Оглянитесь вокруг. Цифровые технологии везде … цифровая диагностика – это не дань моде, а необходимый уровень медицины сегодняшнего дня.
Вопросы терминологии: что следует понимать под «аналоговым изображением» и что под «цифровым изображением»? Термин «аналоговое изображение» подразумевает свойство «среды-детектора» (например, флюоресцирующий экран) непрерывно воспроизводить формирующие изображение сигналы в ответ на непрерывно меняющуюся количественную характеристику попадающей дозы рентгеновского излучения. Это способствует плавности передачи тональности изображения в полной аналогии с изменением количества поглощенной энергии рентгеновских квантов. В отличие от «аналогового изображения», «цифровое изображение» дискретно и представлено в виде цифровой матрицы. Цифровое изображение складывается в виде числовых строк и колонок. В этих случаях числа могут отражать ослабление рентгеновских лучей при компьютерной томографии, магнитные свойства тканей при магнитно-резонансной томографии, силу эхосигнала при ультразвуковом исследовании или интенсивность испускаемого флюоресцентным экраном света при цифровой проекционной рентгеновской визуализации. С целью визуализации изображения цифровая матрица изменяется в матрицу видимых составляющих изображения – пикселей. Каждому пикселю присваивается один из оттенков серой шкалы в соответствии со значением цифровой матрицы.
Принципиальным отличительным признаком цифровой радиографии (в т.ч. и рентгенографии) и ее преимуществом является разделение процесса формирования изображения на отдельные этапы: детекция лучевого изображения, формирование и последующая обработка цифрового изображения, накопление изображений, визуализация изображений для их анализа и, наконец, архивизация изображений.
Цифровая рентгенография. Термин «цифровая рентгенография» относится ко всем методам проекционной рентгенографии, при которых рентгеновское изображение регистрируется и преобразуется в цифровой сигнал с последующей обработкой последнего (сигнала) с помощью электронно-вычислительной техники (компьютера) для получения визуального изображения на экране монитора. Регистрация изображения в цифровой рентгенографии представлена тремя основными методами:
(1) метод оптического переноса рентгеновского изображения с люминесцентного экрана на ПЗС-матрицу (непрямая цифровая рентгенография); (2) использование стимулируемых люминофоров с последующим сканированием рентгеновского изображения; (3) использование полупроводниковых детекторов (прямая цифровая рентгенография).
Таким образом, современная цифровая рентгенография в настоящее время существует в виде следующих основных разновидностей: оцифрованной и собственно цифровой. В оцифрованной рентгенографии (непрямой цифровой рентгенографии) картинка сначала получается на пластинах (экранах) в результате непосредственного воздействия квантов (фотонов) рентгеновских лучей, а затем происходит считывание и перевод картинки в цифровой формат. В прямой цифровой рентгенографии изображение считывается непосредственно с детектора, чувствительного к рентгеновским лучам. Детекторный модуль обеспечивает преобразование падающего теневого (после прохождения через тело человека) рентгеновского излучения в эквивалентный электрический сигнал, первичную обработку и передачу этих данных в устройство формирования изображения (компьютер).
(1) Наиболее распространенной является система, использующая оптический усилитель и метод оцифровки рентгеновского изображения с помощью аналогово-цифрового преобразователя, превращающего аналоговый сигнал в цифровой. Основной частью преобразователя является ПЗС-матрица (сокр. от «прибор с зарядовой связью»). Применение систем с оптическим переносом рентгеновского изображения с люминесцентного экрана на ПЗС-матрицу до недавнего времени ограничивалось профилактическим обследованием грудной клетки (цифровая флюорография). Сейчас широко используется в кардио- и ангиографии (цифровая субтракционная ангиография).
(2) Цифровая система с использованием люминофорных пластин занимает второе место по частоте использования. В основе метода лежит фиксация изображения анатомических структур запоминающим люминофором. Покрытый таким люминофором экран запоминает информацию в форме скрытого изображения, которое сохраняется длительное время - до нескольких часов. Далее скрытое изображение считывается с экрана инфракрасным лазером, который последовательно сканирует ее и освобождает захваченную и сохраненную на пластине с изображениями энергию в виде испускаемого света - свечения (явление фотостимулированной люминесценции). Свечение пропорционально числу поглощенных люминофором рентгеновских фотонов. Вспышки света преобразуются (через фотоусилитель) в серию электрических сигналов, которые затем преобразуются в электронные (цифровые) сигналы. Скрытое изображение, оставшееся на экране, стирается способом интенсивной засветки видимым светом и далее экран может вновь использоваться. Преимущество люминофоров в том, что их можно применять в комплекте с традиционной аналоговой рентгеновской аппаратурой, что значительно повышает качество визуализации.
(3) В основе прямой цифровой рентгенографии лежит использование полупроводниковых детекторов или твердотельных панелей. Полномасштабные твердотельные панели создаются по двум принципам: 1 - напыление люминесцентного экрана на фотодиодную матрицу из аморфного кремния, 2 - контактное совмещение слоя селенового полупроводника с матрицей из кремния. Селеновые детекторы представляют собой новейшую систему цифровой рентгенографии. Основной частью такого прибора служит детектор в виде барабана, укрытого шаром аморфного селена. Под действием рентгеновского облучения на поверхности селенового покрытия возникает электрический заряд, размер которого зависит от энергии облучения. Дальше с помощью специальных преобразователей проводиться считывание сигнала и формирование цифровой матрицы изображения.
Принцип формирования цифрового изображения на всех приборах одинаковый. Если на каждой единицы площади аналогового изображения рассчитать среднюю оптическую плотность и поставить ей соответствующие числовые значения, то получим изображение в виде цифровой матрицы. Единицу площади цифрового изображения называют пикселем (неологизм от picture - рисунок и cell - ячейка). Каждый пиксель имеет на матрице свой пространственные координаты (строка и столбик), которым придается определенное числовое значение, выраженное в битах (т.е. в двоичной системе), и соответствующее средней величине плотности - серой шкале (в данной координате). Показатели, расположенные в пространстве в виде строчек и столбцов, формируют матрицу изображения. Для воспроизведений 256 оттенков серого (ступеней серого) требуется 8 бит на один пиксель. Современные системы на селеновых детекторах имеют 14 бит на пиксель (16384 ступеней серого) и способны правильно отображать разницу плотности в соотношении 1:1000.
Преимущества цифровой рентгенографии (перед обычной экранно-пленочной) заключаются в следующем: уменьшение дозы рентгеновского облучения на 50 - 70% (в отдельных случаях до 90%), упрощение обработки (исключается длительная и сложная процедура проявки), цифровое изображение может быть обработано для улучшения диагностической ценности снимка, имеется возможность хранения и копирования снимка (в т.ч. передача его в любую точку мира с сохранением его качества без существенных затрат), цифровые технологии более дружественны к окружающей среде, в частности, не требуется утилизации химических отходов.