На протяжении десятилетий рентгенология остаётся важнейшим диагностическим методом. Однако современные аппараты имеют существенные различия. Что важно знать руководителю медицинского учреждения, выбирающему рентгенаппарат, и пациенту, нуждающемуся в такой диагностике?
Своим мнением по данной теме поделился Георгий Верёвкин, экс-член Совета директоров ОАО «Институт прикладной физики», генеральный директор ООО «ИПФ-инвест».
Сегодня в российских СМИ всё чаще появляется слоган «Модернизация здравоохранения». Первая волна ударной модернизации прошла, оставив за собой ликвидированные медицинские учреждения (аптеки, пункты) мелких населенных пунктов (а что считать «мелкими» – это на усмотрение чиновников от медицины), полуразрушенную отечественную фармацевтическую промышленность и предприятия медицинской техники. И встали вопросы: а лучше ли стало для людей, а что же дальше, если санкции ещё «закрутят»? И начинается вторая волна, но уже с большим осмыслением жизни. Всё-таки, и препараты лучше гарантированно иметь отечественные, да и технику тоже. Тем более, что и то, и другое имеется не только в заоблачных проектах, но и наяву.
Эволюция рентгеновского оборудования
Рентгенология уже давно стала важнейшим диагностическим методом. Здесь используются самые последние достижения науки и техники. Сегодня уже нет необходимости говорить о преимуществах цифрового рентгеновского оборудования. Это оборудование прочно вошло в мировую практику. И основная причина здесь — принципиально новое качество диагностической информации, не сопоставимое с традиционными плёночными технологиями.
Прежде всего, несколько слов о цифровом оборудовании. Исторически первыми аппаратами были аппараты с оцифровкой полученного на пленке изображения. Хотя данная технология и предоставляла врачу возможность количественного компьютерного анализа снимка, совершенно ясно, что при такой технологии потерянная на фотопленке информация не могла быть восстановлена при оцифровке. Все недостатки этого оборудования происходят от использования плёнки – и низкая чувствительность, и низкий динамический диапазон, и высокая доза.
Далее появились системы, где цифровое изображение получается с помощью устройств, преобразующих оптический сигнал с экрана в сигнал цифровой. Недостаток – потеря информации при преобразованиях сигнала.
Во второй половине прошлого века появились принципиально иные аппараты с принципиально другими более чувствительными детекторами, дающими сразу цифровой сигнал. Чтобы отмежеваться от прежних технологий, в мировой практике для таких аппаратов появился термин «полностью цифровое» оборудование.
Именно о таком типе оборудовании и пойдет речь в этом сообщении. И лишь иногда я буду проводить сравнение с традиционными плёночными аппаратами.
Итак, полностью цифровые рентгеновские аппараты.
В полностью цифровом оборудовании для рентгенологии определились два основных направления: аппараты с 2-мерными приёмниками излучения (жаргонный термин «с ПЗС-матрицей») и аппараты сканирующего типа, использующие линейный приёмник излучения. У каждого из этих двух типов оборудования есть свои достоинства и свои недостатки, есть области применения, где наиболее эффективен и предпочтителен тот или иной тип оборудования.
Принцип сканирования в рентгенологии
Получение изображения с помощью ПЗС-матриц совершенно аналогично традиционной пленочной технологии, только в качестве приемника излучения здесь выступает электронный прибор, состоящий из нескольких миллионов активных элементов-пикселей. При таком способе регистрации в каждой точке регистрируется не только полезный сигнал, но и сигнал от рассеянного в теле пациента излучения. Результат: отношение «сигнал: шум» невысокое, то есть невысокая контрастная чувствительность. Иная картина в сканирующих системах. Узкий веерный пучок излучения регистрируется линейным детектором. Рассеянное излучение при этом просто не попадает в приемник. Результат: Отношение «сигнал: шум» при этом выше, что означает высокую контрастную чувствительность — можно увидеть невидимое.
Преимущества сканирующих систем
О преимуществах сканирующих систем очень доходчиво поведал А. Н. Гуржиев, технический директор ЗАО «Рентгенпром», доктор технических наук. Для справки: ЗАО «Рентгенпром», и его дочерняя фирма «АМИКО» — это наиболее авторитетные и наиболее крупные производители рентгеновской техники в РФ. Ими разрабатывается и производится и обычное пленочное оборудование со всеми аксессуарами, и цифровое «матричное» оборудование, и цифровое сканирующее оборудование, и цифровые маммографы. Так что мнение А. Н. Гуржиева можно со всей уверенностью считать и авторитетным, и беспристрастным.
Итак:
«Нам регулярно приходится отвечать на простой вопрос наших клиентов: «Почему сканирующие аппараты хуже матричных?» На такой же простой встречный вопрос: «А почему вы решили, что они хуже?» следует обескураживающий ответ: «Так утверждают ваши конкуренты, которые щедро делятся с нами этой незамысловатой идеей за отсутствием яблок, в смысле, сканирующих аппаратов»1.
А сканирующие аппараты обладают рядом важнейших преимуществ.
1. Сканирующие аппараты практически не регистрируют рассеянное излучение, в результате чего вредный фон («вуаль» в терминах традиционной пленочной техники) оказывается пренебрежимо малым, и даже очень слабые полезные сигналы становятся легко обнаружимыми. Другими словами, сканирующие системы позволяют увидеть то, что не доступно другим типам аппаратов, в частности, заметить на самых ранних стадиях такие заболевания, как туберкулез и онкология. Для «матричных» систем сравнимую чувствительность можно получить лишь при дозах облучения, в десятки раз превышающих дозы для сканирующих аппаратов (или вообще невозможно в силу технических особенностей конкретного аппарата). Для аппаратов пленочных такая чувствительность в принципе не достижима.
Таким образом, основное преимущество сканирующих систем — высокая контрастная чувствительность. Это преимущество сканирующих систем признано сегодня во всем мире: «рентгеновские сканеры» производят в США, Великобритании, наиболее совершенные из них — в ЮАР, фирма «Лодокс».
2. Второй важной характеристикой цифрового аппарата является пространственное разрешение, то есть какой малости объект может быть увиден. В терминах плёночной технологии это – «зернистость» изображения. До появления цифровых систем о такой характеристике и не говорили, поскольку размер чувствительных зерен фотоэмульсии настолько мал (микроны), что достигаемая «зернистость» изображения удовлетворяла самым строгим требованиям врача-рентгенолога, особенно если учесть, что анализ снимка на плёнке проводился исключительно визуально с использованием негатоскопа, т. е. «на глазок».
Однако малый размер зерна фотоэмульсии, этого аналога элементарного приёмника излучения, на практике ещё не означает сверхвысокого пространственного разрешения: фотопроцесс, проходящий при проявлении плёнки и практически не контролируемый человеком, вносит свои негативные коррективы.
Поэтому параметр «пространственного разрешения», как того требует ГОСТ, и для плёночных аппаратов должен определяться с помощью мирры. И реально этот параметр для плёночных аппаратов находится на уровне 5-6 пар линий на 1 мм — как и для современных цифровых.
«Зернистость» изображения цифровых аппаратов напрямую связана с размерами «пикселя». В применяемых сегодня приёмниках излучения эта величина составляет 0,15-0,20 мм, что соответствует пространственному разрешению 6-5 пар линий на 1 мм. Для визуального анализа этого более чем достаточно, и «зернистость» изображения проявляется лишь при многократном увеличении изображения (что легко сделать при компьютерном анализе и невозможно при визуальном анализе фотопленки). Это справедливо как для «матричных», так и для сканирующих систем. Совершенно очевидно, что по этой характеристике сканирующие системы, в принципе, не уступают матричным.
На величине «пространственного разрешения», или «зернистости» изображения, следует остановиться подробнее. Совершенно очевидно, что «зернистость» изображения важна для выявления мелких деталей, протяженностью в десятые и даже в сотые доли миллиметра. В практической рентгенологии такие требования предъявляются только в маммографии, где необходимо различать в тканях уплотнения размером от 0,05 мм.
Размер пикселя очень существенно влияет и на другую характеристику качества изображения — чёткость.
Дело в том, что рентгеновское излучение — это поток частиц (квантов), и количество частиц, зарегистрированных за определённое время, подчиняется статистике целых чисел (статистике Пуассона). А поэтому неопределённость в числе зарегистрированных квантов равна корню квадратному из этого числа.
Другими словами, если мы зарегистрировали 100 квантов, то с вероятностью 95% истинный результат может быть и 70, и 130 квантов. Совершенно ясно, что чем меньше размер пикселя (или зерна фотоэмульсии), тем меньше квантов падает на этот элементарный приёмник излучения, и тем больше перекрываются результаты соседних пикселей — изображение «размывается».
Поэтому в плане параметра «пространственного разрешения» сегодня во всем мире выбран разумный компромисс в 5 — 6 линий на 1 мм. И только для маммографии, где необходимо выявлять размеры кальцинатов от 0,05 мм, пространственное разрешение в 10-15 пар линий достигается сочетанием очень малых размеров пикселей с высокой дозой облучения: работает статистика Пуассона — в 10 раз выше доза — в 3 раза лучше отношение «сигнал: фон».
Высокая «острота зрения» сканирующих систем — это главная причина того, что современные цифровые маммографы во всем мире исключительно сканирующего типа.
Корифей российского рентгеновского приборостроения профессор Н. Н. Блинов отметил ещё одну особенность сканирующих систем, еще одно их преимущество, а именно — постоянство параметров сканирующего приёмника в присутствии рассеивателя (пациента или модельного фантома)2.
Если параметры плёночных или матричных цифровых систем в присутствии фантома вследствие рассеянного излучения «плывут», ухудшаются на 30 — 40 % отн., то у сканирующих систем этого не наблюдается.
Другими словами, если вы приобретаете матричный аппарат с декларируемым разрешением 5 — 6 пар линий на 1 мм (который дороже сканирующего на 3-5 млн рублей), то на практике, в присутствии пациента, вы будете иметь разрешение 3-4 пары линий на 1 мм.
Также и с чувствительностью — если поставщик заявляет о пороге чувствительности в 1,5 %, то реально в присутствии пациента (фантома) этот показатель будет не менее 2 — 2,5 %. Таким образом, в плане указанных показателей при покупке матричных аппаратов ваши щедро добавленные миллионы уйдут даром, точнее — только за марку купленного оборудования.
Справедливости ради отметим, что с матричным аппаратом вы получите возможность проведения рентгеноскопических и томографических (линейных) исследований, суммарная доля которых в современной рентгенологии не превышает 5 %.
Не менее важным преимуществом сканирующих систем является и малая величина дозовой нагрузки на пациента. Для сканирующих аппаратов для получения хорошего изображения дозовая нагрузка составляет порядка 30 — 50 мкЗв, тогда как для аппаратов матричных эта величина составляет 200 — 500 мкЗв.
Недостатки сканирующих систем
Основной и, пожалуй, единственный недостаток сканирующих систем — большая длительность экспозиции (несколько секунд). В результате некоторые методики, в частности, скопические и томографические, с такими системами не могут быть реализованы в принципе.
В прочих случаях этот недостаток не оказывает влияния на качество диагностической информации. В частности, при диагностике органов грудной клетки, а именно — лёгких, со сканирующими системами пациенту нет необходимости задерживать дыхание, поскольку динамическая нерезкость у сканирующих аппаратов отсутствует, все изображения всегда резкие и чёткие.
Более того, на изображениях, полученных с использованием сканирующих систем, хорошо прослеживается пульсация сердца и крупных сосудов – это так называемый «кимографический эффект», для наблюдения которого раньше использовали специальные аппараты — кимографы. Эта особенность сканирующих систем детально проанализирована А. Н. Гуржиевым1.
Наконец, совершенно ясно, что цена приёмника излучения, состоящего из нескольких тысяч активных элементов (пикселей) значительно ниже цены матрицы из нескольких миллионов пикселей. Другими словами, при прочих равных условиях сканирующие аппараты намного дешевле3.
Оценка диагностической ценности изображений
Методики такой оценки отсутствуют. Попытаемся это сделать самостоятельно, основываясь на «зоркости» систем, то есть на их чувствительности, на потенциальном объёме рентгенологических исследований, на величине дозовой нагрузки и цене.
Принимаем 5-ти бальную шкалу. Считаем, что сканирующие закрывают 95% всех потребностей (но нет томографии и скопии), матричные аппараты или плёночные аппараты-«комбайны» — по 100 %.
По «остроте зрения» можно поставить оценки:
сканирующим – 5; матричным – 4,5; плёночным – 3,5.
В итоге, общая оценка за диагностическую информативность:
сканирующие – 5 х 0,95 = 4,75; матричные – 4,5 х 100 = 4,5; плёночные – 3,5 х 100 = 3,5.
Оценка по малости величины дозовой нагрузки:
сканирующие – 5 баллов, матричные – 4 балла, плёночные – 3 балла.
Оценка по экономичности в плане затрат на приобретение:
сканирующие – 5 баллов, плёночные «комбайны» – 4 балла, матричные – 2 балла.
Таким образом, при равных условиях сканирующие системы дают более богатую и более качественную диагностическую информацию по сравнению с «матричными» системами, не говоря уже о традиционном плёночном оборудовании. И цена такого оборудования многократно ниже.
Области эффективного использования сканирующих и матричных систем
Нам представляются наиболее эффективными следующие области использования цифровых систем.
Для первичного звена – сканирующие системы, поскольку при первичном обследовании пациента они дают максимально полную информацию: либо окончательный диагноз, либо обоснованные рекомендации для углубленных специальных исследований. Эти системы дешевы, а потому доступны даже для небольших сельских травмопунктов. Такое оборудование производят фирмы «Амико», «Рентгенпром» (Москва), ОАО «Институт прикладной физики» (Новосибирск).
Для углублённых исследований в многопрофильных больницах имеет смысл использовать матричные системы, поскольку они позволяют проводить 100% необходимых исследований, в том числе с использованием специальных методик. Такое оборудование производят фирмы «Амико», «Рентгенпром» (Москва), НПО «Электрон» (С.-Петербург).
Использованная литература:
А. Н. Гуржиев. Медицинский бизнес, №9-10, 2003.
Н. Н. Блинов, А. Н.Гуржиев и др. Медицинская техника, №5, 2004.
А. Н. Гуржиев и др. Радиология и практика, №3, 2003.