автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.10, диссертация на тему:Теоретическое обоснование, исследование и разработка методов и средств минимизации лучевой нагрузки в современных рентгенодиагностических аппаратах

Всероссийский научно-исследовательский и

испытательный институт медицинской техники Министерства здравоохранения РФ

на правах рукописи

Блинов Николай Николаевич

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СРЕДСТВ МИНИМИЗАЦИИ ЛУЧЕВОЙ НАГРУЗКИ В СОВРЕМЕННЫХ РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКИХ АППАРАТАХ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Специальность 05.11.10

"Приборы и методы для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы"

Москва 2004 г.

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и испытательном институте медицинской техники МЗ РФ (г. Москва)

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор М.А.Кумахов

доктор технических наук А.Н.Черний

доктор технических наук Б.М.Кантер

Ведущая организация:

ЗАО «ВНИИМП-Вита»

Защита диссертации состоится: 27 октября 2004 г. в 10-00 часов на заседании регионального диссертационного совета ДМ208.001.01 при ГУН «Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники» МЗ РФ по адресу: 129301 Москва ул. Касаткина, дом 3

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУН ВНИИИМТ МЗ РФ

Автореферат разослан:

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук

Э.Б. Козловский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Рентгенодиагностическая техника к началу XXI века как и прежде является доминирующей в диагностике заболеваний человеческого организма. Несмотря на бурное развитие новых видов интроскопии (РКТ, МРТ, УЗ, ИК - диагностика, эндоскопия), до сих пор большая часть диагнозов, устанавливается или подтверждается с помощью рентгенологических исследований. При этом более 70% надфоновой генетически значимой дозы облучения человечества приходится на рентгенодиагностические исследования.

К моменту начала настоящей работы в этой области техники все традиционные методы снижения лучевой нагрузки были практически исчерпаны: во всех методах диагностики был почти достигнут принципиальный физический предел снижения дозы, определяемый квантовыми флуктуациями рентгеновского излучения. Новый подход, заключающийся в переходе от аналоговых к дискретным компьютерным средствам формирования рентгеновских изображений, позволяет в ряде случаев преодолеть, или точнее отодвинуть этот предел при существенном повышении диагностических возможностей.

К настоящему времени цифровые методы преобразования рентгеновских изображений победили пленочные регистраторы практически во всех методах рентгенодиагностики.

Широкие возможности, предоставляемые новыми системами детектирования, требуют новых подходов к важнейшей задаче лучевой диагностики — минимизации дозы облучения при исследовании. Новизна этих подходов, помимо повышения чувствительности цифровых детекторов в несколько раз, определяется также и трм, чтг> с пррр^^дрм у тти^р^ш-тч методам появляется новое

са 09

рентгеновских диагностических аппаратов, характеристик медицинских цифровых рентгеновских изображений, а также их связи с дозой облучения пациента.

Теоретической и методической базой работы служат труды ведущих ученых и специалистов Е.С.Бару, Н.Н.Блинова (ст.), Ю.В .Варшавского, Л.В.Владимирова, В.Я.Голикова, М.И.Зеликмана, С.И.Иванова, Б.М.Кантера, В.В.Клюева, Э.Б.Козловского, Б.И.Леонова, А.И.Мазурова, Р.В.Ставицкого, А.Г.Хабахпашева, А.Н.Черния и ряда других.

Цель исследований.

Целью настоящей работы является теоретическое обоснование и разработка методов минимизации лучевой нагрузки на пациента при рентгёнодиагностических исследованиях за счет оптимальной конструкции рентгеновских аппаратов и защитных средств, рационального выбора физико-технических режимов работы, расчета и регистрации эффективной дозы облучения.

Постановка задач:

- создать теоретическое обоснование и разработать принципы рационального построения малодозовых цифровых рентгёнодиагностических аппаратов (РДА), выбора физико-технических режимов для РДА с системами автоматики по органам при рентгенографии с указанием значения эффективной дозы облучения пациента;

- разработать аналитические методы определения эффективной дозы (ЭД) по измеренным значениям физических параметров исследования: радиационному выходу, произведению дозы на площадь, входной дозе в плоскости приемника и излучению, рассеянному объектом;

- провести исследование влияния на дозу облучения физико-технических условий генерирования и формирования изображения для цифровых, и в первую очередь, сканирующих

рентгенографических аппаратов и предложить условия, обеспечивающие минимизацию лучевой нагрузки;

- разработать критерий определения необходимой дозы в плоскости приемника по минимальному допустимому отношению сигнал/шум с учетом характеристик зрительного анализатора и эксплуатационных характеристик тракта преобразования;

- создать системы определения эффективной дозы облучения пациента, в том числе при подвижном веерном рабочем пучке (сканирующая рентгенография);

- разработать ряд рентгеновских диагностических аппаратов и принадлежностей нового поколения, обеспечивающих минимизацию дозы при исследовании.

Научная новизна.

1. Впервые проведен комплексный анализ методов определения эквивалентной дозы облучения пациента по измерению характеристик тракта преобразования энергии в РДА на основе следующих физических моделей:

1. радиационному выходу излучателя,

2. произведению дозы в рабочем пучке на его площадь,

3. входной дозы в плоскости детектора,

4. интенсивности рассеиваемого объектом излучения,

5. количеству электричества, протекающего через рентгеновскую трубку в процессе экспозиции.

2. Впервые измерены экспериментально на тканеэквивалент-ном фантоме с ТЛД эффективные дозы при специальных рентгеновских исследованиях на РДА с частотным питающим устройством: линейной томографии и сканирующей цифровой флюорографии.

3. Впервые построены экспериментальные зависимости ЭД от дозы рассеянного объектом излучения. Разработан метод регистрации ЭД при сканирующей цифровой флюорографии по измерению рассеянного излучения.

4. На основе теоретических разработок и фантомных экспериментальных исследований разработаны рациональные таблицы экспозиций с расчетными значениями ЭД, обеспечивающие минимальный уровень облучения пациента для среднечастотных питающих устройств и современных высокочувствительных детекторов излучения для РДК общего назначения, экспериментально подтвержденные в процессе эксплуатации комплексов «Медикс-Р» и «Телемедикс-Р».

5. Впервые разработаны рациональные условия применения автоматических экспонометров с указанием удельных эффективных доз для аппаратов общего назначения, а также для дентальных и маммографических аппаратов, экспериментально подтвержденные при эксплуатации комплексов.

6. Проведено исследование зависимостей дозовых нагрузок от параметров качества рентгеновских изображений и геометрии исследования для цифровых, в первую очередь, сканирующих рентгеновских аппаратов и определены условия для их минимизации, экспериментально проверенные при эксплуатации цифровых флюорографов АПЦФ-01 «Амико» и ФМЦС «ПроСкан».

7. Впервые разработан метод снижения лучевой нагрузки при рентгеноскопии с УРИ путехм цифрового бинирования пикселей в разных зонах изображения, подтвержденный патентом РФ.

8. Предложены системы радиационной защиты, ограничивающие рассеянное объектом излучение, что в ряде исследований приводит к снижению ЭД до 25 %.

Научно-практическая значимость работы:

Решение крупной научной проблемы, имеющей важное социальное и хозяйственное значение, снижения генетически значимой дозы облучения населения Российской Федерации за счет создания высокоэффективных систем генерирования и

регистрации рентгеновского излучения при рентгенодиагностике, а также определения и учета эффективной дозы облучения пациента.

Научно-практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты нашли применение в разработанных и внедренных за 10 лет деятельности ЗАО «Амико», ЗАО «Рентгенпром» и ООО «Рентген-Комплект» и выпускаемых серийно:

♦ рентгенодиагностических комплексах «Медикс-Р», «Телемедикс-Р»

♦ цифровых флюорографах АПЦФ-01 «Амико», ФМЦС «ПроСкан»

♦ передвижных цифровых флюорографических кабинетах на шасси ЗИЛ и КАМАЗ

♦ дентальных цифровых рентгеновских аппаратах «Денталикс»

♦ цифровых усилителях рентгеновского изображения с ПЗС-детектором первого и второго телевизионного стандарта «Аметист-230» и «Аметист-300»

♦ Передвижных рентгенохирургических аппаратах АРХП «Амико»

♦ полном номенклатурном ряде средств индивидуальной и коллективной радиационной защиты для рентгеновских кабинетов «КИРЗИ».

На защиту выносятся:

♦ Аналитические модели определения удельных значений ЭД по измеренным значениям радиационного выхода излучателя, входной экспозиционной дозы, дозы в плоскости приемника, экспозиции за исследование, рассеянного объектом излучения.

♦ Системы для регистрации ЭД в процессе рентгенодиагно-стических исследований при регистрации дозы на выходе,

излучения, рассеянного объектом, экспозиции, обеспеченной экспонометром, защищенные патентами РФ.

• Результаты определения ЭД для аппаратов нового поколения во всем диапазоне применяемых в диагностике энергий (Va = 40-125 кВ) для широкого спектра методик рентгено-диагностического исследования (по 52 методикам) на основе фантомных экспериментов в условиях, максимально приближенных к реальным.

• Таблицы экспозиций для РДА нового поколения: средне-частотных рентгеновских генераторов и высокочувствительных детекторов, в том числе, цифровых с указанием значения эффективной эквивалентной дозы.

• Результаты исследований по рациональным условиям работы автоматических экспонометров в режиме «автоматики по органам» с указанием значений удельной ЭД, отнесенной к 1м Ас.

• Разработанные, внедренные в клиническую практику и поставленные на серийное производство цифровые рент-генодиагностические аппараты для общей и специальной диагностики и средства радиационной защиты нового поколения, созданные под руководством автора в ЗАО «Амико», ЗАО «Рентгенпром» и ООО «Рентген-Комплект» в 1994 — 2004 г.г.

Структура работы, апробация и публикации. Работа состоит из шести глав, введения, заключения, библиографии и приложений с актами внедрения. По работе опубликовано 23 статьи и 6 монографий. Получено авторское свидетельство СССР и 6 Патентов РФ, восемь работ выполнены единолично. Результаты доложены на трех Всероссийских симпозиумах и форумах, разработанные в рамках работы изделия демонстрировались на международных выставках: MEDICA (Дюссельдорф 1997-2003), Булмедика (София 1998), Здравоохранение (Москва 1996-2003), Больница (С. Петербург 1999-2003).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение содержит обоснование актуальности работы. В нем сформулированы цель, задачи исследования, положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость.

Глава 1 посвящена анализу состояния оснащения рентгеновской аппаратурой службы лучевой диагностики РФ и классификации РДА по назначению и физическим принципам преобразования изображения. Несмотря на достаточно многочисленные разработки новых отечественных производителей рентгеновской аппаратуры, парк ЛПУ страны составляют более чем на 70 % устаревшие модели, исчерпавшие 10-летний ресурс работы, создающие при исследовании лучевую нагрузку на пациента, по крайней мере, в 3 раза выше минимально необходимой. Отсутствуют механизмы периодического контроля основных эксплуатационных характеристик и параметров рентгеновского изображения, что приводит к дополнительной дозовой нагрузке на пациентов и персонал.

При этом в последнее десятилетие в мире и в РФ были разработаны новые системы цифровой регистрации рентгеновского изображения (табл. 1.1). Это привело к появлению новых поколений РДА, практически всех назначений. При этом и в отечественных ЛПУ стали в заметных количествах появляться аппараты нового поколения, обеспечивающие цифровое преобразование изображений при минимально необходимой лучевой нагрузке. На сегодня более 600 цифровых малодозовых флюорографов работают в лечебной сети страны, появилось заметное число универсальных цифровых РДА, цифровые радиовизиографы успешно заменяют пленку в стоматологии. Накоплен достаточный опыт для обобщения результатов эксплуатации РДА нового поколения. К настоящему времени должны быть сформулированы общие принципы

минимизации эффективной дозы облучения пациентов и разработаны методы оптимизации физико-технических режимов РДА по принципу минимизации отношения дозы к качеству изображения. Для этого должны быть также созданы рабочие методики для определения и регистрации ЭД в процессе исследований.

Таблица 1.1.

Сравнительные характеристики существующих детекторов для цифровой рентгенографии.

№ Тип детектора Разрешение, мм"' Размер кадра, см Динамический диапазон Время снимка, с Контрастная чувствительность, % Доза, мкР

1 РЭОП + ТВ тракт 2,0-4,0 0230-400 Видикон-30 ПЗС-100 0,01 2 300 600

2 + схан. 5,0 400x400 80 0.05 1,5 300

3 Стимулированный люминофор + ФЭУ 400x400 150 0,01 1,5 800

4 Оптика + ПЗС 2,0-4,0 400x400 100 0,05 1,5 1000

5 РЭОП + оптика + ПЗС + скан. 3,0 400x400 100 2,0 2,0 300

6 УРИ + ПЗС + поворот 4,0 420x420 >200 4,0 1,5 100

7 Линейка Хе + схан. 1.0 380x400 160 5,0 1,0 100

8 Линейка ППД + скан. 2.5 380x380 >100 5,0 1.0 100

9 Полноформатная матрица + люминофор 4.0 20-25 10-15 400x400 2x3« 18x24« >150 0,005 1,0 300 3000 2000

.10 Полноформатная матрица + селеновый слой 5,0 400*400 >150 0,005 1,5 300

* для дентальной рентгенографии

* * для цифровой маммографии

В главе 2 проведен комплексный анализ методов определения ЭД и зависимости ЭД от параметров рентгеновского исследования.

Необходимость введения понятия эффективной дозы продиктована стремлением найти некий критерий вредного воздействия ионизирующих излучений на организм человека при негомогенном облучении. Соответственно такое понятия должно содержать, помимо данных об общей дозе облучения, информацию о воздействии излучения на все основные органы

человека, а также сведения о размерах облучаемой зоны и качественном составе излучения.

Определение ЭД облучения пациентов при рентгенодиаг-ностических исследованиях регламентировано рекомендациями Международной Комиссии по радиационной защите (МКРЗ) и санитарными нормами РФ. Сложность определения ЭД заключается в необходимости обеспечения измерений в тканеэквивалентных фантомах, имитирующих не только основные органы, но и возрастные особенности человека.

Естественная составляющая эффективной дозы за счет радиационного фона имеет величину порядка 1,0 - 2,0 мЗв/год, а искусственная антропогенная составляющая добавляет порядка 1,5-3,0 мЗв/год, т.е. практически удваивает облучение людей, эволюция которых, во все времена, происходила под действием естественного радиационного фона.

Эффективная доза, как величина, принята сравнительно недавно (1977) и является наиболее адекватным критерием оценки степени радиационного воздействия на человека при неравномерном его облучении. При рентгенологических обследованиях имеет место именно неравномерное облучение.

Итак, в соответствие с ОСПОРБ-99, эффективная доза (Е) - это условная величина, характеризующая риск появления отдаленных последствий при облучении тела человека или отдельных его органов или тканей. Величина Е определяется как сумма произведений эквивалентных доз, поглощенных в основных 12 органах на взвешивающие коэффициенты данных органов:

где - взвешивающий коэффициент для Т-органа, -эквивалентная доза облучения Т-органа, определяемая в свою очередь как:

где От - поглощенная доза облучения Т-органа, К - коэффициент качества данного излучения (для рентгеновского излучения медицинского диапазона энергий принимается равным единице). Средняя поглощенная доза Бт в определенном

(2.1)

Нт — К,

(2.2)

органе или ткани Т определяется как интегрально усредненная по элементам массы с!т:

Бт=1/тт ¡ООт, (2.3)

тт

где Шт - масса ткани или органа.

Величины взвешивающих коэффициентов приведены в рекомендациях МКРЗ и утверждаются действующими санитарными правилами. По мере накопления информации о вредном воздействии излучения они периодически пересматриваются. В основу действующих ОСПОРБ-99 легли рекомендации МКРЗ 1990 года.

Эффективная доза не может быть измерена непосредственно. Для этого необходимо было бы получить значение поглощенных доз в основных органах человека по ряду, указанному МКРЗ, произвести умножение каждого значения на коэффициенты веса и получить суммарное значение. При этом ЭД не может быть выражена аналитически, т.к. доза, поглощенная в каждом органе, зависит в свою очередь от процессов многократного рассеяния в организме, которое для непрерывного тормозного спектра невозможно аналитически описать.

Известны способы рассчитывать ЭД численно, моделируя тормозной спектр, его рассеяние и поглощение в различных органах методом Монте-Карло. [Л.А.Лебедев и соавторы] Однако, при ряде достоинств, эти способы не всегда обеспечивают высокую точность и требуют больших затрат машинного времени.

Существуют различные биологические методы оценки ЭД. Например, известна модель определения ЭД по количеству хромосомных аберраций [РоЫ-КиНщ е! а1.]. Коллективом под руководством проф. Р.В. Ставицкого разработана модель связи эквивалентной дозы с биологическими характеристиками крови. В последних исследованиях автор принимал непосредственное участие. Эти методы обладают своими

достоинствами и недостатками, однако их подробный анализ выходит за рамки настоящей работы.

Наибольшую точность определения ЭД имеют, как правило, методы, основанные на достаточно сложных фантомных измерениях. Такие измерения проводились в ряде медицинских центров с использованием тканеэквивалентных фантомов, в условиях, максимально приближенных к реальным [Р.В.Ставицкий с соавторами]. В процессе экспериментов изменялось значение анодного напряжения, размеры рабочего поля, фокусное расстояние. Доза, поглощенная в "органах" фантома измерялась тканеэквивалентными дозиметрами. По полученным данным вычислялась эффективная доза для различных режимов исследований и других входных данных. Для общности результатов все полученные значения ЭД принято относить к количеству электричества в экспозиции и выражать в мкЗв/мАс.

Несмотря на значительное количество опубликованных экспериментальных таблиц, в связи с быстрым развитием технологий питающих устройств, экранов и пленок, появления принципиально новых конструкций РДА возникает необходимость пересчета существующих данных и поиска новых методов определения ЭД.

Все методы расчета ЭД основаны на использовании предварительно заданных входных параметров исследования и измеряемых в процессе данного исследования физических величин. В работе проанализированы существующие известные физические модели определения ЭД и предложен ряд новых.

На рис. 1 приведена схема преобразования энергии в процессе рентгенодиагностических исследований, греческими буквами обозначены входные параметры рассматриваемых ниже моделей.

Рис. 1. Геометрия преобразования рабочего пучка излучения при рентгенодиагностическом исследовании

1. По измерению радиационного выхода излучателя И: И-^рСРо, Р», Рху, Ра, Рф)

Е = --(2.4)

г2

Здесь Ч'р - функция, зависящая достаточно сложным образОхМ от условий проведения исследования, определяемых коэффициентами, зависящими от: Р0-исследуемого объекта, рв - возраста пациента, рху - размера рабочего поля в плоскости объекта, - анодного напряжения на трубке, - общей фильтрации излучения. На практике функция представ-

ляется в виде таблиц с набором коэффициентов для каждого набора входных условий. Если

¥р(Ро,Рв,РхУ,Ри,Рф) = Кр, (2.5)

то ЭД определяется по конечной формуле:

2. По измерению произведения выходной дозы излучателя на площадь :

Е = Би 5И (у0, ув, Ур, Уи , Уф), (2.7)

где - коэффициент, зависящий от исследуемого объекта, ув - фактор возраста, ур - коэффициент, определяемый фокусным расстоянием, и коэффициенты, зависящие от энергии излучения: уи — от анодного напряжения, уф — от собственной фильтрации.

Сравнивая между собой модели 1 и 2 можно заметить, что разница между ними состоит по существу лишь в инструментальном обеспечении измерения излучения на выходе излучателя: в одном случае дозиметром измеряется мощность дозы (радиационный выход) Я, привязанная к уставкам аппарата, в другом произведение дозы на площадь измеренное с помощью проходной камеры интегратора дозы. Между этими величинами существует зависимость

Все коэффициенты при этом совпадают с коэффициентами у:

Ро=у0; Рв= ув; Ри = Уи; Рф= уф-

Модели 1 и 2 широко применяются на практике. На их основе разработаны действующие методические указания МЗ РФ "Контроль эффективных доз облучения пациентов при медицинских рентгенологических исследованиях". Выпускаются серийно приборы, позволяющие измерять с помощью

проходной ионизационной камеры произведение дозы на площадь с выхода диафрагмы рентгеновского аппарата, например дозиметр "ДРК-1" НПП "Доза".

3. По измерению экспозиционной дозы в плоскости приемника:

Е = Бвх .Ч'вх , стху , ои, Оф), (2.8)

- коэффициенты, определяемые исследуемым осъектСхМ и возрастом пациента, сху - определяет размеры рабочего поля по осям х и у; Стф, Сти - зависят от фильтрации и анодного напряжения.

В большинстве РДА существует устройство для измерения, экспозиционной дозы во входной плоскости приемника

Это автоматический экспонометр, прекращающий экспозицию после накопления дозы, определяемой чувствительностью приемника изображения. При измерении ЭД по общепринятым моделям 1 и 2 и сопоставлении определенной ЭД и дозы накопленной в камере экспонометра можно построить экспериментальную зависимость Е от Данная модель может быть применима, например, в случаях, когда РДА не оборудован измерителем произведения выходной дозы излучателя на площадь.

4. По измерению дозы рассеянного объектом излучения Ври:

Е = Ори (р0, ра, рху, ри, рф) (2.9)

Индексы соответствуют п.1 и 3. Эта модель также не требует измерителя произведения выходной дозы излучателя на площадь, однако требует наличия специального дозиметра для измерения рассеянного объектом излучения. Модель позволяет установить измерительную камеру дозиметра вне зоны рабочего пучка и измерять непосредственно в процессе исследования без искажения рентгеновского изображения.

Данный метод применим в случаях, когда РДА не может быть оборудован измерителем произведения выходной дозы излучателя на площадь, а определение радиационного выхода по параметрам экспозиции невозможно, как, например, в случае сканирующего флюорографического аппарата. В главе 3 описаны экспериментальные измерения дозы рассеянного излучения и ЭД на тканеэквивалентном фантоме, выполненные на аппарате ФМЦС «ПроСкан».

5. По измерению экспозиции, т.е. количества электричества, прошедшего через рентгеновскую трубку т ^ •

1а" ^кс ' (Д0, ДВ) Дху, Дф)

Е=--(2.10)

г2

Д0, Дв - факторы определяемые объектом съемки и возрастом, Дху — коэффициент, учитывающий размеры рабочего поля, Дф -коэффициент, учитывающий фильтрацию излучения, -анодное напряжение, п - показатель степени, эмпирически получено, что в условиях диагностики В первом

приближении можно считать, что Е в некоторых пределах возрастает пропорционально произведению Данный метод также широко применяется на практике. На его основе были в свое время разработаны методические рекомендации МЗ РФ "Контроль доз облучения пациентов при рентгенологических исследованиях" и выпущен в серийное производство прибор для индикации дозы "Индор-С". К недостатку данной модели можно отнести отсутствие привязки электрической экспозиции аппарата к реальному радиационному выходу, зависящему от состояния трубки и ряда других факторов.

Анализ особенностей формирования эффективной дозы облучения пациента и предлагаемые физические модели позволяют определять ЭД практически для всех видов рентгено-диагностических исследований и практически любых типов рентгеновских аппаратов.

Глава 3 содержит результаты экспериментов по определению зависимости ЭД от физических параметров для различных видов рентгеновских исследований. Первый эксперимент был посвящен изучению рассеянного объектом излучения и определению соответствия ЭД измеряемой дозе рассеянного излучения при стандартной рентгенографии различных органов. На рис. 2 представлена фотография стенда. Стенд состоит из источника рентгеновского излучения с регулируемой диафрагмой и световым центратором, перемещаемой колонны со штангой на штативе снимков, стола пациента, дозиметрических приборов для контроля. На выходной диафрагме был установлен стандартный фильтр с эквивалентом 2 мм А1. В качестве объекта исследований использовался дозиметрический тканеэквивалентный фантом АТОМ 701D, фирмы CIRS, США. Доза рассеянного излучения измерялась дозиметром Victoreen-660 с ионизационной камерой диаметром 120 мм. Диапазон изменения фокусного расстояния от фокуса трубки до внешней поверхности кассеты в кассето-держателе решетки стола составляет максимум 1 метр. Фантом, состоящий из трех частей (голова, грудь, бедра) укладывался на столе снимков вдоль продольной оси деки и отдельные части соединялись максимально плотно, имитируя тело человека. Рентгеновский излучатель наводился на исследуемый орган, перемещением колонны и штанги. Размер поля облучения устанавливался регулировкой шторок диафрагмы по световому центратору.

Определение ЭД проводились методом термолюминесцентной дозиметрии с LiF детекторами-монокристаллами (типа ДТГ-4 Ангарского электролизного электрохимического комбината). Перед употреблением все детекторы тестировались путем их облучения рентгеновским излучением с контрольными поглощенными дозами. Контроль поглощенных доз осуществлялся клиническим дозиметром. Регистрация показаний термолюминесцентных детекторов производилась на

Рис 2. Стенд для фантомных измерений ЭД и исследования рассеянного излучения при рентгенографии.

стандартном регистрирующем устройстве ДТУ-01М. Детекторы устанавливались в специальные отверстия в описанный выше фантом. Фантом позволяет внедрить более 500 детекторов. Сам фантом состоит из набора пластин по форме тела 25 мм толщиной каждая, в которых расположены отверстия для детекторов. В процессе экспериментальных исследований детекторы размещались в органах и тканях, входящих в перечень МКРЗ для определения эффективной дозы. Для получения каждым детектором поглощенной дозы, превышающей нижний предел его чувствительности, что особенно существенно для детекторов, находящихся в отдалении от облучае-

мой ткани и подвергающихся облучению только рассеянным излучением, облучение фантома производилось многократно. Затем полученные результаты приводились к удельному значению экспозиции д' = 1 мАс.

В таблице 3.1 приведены зависимости рассеянного излучения Бр, мкГр, для различных органов при стандартном рентгенографическом исследовании. Камера дозиметра укреплена в выходной плоскости диафрагмы, фокусное расстояние 100 см, фильтр 2 мм А1, 1а = 25 мА, ^ = 0,1с.

На рис. 3 показаны графики зависимости отношения ЭД к дозе рассеянного от объекта излучения от высокого напряжения на аппарате при стандартной рентгенографии для различных органов.

Таблица 3.1.

Дозы рассеянного излучения для различных органов и значений анодного

напряжения.

иа. Грудная Грудная Желудок Череп Череп Череп Таз Таз

кВ клетка клетка прямая ПЗ ЗП боковая ПЗ боковая

прямая боковая 24x30 24x30 24x30 24x30 30x40 30x40

30x40 30x40

40 2,0 2,1 1,7 1,05 1Д 1,0 1,9 2,1

48 3,2 4,1 2,8 1,6 1,75 1,55 2,9 3,6

52 4,0 5,0 3,3 1,9 2,1 1,85 3,75 4,4

57 4,9 6,1 4,0 2,25 2,4 2,2 4,55 5,6

63 6,1 7,3 5,0 2,95 3,1 2,8 5,9 7,25

69 7,4 8,7 5,9 3,25 3,5 3,3 7,1 8,6

76 8,2 10,0 7,3 3,7 4,15 3,75 8,35 10,2

83 9,8 11,6 8,7 4,35 5,05 4,55 10,3 12,0

91 11,3 13,5 10,0 5,1 5,7 5,05 12,1 14,2

100 13,0 16,2 11,5 6,2 6,6 6,05 13,85 16,5

115 16,0 18,4 13,5 7,3 7,8 7,3 17,5 20,2

125 17,5 21,0 14,0 8.5 8,5 8,05 18,9 22,0

Следующий эксперимент был посвящен измерению зави-

симости ЭД от интенсивности рассеянного излучения при сканирующей флюорографии легких. В качестве стенда использовался серийный аппарат ФМЦС «ПроСкан» со среднечастот-ным питающим устройством и полупроводниковым линейным детектором. В качестве объекта применялся описанный выше фантом АТОМ 701Б. Фантом устанавливался на стандартное

О Л-,-,-.-,-,-----г-

40 60 80 100 120

Рис. 3. Зависимость отношения ЭД к дозе рассеянного излучения для различных органов про рентегнографии:

Ц- череп, прямая проекция,

▲ - желудок, прямая проекция, #- грудная клетка, прямая проекция.

место внутри рентгенозащитной кабины, доза рассеянного излучения измерялась дозиметром УюЬгееп-660. Фотография стенда приведена на рис. 4.

В табл. 3.2 приведены данные измерений для прямой (задне-передней) и боковых проекций, камера дозиметра расположена по центру рентгеновского пучка под диафрагмой на расстоянии 60 см от входного экрана, 1а=22,5 мА, время сканирования 5 с.

Следующий эксперимент был посвящен измерению ЭД для специализированных видов рентгеновского исследования легких: линейной томографии и зонографии. Стенд для данных измерений представлял собой стандартный рентгено-

Рис. 4. Стенд для фантомных измерений ЭД и исследования рассеянного излучения при сканирующей флюорографии.

графический стол с томографической приставкой (см. рис. 2). В качестве объекта применялся описанный выше фантом АТОМ 70 Ш. Определение ЭД проводилось методом термолюминесцентной дозиметрии с описанными выше ЫБ детекторами. Регистрация показаний термолюминесцентных детекторов производилась на стандартном регистрирующем устройстве ДТУ-01М.

Таблица 3.2

Зависимость ЭД от дозы рассеянного излучения для различных значений анодного напряжения при сканирующей цифровой флюорографии.

Прямая проекция (3-П) Боковая проекция

Ua.KB 0|з, мкГр ЭД, мкЗв Dp, мкГр ЭД, мкЗв

60 2,75 11 3,43 6

70 3,85 16 4,92 15

80 5,10 25 6,51 22

90 6,50 33 8,53 25

100 8,35 44 10,40 30

110 9,96 52 - 12,70 38

120 11,00 60 15,10 56

В табл. 3.3 приведены эффективные дозы для различных видов исследования легких, Иа = 90 кВ, поле 30 х 30 см, РФП=100 см, фильтр 2 мм А1

Проделанные эксперименты по измерению рассеянного излучения позволяют обеспечить однозначное определение ЭД, в особенности на цифровых сканирующих флюорографах, где затруднено применение других аппаратных методов для контроля реального радиационного выхода, зависящего от состояния рентгеновской трубки и ширины раскрытия диафрагмы при настройке аппарата.

Измерение ЭД при линейной томографии и зонографии позволяет расширить существующие таблицы удельных эффективных доз для рентгеновских исследований.

Таблица 3.3

Удельные эффективные дозы при исследовании легких

Вид исследования

Рентгенография

ПЗ ЗП 20° 40°

Удельная эффективная доза, Е1 (мкЗв/мАс) 22,8 15,2 21,0 20,6

Эффективная доза исследования, Е (мкЗв) 114 (5 мАс) 75 (5 мАс) 252 (12 мАс) 412 (20 мАс)

Зонография

Томография

В главе 4 проведено исследование влияния физико-технических характеристик РДА и параметров изображений на величину ЭД.

Показано, что цифровые методы представления изображений меняют смысл ряда привычных параметров, таких как коэффициент преобразования, динамический диапазон, отношение сигнал/шум, пространственное разрешение. Некоторые параметры необходимо вводить заново, такие как: квантовая эффективность детектора БОБ, число уровней квантования, число пикселей в строке и столбце и ряд других.

Для оценки параметров цифровых изображений нами разработан ряд тест-объектов: для определения контрастной чувствительности ТКЧ-04, для контроля динамического диапазона КДД-1, для проверки геометрических параметров изображения ТРП-1.

Проведено экспериментальное исследование БОБ (при нулевых частотах), разработанных нами цифровых преобразователей на основе оптики переноса (АПЦФ-01«Амико») и сканирующих (ФМЦС «ПроСкан»).

Рассмотрены возможности определения БОБ в широком частотном диапазоне с использованием тест-объекта типа "острый край" и преобразования Фурье.

Проведено исследование особенностей формирования ЭД при сканирующей рентгенографии.

Благодаря узкоколлимированному детектору, при таком исследовании отсутствует влияние рассеянного излучения от объекта. При этом в отличие от всех других методов полутень, вызванная конечными размерами фокуса, вносит существенный вклад в дозу, получаемую пациентом. Геометрические условия коллимирования пучка в некоторых случаях влияют на мощность дозы рабочего пучка, что в свою очередь, сказывается на нагрузке трубки, которая в условиях относительно медленного сканирования является определяющей для производительности всего рентгеновского комплекса.

Рассмотрим геометрию формирования дозного распределения в плоскости детектора при сканировании веерным лучом, образованным фокусом рентгеновской трубки с шириной f и коллиматором с шириной И при симметричном расположении фокуса относительно щели диафрагмы. Возможны три различных случая, определяемых соотношениехМ f и И: I) И > f ; 2) f = И; 3) f < И. На рис. 5 (а, б, в) показаны все три варианта формирования дозного поля в проекции на плоскость перпендикулярную осям детектора и щели диафрагмы. 1. И > Г Распределение дозы состоит из участков полутени ДБ и полного участка Б максимальной интенсивности Дтах. Из достаточно простых геометрических построений можно вывести:

Ь

(4.1)

(4.2)

Интегральную дозу в плоскости приемника можно определить как:

х2 у2

Ь = ! (4.3)

х! у1

Если учесть, что распределение дозы по оси у (вдоль оси детектора) равномерно, а пограничная кривая нарастания дозы от 0 до I вид на участке ДБ составляет половину квадрата то можно записать: ^•ГтахСДО + Б) (4.4)

Поперечный размер линейки детекторов Бд всегда должен быть меньше Б для полного использования нагрузочной способности трубки на величину, необходимую для горизонтальной юстировки линейки. Поперечный размер линейки детекторов Бд всегда должен быть меньше Б для полного использования нагрузочной способности трубки на величину, необходимую для горизонтальной юстировки линейки.

Б/Бд> (1,5-3) (4.5)

Практика показывает, что для выполнения этого условия необходима периодическая юстировка коллиматора относительно излучателя не реже чем раз в 6 месяцев.

Коэффициент увеличения дозы в плоскости детектора по отношению к дозе на детекторе будет составлять:

Кд = (ДВ + Б)/Од =Ь(а+Ь)/аБд (4.6)

Отсюда следует, что превышение дозы над необходимым уровнем тем больше, чем больше Ь и чем меньше а.

Анализ (4.6) позволяет также заключить, что при заданных значениях И, а, Ь превышение дозы не зависит от размера фокуса £ Этот странный на первый взгляд вывод можно объяснить, если обратиться вновь к рис. 5 а-в. Легко увидеть, что увеличение f приводит к возрастанию ДБ и сокращению Б, что взаимно компенсируется при суммировании дозных распределений на участке ДБ +Б +АО.

2. h<í При этом условии значение (4.2) примет вид:

При условии, когда Г / И = (а + Ь) / Ь, участок максимальной интенсивности Б обращается в ноль, а дозное распределение обращается в треугольник.

При дальнейшем увеличении разницы между Г и И дозное распределение перестает достигать точки 1тах

Снижение максимального значения 1тах при сканирующих детекторах нецелесообразно, поскольку, как уже отмечалось выше, это приводит к повышению нагрузки трубки.

Значение К при этом также не зависит от величины фокуса, как и в варианте 1, рассмотренном выше.

1т„ Ь (а + Ь)

Кд=--(4.8)

а Од

Следует ещё раз подчеркнуть, что если суммарная доза в плоскости приемника при заданных И, а, Ь не зависит от Г, то пространственное её распределение тем выгоднее для снижения дозы на пациента, чем меньше Г в поперечном направлении сканирования - X. 3. И = Г При этом условии (4.2) примет вид:

Б= Г=И (4.9)

а коэффициент увеличения дозы будет равен:

Кд = (ДБ + 0)/Вд=Ь (а+Ь) / а (4.10)

а при условии Бд = И он будет равен:

Кд= (а+Ь)/а (4.11)

Исследованные особенности позволяют определить соотношения между размерами коллиматоров, фокуса, геометрическими условиями и дозой облучения пациента при сканирующей рентгенографии. С позиций наиболее полного использования излучения эффективным представляется применение нескольких линеек, расположенных рядом.

Далее в главе 4 исследованы методы снижения ЭД с помощью средств радиационной защиты, показано, в частности, что наибольшего эффекта здесь можно добиться экранированием рассеянного излучения, воздействующего на необлу-ченные зоны организма (рис. 6, 7, 8).

а) б)

Рис. 6. Поглощенные дозы при рентгенографии головы (мкГр): а) - без защиты; б) - с защитой.

активный костный мозг-89; легкие (2)-3; желудок (3)-0,3; печень (4)-0,4; почки (8)-0,7; селезенка (5)-0,7; молочная железа-1,4; щитовидная железа (1)-14; поджелудочная железа (7)-0,4; мужские гонады (9)-0,3; женские гонады (8)-0,3. Пунктиром обозначена зона с уровнем поглощенной дозы более 0,4 мкГр.

Показана также эффективность конструкции защиты от рассеянного излучения в виде регулируемых растровых структур.

Исследованы методы снижения ЭД формированием пространственного распределения излучения: с помощью фасонных фильтров, нелинейных коллиматоров, которое может достигать при этом 20 - 30 %.

Разработан метод снижения ЭД при просвечивании с помощью УРИ, с помощью применения фасонного фильтра, уменьшающего дозу от центра к краю, одновременно с цифровым бинированием пикселей изображения аналогичным обра-

Рис. 7. Схема проведения рентгенографического исследования органов грудной клетки: а - без защиты, б - с защитой. 1-щитовидная железа; 2-легкие; 3-желудок; 4-печень; 5-селезенка; 6-почки; 7-поджелудочная железа;8-женские гонады; 9-мужские гонады; прямая проекция.Пунктиром обозначена зона с уровнем поглощенной дозы более 0,4 мкГр.

зом от центра к краю. При реализации предложенного метода может быть достигнуто переменное пространственное разрешение системы, возрастающее к центру, аналогично тому, как это имеет место в зрительном анализаторе, при сохранении уровня контраста. Одновременно, можно методом цифровой обработки выравнивать яркость, при некотором увеличении шумов от центра к краю. При этом реальное снижение качества изображения может быть незначительным, в силу ухудшения параметров изображения от центра к краю из-за характеристик электронно-оптического преобразователя УРИ. Использование данного метода позволяет заметно снизить

а) б)

Рис. 8. Снижение ЭД с помощью радиационной защиты, а) без защиты, б) с защитой.

дозовую нагрузку, как пациента, так и персонал, особенно на рентгенохирургических аппаратах.

Глава 5 посвящена методам расчета эффективных доз облучения в соответствии с построенными моделями. В работе приведены рабочие таблицы для определения ЭД по измеренному значению экспозиции при рентгенографии на среднечастотных РДА для всего применяемого диапазона анодных напряжений (от 40 до 125 кВ) при 52 методах рентгенографии. В таблице 5.1 приведен пример такой таблицы для удельных значений Е при иа = 70 и 80 кВ, г = 100 см, для среднего мужчины (масса 75 кг, рост 175 см), возраста более 19 лет (А„), при фильтрации (Дф) 2 мм А1. Для учета коэффициента Дху в табл. 5.1 указаны размеры рабочего поля.

Таблица5.1.

Удельные эффективные дозы облучения пациентов при 70 и 80 кВ и 1 мАс при рентгенографии с расстоянием 1 м и при рекомендуемо?

№ п/п Наименование органов Эффективная доза, мкЗв,мАс 70кВ 80кВ Рекомендуемый размер кассеты, см

1 Череп, прямая 2,4 3,0 24x30

2 Череп, боковая 1,6 2,5 24x30

3 Череп, аксиальная 2,8 3,8 24x30

4 Придаточные пазухи, прямая 2,8 3,8 24x30

5 Придаточные пазухи, боковая 2,8 3,8 24x30

6* Кости нсса 1,5 2,0 18x24

7 Нижняя челюсть 1,5 2.0 18x24

8 Шейные позвонки, 1-3 3,0 4,0 18x24

9 Гортань, прямая 3,0 4,0 18x24

10 Гортань, боковая 3,0 4,0 18x24

И Шейные позвонки. 4-7 3,5 5,0 18x24

12 Грудные позвонки, пр. 20,0 30,0 15x40

13 Грудные позвонки, бок 6.0 10,0 15x40

14 Поясничные позвонки, прямая 12,0 15,0 15x40

15 Поясничные позвонки,боковая 10,0 10,0 15x40

16 Ключица 8,0 10,0 30x40

17 Лопатка, прямая 5,0 6,0 24x30

18 Лопатка, боковая 8,0 10,0 24x30

19 Локтевой сустав 1,6 2,0 18x24

20 Плечевой сустав (правый) 1,8 2,5 24x30

21 Плечевой сустав (левый) 1,8 2,5 24x30

22 Предплечье 2.0 2,5 24x30

23 Легкие, прямая 15,0 20,0 30x40

24 Легкие, боковая 20,0 24,0 30x40

25 Сердце 12.0 15.0 30 х 40

26 Ребра, 1-7 8,0 10,0 30x40

27 Ребра, 8-12 16,0 20,0 30x40

28 Желудок, прямая ЗП / ПЗ 6,0 / 20,0 10,0/30,0 18x24

29 Желудок, боковая 15,0 20,0 18x24

30 Пищевод 4,0 5,0 18x24

31* Печень 8,0 10,0 18x24

32* Почки 15,0 20,0 30x40

33 Крестец, прямая 12,0 15,0 24x30

34 Крестец, боковая 10,0 12,0 24x30

35 Таз 15,0 20,0 24x30

36 Тазобедренный сустав 15,0 20,0 24x30

37 Крестец и копчик 15,0 20,0 24x30

38* Кисть, запястье 1,5 2,0 18x24

39 Бедро, прямая 1,5 2,0 24x30

40 Бедро, боковая 15 2,0 24x30

41* Коленный сустав 1,5 2,0 18x24

42* Голень 0,8 1,0 18x24

43* Коленостопный сустав 0,8 1,0 18x24

44* Голеностопный сустав,боковая 0,8 1,0 12x18

45* Пяточная кость, осевая 0,4 0,5 12x18

46* Пяточная кость, боковая 0,4 0,5 12x18

47* Плюс'на 0,4 0,5 12x18

48* Стопа, прямая 0,4 0,5 12x18

49* Стопа, боковая 0,4 0,5 12x18

50* Пальцы стопы 0,4 0,5 12x18

51* Стопа Б/Э 0,4 0,5 12x18

52* Пальцы стопы Б/Э 0,4 0,5 12x18

Альбом таблиц, аналогичных табл. 5.1, для всего диапазона анодных напряжений от 40 до 125 кВ, приведенный в работе, позволяет определить ЭД практически при любом рентгенологическом исследовании по моделям 4 и 5. На рис. 9 приведены зависимости удельного значения ЭД от для некоторых органов.

Обратимся теперь к моделям 1 и 2 (уравнения 2.4-2.7). Разница между ними состоит по существу лишь в инструментальном обеспечении измерения излучения на выходе излучателя: в одном случае дозиметром измеряется мощность дозы (радиационный выход) Ри, в другом произведение дозы на площадь с помощью проходной камеры интегратора

дозы. Между этими величинами существует зависимость О^Р^ху (5Л)

Все коэффициенты Р при этом практически совпадают с коэффициентами .

Для определения ЭД по критериям 1 и 2 рассчитаны зависимости от напряжения на трубке в диапазоне 40125 кВ и приведен соответствующий альбом таблиц для 52 видов исследований.

Удельная входная доза на 1 мАс определена для вольфрамового анода при входном фильтре 2 мм А1 на расстоянии 100 см от фокуса. Значение входной дозы может меняться на

а)

б)

в)

Рис. 9. Удельное значение ЭД для различных органов.

а) 1 - лопатки , 2 - гортани, 3 - черепа.

б) 1 - легких, 2 - таза, 3 - ключницы.

в) 1 - придаточной пазухи, 2 - челюсти.

50 % от аппарата к аппарату, от трубки к трубке, при эксплуатации одного излучателя по мере износа анода. Удельная входная доза изменяется также от величины пульсаций анодного напряжения.

При значительных отклонениях входной дозы от величин, приведенных в таблицах, рекомендуется провести пропорциональное изменение значений эффективной дозы.

Поскольку в приведенных таблицах эффективная доза представлена в значениях, отнесенных к 1 мАс, её величина не зависит от чувствительности детектора, тока и времени экспозиции. Можно принять, что удельное значение эффективной дозы, отнесенной к единице мАс не зависит от комплекции пациента, поскольку коррекция вводится изменением количества электричества за экспозицию. Она практически не зависит также и от наличия или отсутствия отсеивающего растра. Приведенное значение эффективной дозы получено при отсутствии отсеивающего это

БИБЛИОТЕКА |

значение не изменится, возрастет лишь количество электричества, необходимое для оптимального почернения пленки.

Таким образом, удельное значение эффективной дозы зависит от:

1. исследуемого органа (ро, у 0, а 0, р 0, Д 0),

2. фокусного расстояния и проекции съемки (Рху, уху, стху, рху, Дху),

3. удельного радиационного выхода (удельной входной дозы на 1 мАс) (РиБи),

4. анодного напряжения (Ри, уи, сти, р„, Ди),

5. фильтрации (Рф, уф, стф, рф, Дф),

6. возраста пациента

Следует понимать, что возможные отклонения при расчете удельной эффективной дозы с учетом погрешностей всех упомянутых факторов составляют более 50 %.

Значение удельной эффективной дозы для исследуемого органа получено с учетом облучения прямым и рассеянным излучением основных критических органов человека. Наибольшего значения удельная эффективная доза достигает при тех исследованиях, где больше всего облучаются радиацион-но-чувствительные органы человека, такие, как например, костный мозг, щитовидная и молочная железы, гонады.

Коэффициенты «весомости» вклада облучения отдельных органов в эффективную дозу периодически пересматриваются МКРЗ по мере накопления данных об отдаленных последствиях облучения.

Фокусное расстояние влияет на удельный радиационный выход и соответственно на значение удельной эффективной дозы. Все значения, приведенные в таблицах, соответствуют фокусному расстоянию 100 см. При использовании иных значений фокусного расстояния, эффективная доза может быть пересчитана в соответствии с законом обратных квадратов. Допускается, что эффективная доза изменяется обратно пропорционально квадрату фокусного расстояния. Это допущение

не применимо при расчете оолучения детей, а также при

измерении произведения дозы на площадь.

100

ВХ'=В100"(-)2, (5-2)

х

рассчитываемые и табличные

эффективные дозы.

Входная доза, как уже говорилось, изменяется от излучателя к излучателю, от трубки к трубке. По мере износа анода не только снижается входная доза, но и изменяется спектр излучения — излучение становится «жестче». Однако влиянием изменения жесткости излучения в процессе эксплуатации при одном и том же значении анодного напряжения на значение удельной эффективной дозы можно пренебречь. Тогда можно принять, что эффективная доза при одном и том же анодном напряжении изменяется прямо пропорционально входной дозе.

Анодное напряжение влияет на значение удельной эффективной дозы двояко:

♦ в степенной зависимости (за фильтром 2 мм А1 показатель степени 2 - 4),

♦ изменяется также и энергия, то есть проникающая способность излучения, что приводит к достаточно сложному перераспределению поглощаемого прямого и рассеянного излучения в критических органах. Проведенные нами исследования показывают, что при

одном и том же значении входной дозы, общая эффективная доза изменяется для большинства органов относительно мало в диапазоне напряжений от 60 до 125 кВ, чего нельзя сказать об удельной эффективной дозе, где степенная зависимость от напряжения сохраняется.

При необходимости установления значения экспозиционной дозы в случаях, когда напряжение отличается от указанного в таблицах значения, можно провести корректировку, приняв степень зависимости удельной эффективной дозы от

напряжения равной 2 (в диапазоне анодных напряжений 60125 кВ):

Ох'=Ои'-(-)2, (5.3)

и

где Ц/ - вычисляемая доза при анодном напряжении х, Бц' табличное значение удельной дозы при напряжении и.

Размеры рабочего пучка влияют на значение удельной эффективной дозы также достаточно сложным образом, поскольку в облучаемый объем входят разные органы, обладающие различной чувствительностью к излучению. Для реальных оценок эту зависимость можно принять пропорциональной площади рабочего поля. Значение удельной эффективной дозы при площади облучения отличной от указанной в таблице, может быть найдено по соотношению:

где Sx - площадь облучения, S - площадь облучения в таблице.

Следует отметить, что в реальных условиях рентгенлабо-рант, как правило, делает рабочее поле заведомо большим размера применяемой кассеты, что приводит к значительному неоправданному увеличению эффективной дозы, приведенной в таблице. Среднее превышение поля облучения по отношению к площади кассеты принималось равным примерно 10 %.

Фильтрация излучения увеличивает «жесткость» и снижает мягкую, низкоэнергетическую часть тормозного спектра. Чем больше первичная фильтрация излучения, тем меньше значение удельной входной дозы и в меньшей степени удельной эффективной дозы. Влияние фильтрации тем больше, чем меньше значение анодного напряжения. При грубом приближении можно допустить среднее уменьшение удельной эффективной дозы на 5 % при добавлении к первичному фильтру 1 мм А1. (Справедливо при значениях анодного напряжения 60-100 кВ).

Возраст пациента следует учитывать при оценке эффективной дозы облучения в процессе рентгенологического исследования. В методических указаниях МЗ РФ приводятся расчетные значения эффективных доз раздельно для следующих 6 возрастных групп: 0 - 0,5 года, 0,5 - 3 года, 3-8 лет, 8 -13 лет, 13-19 лет, более 19 лет.

Радиационная чувствительность человеческого организма в детском возрасте существенно выше, чем у взрослого и тем выше, чем меньше возраст. При этом, однако, и доза, необходимая для получения соответствующего рентгеновского изображения и размер кадра уменьшаются по мере уменьшения толщины и размеров рабочего поля.

Максимальное ограничение площади рабочего поля является важным условием ограничения дозы облучения в педиатрической диагностике. Для детей не применима линейная зависимость эффективной дозы от площади рабочего поля. Ближе к действительности квадратичная зависимость:

Вд'=Од'(—)2 (5.5)

где и - соответственно эффективная доза на

ребенка, определяемая табличная, и Бт - площади рабочего поля при исследовании и в соответствии с таблицей.

Минимальный размер рентгенографической кассеты принимается при этом равным 12x18 см. Однако, при рентгенографии детей необходимый размер рабочего поля может быть 10x10 см и менее. Как правило, изменяется и фокусное расстояние. В этих случаях необходим пересчет удельной эффективной дозы в соответствии с выражениями (5.3-5.5).

Несмотря на достаточно подробную детализацию физико-технических условий исследования, влияющих на значение эффективной дозы, невозможно предусмотреть все варианты проекций, размеров кадров, укладок и методик.

Невозможно также учесть отклонения размеров и взаимного расположения внутренних органов в зависимости от телосложения, пола, профессиональных особенностей анатомии.

Выше в наших комментариях были рассмотрены возможности интерполяции расчетных значений эффективной дозы при изменениях геометрии исследования, возраста пациента и радиационных характеристик.

Следует понимать, что принятые при этом допущения могут оказаться достаточно грубыми и привести к значительным погрешностям. Там, где были возможны вариации значений удельной эффективной дозы, в целях безопасности принималось наибольшее из возможных значение.

Тем не менее, рассчитанные по предлагаемым таблицам эффективные дозы облучения пациентов, могут служить достаточным ориентиром при оценке общих дозовых нагрузок на население и индивидуальных доз облучения при планировании дальнейших диагностических и терапевтических процедур пациентов. Эти значения могут быть занесены в историю болезни пациента.

В заключительной части главы 5 приводятся исследования по оценке ЭД при стоматологической рентгенографии и маммографии. Здесь также результаты представлены в виде рабочих таблиц ЭД для всех применяемых в рентгенологии режимах.

Глава 6 посвящена разработке систем контроля ЭД при рентгенодиагностическом исследовании.

Проведенный анализ методов расчета эффективной дозы облучения пациентов позволяет предложить средства для её определения в соответствии с разработанными в главе 2 моделями:

1. Система измерения радиационного выхода (дозы) на выходе излучателя при задании коррекции от размера рабочего поля,

фокусного расстояния, исследуемого органа, напряжения на рентгеновской трубке, возраста пациента, формула (2.4).

2. Система измерения произведения дозы на площадь на выходе излучателя при задании коррекции от фокусного расстояния, исследуемого органа, значения анодного напряжения, возраста пациента, формула (2.7).

3. Система измерения дозы в плоскости приемника (за объектом исследования) при задании коррекции от исследуемого органа, возраста пациента, значения анодного напряжения, формула (2.8).

4. Система измерения дозы рассеянного объектом излучения, формула (2.9).

5. Система измерения количества электричества через рентгеновскую трубку при задании коррекции от размера рабочего поля, фокусного расстояния, исследуемого органа, значения анодного напряжения, возраста пациента, формула (2.10).

Нами предложено несколько вариантов реализации системы оценки ЭД при рентгенологических процедурах с использованием разработанных выше таблиц (см. главу 3). Отечественные таблицы экспозиций, разработанные для общей рентгенодиагностики, на трехфазных аппаратах восьмидесятых годов не пересматривались почти двадцать лет. Между тем за прошедшее время не только появились новые усиливающие экраны и рентгенографические пленки, но и существенно сменился парк рентгенодиагностической аппаратуры. Если при подготовке прежних таблиц экспозиций принималось во внимание наличие в лечебной сети как однофазных, так и трехфазных аппаратов, то к настоящему времени в стационарной аппаратуре практически отсутствует однофазное питание и уже наблюдается отчетливая тенденция перехода от трехфазных схем выпрямления к системам с инвертированием частоты, что в еще большей степени сглаживает форму напряжения на рентгеновской трубке и меняет зависимости от ЭД. Изменение формы напряжения на рентгеновской трубке и

значительное повышение чувствительности комбинаций "экран - пленка" требует радикального пересмотра выбираемых физико-технических режимов рентгенодиагностического исследования.

В связи с изложенным, нами предпринята попытка создать новые таблицы экспозиций и сопроводить их значениями эффективных доз на основании данных, полученных выше. В табл. 6.1 в качестве примера приведена часть такой таблицы.

Таблицы разработаны на основе технических испытаний и опыта использования новых зарубежных рентгенографических пленок в комбинации с отечественными усиливающими экранами: кальций-вольфраматными ЭУВ-2 и итриевыми ЭУИ-3 (ЭУИВ-3) в разработанных нами рентгенодиагности-ческих комплексах "Медикс-Р" и "Телемедикс-Р", выпускаемых ЗАО "Амико".

В равной степени они распространимы и на другие рентгеновские аппараты со среднечастотным преобразователем энергии.

Разработанные таблицы предполагают ручную установку режимов без использования автоматического экспонометра.

Автоматический рентгеноэкспонометр или реле экспозиции - это прибор, который измеряет количество излучения и выключает питание рентгеновской трубки при накоплении необходимой для нормального почернения рентгеновской пленки дозы.

Разработанный нами экспонометр, предназначенный для использования в стационарных комплексах, выполнен по принципу ионизационной камеры. Экспонометр оснащен тремя подобными камерами, одна из которых (меньшего размера) устанавливается в ЭСУ, две другие - в решетках стойки и стола снимков. Каждая ионизационная камера имеет три рабочих поля: центральное и два симметричных боковых.

Таблицы экспозиций и эффективных прямой рентгенографии (1=100 см)

значений доз

Таблица 6.1.

облучения при

Органы пациента (масса тела 75 кг., рост 175 см) Нормальная толщина объекта, см. Наличие растра 8:1 Рекомендуемые установочные величины

ЭУВ-2 1 Е ЭУИ-3 Е

кВ мАс мЗв кВ мАс мЗв

Череп (24x30 см.)

Заднепередняя проекция

Окружность черепа 19 + 69 40 0,15 69 20 0,075

Лицевой череп, сбоку 16 + 63 25 0,05 63 15 0,035

Мозговой череп, сбоку 16 + 63 25 0,09 69 15 0,05

Череп осевой 22 + 83 60 0,3 83 30 0,15

Пирамида височной кости 17 + 76 60 0,3 76 30 0,15

Пирамида височной части 17 + 69 60 0,3 69 30 0,15

По Штенверсу

Придаточная пазуха носа 22 + 69 60 0,3 69 30 0,15

Нижняя челюсть 11 57 25 0,03 57 15 0,02

Грудная клетка (40x40 см.)

Переднезадняя проекция

I - УП ребра 20 + 69 25 0,75 69 15 0,45

VIII -XII ребра 21 + 69 60 3,0 76 30 1,5

Грудина 21 + 63 40 0,9 69 20 0,6

Грудина, сбоку 30 + 63 60 0,9 69 20 0,6

Ключица 14 + 63 15 0,2 69 8 0,15

Лопатка 17 + 63 20 0,3 69 10 0,15

Лопатка сбоку 14 + 63 60 0,9 69 20 0,45

Чувствительность экспонометра устанавливают на пульте управления. Чувствительность комбинации экран-плёнка зависит от энергии рентгеновского излучения. Эту зависимость часто называют ходом с жесткостью. Для обеспечения экспонометром одинаковой плотности почернения в широком диапазоне значений напряжения необходимо, чтобы зависимость чувствительности ионизационной камеры экспонометра от энергии излучения была такой же, что и у комбинации экран-пленка. Применение автоматического реле экспозиции позволило разработать новый принцип выбора уставок, на основе которого условия снимка задаются в зависимости от вида объекта съемки. В режиме автоматики по органам при помощи одной лишь клавиши выбирают фиксированное значение напряжения на трубке, фокус трубки и рабочее поле

автоматического реле экспозиции. Выбор режима зависит от специализации рабочего места и чувствительности фотоматериала и осуществляется дистанционно с пульта управления аппарата.

Применение экспонометра характеризуется некоторыми особенностями. Наиболее важная из них - инерционность системы отключения напряжения по сигналу от экспонометра. Для возможности оценки влияния этой инерционности на рентгенографический эффект введено понятие «рентгенографическая задержка», которая определяет влияние времени на почернение пленки. Качество работы аппарата с экспонометром тем выше, чем меньше это время. Рентгенографическая задержка аппарата РУМ-20 до 1976 г. составляла 0,012 с, а после введения более совершенного реле времени с 1976 г. стала 0,005 с. Такая задержка обеспечивает устойчивую работу экспонометра вплоть до выдержек 0,02 с.

В среднечастотных питающих устройствах задержка на включение высокого напряжения столь мала, что устойчивая работа экспонометра обеспечивается до длительностей 0,005 -0,01 с, что практически снимает все ограничения по выбору напряжения на трубке при работе с экспонометром.

При производстве снимков конечностей и костной системы реле экспозиции нецелесообразно применять в тех случаях, когда измерительное поле не перекрывается объектом исследования, так как прямой пучок, попав в это поле, может вызвать преждевременное отключение рентгеновского аппарата и снимок будет недоэкспонирован. Если выполняются обзорные снимки на экраноснимочном устройстве (ЭСУ), то следует учитывать, что удаление пациента от кассеты с пленкой может привести к увеличению плотности почернения пленки на 0,10,3, поскольку камера реле экспозиции и система экран-пленка по-разному реагируют на рассеянное излучение.

Использование реле экспозиции привело к существенному повышению качества рентгенограмм, в первую очередь к

снижению брака и к минимизации дозы облучения, если обеспечивается нормализованный процесс фотообработки. Приборы обеспечивают качественное экспонирование рентгеновской пленки до 3000 Р"1. В табл. 6.2 приведены разработанные нами режимы автоматики по органам в среднечастотных рентгеновских аппаратах «Медикс-Р» и «Телемедикс-Р», производства ЗАО «Амико» (выборочно).

Разработаны таблицы режимов работы с индикацией ЭД для цифровых систем рентгенографии с учетом чувствительности применяемых цифровых детекторов и особенностей их работы.

Таблица 6.2.

Режимы для прямой рентгенографии при работе с экспонометром в комплексах "Медикс-Р", "Телемедикс-Р".

Органы пациента (масса тела 75 кг, рост 175 см) Фокус Фокусное расстояние Рекомендуемые установочные величины

кВ Поле экспонометра мкЗв Е'(-) мАс

гипер-стеник Норма Гипос-теник

1 2 3 4 5 6 7 8

Череп (24x30)

Окружность черепа Малый 100 70 70 70 центр 2,0

Череп сбоку 100 60 60 60 12

Череп осевой 100 80 80 80 -"- 3,0

Пирамида височной кости 100 70 70 70 3,0

Придаточная пазуха носа 100 70 70 70 1,0

Нижняя челюсть 100 60 60 60

Грудная клетка (40 х 40 )

I - VII ребра Малый 100 80 70 60 2боковых 25,0

УШ-ХП ребра 100 90 80 70 2боковых 33,0

Грудина 100 80 70 70 центр 16,0

Грудина сбоку 100 80 70 70 -"- 10,0

Ключица 100 60 70 60 10,0

Лопатка 100 80 70 60 10,0

Лопатка сбоку 100 80 70 60 -"-

Легкие Большой 150 80 80 70 2боковых 10,0

Легкие и сердце сбоку 150 90 90 80 центр 15,0

Сердце 200 100 90 80 25,0

Пищевод 70 90 80 80 40,0

Брюшная полость (18 х 24 см)

Переднезадняя проекция

Почки (одна) Малый 100 70 70 60 Центр 750

То же сбоку 100 80 80 70 750

Мочевой пузырь 100 80 80 70 105

Мочевой пузырь, снимок 100 80 80 70 100

По оси ] задне- Большой 70 80 80 70 20

Рельеф желудка Лпередняя -"- 70 90 80 70 20

Наполнение желужка 1 проекция

Желудок и кишечник обзорно Малый 100 100 90 80 3 поля 120

(в положении лежа)

Брюшная полость при Большой 100 ПО 100 90 3 поля 120

беременности (прямой обзорный

снимок)

То же сбоку Большой 100 120 НО 100 Центр 100

Шейные позвонки (18 х 24см)

Переднезадняя проекция:

Шейные позвонки прямо Малый 100 80 80 70 Центр 3,0

Шейные позвонки сбоку -"- 150 80 80 70 3,0

Позвоночник (30 х 40см)

Переднезадняя проекция:

Верхний грудной позвонок Малый 100 80 80 70 Центр 30

Нижний грудной позвонок 100 90 80 80 40

Грудной позвонок сбоку 100 90 80 80 25

I—IV поясничные позвонки 100 80 80 70 30

То же сбоку 100 90 90 80 - 60

V поясничный позвонок 100 90 80 80 180

То же сбоку 100 100 90 80 70

Проведенные исследования позволили перейти к созданию конкретных систем оценки ЭД при рентгенодиагно-стических исследованиях, на нескольких принципах: при измерении количества электричества, протекающего через трубку, и одновременно при измерении произведения дозы на площадь на выходе диафрагмы рентгеновского излучателя, при использовании сигнала рентгеновского экспонометра, регистрирующего дозу за объектом исследования, а также по регистрации рассеянного объектом излучения.

Предложены оригинальные технические решения для индикаторов ЭД по сигналам произведения дозы на площадь и количества электричества через трубку, по сигналу рентгеновского экспонометра, по измерению рассеянного объектом излучения и по измерению экспозиции, защищенные тремя патентами РФ (рис.10).

Глава 7посвящена результатам внедрения настоящей работы.

Результаты проведенных исследований позволили провести разработку ряда современных рентгенодиагностических аппаратов для общей и специальной диагностики и ограничить в них ЭД возможным минимальным уровнем

Рис. 10. Блок-схемы индикаторов ЭД:

а) при измерении ВИ5И (уравнение 2.7);

б) при измерении дозы в плоскости приемника 08Ч (2.8);

в) при измерении дозы рассеянного излучения Вр„ (2.9);

г) при измерении экспозиции (2.10).

1- измеритель, 2 - вычислительный блок, 3 - дисплей, 4 - принтер.

В разработанном комплексе для общей диагностики «Медикс-Р» для минимизации ЭД используются следующие технические решения:

- применено среднечастотное питающее устройство 50 кВт с уровнем пульсаций не более 4 %.

- применены, разработанные в рамках настоящей работы, таблицы экспозиций при ручной и автоматической по органам режимах работы с регистрацией ЭД;

- разработан и применен УРИ с цифровым запоминанием кадра «Аметист».

В разработанном телеуправляемом комплексе «Телеме-дикс-Р» для минимизации ЭД использованы следующие технические решения, снижающие дозу при исследовании:

- среднечастотное питающее устройство до 60 кВт с уровнем пульсаций не выше 4 %;

- автоматическая диафрагма, поддерживающая постоянство размера рабочего поля;

- режим импульсного просвечивания с форсировкой тока;

- режим стабилизации мощности дозы при просвечивании;

- перестраиваемая система автоматики по органам с индикацией ЭД по сигналу автоматического рентгеноэкспонометра;

- УРИ с диаметром входного поля 12 дюймов и цифровым разложением по двойному ТВ стандарту.

Разработан ряд цифровых малодозовых флюорографов с минимальным уровнем ЭД с защитной кабиной в стационарном и транспортабельном (на шасси автомобиля и в ящичной укладке) вариантах:

-аппарат-приставка для цифровой флюорографии АГЩФ-01 «Амико» на базе преобразующей системы «экран-оптика-ПЗС»;

- сканирующие флюорографы с твердотельными линейными детекторами ФМЦС «ПроСкан» моделей «ПроСкан-2000» с разрешением 2,2 мм*1 при дозе в плоскости приемника 100 мкР/кадр и «ПроСкан-7000» с разрешением 3,7 мм-1 при дозе 300 мкР/кадр.

Разработан передвижной хирургический аппарат АРХП «Амико», снабженный средствами для минимизации ЭД: режимом «пульс-флюоро», цифровым запоминанием кадров,

высокочувствительным УРИ «Аметист», развитой систехмой программного обеспечения для обработки изображений.

Разработан и выпускается серийно радиовизиограф «Денталикс» для цифровой рентгенографии в стоматологии, обеспечивающий пространственное разрешение до 25 мм" при четырехкратном снижении ЭД по сравнению с пленочной инраоральальной съемкой, а также полный номенклатурный ряд средств радиационной защиты, рекомендованный МЗ РФ.

Выводы.

1. Представленная работа решает крупную научную проблему отечественного здравоохранения, имеющую важное социальное и хозяйственное значение - обеспечение минимизации дозы облучения пациентов при рентгенодиагности-ческих исследованиях.

2. В работе проведены комплексные исследования методов и аппаратных средств, позволяющих снизить до возможного минимума дозу при исследовании, создана классификация параметров рентгеновских изображений и исследована их связь с минимально необходимой дозой в плоскости приемника.

3. На базе предложенных физических моделей и фантомных экспериментальных исследований впервые построены таблицы уставок органавтоматики среднечастотного РДА и таблицы для расчета эффективных эквивалентных доз, получаемых при рентгенографическом обследовании 52 основных органов в широком диапазоне применяемых энергий от 40 до 125 кВ.

4. Разработаны и реализованы системы для определения и регистрации ЭД как в ручных, так и в автоматических режимах работы РДА на основе измерения количества электричества, произведения дозы на площадь на выходе диафрагмы, рассеянного излучения, а также дозы в плоскости приемника, задаваемой экспонометром, защищенные патентами РФ.

5. В процессе работы исследовано также влияние на значение ЭД основных конструктивных характеристик РДА:

размера фокуса, фокусного расстояния, ширины коллиматоров. Показано, что наиболее выгодными для экономии дозы могут оказаться фасонные фильтры и изменяющиеся в пространстве сканирования коллиматоры.

6. Разработаны защищенные патентами РФ методы снижения ЭД при просвечивании путем применения специализированных фильтров и математической обработки изображения.

7. Исследовано влияние на ЭД средств радиационной защиты. Предложены конструкции средств защиты от рассеянного излучения, позволяющие значительно сократить дозовые нагрузки на пациентов и персонал.

8. На основе проведенных исследований разработаны и внедрены в серийный выпуск фирмами ЗАО «Амико», ЗАО «Рентгенпром» и ООО «Рентген-Комплект» ряд рентгеновских аппаратов и принадлежностей нового поколения, успешно работающие в ЛПУ Российской Федерации:

♦ рентгенодиагностические комплексы «Медикс-Р», «Телемедикс-Р», более 300 едениц,

♦ цифровые флюорографы АПЦФ-01 «Амико», ФМЦС «ПроСкан», более 250 едениц,

♦ передвижные цифровые флюорографические кабинеты на шасси ЗИЛ и КАМАЗ, более 40 едениц,

♦ дентальные цифровые рентгеновские аппараты «Денталикс», более 50 едениц,

♦ цифровые усилители рентгеновского изображения с ПЗС-детектором первого и второго телевизионного стандарта «Аметист-230» и «Аметист-300», более 200 едениц,

♦ Передвижные рентгенохирургические аппараты АРХП «Амико», более 10 едениц,

♦ полный номенклатурный ряд средств индивидуальной и коллективной радиационной защиты для рентгеновских кабинетов «КИРЗИ», более 1000 едениц.

Работы, опубликованные по теме диссертации.

1. Н.Н. Блинов. Проблемы технического переоснащения службы рентгенодиагностики Российской Федерации. Медицинская техника № 6,1998 г.

2. Н.Н. Блинов, Н.Н. Блинов. Состояние и перспективы развития цифровой рентгенодиагностики для профилактических исследований грудной клетки. Тезисы доклада Всероссийского симпозиума "Биомедприбор", октябрь 1998 г. Москва ВНИИМП-Вита.

3. Н.Н. Блинов, Н.Е. Станкевич. Рентген одиагностические комплексы "Медикс-Р", "Телемедикс-Р" с цифровой регистрацией изображения. М. Медицинская техника № 6, 1998 г.

4. Н.Н. Блинов, Н.Н. Блинов. Роль рентгенодиагностики в неотложных мерах борьбы с туберкулезом. М. Медицинский бизнес, № 8 (50), 1998 г.

5. Н.Н. Блинов (мл.), М.Б. Губенко. Приставка для цифровой флюорографии АПЦФ-01. Тезисы доклада на симпозиуме международной выставки "Больница 98". С.Петербург, сентябрь 1998 г.

6. Н.Н Блинов, Н.Н. Блинов, А.И. Лейченко, И.Л. Урванцова. Устройство для анализа радиационного поля рентгеновского или гамма-излучателя. Авт.св СССР№ 1454096, А11997 г.

7. Н.Н. Блинов (мл.). Исследование и разработка цифровых рентгенопреобразующих систем для исследования легких. Диссертация кандидата технических наук. М. ВНИИИМТ, 1998 г.

8. Н.Н. Блинов (мл.). Формирование рентгеновского изображения. Глава 3 в книге Основы рентгенодиагностической техники. Под редакцией Н.Н. Блинова. М. Медицина 2002 г.

9. Р.В. Ставицкий, В.Н.Васильев, Л.А. Лебедев, Н.Н. Блинов. Концепция безопасности лучевой диагностики и терапии. Медицинская техника, 1991, №5,22-28.

10. Н.Н. Блинов, В.П. Гуслистый, Н.Н. Новицкая, Г.И. Снегирева, П.В.Степанов. Использование нестатистических методов распознавания образов для выявления групп риска среди лиц, принимавших участие в ликвидации последствий аварии на ЧАЭС. Медицинская радиология. 1993, №4, 11-13.

11. Автоматизированная классифицирующая система (АКС). (В.П. Гуслистый, Л.А. Лебедев, Р.В. Ставицкий, Н.Н. Блинов (мл.). Глава 2 в книге "Кровь - индикатор состояния организма и его систем". П. ред. Р.В. Ставицкого. М. МНПИ, 1999 г, с. 21-34.

12. Контроль состояния организма при радиационном воздействии (Р.В. Ставицкий, Н.Н. Блинов (мл.), Л.А. Лебедев и другие) Глава 5. Там же с. 60-138.

13. Учет индивидуальной чувствительности организма при лучевой терапии (Р.В. Ставицкий, Н.Н. Блинов (мл.), Л.А. Лебедев, В.П. Гуслистый и другие). Глава 7 в книге Аспекты клинической дозиметрии. П. ред. Р.В. Ставицкого М. МНПИ, 2000, с. 293-336.

14. Н.Н. Блинов (мл.). Стандартизация технических условий выполнения рентгенологических исследований. Глава 1.2. в книге "Медицинская рентгенология". П. ред. Р.В. Ставицкого. М. МНПИ, 2003, с. 28-37.

15. Н.Н. Блинов (мл.), М.И. Зеликман . Цифровые системы и их реализация. Глава 1.5. Там же, с. 69-78.

16. Р.В. Ставицкий, Ю.В. Варшавский, Н.Н. Блинов (мл.) и другие. Способы снижения дозовых нагрузок на пациентов при рентгенологических исследованиях. Глава 2.5. Там же, с. 234-286.

17. Н.Н. Блинов, Н.Н. Блинов (мл.), Р.В. Ставицкий. Оценка дозы облучения пациентов при рентгенографии на отечественных рентгенодиагностических комплексах. Медицинская физика № 6, 1999 г. с. 18-25.

18. Блинов Н.Н. (NO.), Борисов А.А., Вейп Ю.А. и др. Цифровая камера ЦВК-1 для флюорографии и рентгенографии. Медицинская техника № 5. 1999. С. 30-31.

19. Н.Н. Блинов, В.В. Уваров Закрытое акционерное общество "АМИКСГ (рентгенотехника). Медицинская техника № 5, 2002 г. с. 4748.

20. Н.Н. Блинов, Э.Б. Козловский, С.И.Лузин, И.Г.Плутов, В.И.Родин Оптимизация динамической нерезкостии повышение качества изображения цифрового усилителя рентгеновского изображения УРИ230-«Аметист». Медицинская техника № 5, 2002 г. с. 3-6.

21. Н.Н.Блинов (мл.), М.Б. Губенко, П.М. Уткин Рентгенодиагностическая аппаратура в стоматологии. Медицинская техника № 5, 2000 г, с.40-45.

22. Н.Н. Блинов (мл.), М.Б. Губенко, П.М. Уткин. Экономическая целесообразность цифровой флюорографии. Медицинская техника № 5, 1999 г. с. 14-44.

23. Н.Н.Блинов. Н.Н. Блинов (мл.), А.Н. Гуржиев, Н.Е. Станкевич. Выбор режимов рентгенодиагностических исследований. Глава 8 в книге "Основы рентгенодиагностической техники". М. Медицина, 2002.

24. Н.Н. Блинов, Н.Н. Блинов (мл.), В.Л. Ярославский. РДК общего назначения. Глава 4, том 1, в кн. Рентгеновские диагностические аппараты. В 2-х томах. П. ред. Н.Н. Блинова и Б.И. Леонова с. 156-184.

25. Н.Н. Блинов (мл.), В.Г. Веденков,. Ф.Г. Горелик и другие. Флюорографы. Глава 5, том 1, там же, с. 185-214.

26. Н.Н.Блинов (мл.), М.Б. Губенко, П.М. Уткин. Рентгеновские стоматологические аппараты. Глава 8, том 2, там же, с. 41-84.

27. Н.Н. Блинов ЗАО «Амико» (рентгенотехника) 10 лет. Радиология -практика. №2.2004.

28. Блинов Н.Н. Устройство для формирования рентгеновского изображения. Патент РФ на полезную модель № 37294 от 10.04.04

29. Блинов Н.Н. Устройство для определения эффективной дозы облучения пациента при рентгенодиагностическом исследовании. Патент РФ на полезную модель № 36956 от 10.04.04

30. Блинов Н.Н., Гуржиев А.Н. Устройство для формирования рентгеновского изображения. Патент РФ на полезную модель №40571 от 10.09.04

31. Блинов А.Б., Блинов Н.Н., Станкевич Н.Е. Устройство для определения эффективной дозы облучения при рентгенодиагностическом исследовании. Патент РФ на полезную хмодель №40572 от 10.09.04

32. Воздействие на организм человека вредных и опасных физических производственных факторов. Метрологические аспекты. Серия Экометрия. Том 2. Лучевая диагностика. Рентгенодиагностическая аппаратура (Блинов Н.Н., Блинов Н.Н., Бригадзе Ю.И., Ярына Д.В.) Госстандарт. 2004.

33. Воздействие на организм человека вредных и опасных физических производственных факторов. Метрологические аспекты. Серия Экометрия. Том 2. Лучевая диагностика. Компьютерная томография. (Н.Н.Блинов, Н.Н. Блинов). Госстандарт. 2004.

34. Н.Н.Блинов, А.В. Федотов. Комплексы для общей диагностики «Медикс-Р» и «Телемедикс-Р». Радиология и практика. № 3.2004.

35. Бердяков Г.И., Блинов Н.Н. (мл). Компактный рентгеновский мультиметр с мобильным компьютером. Медицинская техника № 5. 2004.

36. Блинов Н.Щмл.), Зеликман М.И., Поросев В.И. и др. Анализ влияния корелляции сигналов каналов приемников цифрового изображения на квантовую эффективность. Медицинская техника. № 5. 2004.

37. Блинов Н.Н. (мл.), Гуржиев А.Н., Гуржиев С.Н., Кострицкий А.В. Сканирующий малодозовый цифровой флюорограф ПроСкан 7000. Медицинская техника. № 5.2004.

38. Блинов Н.Н. (мл.), Гуржиев А.Н., Гуржиев С.Н., Кириченко М.Г., Кострицкий А.В. Исследование параметров сканирующих рентгенографических систем. Медицинская техника. № 5. 2004.

39. Блинов Н.Н., Гуржиев А.Н. Оптимизация физико-технических режимов в цифровом флюорографе ПроСкан 7000. Тезисы доклада. Третий Всероссийский форум «Изделия медицинского назначения и медицинская техника". Круглый стол «Аппаратура и оборудование, применяемые в службе лучевой диагностики. Москва. 21.04.2004.

40. Б.И. Леонов, Э.Б. Козловский, Н.Н. Блинов (мл.), А.Н. Гуржиев А.Н. Сравнительные характеристики отечественных цифровых флюорографов. Здравоохранение и медицинская техника № 4 (8). 2004, с. 34-35.

41. Блинов Н.Н. Рекомендации по определению квантовой эффективности БрЕ. Медицинская физика №2. 2004. с.36

42. Блинов А.Б. Блинов Н.Н. Устройство для формирования рентгеновского изображения. Положительное решение по заявке на Патент РФ №2004123447 от 05.08.2004

43. Блинов Н.Н., Станкевич Н.Е. Устройство для определения эффективной дозы облучения пациента при рентгенодиагностическом исследовании. Положительное решение по заявке на Патент РФ №2004123448 от 05.08.2004

44. Блинов Н.Н, Федотов А.А. Телемедикс-Р - современный рентгенодиагностический комплекс российского производства. Здравоохранение. №4,2004, с. 183-185

45. Блинов Н.Н., Гуржиев А.Н., Станкевич Н.Е. Анализ состояния отечественного парка рентгенодиагностической аппаратуры и перспективы его развития. Менеджер здравоохранения №8 2004. с.59

46. Блинов Н.Н. Физические модели оценки дозовых нагрузок при современных рентгенодиагностических исследованиях. Медицинская физика №4 2004. готовится к печати

47. Блинов Н.Н., Гуржиев А.Н., Зеликман М.И., Кокуев А.Н. Кострицкий А. В. Результаты апробации методов контроля характеристик цифровых приемников рентгеновского изображения по стандарту предприятия ВНИИИМТ. Медицинская техника №6 2004. готовится к печати

|ß1 766 8

РНБ Русский фонд

2005-4 12843

Введение.

Глава I. Анализ особенностей современных аппаратов для визуализации 10 цифровых рентгеновских изображений с позиций минимизации дозы облучения при исследовании

1.1. Мировые тенденции развития рентгенодиагностической аппаратуры

1.2. Анализ состояния отечественного парка рентгенодиагностической 16 аппаратуры и постановка задачи работы

1.3. Классификация аппаратов для формирования цифровых медицинских 19 рентгеновских изображений

Выводы к главе

Глава 2. Анализ зависимостей эффективной дозы от параметров исследований

2.1. Понятие об эффективной эквивалентной дозе

2.2. Исследование возможностей определения ЭД в процессе рентгенодиагностического исследования

2.3. Зависимость ЭД от параметров исследования

2.4. Разработка аналитических моделей определения ЭД 55 Выводы к главе

Глава 3. Экспериментальное измерение ЭД на тканеэквивалентных фантомах.

3.1 Измерение рассеянного излучения при стандартной рентгенографии

3.2 Измерение рассеянного излучения при сканирующей флюорографии 62 3.3. Экспериментальное исследование эффективных доз при линейной томографии. 66 Выводы к главе

Глава 4. Исследование влияния параметров цифровых РДА на ЭД

4.1. Характеристики цифровых рентгеновских изображений

4.1.1. Энергетические характеристики изображений

4.1.2. Пространственные характеристики изображений

4.1.3. Градационные характеристики изображения

4.2. Доза облучения пациента в цифровых системах для рентгенографии

4.3. Исследование дозовых нагрузок при сканирующей рентгенографии

4.4. Рекомендации по определению квантовой эффективности DQE

4.5. Методы снижения дозы облучения с помощью оптимизации средств 107 радиационной защиты

4.6. Методы снижения лучевой нагрузки формированием пространственного 114 распределения излучения

4.7. Снижение дозы облучения при просвечивании

4.7.1. Метод непрерывного вращения детекторов линейки

4.7.2. Метод объемной фильтрации и изменения размеров 121 пикселей

Выводы к главе

Глава 5. Разработка таблиц для определения эффективных доз облучения пациентов при рентгенографии на среднечастотном рентгеновском аппарате

5.1. Актуальность определения ЭД

5.2. Оценка удельных эффективных доз облучения при рентгенографии на 128 среднечастотных аппаратах по фантомным измерениям

5.3. Определение коэффициента Ке для оценки ЭД по радиационному выходу 157 излучателя

5.4. Оценка ЭД по показаниям прибора для измерения произведения дозы на 179 площадь

5.5. Комментарии к таблицам удельных эффективных доз

5.5.1. Входная доза

5.5.2. Эффективная доза (ЭД)

5.5.3. Исследуемый орган

5.5.4. Фокусное расстояние

5.5.5. Удельный радиационный выход

5.5.6. Анодное напряжение

5.5.7. Размеры рабочего пучка

5.5.8. Фильтрация излучения

5.5.9. Возраст пациента

5.6. Таблицы экспозиций и эффективные дозы облучения пациентов в дентальной рентгенологии

5.7. Выбор физико-технических условий маммографического исследования 211 Выводы к главе

Глава 6. Разработка систем контроля ЭД при рентгенодиагностическом исследовании

6.1. Выбор системы контроля ЭД

6.2.Выбор физико-технических условий рентгенографии на отечественных 217 рентгенодиагностических комплексах

6.3. Выбор условий работы с рентгеноэкспонометром

6.4. Выбор режимов при цифровой рентгенографии

6.5. Разработка системы регистрации ЭД в рентгенодиагностической 235 аппарататуре

Выводы к главе

Глава 7. Разработка РДА нового поколения. Внедрение результатов исследования

7.1 .Минимизациия дозы облучения при рентгеновском просвечивании

7.2. Разработка РДА общего назначения «Медикс-Р» и «Телемедикс-Р»

7.3. Малодозовый цифровой флюорограф АПЦФ-01 «Амико»

7.4. Сканирующий малодозовый цифровой флюорограф ФМЦС«Проскан»

7.5. Оптимизация физико-технических условий цифровых рентгенографических систем

7.6. Разработка рентгенохирургического аппарата типа «С-дуга» 268 7.7 Цифровой стоматологический визиограф «Денталикс» 270 Выводы к главе

Актуальность работы.

Рентгенодиагностическая аппаратура в XXI веке, как и прежде, остается доминирующей в лучевой диагностике заболеваний человеческого организма. Несмотря на бурное развитие новых методов лучевой диагностики, таких как ультразвуковые, магнитно-резонансные, эндоскопические, радиоизотопные, до сих пор большая часть диагнозов, устанавливается или подтверждается с помощью рентгеновских исследований. Каждый год в мире увеличивается количество рентгенодиагностических исследований, одновременно возрастает их сложность и дозовая нагрузка. При этом более 70 % надфоновой генетически значимой дозы облучения человечества приходится на рентгенодиагностические исследования.

Основной задачей развития современной медицинской рентгенотехники остается проблема максимально возможного снижения дозы облучения при сохранении, а по возможности и при увеличении диагностически существенной информации. Обязательная регистрация дозы облучения пациентов при регтгенодиагностических исследованиях нормирована Законом о радиационной безопасности населения РФ.

К моменту начала настоящей работы в области рентгенодиагностической техники все традиционные методы снижения лучевой нагрузки были практически исчерпаны: во всех методах диагностики был почти достигнут принципиальный физический предел снижения дозы, определяемый квантовыми флуктуациями рентгеновского излучения.

Новый подход, заключающийся в переходе от аналоговых к дискретным компьютерным средствам формирования рентгеновских изображений, позволил в ряде случаев преодолеть достигнутый минимальный уровень дозовой нагрузки на пациента при существенном повышении диагностических возможностей. К настоящему времени цифровые методы преобразования рентгеновских изображений победили пленочные регистраторы практически во всех методах рентгенодиагностики.

В восьмидесятых годах в нашей стране были сделаны попытки построить первые цифровые рентгенодиагностические системы [3-8], которые, однако, не выходили за рамки компьютерных автоматизированных рабочих мест, обеспечивающих апостериорную цифровую обработку или запоминание рентгеновских изображений, полученных в аналоговой форме на обычных рентгеновских аппаратах.

Наиболее актуальной для России в то время являлась замена малоинформативной высокодозной пленочной флюорографии легких на малодозовые цифровые исследования. Эта задача была важна в связи с угрожающим ростом туберкулеза. В свете этого требовали осмысления методы измерения характеристик цифровых изображений, дозовых и радиационных параметров рентгенодиагностических аппаратов (РДА).

В последнее десятилетие развитие РДА в нашей стране было направлено преимущественно на разработку цифровых технологий [3,4,5, 8,10,11].

Первой законченной разработкой, выполненной специально для цифровой рентгенографии, являлась сканирующая рентгеновская установка для цифровой рентгенографии МЦРУ "Сибирь", созданная ИЯФ им. Будкера Сибирского филиала АН РФ, с оригинальной линейкой ксеноновых детекторов [4]. При значительном снижении дозы и расширении динамического диапазона эта система в принципе не способна была обеспечить пространственного разрешения выше 0,9 мм"1 и находила лишь ограниченное применение.

К настоящему времени создано более десяти моделей цифровых аппаратов для флюорографии и рентгенографии с различными типами детекторов: сканирующих на основе газовых и твердотельных детекторов, рентгенографических камер на основе оптики переноса [16], с применением электронных усилителей рентгеновского изображения [88].

За рубежом созданы и промышленно выпускаются многочисленные цифровые системы для субтракционной ангиографии, для цифровой рентгенографии и импульсного "цифрового" просвечивания с использованием "стимулируемых" люминофоров и твердотельных полноформатных матриц на фотодиодах. [81]. Несколько раньше (в конце восьмидесятых годов прошлого столетия) Нудельманом с соавторами (США) были разработаны общие теоретические аспекты перехода к цифровым системам формирования медицинских изображений [114, 163]. Принципы, разработанные Нудельманом, были основаны на использовании традиционных УРИ и стандартных телевизионных систем с видиконами и изоконами в качестве телевизионных трубок.

В последние годы особенно бурно развиваются новые типы одно - и двумерных детекторов излучения, основанных на использовании твердотельных фотодиодов и т.н. приборов с зарядовой связью - ПЗС-линеек и ПЗС-матриц, обладающих рядом принципиальных особенностей.

Все эти новые технические решения радикальным образом меняют технологию рентген оди агностического исследования и условия формирования дозы облучения пациента.

Широкие возможности, предоставляемые новыми системами детектирования, требуют новых подходов к важнейшей задаче лучевой диагностики — минимизации дозы облучения при исследовании. Новизна этих подходов, помимо повышения чувствительности цифровых детекторов в несколько раз, определяется также и тем, что с переходом к цифровым методам появляется новое понимание основных параметров рентгеновских диагностических аппаратов, характеристик медицинских цифровых рентгеновских изображений, а также их связи с дозой облучения пациента.

Теоретической и методической базой работы служат труды ведущих ученых и специалистов Е.С. Бару, Н.Н. Блинова (ст.), Ю.В. Варшавского, J1.B. Владимирова, М.И. Зеликмана, Б.М. Кантера, В.В. Клюева, Э.Б. Козловского, Б.И. Леонова, А.И. Мазурова, Р.В. Ставицкого, А.Г. Хабахпашева, А.Н. Черния и ряда других.

Цель работы.

Целью настоящей работы является теоретическое обоснование и разработка методов минимизации лучевой нагрузки на пациента при рентгенодиагностических исследованиях за счет оптимальной конструкции рентгеновских аппаратов и защитных средств, рационального выбора физико-технических режимов работы, расчета и регистрации эффективной дозы облучения.

Постановка задач:

• создать теоретическое обоснование и разработать принципы рационального построения малодозовых цифровых рентгенодиагностических аппаратов, выбора физико-технических режимов для РДА с системами автоматики по органам при рентгенографии с указанием значения эффективной дозы облучения пациента;

• разработать аналитические методы определения эффективной дозы (ЭД) по измеренным значениям физических параметров исследования: радиационному выходу, произведению дозы на площадь, входной дозе в плоскости приемника и излучению, рассеянному объектом;

• провести исследование влияния на дозу облучения физико-технических условий генерирования и формирования изображения для цифровых, и в ; первую очередь, сканирующих рентгенографических аппаратов и предложить условия, обеспечивающие минимизацию лучевой нагрузки;

• разработать критерий определения необходимой дозы в плоскости приемника по минимальному допустимому отношению сигнал/шум с учетом характеристик зрительного анализатора и эксплуатационных характеристик тракта преобразования;

• создать системы определения эффективной дозы облучения пациента, в том числе при подвижном веерном рабочем пучке (сканирующая рентгенография);

• разработать ряд рентгеновских диагностических аппаратов и принадлежностей нового поколения, обеспечивающих минимизацию дозы лри исследовании.

Научная новизна.

Впервые проведен комплексный анализ методов определения эквивалентной дозы облучения пациента по измерению характеристик тракта преобразования энергии в РДА на основе следующих физических моделей:

1. радиационному выходу излучателя,

2. произведению дозы в рабочем пучке на его площадь,

3. входной дозы в плоскости детектора,

4. интенсивности рассеиваемого объектом излучения,

5. количеству электричества, протекающего через рентгеновскую трубку в процессе экспозиции.

Впервые измерены экспериментально на тканеэквивалентном фантоме с ТЛД эффективные дозы при специальных рентгеновских исследованиях на РДА с частотным питающим устройством: линейной томографии и сканирующей цифровой флюорографии.

Впервые построены экспериментальные зависимости ЭД от дозы рассеянного объектом излучения. Разработан метод регистрации ЭД при сканирующей цифровой флюорографии по измерению рассеянного излучения. На основе теоретических разработок и фантомных экспериментальных исследований разработаны рациональные таблицы экспозиций с расчетными значениями ЭД, обеспечивающие минимальный уровень облучения пациента для среднечастотных питающих устройств и современных высокочувствительных детекторов излучения для РДК общего назначения, экспериментально подтвержденные в процессе эксплуатации комплексов «Медикс-Р» и «Телемедикс-Р».

5. Впервые разработаны рациональные условия применения автоматических экспонометров с указанием удельных эффективных доз для аппаратов общего назначения, а также для дентальных и маммографических аппаратов, экспериментально подтвержденные при эксплуатации комплексов.

6. Проведено исследование зависимостей дозовых нагрузок от параметров качества рентгеновских изображений и геометрии исследования для цифровых, в первую очередь, сканирующих рентгеновских аппаратов и определены условия для их минимизации, экспериментально проверенные при эксплуатации цифровых флюорографов АПЦФ-01 «Амико» и ФМЦС «ПроСкан».

7. Впервые разработан метод снижения лучевой нагрузки при рентгеноскопии с УРИ путем цифрового бинирования пикселей в разных зонах изображения, подтвержденный патентом РФ.

8. Предложены системы радиационной защиты, ограничивающие рассеянное объектом излучение, что в ряде исследований приводит к снижению ЭД до 25 %.

Научно-практическая значимость работы:

Решение крупной научной проблемы, имеющей важное социальное и хозяйственное значение, снижения генетически значимой дозы облучения населения Российской Федерации за счет создания высокоэффективных систем генерирования и регистрации рентгеновского излучения при рентгенодиагностике, а также определения и учета эффективной дозы облучения пациента.

Научно-практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты нашли применение в разработанных и внедренных за 10 лет деятельности ЗАО «Амико», ЗАО «Рентгенпром» и ООО «Рентген-Комплект» и выпускаемых серийно:

• рентгенодиагностических комплексах «Медикс-Р», «Телемедикс-Р»

• цифровых флюорографах «АПЦФ-Амико», «ФМЦС-Проскан»

• передвижных цифровых флюорографических кабинетах на шасси ЗИЛ и КАМАЗ

• дентальных цифровых рентгеновских аппаратах «Денталикс»

• цифровых усилителях рентгеновского изображения с ПЗС-детектором первого и второго телевизионного стандарта «Аметист-230» и «Аметист-300»

• Передвижных рентгенохирургических аппаратах «АРХП-Амико»

• полном номенклатурном ряде средств индивидуальной и коллективной радиационной защиты для рентгеновских кабинетов «КИРЗИ».

На защиту выносятся:

• Аналитические модели определения удельных значений ЭД по измеренным значениям радиационного выхода излучателя, входной экспозиционной дозы, дозы в плоскости приемника, экспозиции за исследование, рассеянного объектом излучения.

• Системы для регистрации ЭД в процессе рентгенодиагностических исследований при регистрации дозы на выходе, излучения, рассеянного объектом, экспозиции, обеспеченной экспонометром, защищенные патентами РФ.

• Результаты определения ЭД для аппаратов нового поколения во всем диапазоне применяемых в диагностике энергий (Va = 40-125 кВ) для широкого спектра методик рентгенодиагностического исследования (по 52 методикам) на основе фантомных экспериментов в условиях, максимально приближенных к реальным.

• Таблицы экспозиций для РДА нового поколения: среднечастотных рентгеновских генераторов и высокочувствительных детекторов, в том числе, цифровых с указанием значения эффективной дозы.

• Результаты исследований по рациональным условиям работы автоматических экспонометров в режиме «автоматики по органам» с указанием значений удельной ЭД, отнесенной к 1мАс.

• Разработанные, внедренные в клиническую практику и поставленные на серийное производство цифровые рентгенодиагностические аппараты для общей и специальной диагностики и средства радиационной защиты нового поколения, созданные под руководством автора в ЗАО «Амико», ЗАО «Рентгенпром» и ООО «Рентген-Комплект» в 1994 - 2004 г.г.

Структура работы, апробация и публикации.

Работа состоит из семи глав, введения, заключения, библиографии и приложений с актами внедрения. По работе опубликовано 23 статьи и 6 монографий. Получено авторское свидетельство СССР и 6 Патентов РФ, восемь работ выполнены единолично. Результаты доложены на трех Всероссийских симпозиумах и форумах, разработанные в рамках работы изделия демонстрировались на международных выставках: MEDICA (Дюссельдорф 1997-2003), Булмедика (София 1998), Здравоохранение (Москва 1996-2003), Больница (С. Петербург 1999-2003).

Выводы к главе 7.

1. Результаты проведенных исследований позволили провести разработку ряда современных рентгенодиагностических аппаратов для общей и специальной диагностики и ограничить в них ЭД возможным минимальным уровнем.

2. В разработанном комплексе для общей диагностики «Медикс-Р» для минимизации ЭД используются следующие технические решения:

- применено среднечастотное питающее устройство 50 кВт с уровнем пульсаций не более 4 %. применены, разработанные в рамках настоящей работы, таблицы экспозиций при ручной и автоматической по органам режимах работы с регистрацией ЭД;

- разработан и применен УРИ с цифровым запоминанием кадра «Аметист».

3. В разработанном телеуправляемом комплексе «Телемедикс-Р» для минимизации ЭД использованы следующие технические решения, снижающие дозу при исследовании: среднечастотное питающее устройство до 60 кВт с уровнем пульсаций не выше 4 %; автоматическая диафрагма, поддерживающая постоянство размера рабочего поля; режим импульсного просвечивания с форсировкой тока;

- режим стабилизации мощности дозы при просвечивании; перестраиваемая система автоматики по органам с индикацией ЭД по сигналу автоматического рентгеноэкспонометра;

УРИ «Аметист» Амико с диаметром входного поля 11 дюймов и цифровым разложением по двойному ТВ стандарту;

Индикация ЭД на экране монитора УРИ «Аметист» при просвечивании.

4. Разработан ряд цифровых малодозовых флюорографов с минимальным уровнем ЭД с защитной кабиной в стационарном и транспортабельном (на шасси автомобиля и в ящичной укладке) вариантах:

- аппарат-приставка для цифровой флюорографии АПЦФ-01 «Амико» на базе преобразующей системы «экран-оптика-ПЗС»; сканирующие флюорографы с твердотельными линейными матрицами детекторов ПроСкан 2000 с разрешением 2,2 мм-1 при дозе в плоскости приемника 200 мкР/кадр и ПроСкан 7000 с разрешением 3,7 мм'1 при дозе 400 мкР/кадр.

5. Разработан передвижной хирургический аппарат типа «С-дуга» АРХП«Амико», снабженный средствами для минимизации ЭД: режимом «пульс-флюоро», цифровым запоминанием кадров, высокочувствительным УРИ «Аметист», развитой системой программного обеспечения для обработки изображений.

6. Разработан и выпускается серийно рентгенодиагностический комплекс для цифровой рентгенографии в стоматологии, обеспечивающий пространственное разрешение до 20 мм-1 при четырехкратном уменьшении ЭД по сравнению с пленочной периапикальной съемкой.

7. Разработан и выпускается серийно полный номенклатурный ряд средств индивидуальной и коллективной радиационной защиты для всех видов рентгенодиагностики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Проведенный комплекс исследований позволяет сделать вывод, что представленная работа совокупно решает важную социальную народнохозяйственную задачу минимизации дозы облучения пациентов при рентгенодиагностических исследованиях.

В процессе работы проведены комплексные исследования методов и аппаратурных средств, позволяющих снизить до возможного минимума дозу при исследовании, создана классификация параметров рентгеновских изображений и исследована их связь с минимально необходимой дозой в плоскости приемника.

На базе фантомных экспериментальных исследований впервые построены таблицы для расчета эффективных эквивалентных доз, получаемых при рентгенографическом обследовании 52 основных органов в широком диапазоне применяемых энергий от 40 до 125 кВ.

Предложены и реализованы системы для определения и регистрации ЭД как в ручных режимах работы РДА, так и при автоматике по органам на основе измерения количества электричества, произведения дозы на площадь на выходе диафрагмы, а также дозы в плоскости приемника, задаваемой экспонометром, защищенные патентами РФ. Предложен метод определения ЭД по регистрации рассеянного объектом излучения.

В процессе работы исследовано также влияние на значение ЭД основных конструктивных характеристик РДА: размера фокуса, фокусного расстояния, ширины коллиматоров. Показано, что наиболее выгодными для экономии дозы могут оказаться фасонные фильтры и изменяющиеся в пространстве сканирования коллиматоры.

Предложены и защищены патентами РФ методы снижения ЭД при просвечивании путем непрерывного вращения фасонных щелевых коллиматоров.

Исследовано влияние на ЭД средств радиационной защиты. Показано, что наиболее эффективны для снижения рассеянного излучения, участвующего в формировании ЭД пациента, защитные воротники, фасонные экраны, устанавливаемые в зону прямого рабочего пучка. Предложены конструкции средств защиты от рассеянного излучения жалюзного типа, позволяющие значительно сократить их весовые характеристики.

Результаты комплекса приведенных исследований реализованы в созданном при участии и под руководством автора в рамках деятельности фирмы «Амико» типового ряда рентгеновских аппаратов общего и специального назначения, рентгеновского оборудования и принадлежностей, а также полной номенклатуры радиационных защитных средств. Это комплексы для общей рентгенологии «Медикс-Р», первый в стране телеуправляемый комплекс «Телемедикс-Р», аппараты и передвижные кабинеты для цифровой флюорографии, АПЦФ-01, ПроСкан 2000, ПроСкан 7000, усилитель изображения «Аметист» с цифровым выходом, многоцелевой передвижной хирургический аппарат типа «С-дуга» АРХП «Амико», система для цифровой рентгенографии зубов «Денталикс», полная номенклатура индивидуальных и коллективных средств радиационной защиты, фотолабораторное оборудование, включая автоматические проявочные машины и негатоскопы, передвижные флюорографические и маммографические кабинеты на шасси ЗИЛ и КАМАЗ.

В перспективных разработках ЗАО «Амико» создание малодозового цифрового сканирующего маммографа, универсального цифрового аппарата для горизонтальной и вертикальной рентгенографии с разрешением 3,5 мм"1 и дозой на кадр 400 мкР, где результаты работы найдут дальнейшее применение.

Общая номенклатура изделий для рентгенодиагностики, выпускаемых фирмой «Амико» под девизом «все для рентгенодиагностики», достигает 150 наименований.

Разработанными техническими средствами и предложенными решениями, в рамках настоящей работы, к сожалению, не исчерпывается общегосударственная проблема минимизации дозы облучения населения страны. Многое здесь зависит от организационных факторов службы здравоохранения, финансовых проблем, технического переоснащения отделений лучевой диагностики ЛПУ страны, от решения проблем повышения образования, ремонта и контроля медицинской техники.

К сожалению, этот круг вопросов выходит за рамки проведенной работы и требует самостоятельного социально-экономического исследования.

Однако, проведенная работа отвечает на основные научно-технические вопросы совершенствования рентгенодиагностической аппаратуры и оборудования на современном уровне для минимизации дозы облучения при поддержании, а иногда и повышении качества рентгенодиагностических изображений и в этом смысле является законченной комплексной работой, решает важную народно-хозяйственную социально значимую проблему снижения лучевой нагрузки при рентгенодиагностических исследованиях.

Уместно отметить, что совершенствование компьютерных средств для преобразования и обработки изображений вообще и медицинских, в частности, происходит столь стремительными темпами, что в ближайшем будущем неизбежно появление новых технических решений, которые могут радикальным образом изменить

В заключении автор хотел бы выразить глубокую благодарность за поддержку и ряд ценных советов проф. Ставицкому Р.В. и д.т.н. Зеликману М.И.

Специальная благодарность Институту Рентгеновской Оптики и проф. Кумахову М.А. за любезно предоставленный тканеэквивалентный фантом.

Отдельная благодарность сотрудникам ВНИИИ Медицинской Техники, ЗАО «Амико» и ЗАО «Рентгенпром» Ларьковой К.П., Горелик Ф.Г.,Третьяковой Т.Ю., Липчанской И.А, Кириченко М.Г за помощь в подготовке материала и оформления настоящей работы.

1. Антонов О.С., Мантула Д.К., Манохин А.Н. Вестник рентгенологии и радиологии.1988, № 1, с. 55-60

2. Бабаев Н.С., Демин В.Ф., Ильин Л.А. и др. Ядерная энергетика, человек иокружающая среда. 2-е изд. (под ред. А.Н. Александрова). М. Энергоатомиздат, 1984.

3. Бабичев Е.А., Бару С.Е., Волобуев А.И. и др. Медицинская техника, 1997,1, с 13-17.

4. Бару С.Е., Поросев В.В., Хабахпашев А.Г., Шехтман Л.И. Характеристики цифровыхдетекторов рентгеновского излучения. Препринт ИЯФ. 2001-7, Новосибирск, 2001, 20 с.

5. Беликова Т.А. Компьютерные технологии в медицине. 1997, № 3, с 27-32.

6. Белова И.Б., Китаев В.М., Щетинин В.В. Цифровые технологии получениярентгеновского изображения. Виды и принцип формирования. Материалы конференции «Цифровая рентгенография в диагностике легочных заболеваний», Орел, 1999.

7. Белова И.Б., Китаев В.М. Малодозовая цифровая рентгенография (малодозоваяцифровая рентгенографическая установка «Сибирь») Орел, 2001, 160 с.

8. Бердяков Г.И., Ртищева Г.М., Кокуев А.Н. Медицинская техника, 1998, № 5, с 35-40.

9. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи.1. Учебник. М., 2000,638 с.

10. Н.Н. Блинов (мл). Проблемы технического переоснащения службы рентгенодиагностики Российской Федерации. Медицинская техника № 6, 1998 .

11. Н.Н. Блинов, Н.Н. Блинов. Состояние и перспективы развития цифровой рентгенодиагностики для профилактических исследований грудной клетки. Тезисы доклада Всероссийского симпозиума "Биомедприбор", октябрь 1998 г. Москва ВНИИМП-Вита.

12. Н.Н. Блинов (мл.), Н.Е. Станкевич. Рентгенодиагностические комплексы "Медикс-Р", "Телемедикс-Р" с цифровой регистрацией изображения. М. Медицинская техника № 6, 1998 г.

13. Н.Н. Блинов (мл,), Н.Н. Блинов. Роль рентгенодиагностики в неотложных мерах борьбы с туберкулезом. М. Медицинский бизнес, № 8 (50), 1998 г.

14. Н.Н. Блинов (мл.), М.Б. Губенко. Приставка для цифровой флюорографии ПЦФ-01. Тезисы доклада на симпозиуме международной выставки "Больница 98". С.Петербург, сентябрь 1998 г.

15. Н.Н Блинов, Н.Н. Блинов, А.И. Лейченко, И.Л. Урванцова. Устройство для анализа радиационного поля рентгеновского или гамма-излучателя. Авт.св СССР № 1454096, AI 1997 г.

16. Н.Н. Блинов (мл.). Исследование и разработка цифровых рентгенопреобразующих систем для исследования легких. Диссертация кандидата технических наук. М. ВНИИИМТ, 1998 г.

17. Н.Н. Блинов (мл.). Формирование рентгеновского изображения. Глава 3 в книге Основы рентгенодиагностической техники. Под редакцией Н.Н. Блинова. М. Медицина 2002 г.

18. Блинов Н.Н. Глаз и изображение. М. Медицина. 2004, с 330.

19. Н.Н. Блинов (мл.), В.П. Гуслистый, Л.А. Лебедев, Р.В. Ставицкий. Автоматизированная классифицирующая система (АКС). Глава 2 в книге "Кровь — индикатор состояния организма и его систем". П. ред. Р.В. Ставицкого. М. МНПИ, 1999 г, с. 21-34.

20. Контроль состояния организма при радиационном воздействии (Р.В. Ставицкий, Н.Н. Блинов (мл.), Л.А. Лебедев и другие) Глава 5.Там же с. 60-138.

21. Рекомендации по определению квантовой эффективности DQE. М. Медицинская физика, № 2,2004.

22. Н.Н. Блинов (мл.). Стандартизация технических условий выполнения рентгенологических исследований. Глава 1.2. в книге "Медицинская рентгенология". П. ред. Р.В. Ставицкого. М. МНПИ, 2003, с. 28-37.

23. Н.Н. Блинов (мл.), М.И. Зеликман . Цифровые системы и их реализация. Глава 1.5. Там же, с. 69-78.

24. Н.Н. Блинов (мл.), Р.В. Ставицкий, Ю.В. Варшавский, и другие. Способы снижения дозовых нагрузок на пациентов при рентгенологических исследованиях. Глава 2.5. Там же, с. 234-286.

25. Н.Н. Блинов, Н.Н. Блинов (мл.), Р.В. Ставицкий. Оценка дозы облучения пациентов при рентгенографии на отечественных рентгенодиагностических комплексах. Медицинская техника № 6,1999 г. с. 18-25.

26. Н.Н. Блинов (мл.), В.В. Уваров Закрытое акционерное общество "АМИКО" (рентгенотехника) Медицинская техника № 5,2002 г. с. 47-48.

27. Н.Н.Блинов (мл.), М.Б. Губенко, П.М. Уткин. Рентгенодиагностическая аппаратура в стоматологии. Медицинская техника № 5,2000 г, с.40-45.

28. Н.Н. Блинов (мл.), М.Б. Губенко, П.М. Уткин. Экономическая целесообразность цифровой флюорографии. Медицинская техника № 5 ,1999 г. с. 14-44.

29. Н.Н.Блинов. Н.Н. Блинов (мл.), А.Н. Гуржиев, Н.Е. Станкевич. Выбор режимов рентгенодиагностических исследований. Глава 8. В книге "Основы рентгенодиагностической техники". М. Медицина, 2002.

30. Н.Н. Блинов, Н.Н. Блинов (мл.), B.JI. Ярославский. РДК общего назначения. Глава 4, том 1, в кн. Рентгеновские диагностические аппараты. В 2-х томах. П. ред. Н.Н. Блинова и Б.И. Леонова с. 156-184.

31. Н.Н. Блинов (мл.), В.Г. Веденков,. Ф.Г. Горелик и другие. Флюорографы. Глава 5, том 1, там же, с. 185-214.

32. Н.Н.Блинов (мл.), М.Б. Губенко, П.М. Уткин. Рентгеновские стоматологические аппараты. Глава 8, том 2, там же, с. 41-84.

33. Н.Н. Блинов (мл.). ЗАО «Амико» (рентгенотехника) 10 лет. Радиология практика. № 2. 2004.

34. Блинов Н.Н. (мл.). Устройство для формирования рентгеновского изображения. Патент РФ на полезную модель № 37294.25.12.2003.

35. Блинов Н.Н.(мл.). Устройство для определения эффективной дозы облучения пациента при рентгенодиагностическом исследовании. Патент РФ на полезную модель № 36956 25.12.2003.

36. Блинов Н.Н. (мл.). Гуржиев А.Н. Устройство для формирования рентгеновского изображения. Положительное решение по заявке на Патент РФ.

37. Блинов А.Б., Блинов Н.Н. (мл.), Станкевич Н.Е. Устройство для определения эффективной дозы облучения. Положительное решение по заявке на Патент РФ.

38. Воздействие на организм человека вредных и опасных физических производственных факторов. Метрологические аспекты. Серия Экометрия. Том 2. Лучевая диагностика. Компьютерная томография. (Н.Н.Блинов, Н.Н. Блинов). Госстандарт. 2004.

39. Н.Н.Блинов (мл.), А.В. Федотов. Комплексы для общей диагностики «Медикс-Р» и «Телемедикс-Р». Радиология практика. № 2.2004.

40. Бердяков Г.И., Блинов Н.Н. (мл). Компактный рентгеновский мультиметр с мобильным компьютером. Медицинская техника № 5.2004.

41. Блинов Н.Н.(мл.), Зеликман М.И., Поросев В.И. и др. Анализ влияния корелляции сигналов каналов приемников цифрового изображения на квантовую эффективность. Медицинская техника. № 5.2004.

42. Блинов Н.Н. (мл.), Гуржиев А.Н., Гуржиев С.Н., Кострицкий А.В. Сканирующий малодозовый цифровой флюорограф ПроСкан 7000. Медицинская техника. № 5. 2004.

43. Блинов Н.Н. (мл.), Гуржиев А.Н., Гуржиев С.Н., Кириченко М.Г., Кострицкий А.В. Исследование параметров сканирующих рентгенографических систем. Медицинская техника. № 5. 2004.

44. Б.И. Леонов, Э.Б. Козловский, Н.Н. Блинов (мл.), А.Н. Гуржиев А.Н. Сравнительные характеристики отечественных цифровых флюорографов. Здравоохранение и медицинская техника № 4 (8). 2004, с. 34-35.

45. Блинов Н.Н. (мл.), Борисов А.А., Вейп Ю.А. и др. Цифровая камера ЦВК-1 для флюорографии и рентгенографии. Медицинская техника № 5. 1999. С. 30-31.

46. Блинов Н.Н., Варшавский Ю.В., Зеликман М.И. Компьютерные технологии в медицине, 1997, № 3, с 19-23,23-24.

47. Блинов Н.Н., Варшавский Ю.В., Зеликман М.И. Медицинская радиология, 1999, № 4, с 17-21.

48. Блинов Н.Н., Зеликман М.И. Медицинская радиология и радиационная безопасность, 1999, № 1, с 6-8.

49. Блинов Н.Н., Ларчиков Ю.В. и др. Устройство для определения высокого напряжения на РТ: А.С.СССР № 1536525. Б.И., 1988, № 22.

50. Бочков Н.П., Чеботарев А.Н. Наследственность человека и мутагены внешней среды. М. Медицина, 1989, с 272.

51. Брегадзе Ю.И., Степанов Э.К., Ярына В.П. Прикладная метрология ионизирующих излучений. М. Энергоиздат, 1990, с 142.

52. Бурдина И.И. Динамика изменений тканей при лучевой терапии молочной железы (рентгено-денсито-патоморфологические исследования). Дисс. КМН. М. 1999.56.