Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы 30 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2013 Неравномерность измельчения абразивных зерен, как показали экспериментальные иссле- дования, уменьшается при подаче суспензии через центр детали. Кроме того, влияние данно- го фактора в определенной степени компенси- руется выходом краевой зоны детали за край инструмента. Выявлено также, что интенсивность съема стекла при автоматической подаче обрабаты- вающей суспензии примерно в 1,5 раза больше, чем при ручной, однако неравномерность сра- батывания поверхностей при автоматической подаче суспензии больше, чем при ручной, что проявляется в образовании местных ошибок на стадии полирования. В Ы В О Д Ы 1. При обработке по методу свободного притирания изменение диаметра инструмента может служить одним из эффективных пара- метров, позволяющих гибко управлять процес- сом формообразования деталей с высокоточ- ными плоскими поверхностями. 2. Для уменьшения опрокидывающего мо- мента, являющегося источником образования на детали общей погрешности в виде «бугра», необходимо использовать наклеечный инстру- мент с коротким хвостовиком. 3. При изготовлении высокоточных оптиче- ских деталей по методу свободного притирания целесообразно применять ручную подачу абра- зивной суспензии, причем наносить ее следует на центральную зону обрабатываемой поверх- ности. Поступила 27.12.2012 УДК 616-078 ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СКАНИРУЮЩИХ ЦИФРОВЫХ РЕНТГЕНОДИАГНОСТИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В ТРАВМАТОЛОГИИ ЧЕПЕЛЕВ А. Н.1), студ. ЧЕПЕЛЕВ С. Н.2), канд. техн. наук, доц. ЧЕПЕЛЕВА Т. И.3) 1)УЗ «17-я городская поликлиника г. Минска», 2)Белорусский государственный медицинский университет, 3)Белорусский национальный технический университет Цифровая рентгенография – это методы проекционной рентгенографии, при которых рентгеновское изображение получается при помощи цифровых компьютерных систем с дальнейшей его обработкой. Полученный при рентгенографии сигнал, поступающий на де- тектор, преобразуется в ряд цифровых пара- метров, которые оперативно обрабатываются и сохраняются, с возможностью вывода на монитор компьютера и последующей обра- ботки. В настоящее время цифровые рентгенодиа- гностические аппараты находят все большее применение в медицине. Их активное исполь- зование в Республике Беларусь в течение по- следних 15–20 лет уже позволило многократно снизить коллективную дозу облучения населе- ния страны при диагностических обследовани- ях и, как следствие, добиться снижения риска развития индуцированных онкологических за- болеваний кожи, легких, крови, иных органов и тканей. Данные методы имеют свои достоинства и преимущества: технические (установка основных пара- метров аппарата осуществляется дистанционно Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы 31 Наука Science & Technique техника, № 5, 2013 и и максимально точно; максимально короткий интервал между процессом съемки и получе- нием конечного изображения; возможность компьютерного анализа и обработки изображе- ния с целью улучшения его качества и упроще- ния оценки; более низкий процент брака при получении изображений); статистические (возможность длительного хранения большого архива изображений без по- тери качества снимков, а при необходимо- сти – их оперативного извлечения и сравни- тельного анализа); экономические (отсутствие расходов на рентгеновскую пленку, реактивы и связанное с проявкой изображений оборудование; более низкое энергопотребление); социально-экологические (более низкая лучевая нагрузка на пациентов, что особенно важно в травматологии; отсутствие загрязнения окружающей среды, связанного с утилизацией рентгеновской пленки и использованных про- явочных реактивов) и др. При компьютерной рентгенографии изоб- ражение формируется не на рентгеновской пленке, а на специальном детекторе рентгенов- ского излучения. Основные типы цифровых детекторов рентгеновского излучения. Традиционно вы- деляют следующие виды детекторов [1]: 1) системы с усилителями рентгеновского изображения (оцифровка рентгеновского изо- бражения) – цифровое рентгеновское изобра- жение формируется путем преобразования ис- ходного изображения в электронно-оптическом преобразователе вывода на экран телевизион- ного монитора с помощью цифровой видеока- меры. Недостатками метода являются невысо- кая разрешающая способность и малый дина- мический диапазон; 2) цифровую рентгенографию на запомина- ющих люминофорах (компьютерная рентгено- графия) – фиксация рентгеновского изображе- ния экраном, покрытым специальным люмино- фором. В момент рентгеновской экспозиции происходит запоминание информации люми- нофором в виде скрытого изображения, которое способно сохраняться длительное время. Счи- тывание скрытого изображения производится инфракрасным лазером, который стимулирует люминофор; 3) цифровую полупроводниковую рентгено- графию, которая имеет свои разновидности, такие как: цифровая селеновая рентгенография как детектор в виде барабана, покрытого слоем се- лена. Под действием рентгеновского излучения на поверхности селенового покрытия возника- ет электрический заряд (по принципу разряда в открытой цепи), величина которого зависит от энергии излучения; цифровая рентгенография на основе пол- ноформатной матрицы – детектирующим устройством является полномасштабная твер- дотельная преобразовательная структура (мат- рица), способная на площади до 430 430 мм сформировать цифровое изображение с числом пикселей до 3К 4К и зарядной емкостью до 14 бит. Матрица представляет собой двух- мерную поверхность, разбитую на ячейки. Существуют два варианта исполнения матри- цы: на основе аморфного кремния и аморфного селена. Главным недостатком этого метода до сих пор является высокая цена матриц; цифровая рентгенография на основе ли- нейки детекторов (сканирующая рентгеногра- фия) – технология получила активное распро- странение в Республике Беларусь. Линейные многоэлементные рентгеночув- ствительные детекторы работают по принципу механического сканирования по кадру изобра- жения. Сканирующая рентгенография на сего- дняшний день является оптимальным решени- ем для практической рентгенодиагностики с точки зрения достижения приемлемого баланса «качество цифрового изображения/цена прием- ника». Технология получения двухмерного циф- рового рентгеновского изображения пациен- та методом сканирования плоским пучком ос- нована на: сканировании пациента чрезвычайно уз- ким (менее 2 мм) рентгеновским пучком, сфор- мированным щелевой диафрагмой (коллима- тором); Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы 32 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2013 использовании в качестве преобразователя рентгеновского изображения высокочувстви- тельной линейной матрицы полупроводнико- вых сцинтилляционных детекторов; получении рентгеновского изображения пациента путем пошагового сканирования ли- нейным детектором, движение которого син- хронизировано со сканирующим рентгенов- ским пучком; формировании двухмерной матрицы циф- рового изображения, одна координата (совпа- дающая с линейкой детекторов) которой опре- деляется числом элементов в детекторе, а дру- гая – числом шагов сканирования (числом отсчетов). В отличие от других цифровых приемников рентгеновского излучения в сканирующих при- емниках на основе полупроводниковых детек- торов: полностью устраняется влияние неинфор- мативного рассеянного излучения на качество цифрового изображения, причем без использо- вания антирассеивающей решетки; значительно снижается лучевая нагрузка на пациента; существенно улучшается контрастная чув- ствительность; высокое пространственное разрешение ре- ализуется достаточно простыми средствами; обеспечиваются разумная стоимость и низкие эксплуатационные затраты (ремонто- пригодность) детектора. Сравнительные характеристики всех мето- дов компьютерной рентгенодиагностики [2] представлены в табл. 1. Из всех аппаратов компьютерной рентгено- графии в Республики Беларусь наибольшее распространение получили приборы на основе линейки детекторов («Пульмоскан», «Уни- скан», «Травмаскан» – устройства отечествен- ного производства компании «Адани»). Таблица 1 Сравнительные характеристики существующих детекторов для цифровой рентгенологии № Тип детектора Разрешение, п. л./мм Размер кадра, мм Динамиче- ский диапазон tmin, с Контрастная чувствитель- ность, % Доза, мкР Примечание 1 РЭОП + цифро- вой ТВ тракт 2,0–4,0 Ø230–400 Видикон-30 ПЗС-100 0,01 2,0 300 600 Ограничения по размеру входного экрана 2 Стимулируемый люминофор + + ФЭУ 5,0 400 400 150 0,01 1,5 800 Сложность считывания информа- ции, высокая стоимость 3 Оптика + ПЗС 2,0–4,0 400 400 100 0,05 1,5 1500 Повышенная доза на кадр 4 УРИ + ПЗС + + поворот 4,0 420 420 Более 200 4,0 1.5 100 Механическая сложность, повы- шенное время tmin 5 Линейка Хе + + скан. 1,5 380 400 160 4,0–8,0 1,0 150 Высокое время сканирования, по- ниженная разрешающая спо- собность Линейка ППД + + скан. 1,5–3,0 380 380 Более 100 5,0–10,0 1,0 150–600 Высокое время сканирования, по- ниженная разрешающая спо- собность 6 Полноформатная 4,0 400 400 Более 150 0,005 1,0 300 Сложность изготовления матрицы и высокая стоимость матрица Si + 20–25* 20 30 Более 100 0,005 1,0 3000 + люминофор 15–20** 250 300 Более 100 0,005 1,0 2000 7 Полноформатная матрица Si + + селеновый слой 5,0 400 400 Более 150 0,005 1,5 300 Сложность изготовления матрицы и высокая стоимость * Для интраоральной съемки. Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы 33 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2013 ** Для маммографии. Сравнительная характеристика аппара- тов экспресс-диагностики травмированных пациентов. Интерес в травматологии пред- ставляет в первую очередь аппарат для экс- пресс-рентгенодиагностики травмированных пациентов на основе как обзорных (или круп- ноформатных) рентгеновских изображений, так и стандартных (малоформатных) изображе- ний мягких тканей и костной структуры паци- ента, находящегося в положении лежа, сидя и стоя. Подобным критериям на мировом рын- ке удовлетворяют только аппараты «Травмас- кан» белорусской компании «Адани» и Xmplar- dr (современная версия Statscan) африканской компании Lodox. Изучены основные параметры обоих аппа- ратов, которые приведены в табл. 2. Диагностический диапазон пространствен- ного разрешения (размер пикселя изображения) в сканирующих приемниках рентгеновского изображения достигается за счет: оптимального числа и размеров рентгено- чувствительных элементов; задания оптимального числа шагов скани- рования; использования проекционного увеличения рентгеновского изображения; оптимального устройства диафрагмы и подбора интенсивности рентгеновского излу- чения. Из табл. 2 очевидно, что аппарат Xmplar-dr обладает меньшим размером пикселя изо- бражения и, как следствие, более высоким ка- чеством получаемого изображения. Также к несомненным достоинствам этого аппарата следует отнести возможность получения мак- симального изображения за один проход без временных задержек, что особенно важно при большом количестве тяжелых пациентов во время терактов и военных действий. Кроме того, программное обеспечение африканского аппарата позволяет получать снимки любого размера и любой локализации в рамках макси- мального размера, что имеет преимущество над другими аппаратами. К достоинствам белорусского аппарата «Травмаскан» относятся: возможность получения итогового изоб- ражения большей длины (2,0 м, против 1,8 м у Xmplar-dr); возможность подбора высоты стола, что имеет решающее значение в случае поступ- ления пациентов ростом выше 1,8 м и нестан- дартных габаритов и позволяет избежать лиш- него их перекладывания (т. е. значительно снизить временные затраты и избежать допол- нительных нагрузок на пациентов при манипу- ляциях); значительно более низкая стоимость аппа- рата. Таблица 2 Основные параметры аппаратов «Травмаскан» и Xmplar-dr Параметр Аппарат «Травмаскан» Аппарат Xmplar-dr Режим VRS (для предварительного просмотра) Режим HRS (высокого разрешения) Размер пикселя изображения 320 µm 160–200 µm 60 µm Максимальный размер изображения 2 (1000 мм 500 мм) – не- большой временной интер- вал между изображениями (суммарно 2000 мм 500 мм) От 220 мм 220 мм до 410 мм 410 мм 1800 мм 680 мм Угол поворота C-образной фермы 0 –100 0 –90 Возможность наклона стола для получения снимков в положении Тренделенбурга Опционально 0 –10 Время для получения максимального изобра- Не указано в документации – 12,98 с Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы 4 Наука и Science & Technique техника, № 5, 2013 жения Пути совершенствования устройства ап- паратов. Анализ основных технических пара- метров рентгенодиагностических устройств выявил некоторые их негативные стороны. Так, при использовании одной линейной матрицы полупроводниковых детекторов и одного щеле- вого коллиматора установлены существенные недостатки: из-за минимального размера одно- го пучка излучения (1–2 мм) и чрезвычай- ной узости приемной матрицы (100–300 мкм), а также вибраций и люфта оборудования, полу- чается вынужденное лишнее облучение паци- ента, снижается качество конечного рентгенов- ского изображения. Отрицательную роль в снижении качества снимка играет и ширина мертвой зоны между детекторами изображения. Отмечено, что разрабатываемые в настоящее время устройства с двумя и более щелевыми коллиматорами и несколькими рядами детекто- ров лишены указанных выше недостатков [3]. За счет оптимально рассчитанной геометрии линеек детекторов они дают более качествен- ное по яркости, контрасту и разрешению изоб- ражение, а также позволяют снизить побочное рентгеновское облучение на пациента. Аппараты с многострочным методом скани- рования в несколько раз дешевле аппаратов с полнокадровым методом, при этом облада- ют сопоставимым качеством получаемого изо- бражения. Замечено, что использование мно- гострочного метода позволяет значительно упростить и скорректировать формирование конечного изображения при компьютерной об- работке (по сравнению с однострочным мето- дом) за счет возможности более эффективного контроля над формированием конечного цель- ного изображения из составных элементов. В Ы В О Д Ы 1. Существующие в настоящее время на ми- ровом рынке цифровые сканирующие рентге- нодиагностические аппараты для экспресс-диа- гностики в травматологии обладают различны- ми конструкционными недостатками. Впервые проведен сравнительный анализ двух наиболее представленных на мировом рынке моделей аппаратов («Травмаскан» белорусской компа- нии «Адани» и Xmplar-dr африканской ком- пании Lodox), выявивший ряд путей для их со- вершенствования, таких как: повышение разрешающей способности линейки детекторов как интенсивным (умень- шение размеров и повышение качества детек- торов), так и экстенсивным (создание и опти- мальное геометрическое расположение допол- нительной линейки детекторов) путем; увеличение размеров поля обследования за счет совершенствования программного обеспе- чения и конструкторских доработок; разработка усовершенствованной кон- струкции стола с целью обеспечения возмож- ности выполнения снимков под любым задан- ным углом в любой плоскости. 2. Метод цифрового рентгеновского скани- рования является, несмотря на наличие в насто- ящий момент ряда конструкторских недорабо- ток, перспективным в травматологии и облада- ет рядом преимуществ (высокая скорость получения снимков, низкая лучевая нагрузка на пациентов, возможность получения снимков больших размеров, сравнительно низкая стои- мость оборудования). Л И Т Е Р А Т У Р А 1. Линев, В. Н. Роль современных сканирующих технологий в цифровой рентгенодиагностике / В. Н. Ли- нев. – Минск: Радиология в медицинской диагностике, 2003. – С. 41–49. 2. Основы рентгенодиагностической техники / Под ред. H. H. Блинова. – М.: Медицина, 2002. 3. Сканирующий малодозовый рентгенографический аппарат: пат. Рос. Фед. № 2347531, заявка 2007137407/14 от 09.10.2007. Поступила 17.05.2013