Исследование и разработка портативных рентгеновских аппаратов для медицинской диагностики в неспециализированных условиях

Отечественная клиническая практика последних лет поставила задачу разработки нового класса диагностических средств — портативных рентгеновских аппаратов. Необходимость проведения таких работ обусловлена как потребностью в рентгенодиагностических исследованиях, проводимых вне рентгеновского кабинета (например, службой «скорой помощи» непосредственно на месте происшествия), так и широким внедрением новых методик лечения, примером которых может служить операция хирургической имплантации, проводимая под рентгеновским контролем в стоматологическом кресле.

Эксплуатация в неспециализированных условиях помимо традиционных требований — малых габаритов и веса, низкой потребляемой мощности и других — выдвигает дополнительные требования к аппаратуре. В частности, поскольку оператор при проведении исследования держит аппарат в руках, чрезвычайно важно обеспечить минимальную радиационную нагрузку на персонал.

Опыт развития медицинской рентгенодиагностической аппаратуры, описанный в трудах ведущих отечественных ученых и специалистовH.H. Блинова (ст.), H.H. Блинова (мл.), Ю. А. Быстрова, Э. И. Вайнберга, Ю. В. Варшавского, JI.B. Владимирова, В. Я. Голикова, М. И. Зеликмана, С. А. Иванова, С. И. Иванова, В. Н. Ингала, Ю. К. Иоффе, Б. М. Кантера, В. В. Клюева, Э. Б. Козловского, Б. И. Леонова, А. И. Мазурова, Р. В. Ставицкого, А. Н. Черния, Г. А. Щукина, B.JI. Ярославского — показывает, что наиболее эффективным путем дальнейшего развития является не модернизация хорошо известных методик диагностики, а разработка новых, включая оригинальную аппаратуру для их реализации. Наиболее перспективной методикой, позволяющей реализовать на практике преимущества портативной аппаратуры при съемке в неспециализированных условиях, является микрофокусной рентгенодиагностика.

Болыиой вклад в клинические исследования в этой области внесли известные российские специалисты P.M. Акиев, А. Ю. Васильев, В. Н. Балин, Т. А. Гордеева, A.JI. Дударев, H.A. Карлова, А. К. Карпенко, А. П. Медведев, Г. В. Петкевич, H.A. Рабухина, А. Б. Ушаков, результаты исследований которых показывают, что возможности микрофокусной рентгенодиагностики позволяют существенно повысить диагностическую ценность снимков с одновременной минимизацией доз облучения.

Таким образом, проведение широкого круга физических, технологических, а также медицинских исследований с целью создания нового класса диагностической аппаратуры — портативных рентгеновских аппаратов, является актуальной научной проблемой.

Объект исследования — портативные рентгенодиагностические аппараты на основе микрофокусных источников излучения.

Предмет исследования — эффекты и явления, возникающие при реализации методики микрофокусной рентгенографии на портативной рентгенодиагностической аппаратуре.

Цель диссертационной работы — исследование методов рентгенодиагностики в неспециализированных условиях и разработка комплексных требований к портативной рентгенодиагностической аппаратуре.

Для достижения поставленной цели были решены следующие теоретические и практические задачи: проведен анализ особенностей получения медицинских рентгеновских изображений способами стандартной и микрофокусной рентгенографии;

— определены и обоснованы режимы выполнения рентгеновских снимков в неспециализированных условиях;

— проведен анализ и дана количественная оценка просвечивающих возможностей стандартного и микрофокусного способов съемкиразработана методика микрофокусной рентгенографии в неспециализированных условиях;

— разработаны структурные схемы портативных рентгеновских аппаратов, предназначенных для проведения диагностических исследований в неспециализированных условиях.

При решении поставленных задач применялись следующие методы исследования: анализ и обобщение литературных данных в области создания и применения медицинской рентгенодиагностической аппаратурыметоды математического анализа и компьютерного моделированияэкспериментальные исследования с использованием современных методов визуализации рентгеновских изображений, контроля параметров рентгеновского излучении и т. д.

Научная новизна работы заключается в следующих результатах: математически обоснована возможность использования в медицинской рентгенодиагностике приемников изображения с низким разрешением;

— для сравнительного анализа различных методов рентгенографии в медицинской диагностике введено понятие просвечивающей возможности и разработан аналитический метод ее оценки;

— теоретически и экспериментально обоснован выбор микрофокусной рентгенографии для проведения рёнтгенодиагностических исследований на портативной аппаратуре в неспециализированных условияхразработан способ проведения рентгенодиагностических исследований в неспециализированных условиях с помощью микрофокусных источников излучения с уменьшенного фокусного расстояния при повышенном напряженииопределены дозовые нагрузки при реализации метода микрофокусной рентгенографии в неспециализированных условиях и разработаны методические указания для его реализации.

Практическая значимость подтверждается тем, что в процессе работы: создано семейство портативных цифровых рентгенодиагностических комплексов для стоматологии, челюстно-лицевой хирургии, травматологии и некоторых других областей медицины;

— проведены клинические испытания разработанных комплексов в неспециализированных условиях и определены условия их безопасной эксплуатации;

— разработаны таблицы экспозиций и методические рекомендации по практическому применению портативных цифровых рентгенодиагностических комплексов в стоматологии и травматологии.

В результате проведенных экспериментальных и теоретических исследований на защиту выносятся следующие научные положения:

1. Комплексное уменьшение размеров фокусного пятна источника излучения, повышение напряжения и уменьшение фокусного расстояния позволяют более чем на порядок повысить просвечивающую возможность рентгеновских аппаратов при съемке биологических объектов.

2. Реализация метода микрофокусной рентгенографии в портативной аппаратуре обеспечивает повышение информативности снимков с одновременным снижением радиационной нагрузки на персонал при проведении исследований в неспециализированных условиях.

При непосредственном участии автора были внедрены в клиническую практику первые отечественные портативные микрофокусные аппараты для травматологии и стоматологии. Указанная аппаратура используется в лечебном процессе в Военно-медицинской академии им. С. М. Кирова, Государственной медицинской академии им. И. И. Мечникова, Центральном военном клиническом авиационном госпитале МО РФ, Московском государственном медико-стоматологическом университете и других клиниках.

В период с 2010 г. по 2012 г. для нужд МО РФ было поставлено более 50 комплексов для стоматологии и травматологии.

Методика микрофокусной рентгенографии и связанные с ней наработки в области создания портативной рентгеновской аппаратуры используются при подготовке дипломированных специалистов в учебном процессе на факультете электроники СПбГЭТУ и в МИРЭА.

Апробация работы проводилась на международных, всероссийских и региональных конференциях, съездах и научных форумах: Межрегиональная НПК «Лучевая диагностика в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии» (Москва, 2008;2012), Всероссийские конгрессы лучевых диагностов (Москва, 2008;2010), IV и V Международные конгрессы «Невский радиологический форум» (Санкт-Петербург, 2009;2011), VI-XIII Международные НТК «Медико-технические технологии на страже здоровья» (Москва, 2004;2011), 63−68 НТК, посвященные Дню радио (Санкт-Петербург, 2007;2012), VIII Российско-Баварская конференция (Санкт-Петербург, 2012).

Разработанные под руководством и при непосредственном участии автора микрофокусные портативные рентгенодиагностические комплексы для стоматологии и травматологии демонстрировались на международных и всероссийских выставках, в том числе «Российский промышленник» (СанктПетербург, 2005 — 2012), «Здравоохранение. Стоматология» (Воронеж, 2007 — 2009), «Здравоохранение» (Москва, 2006; 2010), где неоднократно награждались дипломами и медалями.

По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ (из них 12 в рекомендованных ВАК изданиях), два методических пособия, получено 4.

Патента на изобретение и полезную модель, Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (55 наименований) и приложений с актами внедрения. Основная часть работы изложена на 115 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков и 15 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. На основании анализа особенностей известных способов рентгенографии показано, что благодаря возможности получения резких изображений при повышенном напряжении с малого фокусного расстояния источниками излучения меньшей мощности на приемник низкого разрешения, микрофокусный способ съемки может быть взят за основу при разработке портативной аппаратуры для рентгенодиагностических исследований в нестационарных условиях.

2. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены режимы проведения медицинской рентгенографии в нестационарных условиях.

3. Определены просвечивающие возможности микрофокусного рентгеновского аппарата в медицинской диагностике.

4. Разработана методика цифровой микрофокусной рентгенографии в нестационарных условиях.

5. Сформулированы технические требования к источникам рентгеновского излучения и разработаны портативные цифровые рентгенодиагностические комплексы, предназначенные для проведения диагностических исследований в нестационарных условиях.

6. Проведены клинические испытания портативных цифровых рентгенодиагностических комплексов, в результате которых подтверждена безопасность их использования персоналом группы, А и разработаны таблицы экспозиций при съемке в нестационарных условиях в стоматологии и травматологии.

7. Разработаны методические рекомендации по основам и особенностям применения микрофокусной рентгенографии в клинической практике.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Благодаря возможности получения резких увеличенных изображений объектов диагностики, для реализации методики микрофокусной рентгенографии для диагностики в нестационарных условиях могут быть использованы высокочувствительные цифровые приемники рентгеновского изображения низкого разрешения. Важнейшим из них является возможность получения рентгеновских изображений с уменьшенного фокусного расстояния, что позволяет снизить интенсивность первичного пучка рентгеновского излучения, а также габариты и вес рентгеновского аппарата.

Разработка более мощных микрофокусных источников рентгеновского излучения, например, на основе малогабаритных рентгеновских трубок с вращающимся анодом, позволит приблизить просвечивающие возможности портативных рентгенодиагностических аппаратов к характеристикам стационарных рентгенодиагностических аппаратов.