Технология микрофокусной рентгенографии в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

УДК 621.384.6

Н. Н. Потрахов, канд. техн. наук, А. Ю. Грязнов, канд. техн. наук,

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ»

Технология микрофокусной рентгенографии в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии

Ключевые слова: микрофокусная рентгенография, стоматология, портативный рентгенодиагностический аппарат

Описаны современные способы дентальной рентгенографии, показаны их основные достоинства и недостатки. Подробно рассмотрены предложенные авторами способы микрофокусной дентальной рентгенографии, основанные на использовании в качестве источника излучения микрофокусной рентгеновской трубки. Показаны преимущества предлагаемых способов перед традиционными, описана использованная для этих целей аппаратура.

Клиническая практика в стоматологии и челю-стно-лицевой хирургии предполагает при первичном обращении пациента назначение нескольких рентгеновских снимков: одного — панорамного (обзорного) и двух-трех — прицельных [1]. Панорамный снимок содержит изображение зубных рядов верхней и нижней челюстей от одного мыщелка до другого. Этот снимок позволяет оценить общее состояние зубочелюстной системы и выявить «проблемные» зоны. Прицельный снимок содержит изображение отдельного участка челюсти (два-три зуба) и позволяет уточнить в случае необходимости диагноз, а также проконтролировать ход лечения и его результаты.

Для получения панорамного снимка голова пациента помещается на одной оси между источником излучения — рентгеновской трубкой и приемником изображения, например кассетой с рентгеновской пленкой (рис. 1).

Трубка и кассета, расстояние между которыми составляет около 500 мм, в процессе выполнения снимка синхронно движутся вокруг головы пациента, описывая сложную кривую. Рентгеновское излучение последовательно проходит через все анатомические структуры головы и фиксируется на пленке. Время экспозиции составляет более 10 с. В итоге на ортопантомографическом снимке (орто-пантомограмме) отображается так называемый выделенный слой сфокусированного изображения челюстно-лицевого отдела. Резкость изображения зубных рядов и прилегающих анатомических

структур определяется формой и толщиной этого слоя [2].

Основным методом для получения прицельных снимков является внутриротовая рентгенография. В результате неоднократно предпринимавшихся попыток расширения диагностических возможностей этого метода, в том числе в целях получения изображения зубов или их отдельных участков, соответствующих истинным (анатомическим) размерам, в настоящее время существуют четыре способа съемки, использующихся в практической стоматологии:

• близкофокусная «контактная» рентгенография;

• интерпроксимальная рентгенография;

• окклюзионная рентгенография (съемка вприкус);

• рентгенография с увеличенного фокусного расстояния.

Геометрическая схема съемки для первых трех способов представлена на рис. 2.

В последние годы в отечественной практике применяется способ длиннофокусной съемки, ко-

Рис. 1

Схема ортопантомографического способа съемки с тремя центрами вращения системы источник излучения — приемник

Рис. 2 Геометрическая схема съемки при внутриротовой рентгенографии: а — близкофокусная «контактная» рентгенография; б — интерпроксимальная рентгенография; в — окклюзионная рентгенография;

1 — фокусное пятно источника рентгеновского излучения;

2 — ось пучка рентгеновского излучения; 3 — диагностируемая область; 4 — рентгеновская пленка

торыи позволяет уменьшить искажение размеров зуба по сравнению с его истинными размерами. Известно, что для обеспечения полного соответствия размеров изображения коронки и корня зуба его истинным размерам, необходимо расположить рентгеновскую пленку параллельно плоскости продольного сечения зуба. С этоИ точки зрения наиболее совершенным является четвертый способ — съемка с увеличенного фокусного расстояния, или съемка «параллельным» пучком рентгеновского излучения.

Геометрическая схема съемки с увеличенного фокусного расстояния представлена на рис. 3.

При выполнении снимков по такому способу фокусное расстояние составляет не менее 350-400 мм, а расстояние объект съемки — рентгеновская пленка изменяется в пределах 15-30 мм. Кассета с рентгеновской пленкоИ при помощи специального плен-кодержателя-позиционера располагается во рту пациента параллельно плоскости продольного сечения исследуемого зуба и перпендикулярно к оси пучка рентгеновского излучения. Поскольку характерный размер диагностируемой области составляет 30-40 мм, то угол расхождения пучка излучения — «непараллельность рентгеновских лучеИ» — не превышает 10-15°. Размеры изображения Н зуба равны его истинным размерам й, искажения формы изображения зуба по сравнению с его анатомическим изображением не происходит — изображение объекта подобно самому объекту.

Для реализации описанноИ методики диагностики в настоящее время применяются по меньшеИ мере два специализированных рентгеновских аппарата: ортопантомографическиИ для получения

панорамных снимков и тубусныИ — для прицельных. Съемка в обоих случаях ведется с большого фокусного расстояния, соответственно велики мощность аппарата и радиационная нагрузка на пациента, поэтому для их эксплуатации требуются специализированные кабинеты, снабженные защитоИ от неиспользуемого излучения. Устранить эти и некоторые другие недостатки известных способов дентальноИ съемки позволяет использование микрофокусных источников рентгеновского излучения.

С этоИ целью были проведены специальные исследования, в результате которых была разработана оригинальная методика микрофокусноИ дентальноИ съемки. Принципиальные отличия предложен-ноИ методики заключаются в следующем:

• размер фокусного пятна источника рентгеновского излучения составляет менее 0,1 мм (100 мкм);

• расстояние от фокусного пятна до объекта уменьшено до 60-100 мм;

• интенсивность первичного пучка рентгеновского излучения снижена более чем в100 раз.

В соответствии с разработанноИ методикоИ для получения панорамных снимков предложен способ микрофокусноИ панорамноИ съемки (внутри-ротовая панорамная рентгенография) [3]. При реализации этого способа вынесенныИ анод рентгенов-скоИ трубки помещается в ротовую полость, а гибкая кассета с рентгеновскоИ пленкоИ располагается снаружи и плотно прижимается к лицевому отделу головы (рис. 4).

Расстояние между фокусным пятном трубки и кассетоИ, в зависимости от анатомических особен-ностеИ строения челюстеИ и толщины мягких тка-неИ лицевого отдела головы, составляет 60-90 мм. Рентгеновское излучение в виде расходящегося пучка выходит из ротовоИ полости через зубоче-люстную систему и попадает на пленку. Время экспозиции составляет менее секунды. Поскольку фокусное пятно максимально приближено к зубному ряду, а пленка удалена от зубов на толщину мягких тканеИ, изображение на снимке увеличено в среднем в полтора-два раза.

В качестве одного из основных преимуществ описанного способа следует отметить, что вслед-

Рис. 3

Схема съемки с увеличенного фокусного расстояния:

1 — фокусное пятно; 2 — зуб; 3 — рентгеновская пленка

Рис. 4

Схема панорамной внутриротовой съемки: 1 — фокусное пятно; 2 — рентгеновская пленка

21

Лучевая диагностика

ствие принципиально более благоприятного соотношения деталь—объект необходимая выявляе-мость для отдельного зуба составляет Д = й/И ~ ~ 30 + 40 % и существенно выше предельной чувствительности медицинской рентгенографии на пленку 5 = 3^5 %, в то время как для ортопанто-мографической съемки она близка к предельной величине Д = й/И ~6 % (рис. 5).

Для получения прицельных снимков был предложен способ микрофокусной прицельной съемки. В основу способа положены приводимые ниже расчеты, которые показывают, что увеличение фокусного расстояния в схеме съемки «параллельным» пучком рентгеновского излучения вызвано не столько необходимостью получения параллельного пучка, сколько требованием обеспечения допустимой нерезкости дентального снимка.

По оценкам специалистов общая допустимая нерезкость N рентгеновских снимков, в том числе дентальных, при исследованиях костной структуры не должна превышать 0,125-0,15 мм. Если пациент в момент снимка неподвижен относительно рентгеновского аппарата и кассеты с рентгеновской пленкой, то общая нерезкость складывается из геометрической ^ и экранной Nэ составляющих и может быть рассчитана по формуле [6]

N=+N •

(1)

Здесь N = й

%

'ф.п %' где йф п — диаметр фокусного

пятна; — расстояние фокусное пятно—объект; f2 — расстояние объект—рентгеновская пленка (рис. 6).

При диаметре фокусного пятна около 1 мм (характерный размер для современных длиннотубус-ных дентальных аппаратов) геометрическая нерезкость составляет 0,1-0,15 мм и соответственно общая нерезкость в схеме «параллельной» съемки равна допустимой нерезкости рентгеновского снимка даже без учета экранной составляющей. Использование же усиливающих экранов с разрешающей способностью, например 5-7 пар линий/мм, обус-

Рис 5

Схема для расчета выявляемости отдельной детали при панорамной съемке:

й — размер зуба; В2 — общая толщина просвечиваемых тканей; 1 — фокусное пятно; 2 — ось потока излучения

Рис. б\ Схема для расчета геометрической нерезкости

лавливает дополнительную экранную нерезкость, равную 0,15-0,3 мм. В этом случае общая нерезкость снимка в соответствии с выражением (1) составит 0,25-0,45 мм и превысит допустимое значение почти в три раза. Это одна из основных причин, по которой все внутриротовые снимки на традиционных тубусных аппаратах выполняются на безэкранную пленку.

При диаметре фокусного пятна 0,1 мм и условии обеспечения геометрической нерезкости не более 0,125-0,15 мм фокусное расстояние в схеме «параллельной» съемки может быть уменьшено в четыре-пять раз. Изображение зуба при этом на пленке будет увеличено в полтора-три раза и подобно анатомическому изображению.

Таким образом, уменьшение фокусного расстояния в соответствии с законом «обратных квадратов» позволяет снизить интенсивность первичного пучка рентгеновского излучения по сравнению со схемой «параллельной» съемки более чем на порядок.

Увеличение размеров изображения позволяет исключить влияние экранной нерезкости на качество снимка и впервые в отечественной стоматологии использовать для внутриротовой съемки усиливающие экраны [4]. За счет использования экранов интенсивность первичного пучка рентгеновского излучения может быть дополнительно снижена.

На основании вышеописанного авторами предложена новая малодозовая технология рентгенографии в стоматологии [5]. Основной отличительной особенностью разработанной технологии является то, что для ее практической реализации может быть использован источник рентгеновского излучения мощностью всего несколько ватт. Для сравнения — мощность современных длиннотубусных дентальных аппаратов составляет несколько сот ватт и выше [2].

Столь малая мощность источника излучения дает основание для разработки и внедрения в отечественную медицинскую практику нового класса рентге-нодиагностической аппаратуры — портативных рентгеновских аппаратов. Конструкция таких аппаратов, благодаря малым габаритным размерам и массе, позволяет проводить дентальную съемку «вручную», без использования традиционного для любого рент-генодиагностического аппарата штатива.

На рис. 7 представлен первый российский портативный цифровой рентгенодиагностический ком-

*1е

\

Рис. 7

Портативный цифровой рентгенодиагностический комплекс «ПАРДУС-Стома»

плекс для стоматологии и челюстно-лицевои хирургии «ПАРДУС-Стома». В состав комплекса входят портативный рентгеновский аппарат «ПАРДУС-Р» 1, цифровое приемное устройство для визуализации рентгеновских изображении на основе рентгеночув-ствительноИ ПЗС-матрицы «Рентгеновидеограф» 2 и персональный компьютер 3 (рис. 7). Комплекс позволяет получать на экране монитора персонального компьютера изображение отдельных участков челюстно-лицевого отдела головы пациента методом прицельноИ микрофокусноИ дентальноИ съемки. В моноблоке рентгеновского аппарата может быть также установлена трубка для получения панорамных изображении челюстно-лицевого отдела головы.

ВажнеИшеИ отличительной особенностью комплекса от известных зарубежных образцов аппаратуры аналогичного назначения, так называемых «радиовизиографов», является использование в качестве источника излучения первого отечественного портативного микрофокусного рентгеновского аппарата. Конструкция аппарата позволяет использовать комплекс в нетрадиционных для рент-генодиагностическоИ аппаратуры условиях:

• во-первых, благодаря чрезвычаИно низкоИ экс-позиционноИ дозе рентгеновского излучения, проводить диагностические исследования в неспециализированном помещении, например непосредственно в стоматологическом кабинете;

• во-вторых, благодаря малым габаритным размерам и массе, выполнять дентальную съемку «с рук» без использования специального напольного или настенного штатива.

Возможность эксплуатации комплекса «ПАРДУС-Стома» в указанных условиях обосновывается двумя нормативными документами: СанПиН 2.6.1192-03 «Гигиенические требования к устроИству и эксплуатации рентгеновских кабинетов, аппаратов и проведению рентгенологических исследований» и МУ 2.6.1.2043-06 «Гигиенические требования к размещению и эксплуатации радиовизиографов в стоматологических кабинетах».

ПервыИ из указанных документов определяет рабочую нагрузку на рентгеновскиИ аппарат, при ко-тороИ возможна его эксплуатация вне рентгеновского отделения лечебно-профилактического учреждения общемедицинского или стоматологического профиля: «...дентальные аппараты... с цифровоИ об-работкоИ изображения, рабочая нагрузка которых не превышает 40 мА-мин/нед., могут располагаться в помещении стоматологического учреждения, находящегося в жилом доме. при условии обеспечения требованиИ норм радиационноИ безопасности для населения в пределах этого помещения.».

Во втором документе вводится определение ра-диовизиографа как «дентальноИ рентгенодиагнос-тическоИ системы, включающеИ рентгеновскиИ аппарат и внутриротовоИ приемник изображения, не требующиИ фотолабораторноИ обработки.», а также конкретизируются требования к радиационноИ безопасности для населения и персонала группы А. Мощность эффективноИ дозы рентгеновского излучения, приведенная к стандартноИ рабочеИ нагрузке на конкретныИ рентгеновскиИ аппарат в любоИ точке жилого помещения, смежного с помещением, где установлен этот аппарат, не должна превышать 0,3 мкГр/ч. Указанное значение обусловлено пределом эффективноИ дозы облучения для населения за год, которая составляет 1 мЗв при продолжительности пребывания в помещении за этот период не более 3000 ч.

Особо следует отметить, что МУ разрешается в случае необходимости нахождение персонала группы А «рядом с пациентом». При этом специалист, проводящиИ рентгенодиагностические исследования, должен использовать индивидуальные средства защиты: односторонниИ фартук и воротник. Очевидно, что организация рентгенодиагностиче-ских исследованиИ в полевых (военно-полевых) условиях средствами переносного или передвижного стоматологического кабинета на полном основании может быть отнесена к этому случаю.

При эксплуатации радиовизиографа в стационарных условиях для обеспечения безопасных условиИ работы персонала группы А независимо от конструкции рентгеновского аппарата регламентируется использование рентгенозащитноИ ширмы. Ширма должна быть установлена на расстоянии не менее 1 м от излучателя аппарата. Размеры, расположение и значение свинцового эквивалента для ширмы определяются на основе расчета радиационноИ защиты. Исходными данными при расчете служит предел эффективноИ дозы облучения для персонала группы А. В настоящее время предел дозы облучения для всего тела принят на уровне 20 мЗв/год при продолжительности пребывания в помещении за этот период не более 1700 ч; для некоторых органов — 150 мЗв (хрусталик) и 500 мЗв (кожа, кисть, стопа).

Вопрос о выборе способа защиты (с помощью ширмы или расстоянием), а также о ее необходи-

Лучевая диагностика

мости или достаточности может быть решен как по результатам расчета, так и на основании дозиметрических измерений.

Для оценки возможности эксплуатации рентге-нодиагностического комплекса «ПАРДУС-Стома» непосредственно в стоматологическом кабинете «вручную» специалистами лаборатории рентгено-телевизионных систем СПбГЭТУ совместно с ФГУН НИИРГ (СПб.) были проведены специальные исследования. Целью исследований явилось измерение дозы рентгеновского излучения в радиусе 0,5 и 1 м от выходного окна излучателя рентгеновского аппарата, в вертикальной (точки В1-В8) на рис. 8, а и горизонтальной (точки Г1-Г8) на рис. 8, б плоскостях, а также в точках, где находятся кисти рук и голова (хрусталик) рентгенолаборанта в реальных условиях рентгеновской съемки (рис. 8, в).

При проведении измерений аппарат расположили в центре помещения общей площадью около 20 м2. В качестве тканеэквивалентного фантома в соответствии с МУ 2.6.1.1982-05 «Проведение радиационного контроля в рентгеновских кабинетах» использовали пластиковую емкость с водой диаметром 150 мм и высотой 200 мм. Измерения проводили в режимах работы аппарата, определенных в ходе клинических испытаний на кафедре челюст-но-лицевой хирургии и стоматологии Военно-медицинской академии (Санкт-Петербург): максимальное напряжение на рентгеновской трубке 60 кВ, максимальная экспозиция одного снимка 0,03 мА-с. В качестве средства измерения использовали дози-

метр ДКР-АТ1123М. Результаты измерений представлены в таблице.

Наибольшее значение эффективной дозы рентгеновского излучения отмечено в точках В1, Г1, т. е. там, где рентгенолаборант отсутствует в процессе проведения рентгенодиагностического обследования.

При анализе полученных значений следует учесть, что практика ведущих российских лечебных учреждений стоматологического профиля отмечает выполнение до 80-100 прицельных дентальных снимков в день (10 снимков в час) при двухсменной работе рентгеновского кабинета. На одного рентгенолаборанта «приходится» соответственно 40-50 снимков.

На основании этого максимальная рабочая нагрузка В на рентгеновский аппарат «ПАРДУС-Р», равная произведению экспозиции одного снимка на общее количество снимков в неделю, выполняемое одним рентгенолаборантом, при шестидневной рабочей неделе составит:

В = 0,03 мА-с х 50 снимков х 6 дней = = 0,15 мА-мин/нед.

Эквивалентная доза облучения И, которую при этом получат за год органы рентгенолаборанта, будет равна произведению измеренного значения дозы в данной точке И на количество снимков в год. При 50 рабочих неделях за год годовые дозы, например для кисти и хрусталика, составят:

И = И х 50 недель х 300 снимков =

кисть ху ^

= 82 х 15 000 = 1,23 мЗв;

И = И х 50 недель х 300 снимков =

хрусталик ху ^

= 25 х 15 000 = 0,38 мЗв.

Рис. 8

Геометрическая схема измерений дозы рентгеновского излучения

Таблица 1 Результаты измерений

Доза, нЗв

Точка Вертикальная Горизонтальная

плоскость (В) плоскость (Г)

Я= 1,5 м й=1,0м Я= 1,5 м П= 1,0 м

1 56 124 60 129

2 - 34 - 27

3 11 22 - 20

4 - 20 - 22

5 1 3 2 4

6 - 6 - 19

7 - 16 - 17

8 - 27 - 30

Кисть 82

Хрусталик 25

Полученные значения более чем в 300 раз ниже предельно допустимых значениИ доз облучения для персонала группы А как для кисти, так и для хрусталика.

Мощность эффективноИ дозы рентгеновского излучения в наиболее радиационно-опасноИ точке В1 (Г1), определенная для максимального количества снимков, выполняемых за 1 ч при максималь-ноИ длительности одного снимка 0,3 с, составит:

Р = Ох1 х 10 снимков/ч = 1,3 мкЗв/ч. (2)

ху

Это значение тоже существенно меньше значения, регламентируемого п. 5.14 [3] для персонала группы А.

Необходимо также отметить, что уже на расстоянии более 1,5 м мощность эффективноИ дозы излучения, приведенная к этому же количеству снимков, не превышает значения, регламентируемого для населения, — 0,3 мкГр/ч [2].

Таким образом, полученные результаты показывают, что при съемке «вручную» рентгеновским аппаратом «ПАРДУС-Р» в обычном стоматологическом кабинете в соответствии с деИствующими нормативами рентгенолаборант находится в условиях, безопасных не только для персонала группы А, но и для остальных людеИ.

Следовательно, рентгенодиагностическиИ комплекс «ПАРДУС-Стома» может быть использован для проведения рентгенодиагностических исследованиИ пациентов непосредственно в стоматологическом кресле.

Возможности описанноИ технологии рентгенодиагностики не ограничиваются только стомато-логиеИ и челюстно-лицевоИ хирургиеИ. Портативные микрофокусные комплексы могут быть с успехом использованы и в других областях медицины, например в травматологии, педиатрии, для оснащения службы «СкороИ помощи». На рис. 9 приведен рентгеновскиИ снимок голеностопа, по-

Рис. 9\ Снимок голеностопа в нестационарных условиях

лученныИ в бытовых условиях. Визуализация рентгеновского изображения производилась с помощью устроИства на основе экранов с фотостимулируе-мым люминофором. Качество изображения, полученного при следующих физико-технических условиях съемки (напряжение — 60 кВ, экспозиция 0,1 мА-с, кожно-фокусное расстояние 400 мм), ничем не уступает снимкам, полученным на лучших стационарных аппаратах.

| Л и т е р а т у р а |

1. Рабухина Н. А., Лржанцев А. П. Рентгенодиагностика в стоматологии. М.: МИА, 1999.

2. Рентгеновские диагностические аппараты. В 2-х т./ Под. ред. Н. Н. Б л и н о в а, Б. И. Л е о н о в а. М.: ВНИИИМТ, НПО «Экран», 2001.Т.2.

3. Потрахов Н. Н. Интраоральная панорамная рентге-нография//Мед. техника. 2001, № 6. С. 38-40.

4. Потрахов Н. Н. Мухин В. М. Кассета для прицельных внутриротовых дентальных снимков: Пат. на полезную модель № 37917 от 31.12.2003.

5. Потрахов Н. Н. Микрофокусная дентальная рентгенография/ /Материалы II Междунар. конгресса «Невский радиологический форум — 2005». СПб.: МАПО, 2005.