Научная статья на тему 'О возможности получения фазо-контрастных изображений на микрофокусных источниках рентгеновского излучения'

О возможности получения фазо-контрастных изображений на микрофокусных источниках рентгеновского излучения Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

CC BY
243
32
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Биотехносфера
ВАК
Область наук
Ключевые слова
МИКРОФОКУСНАЯ РЕНТГЕНОГРАФИЯ / ФАЗОВЫЙ И АМПЛИТУДНЫЙ КОНТРАСТ / МЕДИЦИНСКАЯ РЕНТГЕНОДИАГНОСТИКА

Аннотация научной статьи по прочим технологиям, автор научной работы — Грязнов Артем Юрьевич

В статье предложен метод получения фазоконтрастных рентгеновских изображений с использованием микрофокусного источника излучения. Показаны преимущества предложенного метода по сравнения с используемыми в настоящее время. Описаны особенности фазоконтрастных изображений по сравнению с традиционными, а также способ повышения информативности получаемых снимков.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по прочим технологиям , автор научной работы — Грязнов Артем Юрьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The possibility of obtaining phase-contrast images on the microfocus X-ray source

Phase contrast in images of soft tissue in many cases can play much more important role roentgenograms, than classical amplitude contrast as factors of absorption of various fabrics are very close among themselves. Use of microfocal sources of radiation for reception medical phase-contrast images is much more perspective, than the multicrystal schemes now in use, different high cost and low speed. The examples resulted in article show ample opportunities microfocal phase-contrast radiodiagnosis.

Текст научной работы на тему «О возможности получения фазо-контрастных изображений на микрофокусных источниках рентгеновского излучения»

31

Лучевая диагностика

УДК 621.384.6

А. Ю. Грязнов, канд. техн. наук,

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

О возможности получения фазоконтрастных изображений на микрофокусных источниках рентгеновского излучения

Ключевые слова: микрофокусная рентгенография, фазовый и амплитудный контраст, медицинская рентгенодиагностика

В статье предложен метод получения фазоконтрастных рентгеновских изображений с использованием микрофокусного источника излучения. Показаны преимущества предложенного метода по сравнения с используемыми в настоящее время. Описаны особенности фазоконтрастных изображений по сравнению с традиционными, а также способ повышения информативности получаемых снимков.

В настоящее время в медицинской рентгенодиагностике все более широко внедряется микрофокусная рентгенография. Микрофокусным источником рентгеновского излучения называется источник с размером фокусного пятна рентгеновской трубки менее 100 мкм [1].

Очевидно, что при реализации микрофокусной рентгенографии резкость получаемого изображения значительно возрастает. В то же время повышение напряжения рентгеновской трубки (вызванное необходимостью компенсации низких значений тока электронного пучка — не более нескольких сотен микроампер для микрофокусных трубок) приводит к большей «жесткости» спектра, а значит, к некоторому снижению контраста теневого рентгеновского изображения.

В традиционной рентгенографии контраст получаемого изображения обусловлен распределением интенсивности (количества квантов) рентгеновского излучения или амплитудой электромагнитных волн за объектом. В этом случае используется понятие амплитудного контраста рентгеновского изображения.

На границе раздела сред отдельная падающая (первичная) волна меняет направление своего движения, при этом первичная и преломленная волны расположены в одной плоскости с нормалью к поверхности раздела сред в точке падения, причем в более плотной среде преломленная волна отклоняется (удаляется) от нормали. Изменение направления движения первичной волны обусловлено изменением ее фазы, а амплитуда остается неизменной. Поэтому возникающий вследствие прелом-

ления излучения контраст изображения называется фазовым контрастом. Описанный фазоконтраст-ный механизм возникновения рентгеновского изображения имеет место при любом способе съемки, однако в традиционной рентгенографии основную роль играет амплитудно-контрастный механизм. Поэтому в случаях, когда объект состоит из деталей, близких по химическому составу или имеющих небольшой атомный номер материала, на обычных рентгеновских снимках эти детали мало различимы. Но именно для органических материалов и материалов с атомными номерами до 20 вероятность отклонения потока рентгеновского излучения поверхностным слоем тканей органа может быть в сотни и более раз выше, чем вероятность их поглощения. Соответственно благодаря использованию механизма фазового контраста может быть получено гораздо больше диагностической информации.

Возникновение фазового контраста в случае различного пространственного распределения потока рентгеновского излучения поясняет рис. 1.

Теоретически описанный фазоконтрастный механизм возникновения рентгеновского изображения в той или иной степени проявляется при любом способе съемки. Но в традиционной рентгенографии при формировании изображения основную роль играет амплитудный контраст — сказывается степенная зависимость коэффициента ослабления рентгеновского излучения от атомного номера материала (ц ~ 23), а также зависимость ослабления излучения от толщины и плотности деталей объекта просвечивания [2].

До недавнего времени для получения фазоконтрастных изображений использовались сложные рент-генооптические схемы, содержащие мощный источник излучения (рентгеновская трубка с вращающимся анодом или синхротрон), два и более кристалла-монохроматора, сканирующие устройства и т. д. [3]. Более простой и удобной в эксплуатации в настоящее время представляется бескристальная схема на основе современных микрофокусных источников рентгеновского излучения и цифровых устройств для визуализации изображения [4].

Примеры полученных снимков приведены на рис. 2-4.

№ 1(7)/2010"[

биотехносфера

Рис. 1 Механизм возникновения фазового контраста рентгеновского изображения: а — параллельный поток излучения (й = йи, ^ ~ б — ис-

точник излучения с протяженным фокусным пят-ном(й~ йи, г2 » гз, Jфк2« ^к^,' в — точечный (микрофокусный) источник излучения (й < йи);

1 — источник излучения; 2 — объект; 3 — плоскость изображения; 4 — распределение интенсивности; 5 — изображение объекта; 6 — темная оконтуривающая линия; 7 — светлая оконтуривающая линия; £ — область возникновения наблюдаемого фазового контраста; й — диаметр объекта; йи — диаметр изображения; Jфк — интенсивность фазоконтрастного сигнала

В условиях микрофокусной рентгенографии путем обоснованного выбора коэффициента увеличения изображения, характеристик приемника изображения (разрешающей способности и чувствительности), а также некоторых других параметров съемки эффект фазового контраста может быть в десятки раз усилен [5].

Однако, хотя полученные фазоконтрастные изображения по качеству отличаются от обычных примерно так же, как рентгеновские снимки сосудов и других мягких тканей, полученные с применением контрастирующих растворов от обычных (неконт-

Рис. 2\ Снимок фрагмента тест-объекта, имитирующего уплотнение

Рис. 3

Рентгеновский снимок фрагмента задней лапы кролика

Рис. 4\ Снимок фрагмента тест-объекта, имитирующего сосуд

растированных), т. е. количество информации увеличивается, все же для максимального извлечения ее из снимка требуется его дополнительная обработка.

Для повышения информативности фазоконт-растных снимков, получаемых с помощью микрофокусных источников, может быть предложен способ, поясняемый рис. 5.

Предлагаемый способ заключается в дополнительном выделении деталей изображения, возникновение которых обусловлено явлениями фазового контраста на фоне амплитудного контраста. Делаются два снимка объекта — микрофокусный и снимок по способу с протяженным фокусным пятном. Прочие условия, в том числе геометрическая схема съемки, остаются неизменными. На микрофокусном снимке (рис. 5, а) хорошо заметно явление фазового контраста. На снимке, сделанном с фокус-

биотехносфера

|№ 1(7)/2010

Рис. 5\ Принцип обработки фазоконтрастных изображений

Рис. 6

Снимок участка маммографического фантома (с 15-кратным прямым увеличением): а — микрофокусный снимок; б — результат обработки

Рис. 7

Снимок участка бедра кролика (с 10-кратным прямым увеличением): а — микрофокусный снимок; б — результат обработки.

ным пятном традиционного размера (рис. 5, б), явление фазового контраста не различимо. Далее снимки вычитаются один из другого. В областях, далеких от границ раздела двух сред, плотности почернения снимков одинаковы и их разность равна нулю (т. е. общий фон на рис. 5, в может быть белым или черным, в зависимости от того, как проводить операцию вычитания с математической точки зрения). В тех же областях изображения, которые соответствуют границам раздела сред, будет наблюдаться значительное повышение видимости изображения этих границ.

Пример реализации предлагаемого способа показан на рис. 6и7.

В результате проделанных экспериментов было получено практическое подтверждение возможности повышения информативности фазоконтрастных рентгеновских изображений путем обработки снимков.

Предлагаемый способ получения фазоконтрастных изображений с помощью микрофокусных источников излучения может иметь широкие перспективы при анализе микрофокусных рентгеновских

снимков мягких тканей — связок, сосудов и т. п., а с использованием дополнительной обработки снимков — позволит совершить качественный скачок в медицинской рентгенодиагностике мягких тканей.

| Л и т е р а т у р а |

1. Потрахов Н. Н. Метод и особенности формирования теневого рентгеновского изображения микрофокусными источниками излучения // Вестн. новых мед. технологий. 2007. Т. XIV, № 3. С. 167-169.

2. Блохин М. А. Физика рентгеновских лучей. М.: Гос. изд-во тех.-теор. лит-ры, 1953.

3. Кузьмин Р. Н. Рентгеновская оптика // Соросов. образоват. журн. 1997. № 2. С. 92-98.

4. Шовкун В. Я. Разработка фазоконтрастного маммографа в схеме «IN-Line holography». // Мед. физика. 2007. № 2 (34). С. 25-34.

5. Блинов Н. Н., Васильев А. Ю., Серова Н. С., Гряз-нов А. Ю., Потрахов Н. Н. Микрофокусный способ получения фазоконтрастных рентгеновских изобра-жений//Мед. техника. 2009. № 4. С. 5-9.

№ 1(7)/2010"|

биотехносфера

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.