IAEA International Atomic Energy Agency Радиационная защита в диагностике и интервенционной радиологии Л16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии2 Введение Предмет изучения: флюороскопическое оборудование и принадлежности Вклад различных электронных устройств в формирование флюороскопического изображения Прочные знания роли этих устройств и последовательная политика контроля качества являются гарантией правильного использования этого оборудования

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии3 Темы Примеры флюороскопических систем Усилитель рентгеновского изобра- жения и его параметры Усилитель изображения и телеви- зионная система

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии4 Обзор Ознакомление с элементами флюоро- скопической системы (конструкция, технические параметры, влияющие на качество изображения и контроль качества)

IAEA International Atomic Energy Agency Л16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии Тема 1: Примеры флюороскопических систем Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии6 Используется для визуализации движущихся внутренних структур и жидкостей Оператор определяет позицию пациента и управляет просве- чиванием Раньше флюороскопия с тусклым люминесцентным экраном выполнялась в тёмной комнате Современные системы оборудованы УРИ, телеэкраном и регистрирующими устройствами Флюороскопия: просвечивание в динамике

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии7 Рентгеновские лучи проходят через пациента Фотоприёмник заменён люминесцентным экраном Экран светится при облучении и формирует подвижное изображение Раньше экраны применялись для прямого наблюдения Сейчас экран – это часть УРИ, связанного с телевизионной системой Радиолог может наблюдать движущиеся изобра-жения на телеэкране и регистрировать их Флюороскопия часто используется для наблюдения пищеварительного тракта Верхняя часть наблюдается с бариевым контрастным веществом Нижная часть наблюдается с бариевой клизмой Флюороскопия

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии8 Прямая флюороскопия устарела Раньше радиолог стоял за экраном, наблюдая изображение Радиолог сильно облучался, несмотря на защитное стекло, просвинцованный фартук и очки Главным источником облучения был не пациент, а прямые лучи

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии9 Старое флюороскопическое оборудо- вание (ещё используется в некоторых странах) Персонал под ПРЯМЫМ пучком без защиты

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии10 НЕ ПОЛЬЗУЙТЕСЬ ПРЯМОЙ ФЛЮОРОСКОПИЕЙ Директива 97/43 Euratom Art 8.4. Флюороскопия без усилителя рентгеновского изображения или эквивалентных устройств не оправдана и должна быть запрещена Прямая флюороскопия не согласуется с BSS App.II.25 «… характеристики оборудования для рентгенографии, флюороскопии и ядерной медицины должны соответствовать рекомендуемым» Прямая флюороскопия

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии11 Современная флюорографическая система на базе УРИ

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии12 Элементы современной флюорографической системы

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии13 Различные флюорографические системы Система с дистанцион- ным управлением Не требует присутствия медицинских работников в рентгеновском кабинете Передвижные установки с С-дугой В основном используются при операциях

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии14 Различные флюорографические системы Системы для интервенционной радиологии Требуют специальных мер безопас- ности. При интервенционных проце- дурах хирург может находиться около пациента Многоцелевые флюороскопичес- кие системы Они могут применяться как системы дистанционного управления или для выполнения простых интервенционных процедур

IAEA International Atomic Energy Agency Л16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии Тема 2: Усилитель рентгеновского изображения и его параметры Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии16 Усилитель рентгеновского изображения (УРИ) + Входной экран УРИ Выходной экран УРИ Фотокатод Электрод E 1 Электрод E 3 Электрод E 2 Траектории электронов

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии17 Усилители рентгеновского изображения

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии18 Элементы усилителя изображения * Входной экран: преобразование падающих рентге- новских лучей в световые фотоны (CsI) * 1 рентгеновский фотон создаёт 3,000 световых фотонов * Фотокатод: преобразует световые фотоны в электроны * Только от 10 до 20% световых фотонов преобразуется в фотоэлектроны * Электроды: фокусируют и направляют пучок элект- ронов на выходной экран * Электроды обеспечивают электронное усиление * Выходной экран: преобразует ускоренные электроны в световые фотоны

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии19 Параметры усилителя изображения (I) * Конверсионный фактор (Gx): отношение яркости выходного экрана к входной мощности дозы [кд.м -2 /мкГр.с -2 ] 3 Gx зависит от качества падающего луча ( публикация 573 МЭК рекомендует СПО 7 0,2 мм Al) 3 Gx зависит от: * Применяемого потенциала трубки * диаметра ( ) входного экрана * При ( ) входного экрана 22 cm Gx = 200 * При ( ) входного экрана 16 cm Gx = 200 x (16/22) 2 = 105 * При ( ) входного экрана 11 cm Gx = 200 x (11/22) 2 = 50

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии20 Параметры усилителя изображения (II) Однородность яркости: яркость входного экрана может изменяться от центра к периферии Геометрическая дисторсия: Все УРИ имеют некоторую подушкообразную дисторсию. Она обычно вызывается магнитными полями трубки УРИ или окружающей среды.Геометрическая дисторсия: Все УРИ имеют некоторую подушкообразную дисторсию. Она обычно вызывается магнитными полями трубки УРИ или окружающей среды. Однородность = (Яркость(c) - Яркость(p)) x 100 / Яркость(c)

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии21 Дисторсия изображения

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии22 Параметры усилителя изображения (III) Пространственное разрешение: значение наибольшей пространственной частоты миры, которая различается визуально Оно является мерой состояния фокусирующей системы Оно декларируется производителем и обычно измеряется оптически в оптимальных условиях. Это значение взаимосвязано с пределом высокой частоты функции передачи модуляции (MTF) Оно может определяться с помощью теста Хеттнера тест объектов, которые содержат несколько мир разной частоты

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии23 Измерители пар линий на мм

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии24 Измерители пар линий на мм Хорошее разрешениеПлохое разрешение

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии25 Параметры усилителя изображения (IV) Качество изображения - выявляемость деталей при пороговом контрасте Рассеяние рентгеновских лучей, электронов и света в УРИ может быть источником значительных потерь контраста. Контраст изображения определяется конструкцией трубки усилителя и его оптической системой Источниками потери контраста являются: Пыль и грязь, осевшие на различных оптических поверхностях Частичная потеря вакуума Процесс старения (разрушение люминесцентного экрана) Источниками шума могут быть: Квантовый рентгеновский шум Процессы рентгено-оптического преобразования, зернистость.

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии26 Параметры усилителя изображения (V) Общее качество изображения может оцениваться с помощью выявляемости элементов тест-объекта «пороговый контраст-детали», состоящего из набора металлических дисков разного диаметра и толщины Источники деградации изображения, такие как потеря контраста, шум и нерезкость, уменьшают число видимых деталей Если качество изображения периодически проверяет- ся с помощью этого теста, то постепенное ухудшение изображения может быть обнаружено как уменьшение количества низко-контрастных и/или маленьких дета- лей

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии27 Общее качество изображения

IAEA International Atomic Energy Agency Л16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии Тема 3: Усилитель изображения и телевизионная система Учебный материал МАГАТЭ по радиационной защите в диагностике и интервенционной радиологии

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии29 Усилитель изображения и телеви- зионная система Изображение c выходного экрана УРИ может воспроизводиться другими опти-ческими системами: обычная телевизионная система 262,5 нечётных и 262,5 четных линий создают полный кадр, состоящий из 525 линий (в США) 625 линий и 25 полных кадров/с- до1000 линий (в Европе) Чересстрочный метод используется, чтобы избежать дрожания изображения Кинорежим Формат плёнки 35 мм: от 25 до 150 изображений/с фотография Рулонная плёнка105 мм: максимум 6 изображений/с Снимок 100 мм x 100 мм

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии30 ВИДИКОН Плёнка ФЭУ Эталонныйсигнал,кВ КОНТРОЛЛЕР Рентгеновская трубка кВ ОБЩАЯ СХЕМА ФЛЮОРОСКОПИИ

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии31 Видикон Плёнка ФЭУ Контроллер Рентгеновская трубка кВ РЕЖИМ КИНО I2I2. I3I3 C1C1 I1I1 C2C2

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии32 Типы ТВ камер ВИДИКОН ТВ камера улучшение контраста улучшение отношения сигнал/шум запаздывание изображений ПЛЮМБИКОН ТВ камера (удобна в кардиологии) меньшее запаздывание изображений (лучше изображаются движущиеся органы) Высокий уровень квантового шума CCD ТВ камера (цифровая флюороскопия) Разрешение цифровых снимков ограничено, т.к. оно зависит от ТВ камер

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии33 ТВ камера и видеосигнал (I) Выходной экран УРИ оптически связан с теле- визионной камерой. Две линзы фокусируют выходное изображение на входную поверх- ность ТВ камеры Часто зеркало, вставленное между линзами, расщепляет луч. Часть света с выходного экрана УРИ попадает на 100 мм камеру или кинокамеру Обычно зеркало отражает 90% падающего света и пропускает 10% на телевизионную камеру

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии34 ТВ камера и видеосигнал (II) Старые флюорографические установки имеют ТВ систему с телевизионной трубкой Телевизионная трубка имеет стеклянный кожух, содержащий тонкий проводящий слой, нанесённый на внутреннюю поверхность стеклянного кожуха В плюмбиконе, этот материал сделан из окисла свинца, в то время как в видиконе используется сульфид сурьмы

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии35 Фотопроводящая телевизионная трубка Фокусирующие линзы Входная пластина Управляющие соленоиды Отклоняющий соленоид Выравнивающий соленоид Ускоряющая решётка Управляющая сетка Электронный луч Видеосигнал Сигнальный электрод Электрод Электронная пушка Диафрагма Фотопроводящий слой

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии36 ТВ камера и видеосигнал (III) Поверхность фотопроводника сканируется электронным лучом, и получаемый электри- ческий сигнал пропорционален интенсивности света, падающего на входную поверхность телевизионной камеры Электронные лучи эмитируются с фотокатода, ускоряются высоким напряжением, прило- женным к электродам трубки, и фокусируются набором соленоидов

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии37 ТВ камера и видеосигнал (IV) Электронный луч сканирует поверхность ТВ камеры, формируя растр, состоящий из набора линий. Движение луча задаётся внешними соленоидами, расположенными вне телевизионной трубки. Для типичной телевизионной системы изображение формируется набором из 625 линий. Сначала прочерчиваются линии с нечётными номерами, а затем с чётными номерами. Такая развёртка луча называется чересстрочной. Целью такой развёртки является устранение дрожания изображения на мониторе, с помощью повышения видимой частоты кадров (50 полукадров/с). В Европе 25 кадров обновляются каждую секунду.

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии38 Разные типы сканирования Чересстрочное сканирование Прогрессивное сканирование линий за 40 мс Т.е. : 25 кадров/с

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии39 ТВ камера и видеосигнал (V) Для большинства флюорографических уста- новок разрешение системы определяется числом линий растра ТВ системы. Таким образом, улучшения высококонтрасного разрешения можно добиться с помощью увеличения числа телевизионных линий Некоторые системы имеют 1000 линий, а также разработаны образцы систем с 2000 линий.

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии40 ТВ камера и видеосигнал (VI) Многие современные флюорографические системы используют ТВ камеры с ПЗС (приборами с зарядовой связью) Входная поверхность представляет собой мозаичные детекторы, накапливающие сигнал. Видеосигнал содержит повторяющиеся синхронизирующие импульсы. В промежутках происходит накопление заряда от падающего на поверхность света. Синхронизирующие импульсы используются для переключения ТВ системы в режим съёма накопленного сигнала

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии41 Схематическая структура прибора с зарядовой связью (ПЗС)

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии42 ТВ камера и видеосигнал (VII) Ряд электронных схем, используя синхрони- зирующие импульсы, обеспечивают синхрон- ное движение электронных лучей в ТВ камере и мониторе. Сигнал, получаемый с монитора, соответствует сигналу ТВ камеры. Яркость изображения на ТВ мониторе пропорциональна яркости светового луча, падающего в соответствующее место ТВ камеры.

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии43 Формирование ТВ изображения СИНХРО 12 мкс ИНТЕНСИВНОСТЬ СВЕТА 64 мкс ВИДЕО СИГНАЛ (1 ЛИНИЯ) 52 µs ВИДЕОЛИНИЯ ВРЕМЯ ЦИФРОВОЙ СИГНАЛ ОДНА ЛИНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЕ 512 x 512 ПИКСЕЛОВ ШИРИНА 512 ВЫСОТА 512

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии44 Принципы цифровой рентгенографии Часы Память АЦП I Диафрагма t t АНАЛОГОВЫЙ СИГНАЛ ЦИФРОВОЙ СИГНАЛ См. лекцию Л20

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии45 Запись цифровых изображений В новых флюорографических системах производится запись цифровых изображений Цифровые снимки регистрируются в памяти компьютера Это быстрый и удобный метод Качество изображения может быть улучшено с помощью различных методов обработки изображений, включая изменение ширины и уровня окна и подчёркивание контуров Однако, пространственное разрешение цифровых снимков меньше, чем снимков, полученных на плёнке

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии46 Есть возможность улучшения качества изображения на экране монитора путём регулировки его яркости и контраста Регулировка может быть осуществлена с применением тест-объекта или электрон- ного генератора изображений ТВ камера и видеосигнал (VIII)

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии47 Summary Рассмотрены главные элементы цепи формирования флюорографического изображения и объяснена их роль: усилитель изображения (УРИ) ТВ система и её связь с УРИ

IAEA 16.1: Оптимизация защиты при флюороскопии48 Где взять информацию Physics of diagnostic radiology, Curry et al, Lea & Febiger, 1990 Imaging systems in medical diagnostics, Krestel ed., Siemens, 1990 The physics of diagnostic imaging, Dowsett et al, Chapman&Hall, 1998