Двухэнергетическое сканирование

Рентгеновское обследование можно разделить на два этапа. Первый – выявление тех изменений параметров потока рентгеновского излучения, которые вызваны помещенным в него объектом исследования. Второй – трансформация полученной на первом этапе информации с целью предоставления её в наиболее понятном для рентгенолога виде. Это разделение приемлемо для современных способов диагностики. (Ранее всё было «одноэтапно»: чем выявили, тем и показали).

Сейчас можно говорить о том, что рентгенодиагностика приближается к пределу совершенства. Способность изменения рентгеновского потока излучения объектом ограничена его сущностью, точность регистрации этих изменений приближается к 100%, а вид трёхмерных реконструкций последнего поколения КТ уже сравнялся с картинками из анатомических атласов. Поэтому внимание исследователей, разрабатывающих новые подходы к повышению информативности рентгенодиагностики обращено не столько на количественные изменения рентгеновского излучения объектом, сколько на качественные, дающие возможность оценивать некоторые параметры химического состава. Что это даёт? Посмотрим картинки.

На первой картинке обычная цифровая рентгенограмма 55 – летней пациентки с метастазами рака кишечника в нижние отделы лёгких. На второй – то же, но только без рёбер, ключиц, лопаток, грудины и позвоночника, которые «отделены» и помещены на последнюю рентгенограмму. Третья рентгенограмма - увеличенный фрагмент второй.

Естественно, что если бы рентгенограммы были предоставлены в формате DICOM3,0 то при регулировке яркости и контраста на снимке b можно было бы легко оценить просвет трахеи и главных бронхов, на которые не наслаиваются ни позвонки, ни грудина, ни рёбра. Как на высококачественной линейной томограмме. Кстати, и сама рентгенограмма b очень напоминает продольную томограмму на уровне корней, при экспозиции, предназначенной для исследования лёгочной ткани.

Снимки, размещённые выше, получены в 2002 году группой Берлинских исследователей. (Ricke J., Fischbach F., Freund T., et. al. Clinical results of CsI-detector-based dual-exposure dual energy in chest radiography. Eur. Radiol.- 2003. Vol. 13. - P. 2577-2582.). Суть метода такова. На цифровом аппарате для диагностики грудной клетки, оборудованном плоской цифровой панелью (41х41 см, пиксель – 0.2 х 0.2 мм), выполнялись два снимка с интервалом 200 мс при напряжении на рентгеновской трубке 120 и 60 кВ. Далее производилась субтракция (вычитание) изображений, позволившая независимо воспроизводить мягкие и костные ткани. Метод не просто разделяет изображения, он позволяет устранять нежелательные последствия такого разделения. Вот пример. На втором снимке в верхнем отделе видны мягкие ткани шеи и просвет трахеи. Если представить, что перед съёмкой имевшиеся в этом отделе позвонки убрали механически, то образовавшаяся пустота, не способная задерживать рентгеновское излучение, смотрелась бы как полость в мягких тканях, отличающаяся от трахеи только формой. Наслаивающаяся на трахею эта «минустень» затрудняла бы её изучение. Для предотвращения этого вычитается только часть значений ослабления рентгеновского излучения костными структурами. Это приводит к тому, что условная полость после «извлечения» кости «заполняется» тканями, по поглощающим характеристикам не отличающимися от мягких тканей. Как будто кости там никогда не было. Поэтому и полоски на месте «удалённых» ключиц связаны вовсе не с ключицами, а со складками кожи её окружающими. Применение подобных ренгенаппаратов для осуществления данного метода имеет определённые недостатки. Полноформатные матрицы для цифровой рентгенографии органов грудной клетки обеспечивают достаточно высокую скорость получения снимка и позволяют избежать нерезкости, обусловленной пульсацией сердца и крупных сосудов. Но, поскольку при БЦР требуется перед производством второго снимка освободить ячейки памяти аналого-цифрового преобразователя от информации о первой съёмке, время необходимое для получения двух снимков становится не в два, а в несколько раз больше. Поэтому указанный интервал, (200 мс), намного превышает время, необходимое для съёмки органов грудной клетки. Смещение в пределах одного пиксела может привести к погрешностям в расчётах итоговых снимков. Они видны и на представленных снимках, особенно на снимке d – видны контуры сердца, аорты и изображение сосудов в прилегающих к ним зонах. Данные элементы никакого отношения к костям не имеет, и образовалось вследствие их смещения за время съёмки. Таким образом, главное, и, пожалуй, единственное преимущество полноформатных матриц с прямым детектированием рентгеновского излучения – возможность быстрого получения цифрового изображения, при осуществлении данного метода полностью утрачивается.

В принципе, возможно создание панели, позволяющей производить подобное обследование и без необходимости двойной съёмки. Для этого нужно, чтобы каждый элемент панели мог подсчитывать количество квантов в зависимости от их энергии, разбивая их на два или три энергетических диапазона. Но это будет слишком дорогое удовольствие, поскольку и обычные панели не для нашей медицины. Тогда напрашивается переход на сканирующие системы c подобными датчиками. Они, естественно дают «кимографическое» искажение движущихся деталей, зато точность измерений выше благодаря отсутствию регистрации вторичного излучения. Автор нашёл решение, которое для осуществления двухэнергетического сканирования (ДЭС) не требует принципиально новых датчиков. В отечественном АРСЦ-02-«Н», (Взор – 2), двухстрочный твердотельный приемник рентгеновского излучения с пространственным разрешением до 2,5 пар линий/мм и большим динамическим диапазонам регистрации рентгеновского излучения. Помещаем в поток рентгеновского излучения два фильтра. Один обычный, отсеивающий низкоэнергетическое излучение, падающее на первую из линеек. Другой, селективный, для второй линейки. При этом линейки датчиков придётся несколько «раздвинуть» на величину геометрической нерезкости места проекции «стыка» фильтров. Эта зона переходных значений и динамической неустойчивости составит примерно 2-3 мм. Придётся и «сместить» одну линейку относительно другой. (Сейчас датчики одной линейки смещены на полшага по отношению к датчикам другой. А расстояние между датчиками линеек 0.1 мм. Подобная конструкция служит повышению пространственного разрешения). Таким образом, мы получаем аппарат, способный почти одновременно производить сканирование рентгеновским излучением разной энергии. Временное расхождение между сканированиями зависит от скорости сканирования и расстояния между линейками. Если скорость сканирования 40 мм. в сек., а расстояние между линейками 3 мм., то временное расхождение составит 75 мс., что в 2,5 раза лучше, чем у немцев. Естественно, что излучатель будет работать с повышенной нагрузкой. У меня поначалу были сомнения: реально ли обеспечить потоки достаточной мощности и требуемой энергии при использовании излучателей, используемых в практической рентгенодиагностике. Проконсультировался у специалистов. Они подтвердили осуществимость данной методики. Поскольку при сканировании сигнал гораздо чище из–за отсутствия вторичного излучения, то требования к энергетическим различиям потоков могут быть снижены. Врачу - рентгенологу трудно производить расчёты, но можно оперировать методом аналогий. В методических рекомендациях, утверждённых МЗ РФ 4.12.90 г. «Диагностика ограниченных форм туберкулёза», указано, что применение дополнительного танталового фильтра толщиной 10 микрон повышает разрешающую способность в выявлении мелких и малоконтрастных деталей и не требует изменения режимов съёмки. Вполне логично предположить, что вычитание изображений, выполненных на одних и тех же режимах, но с дополнительным танталовым фильтром и без него в результате даст в чистом виде изображения именно этих трудно различимых деталей. Если разница ощутима при использовании плёнки, то при динамическом диапазоне, который обеспечивают сканеры, она будет на порядок выше. При исследовании на режимах в 60 и 110 кВ, я получил относительное изменение величины сигнала от разнотипных тестобъектов почти в 1,5 раза.. Это более чем достаточно. Для изготовления необходимого двухстрочника не требуются новые технологии, а «раздвинуть» линейки не трудно. Гораздо труднее обеспечивать уменьшение расстояния между датчиками. Поэтому и стоимость подобного аппарата не превысит стоимость Взора. А функцию продольного сканирования можно упразднить, т.к., при двухлучевом сканировании необходимо угловое. Почему я заинтересовался подобной методикой? Считаю её реальной альтернативой линейной томографии при большинстве исследований. Особенно при динамическом наблюдении за внутрилёгочными изменениями. Это примерно 90% исследований во фтизиатрии. Повысится точность оценки динамики, в десятки раз снизится доза облучения. Если пациенту выполнить только две томограммы и одну рентгенограмму, доза составит 5,7 мЗв, а если те же две томограммы и цифровую (малодозовую) рентгенограмму, то 5, 03 мЗв, т.е., только на 11,75% меньше. ДЭС при дозе в 0, 06 мЗв даёт снижение на 98,95%. Как говорится, две большие разницы. Даже выполнение ДЭС 4 – 6 раз в год (частота, необходимая при динамическом наблюдении большинства пациентов с активными туберкулёзными изменениями в лёгких), не приведёт к превышению допустимой годовой дозы облучения. Можно оценить экономию рентгеновской плёнки и химреактивов. Она составит $ 7 000 в год только по нашему диспансеру. А стоимость такого аппарата сопоставима со стоимостью двух обычных, которые он заменит из-за более высокой пропускной способности. Разделение мягких и костных тканей поможет и в диагностике заболеваний других органов. Например, при подозрении на воспалительный процесс в придаточных пазухах носа. Компьютерная томография, конечно информативнее, но уже сейчас есть работы, показывающие, что если в детстве ребёнку сделана КТ головы, то у него имеется реальная возможность снижения интеллекта. Естественно, что метод не способен разделять изображения однотипных структур. Но ведь при съёмке в боковой проекции, без рёбер и позвоночника уверенность адекватной оценки изменений в лёгочной ткани так же повысится. К тому же и томографировать иногда приходится в двух проекциях.

Посмотрите, как на снимке обозначилось ранее неразличимое содержимое кишечника. И барий не нужен.

Тарасов Александр Иванович, 2005