношения сигнал/шум запаздывание изображений ПЛЮМБИКОН ТВ камера (удобна в кардиологии) меньшее (лучше изображаются движущиеся органы) Высокий запаздывание изображений уровень квантового шума CCD ТВ камера (цифровая флюороскопия) Разрешение цифровых снимков ограничено, т.к. оно зависит от ТВ камер IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 32 ТВ камера и видеосигнал (I) • Выходной экран УРИ оптически связан с телевизионной камерой. Две линзы фокусируют выходное изображение на входную поверхность ТВ камеры • Часто зеркало, вставленное между линзами, расщепляет луч. Часть света с выходного экрана УРИ попадает на 100 мм камеру или кинокамеру • Обычно зеркало отражает 90% падающего света и пропускает 10% на телевизионную камеру IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 33 ТВ камера и видеосигнал (II) • Старые флюорографические установки имеют ТВ систему с телевизионной трубкой • Телевизионная трубка имеет стеклянный кожух, содержащий тонкий проводящий слой, нанесённый на внутреннюю поверхность стеклянного кожуха • В плюмбиконе, этот материал сделан из окисла свинца, в то время как в видиконе используется сульфид сурьмы IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 34 Фотопроводящая телевизионная трубка Управляющие соленоиды Отклоняющий соленоид Выравнивающий Фотопроводящий слой Фокусирующие соленоид Ускоряющая решётка линзы Входная Управляющая сетка пластина Электронный луч Диафрагма Видеосигнал Сигнальный электрод IAEA Электронная пушка Электрод 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 35 ТВ камера и видеосигнал (III) • Поверхность фотопроводника сканируется электронным лучом, и получаемый электрический сигнал пропорционален интенсивности света, падающего на входную поверхность телевизионной камеры • Электронные лучи эмитируются с фотокатода, ускоряются высоким напряжением, приложенным к электродам трубки, и фокусируются набором соленоидов IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 36 ТВ камера и видеосигнал (IV) • Электронный луч сканирует поверхность ТВ камеры, формируя растр, состоящий из набора линий. • Движение луча задаётся внешними соленоидами, расположенными вне телевизионной трубки. Для типичной телевизионной системы изображение формируется набором из 625 линий. Сначала прочерчиваются линии с нечётными номерами, а затем с чётными номерами. Такая развёртка луча называется чересстрочной. • Целью такой развёртки является устранение дрожания изображения на мониторе, с помощью повышения видимой частоты кадров (50 полукадров/с). • В Европе 25 кадров обновляются каждую секунду. IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 37 Разные типы сканирования 1 11 Чересстрочное сканирование 13 3 15 12 2 5 17 7 19 4 625 линий за 40 мс 16 Т.е. : 25 кадров/с 6 18 8 20 14 9 21 10 1 3 5 7 9 11 13 15 17 IAEA 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Прогрессивное сканирование 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 38 ТВ камера и видеосигнал (V) • Для большинства флюорографических установок разрешение системы определяется числом линий растра ТВ системы. • Таким образом, улучшения высококонтрасного разрешения можно добиться с помощью увеличения числа телевизионных линий • Некоторые системы имеют 1000 линий, а также разработаны образцы систем с 2000 линий. IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 39 ТВ камера и видеосигнал (VI) • Многие современные флюорографические системы используют ТВ камеры с ПЗС (приборами с зарядовой связью) • Входная поверхность представляет собой мозаичные детекторы, накапливающие сигнал. • Видеосигнал содержит повторяющиеся синхронизирующие импульсы. В промежутках происходит накопление заряда от падающего на поверхность света. Синхронизирующие импульсы используются для переключения ТВ системы в режим съёма накопленного сигнала IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 40 Схематическая структура прибора с зарядовой связью (ПЗС) IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 41 ТВ камера и видеосигнал (VII) • Ряд электронных схем, используя синхронизирующие импульсы, обеспечивают синхронное движение электронных лучей в ТВ камере и мониторе. Сигнал, получаемый с монитора, соответствует сигналу ТВ камеры. • Яркость изображения на ТВ мониторе пропорциональна яркости светового луча, падающего в соответствующее место ТВ камеры. IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 42 Формирование ТВ изображения ИЗОБРАЖЕНИЕ 512 x 512 ПИКСЕЛОВ ВЫСОТА 512 ШИРИНА 512 ОДНА ЛИНИЯ ВИДЕО СИГНАЛ (1 ЛИНИЯ) 64 мкс 52 µs ВИДЕОЛИНИЯ ЦИФРОВОЙ СИГНАЛ СИНХРО 12 мкс ИНТЕНСИВНОСТЬ СВЕТА ВРЕМЯ IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 43 Принципы цифровой рентгенографии АНАЛОГОВЫЙ СИГНАЛ I АЦП t Память ЦИФРОВОЙ СИГНАЛ Диафрагма Часы t См. лекцию Л20 IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 44 Запись цифровых изображений • В новых флюорографических системах • • • • производится запись цифровых изображений Цифровые снимки регистрируются в памяти компьютера Это быстрый и удобный метод Качество изображения может быть улучшено с помощью различных методов обработки изображений, включая изменение ширины и уровня окна и подчёркивание контуров Однако, пространственное разрешение цифровых снимков меньше, чем снимков, полученных на плёнке IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 45 ТВ камера и видеосигнал (VIII) • Есть возможность улучшения качества изображения на экране монитора путём регулировки его яркости и контраста • Регулировка может быть осуществлена с применением тест-объекта или электронного генератора изображений IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 46 Summary • Рассмотрены главные элементы цепи формирования флюорографического изображения и объяснена их роль: • усилитель изображения (УРИ) • ТВ система и её связь с УРИ IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 47 Где взять информацию • Physics of diagnostic radiology, Curry et al, Lea & Febiger, 1990 • Imaging systems in medical diagnostics, Krestel ed., Siemens, 1990 • The physics of diagnostic imaging, Dowsett et al, Chapman&Hall, 1998 IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии 48
