Флюороскопия: получение изображения с помощью рентгеновского излучения

Флюороскопия: рентгеновское исследование в реальном времени. Диагностика и терапия, визуализация внутренних органов и функций организма. Подробности здесь!

18 мин чтения

100%

Источник: Fluoroscopy — Wikipedia

Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.

Содержание

Введение

Производство изображения при попадании рентгеновских лучей на флуоресцентный экран

Флуороскопия (/f//l//ʊəˈr//ɒ//s//k//ə//p//i/), в неформальной речи называемая "флюоро", – это метод визуализации, использующий рентгеновские лучи для получения изображений внутренней части объекта в реальном времени. В основном флуороскопия применяется в медицинской визуализации, где флуороскоп ('/f//l//ʊər//ə/,/s//k//oʊ//p/) позволяет хирургу наблюдать внутреннюю структуру и функцию пациента, например, сокращения сердца или процесс глотания. Это полезно как для диагностики, так и для терапии и применяется в общей рентгенологии, интервенционной рентгенологии и хирургии, контролируемой визуализацией. В простейшем варианте флуороскоп состоит из источника рентгеновских лучей и флуоресцентного экрана, между которыми располагается пациент. Однако, начиная с 1950-х годов, большинство флуороскопов оснащаются усилителями рентгеновского изображения и камерами для улучшения видимости изображения и его отображения на удаленном экране. На протяжении многих десятилетий флюороскопия в основном использовалась для получения изображений в реальном времени, которые не записывались, но с 1960-х годов, с развитием технологий, запись и воспроизведение стали стандартной практикой. Флуороскопия схожа с рентгенографией и компьютерной томографией (КТ) в том, что все они используют рентгеновские лучи для получения изображений. Изначально различие заключалось в том, что рентгенография фиксировала неподвижные изображения на пленке, а флюороскопия предоставляла движущиеся изображения в реальном времени, которые не сохранялись. Однако современные рентгенография, КТ и флюороскопия используют цифровую визуализацию с программным обеспечением для анализа изображений, хранения и извлечения данных. По сравнению с другими методами рентгеновской визуализации, источник излучения направлен снизу, что приводит к горизонтально зеркальному отображению. Кроме того, в соответствии с историческими стандартами, шкала серых оттенков остается инвертированной (радиоконтрастные объекты, такие как кости, отображаются темными, в то время как традиционно они были бы светлыми).

Механизм действия

Хотя видимый свет можно увидеть невооруженным глазом (и, таким образом, формирует изображения, на которые люди могут смотреть), он не проникает в большинство объектов (только в полупрозрачные или прозрачные). В отличие от этого, рентгеновские лучи могут проникать в более широкий спектр объектов (например, в тело человека), но они невидимы невооруженным глазом. Чтобы использовать проникающую способность для формирования изображения, необходимо каким-то образом преобразовать изменения интенсивности рентгеновских лучей (которые соответствуют контрасту материалов и, следовательно, контрасту изображения) в видимую форму. Классическая рентгенография на пленке достигает этого благодаря переменным химическим изменениям, которые рентгеновские лучи индуцируют в пленке, а классическая флюороскопия – благодаря флуоресценции, при которой определенные материалы преобразуют энергию рентгеновских лучей (или другие части спектра) в видимый свет. Использование флуоресцентных материалов для создания экрана наблюдения – вот почему флюороскопия получила свое название. Когда рентгеновские лучи проходят через пациента, они ослабляются в разной степени, проходя через или отражаясь от различных тканей тела, создавая рентгеновскую тень радионепрозрачных тканей (таких как костная ткань) на флуоресцентном экране. Изображения на экране формируются, когда не ослабленные или незначительно ослабленные рентгеновские лучи из радиопрозрачных тканей взаимодействуют с атомами экрана посредством фотоэлектрического эффекта, передавая свою энергию электронам. Хотя большая часть энергии, переданной электронам, рассеивается в виде тепла, часть ее излучается в виде видимого света. Первые рентгенологи приспосабливали зрение к тусклым флюороскопическим изображениям, сидя в затемненных помещениях или надевая очки с красными фильтрами для адаптации. После разработки усилителей рентгеновского изображения изображения стали достаточно яркими, чтобы видеть их без очков при нормальном освещении. Усилители изображения до сих пор используются (2023 год), и многие новые модели по-прежнему используют УИ (усилитель изображения) в качестве метода получения изображения, что остается популярным из-за более низкой стоимости по сравнению с детекторами с плоской панелью. Велось много споров о том, является ли УИ или плоский детектор более чувствительным к рентгеновским лучам, что влияет на используемую дозу облучения. (Ответ в значительной степени зависит от используемого типа технологии/панели). В настоящее время во всех формах цифровой рентгеновской визуализации (рентгенография, флюороскопия и КТ) преобразование энергии рентгеновских лучей в видимый свет может быть достигнуто с помощью одних и тех же типов электронных датчиков, таких как детекторы с плоской панелью, которые преобразуют энергию рентгеновских лучей в электрические сигналы: небольшие импульсы электрического тока, передающие информацию, которую компьютер может анализировать, хранить и выводить в виде изображений. Поскольку флуоресценция является частным случаем люминесценции, цифровая рентгеновская визуализация концептуально схожа с цифровой гамма-визуализацией (сцинтиграфия, SPECT и PET), поскольку в обеих этих группах методов визуализации информация, передаваемая переменным ослаблением невидимого электромагнитного излучения при прохождении через ткани с различной радиоплотностью, преобразуется электронным датчиком в электрический сигнал, который обрабатывается компьютером и выводится в виде изображения видимого света.

Although visible light can be seen by the naked eye (and thus forms images that people can look at), it does not penetrate most objects (only translucent or transparent ones). In contrast, X rays can penetrate a wider variety of objects (such as the human body), but they are invisible to the naked eye. To take advantage of the penetration for image forming purposes, one must somehow convert the X rays' intensity variations (which correspond to material contrast and thus image contrast) into a form that is visible. Classic film based radiography achieves this by the variable chemical changes that the X rays induce in the film, and classic fluoroscopy achieves it by fluorescence, in which certain materials convert X ray energy (or other parts of the spectrum) into visible light. This use of fluorescent materials to make a viewing scope is how fluoroscopy got its name. As the X rays pass through the patient, they are attenuated by varying amounts as they pass through or reflect off the different tissues of the body, casting an X ray shadow of the radiopaque tissues (such as bone tissue) on the fluorescent screen. Images on the screen are produced as the unattenuated or mildly attenuated X rays from radiolucent tissues interact with atoms in the screen through the photoelectric effect, giving their energy to the electrons. While much of the energy given to the electrons is dissipated as heat, a fraction of it is given off as visible light. Early radiologists would adapt their eyes to view the dim fluoroscopic images by sitting in darkened rooms, or by wearing red adaptation goggles. After the development of X ray image intensifiers, the images were bright enough to see without goggles under normal ambient light. Image Intensifiers are still being used to this day (2023) with many new models still using II (Image Intensifier) as its method of acquiring the image which is still popular due to lower cost compared to Flat Panel Detectors and there have been many debates on whether II or Flat Detector is more sensitive to X Ray, which results in lower X Ray Dosage used. (Depending upon what type of technology / panel is being used influences this answer greatly)

Nowadays, in all forms of digital X ray imaging (radiography, fluoroscopy, and CT) the conversion of X ray energy into visible light can be achieved by the same types of electronic sensors, such as flat panel detectors, which convert the X ray energy into electrical signals: small bursts of electric current that convey information that a computer can analyze, store, and output as images. As fluorescence is a special case of luminescence, digital X ray imaging is conceptually similar to digital gamma ray imaging (scintigraphy, SPECT, and PET) in that in both of these imaging mode families, the information conveyed by the variable attenuation of invisible electromagnetic radiation as it passes through tissues with various radiodensities is converted by an electronic sensor into an electric signal that is processed by a computer and output as a visible light image.

Медицинское применение

Флуороскопия стала важным инструментом в медицинской визуализации, позволяющим получать рентгеновские изображения в реальном времени во время операции или любой другой процедуры.

Хирургическая флюороскопия

Флуороскопия используется в различных видах хирургических вмешательств, таких как ортопедическая и хирургия стопы. В обоих случаях она применяется для контроля репозиции переломов, а также при определенных операциях с использованием большого количества имплантатов.

Урология

В урологии флюороскопия используется при ретроградной пиелографии и микционной цистоуретрографии для выявления различных аномалий, связанных с мочевой системой.

Кардиология

В кардиологии флюороскопия используется для диагностической ангиографии, чрескожных коронарных вмешательств (кардиостимуляторы, имплантируемые кардиовертеры-дефибрилляторы и устройства для ресинхронизации сердца).

Флюороскопия желудочно-кишечного тракта

Флуороскопию можно использовать для исследования пищеварительной системы с помощью вещества, непрозрачного для рентгеновских лучей (обычно сульфата бария или гастрографина), которое вводится в пищеварительную систему перорально или в виде клизмы. Обычно это выполняется в рамках двойной контрастной техники, использующей положительный и отрицательный контраст. Сульфат бария покрывает стенки пищеварительного тракта (положительный контраст), что позволяет очертить форму пищеварительного тракта в виде белого или светлого изображения на рентгеновском снимке. Затем может быть введен воздух (отрицательный контраст), который выглядит черным на снимке. Бариевая каша является примером контрастного вещества, которое принимают внутрь для исследования верхних отделов пищеварительного тракта. Хотя растворимые соединения бария очень токсичны, нерастворимый сульфат бария нетоксичен, поскольку его низкая растворимость препятствует его всасыванию организмом. Методы исследования желудочно-кишечного тракта включают бариевые клизмы, дефекационные проктограммы, бариевую кашу и глотание бария, а также энтероклиз.

Другие применения

Флюороскопия также используется в сканерах безопасности аэропортов для обнаружения спрятанного оружия или взрывчатых веществ. Эти устройства используют более низкие дозы радиации, чем при медицинской флюороскопии. Более высокие дозы в медицинских целях обусловлены необходимостью более высокой контрастности тканей, и по этой же причине иногда требуется применение контрастных веществ.

Ранняя эра

Истоки флуороскопии и радиографии можно проследить к 8 ноября 1895 года, когда Вильгельм Рентген, или в английской транскрипции Рёнтген, заметил, что экран из платиноцианида бария флуоресцирует под воздействием лучей, которые он впоследствии назвал рентгеновскими (алгебраическая переменная x, обозначающая "неизвестное"). В течение нескольких месяцев после этого открытия были созданы первые примитивные флуороскопы. Эти экспериментальные устройства представляли собой тонкие картонные экраны, покрытые изнутри слоем флуоресцирующей металлической соли, прикрепленные к воронкообразному картонному окуляру, который исключал посторонний свет, с окуляром для глаза, который пользователь подносил к глазу. Полученное таким образом флюороскопическое изображение было весьма слабым. Даже после усовершенствования и коммерческого внедрения для диагностической визуализации, ограниченная яркость флуоресцентных экранов первых коммерческих аппаратов требовала, чтобы рентгенолог находился в течение некоторого времени в затемненном помещении, где должна была проводиться процедура, чтобы предварительно адаптировать зрение и повысить его чувствительность к слабому изображению. Расположение рентгенолога за экраном также приводило к значительному облучению. В конце 1890-х годов Томас Эдисон начал исследовать материалы на предмет их способности к флуоресценции при облучении рентгеновскими лучами, и к началу века он изобрел флуороскоп с достаточной интенсивностью изображения для коммерциализации. Эдисон быстро обнаружил, что экраны из вольфрамата кальция дают более яркое изображение. Однако в 1903 году Эдисон прекратил свои исследования из-за рисков для здоровья, связанных с использованием этих ранних устройств. Кларенс Далли, стеклодув, изготавливавший лабораторное оборудование и трубки в лаборатории Эдисона, неоднократно подвергался воздействию радиации, что привело к лучевой болезни и впоследствии – к агрессивному раку. Сам Эдисон повредил глаз при испытаниях этих ранних флуороскопов. В период начального коммерческого развития многие ошибочно предсказывали, что динамические изображения флуороскопии полностью заменят рентгенограммы (статичные рентгеновские снимки), но превосходное диагностическое качество рентгенограмм и уже упомянутое повышение безопасности за счет более низкой дозы облучения при более короткой экспозиции помешали этому. Другим фактором было то, что обычные пленки обеспечивали простую и недорогую запись изображения, в то время как запись и воспроизведение флуороскопического изображения оставались более сложной и дорогостоящей задачей на протяжении десятилетий (подробно описано ниже). В 1916 году Вильгельм Тренделенбург разработал очки с красными фильтрами для решения проблемы адаптации глаз к темноте, ранее изученной Антуаном Беклером. Красный свет, проходящий через фильтры очков, правильно подготавливал зрение врача к процедуре, одновременно обеспечивая достаточное освещение для нормальной работы.

Fluoroscopy's origins and radiography's origins can both be traced back to 8 November 1895, when Wilhelm Röntgen, or in English script Roentgen, noticed a barium platinocyanide screen fluorescing as a result of being exposed to what he would later call X rays (algebraic x variable signifying "unknown"). Within months of this discovery, the first crude fluoroscopes were created. These experimental fluoroscopes were simply thin cardboard screens that had been coated on the inside with a layer of fluorescent metal salt, attached to a funnel shaped cardboard eyeshade which excluded room light with a viewing eyepiece which the user held up to his eye. The fluoroscopic image obtained in this way was quite faint. Even when finally improved and commercially introduced for diagnostic imaging, the limited light produced from the fluorescent screens of the earliest commercial scopes necessitated that a radiologist sit for a period in the darkened room where the imaging procedure was to be performed, to first accustom his eyes to increase their sensitivity to perceive the faint image. The placement of the radiologist behind the screen also resulted in significant dosing of the radiologist. In the late 1890s, Thomas Edison began investigating materials for ability to fluoresce when X rayed, and by the turn of the century he had invented a fluoroscope with sufficient image intensity to be commercialized. Edison had quickly discovered that calcium tungstate screens produced brighter images. Edison, however, abandoned his research in 1903 because of the health hazards that accompanied the use of these early devices. Clarence Dally, a glass blower of lab equipment and tubes at Edison's laboratory was repeatedly exposed, developing radiation poisoning, later dying from an aggressive cancer. Edison himself damaged an eye in testing these early fluoroscopes. During this infant commercial development, many incorrectly predicted that the moving images of fluoroscopy would completely replace roentgenographs (radiographic still image films), but the then superior diagnostic quality of the roentgenograph and their already alluded to safety enhancement of lower radiation dose via shorter exposure prevented this from occurring. Another factor was that plain films inherently offered recording of the image in a simple and inexpensive way, whereas recording and playback of fluoroscopy remained a more complex and expensive proposition for decades to come (discussed in detail below). Red adaptation goggles were developed by Wilhelm Trendelenburg in 1916 to address the problem of dark adaptation of the eyes, previously studied by Antoine Beclere. The resulting red light from the goggles' filtration correctly sensitized the physician's eyes prior to the procedure, while still allowing him to receive enough light to function normally.

Рентгенография обуви

Более тривиальные применения технологии появились в начале 1920-х годов, включая флюороскоп для подбора обуви, который использовался в обувных магазинах и универмагах. Опасения относительно последствий частого или неконтролируемого использования возникли в конце 1940-х и 1950-х годов. Врачи и специалисты в области здравоохранения выражали обеспокоенность по поводу потенциальных ожогов кожи, повреждения костей и аномального развития стоп. Эти опасения привели к разработке новых рекомендаций, нормативных актов и, в конечном итоге, к прекращению этой практики к началу 1960-х годов. Продавцы обуви и представители отрасли иногда защищали ее применение, утверждая, что нет доказательств вреда, и что она предотвращает повреждение стоп из-за неправильно подобранной обуви. Флюороскопию прекратили использовать при подборе обуви, поскольку риск радиационного воздействия перевешивал незначительную пользу. Только важные области применения, такие как здравоохранение, безопасность людей, безопасность пищевых продуктов, неразрушающий контроль и научные исследования, соответствуют соотношению риска и пользы, необходимому для использования.

Эра аналоговой электроники

Аналоговая электроника произвела революцию в флюороскопии. Разработка рентгеновского усилителя изображения компанией Westinghouse в конце 1940-х годов в сочетании с телевизионными камерами с замкнутым контуром 1950-х годов позволила получать более яркие изображения и улучшенную защиту от излучения. Красные адаптационные очки устарели, поскольку усилители изображения позволяли усиливать свет, излучаемый флуоресцентным экраном, и делать его видимым в освещенном помещении. Добавление камеры обеспечило возможность просмотра изображения на мониторе, что позволило рентгенологу просматривать изображения в отдельной комнате, вдали от риска облучения. Коммерциализация видеомагнитофонов, начавшаяся в 1956 году, позволила записывать телевизионные изображения и воспроизводить их по мере необходимости.

Цифровая эра

Цифровая электроника начала применяться в флюороскопии в начале 1960-х годов, когда Фредерик Г. Вейгарт и Джеймс Ф. МакНалти (1929–2014) в компании Automation Industries, Inc., располагавшейся тогда в Эль-Сегундо, Калифорния, создали на флюороскопе первое в мире изображение, сгенерированное в цифровом режиме в реальном времени. Это произошло при разработке впоследствии коммерциализированного портативного аппарата для боркового неразрушающего контроля военно-морской авиации. Изображение создавалось путем регистрации сигналов прямоугольной формы на флуоресцентном экране. С конца 1980-х годов технология цифровой визуализации была вновь внедрена в флюороскопию после разработки усовершенствованных детекторных систем. Современные улучшения в области люминофоров экрана, цифровой обработки изображений, анализа изображений и плоскопанельных детекторов позволили повысить качество изображения при одновременном снижении дозы облучения для пациента. Современные флюороскопы используют экраны на основе йодида цезия (CsI) и создают изображения, ограниченные шумом, что обеспечивает минимальную дозу облучения при сохранении приемлемого качества изображения.

Этимология

В медицинской литературе существует множество названий для движущихся изображений, полученных с помощью рентгеновских лучей. К ним относятся флюороскопия, флюорография, кинефлюорография, фотофлюорография, флюорорадиография, кимография (электрокимография, рентгенкимография), кинерадиография (кино), видеофлюорография и видеофлюороскопия. Сегодня термин "флюороскопия" общепринято понимается как гиперним ко всем вышеперечисленным терминам, что объясняет его наиболее частое использование и постепенное вытеснение остальных. Множество названий – это лингвистический артефакт технологических изменений, что объясняется следующим:

Сразу после открытия рентгеновских лучей (и их применения для визуализации внутренних органов) в 1890-х годах начались работы как по наблюдению, так и по регистрации изображений. И живые движущиеся изображения, и зафиксированные неподвижные изображения были доступны с самого начала с использованием простого оборудования; таким образом, как "наблюдение с флуоресцентным экраном" (флюоро + скопия), так и "регистрация/гравировка с помощью излучения" (радио + графика) сразу же получили названия на неолатинском языке – оба термина зафиксированы с 1896 года. Однако получение записанных движущихся изображений было более сложной задачей. В 1890-х годах движущиеся изображения любого типа (полученные с помощью видимого или невидимого излучения) были новыми технологиями. Поскольку термин "фотография" (буквально "регистрация/гравировка с помощью света") уже давно обозначал неподвижное изображение, для нового средства отображения движущихся изображений с видимым светом был придуман термин "кинематография" (буквально "регистрация/гравировка движения"). Вскоре появилось несколько новых терминов для получения движущихся рентгеновских изображений. Это часто достигалось либо съемкой флюороскопического экрана с помощью кинокамеры (которая по-разному называлась флюорографией, кинефлюорографией, фотофлюорографией или флюорорадиографией), либо быстрой серией рентгеновских снимков, используемых в качестве кадров фильма (кинерадиография). В любом случае, полученную пленку можно было проецировать на кинопроекторе. Другая группа методов включала различные виды кимографии, общей чертой которых было фиксирование данных в серии моментов, концепция, аналогичная кинофильму, хотя и не обязательно с воспроизведением, как в кино; скорее, последовательные изображения сравнивались кадр за кадром (различие, сопоставимое с режимом мозаики и кино в современной КТ-терминологии). Таким образом, электрокимография и рентгенкимография были одними из первых способов записи изображений с простого флюороскопического экрана. Телевидение также находилось на ранней стадии разработки в эти десятилетия (1890-е – 1920-е), но даже после того, как коммерческое телевидение получило широкое распространение после Второй мировой войны, оно еще некоторое время оставалось только средством прямой трансляции. В середине 1950-х годов появилась возможность коммерческой записи движущихся изображений телевидения на магнитную ленту (с помощью видеомагнитофона). Это вскоре привело к добавлению приставки "видео" к словам флюорография и флюороскопия, и термины видеофлюорография и видеофлюороскопия появились в литературе с 1960 года. В 1970-х годах видеомагнитофоны перешли из телевизионных студий и медицинской визуализации на потребительский рынок с домашним видео через VHS и Betamax, и эти форматы также были интегрированы в медицинское видеооборудование. Таким образом, со временем камеры и носители записи для флюороскопической визуализации совершенствовались: первоначальный тип флюороскопии, и наиболее распространенный в течение первых пятидесяти лет ее существования, часто не требовал их использования, поскольку для большинства диагностических и лечебных целей они не были необходимы. Для исследований, которые требовали передачи или записи (например, для обучения или исследований), использовались кинокамеры, работающие на пленке (например, 16-мм пленке). В 1950-х годах появились аналоговые электронные видеокамеры (сначала только для прямой трансляции, но позже с использованием видеомагнитофонов). С 1990-х годов используются цифровые видеокамеры, детекторы с плоским экраном и хранение данных на локальных серверах или (в последнее время) на защищенных облачных серверах. Современные флюороскопы используют цифровую обработку изображений и программное обеспечение для анализа изображений, которое не только обеспечивает оптимальную четкость и контрастность изображения, но и позволяет достичь этого результата при минимальной дозе облучения (поскольку обработка сигнала может усиливать слабые сигналы от низких доз облучения и в определенной степени отделять сигнал от шума). В то время как термин "сине" (произносится как /ˈsiːni/) в общем употреблении относится к кинематографу (то есть к фильму) или к определенным форматам пленки (кинопленка) для записи такого фильма, в медицинской практике он относится к кинерадиографии или, в последние десятилетия, к любому цифровому режиму визуализации, который создает движущиеся изображения, похожие на кино (например, новые КТ и МРТ системы могут выводить изображения в режиме сине или мозаики). Кинерадиография записывает 30 кадров в секунду флюороскопических изображений внутренних органов, таких как сердце, во время введения контрастного вещества для лучшей визуализации областей стеноза или для регистрации моторики желудочно-кишечного тракта. Технологии, предшествующие цифровым, заменяются цифровыми системами визуализации. Некоторые из них снижают частоту кадров, но также снижают поглощенную дозу облучения для пациента. По мере их совершенствования частота кадров, вероятно, увеличится. Сегодня, благодаря технологической конвергенции, термин "флюороскопия" общепринято понимается как гиперним ко всем более ранним названиям движущихся изображений, полученных с помощью рентгеновских лучей, как в режиме реального времени, так и записанных. Также благодаря технологической конвергенции рентгенография, КТ и флюороскопия теперь являются цифровыми режимами визуализации, использующими рентгеновские лучи с программным обеспечением для анализа изображений и удобным хранением и извлечением данных. Подобно тому, как фильмы, телевидение и веб-видео в значительной степени перестали быть отдельными технологиями, а стали лишь вариациями общих базовых цифровых тем, так и режимы рентгеновской визуализации, и, по сути, термин "рентгеновская визуализация" является конечным гипернимом, объединяющим их все, даже включая флюороскопию и четырехмерную КТ (4D-КТ), которая является новейшей формой движущихся изображений, полученных с помощью рентгеновских лучей. Могут пройти десятилетия, прежде чем более ранние гипонимы выйдут из употребления, не в последнюю очередь потому, что день, когда 4D-КТ вытеснит все более ранние формы движущейся рентгеновской визуализации, еще не наступил.

As soon as X rays (and their application of seeing inside the body) were discovered in the 1890s, both looking and recording were pursued. Both live moving images and recorded still images were available from the beginning with simple equipment; thus, both "looking with a fluorescent screen" (fluoro + scopy) and "recording/engraving with radiation" (radio + graphy) were immediately named with Neo Latin words—both words are attested since 1896. The quest for recorded moving images, though, was a more complex challenge. In the 1890s, moving pictures of any kind (whether taken with visible light or with invisible radiation) were emerging technologies. Because the word "photography" (literally "recording/engraving with light") was long since established as connoting a still image medium, the word "cinematography" (literally "recording/engraving movement") was coined for the new medium of visible light moving pictures. Soon, several new words were coined for achieving moving radiographic pictures. This was often done either by filming a simple fluoroscopic screen with a movie camera (variously called fluorography, cinefluorography, photofluorography, or fluororadiography) or by taking serial radiographs rapidly to serve as the frames in a movie (cineradiography). Either way, the resulting film reel could be displayed by a movie projector. Another group of techniques included various kinds of kymography, whose common theme was capturing recordings in a series of moments, with a concept similar to movie film, although not necessarily with movie type playback; rather, the sequential images would be compared frame by frame (a distinction comparable to tile mode versus cine mode in today's CT terminology). Thus, electrokymography and roentgenkymography were among the early ways to record images from a simple fluoroscopic screen. Television also was under early development during these decades (1890s–1920s), but even after commercial TV began widespread adoption after World War II, it remained a live only medium for a time. In the mid 1950s, a commercialized ability to capture the moving pictures of television onto magnetic tape (with a video tape recorder) was developed. This soon led to the addition of the "video " prefix to the words fluorography and fluoroscopy, with the words videofluorography and videofluoroscopy attested since 1960. In the 1970s, videotape moved from TV studios and medical imaging into the consumer market with home video via VHS and Betamax, and those formats were also incorporated into medical video equipment. Thus, over time the cameras and recording media for fluoroscopic imaging have progressed: The original kind of fluoroscopy, and the common kind for its first half century of existence, simply used none, because for most diagnosis and treatment, they were not essential. For those investigations that needed to be transmitted or recorded (such as for training or research), movie cameras using film (such as 16 mm film) were the medium. In the 1950s, analog electronic video cameras (at first only producing live output, but later using video tape recorders) appeared. Since the 1990s, digital video cameras, flat panel detectors, and storage of data to local servers or (more recently) secure cloud servers have been used. Late model fluoroscopes all use digital image processing and image analysis software, which not only helps to produce optimal image clarity and contrast, but also allows that result with a minimal radiation dose (because signal processing can take tiny inputs from low radiation doses and amplify them while to some extent also differentiating signal from noise). Whereas the word "cine" ('/s//ɪ//n//i/) in general usage refers to cinema (that is, a movie) or to certain film formats (cine film) for recording such a movie, in medical usage it refers to cineradiography or, in recent decades, to any digital imaging mode that produces cine like moving images (for example, newer CT and MRI systems can put out to either cine mode or tile mode). Cineradiography records 30 frame/second fluoroscopic images of internal organs such as the heart taken during injection of contrast dye to better visualize regions of stenosis, or to record motility in the body's gastrointestinal tract. The predigital technology is being replaced with digital imaging systems. Some of these decrease the frame rate, but also decrease the absorbed dose of radiation to the patient. As they improve, frame rates will likely increase. Today, owing to technological convergence, the word "fluoroscopy" is widely understood to be a hypernym of all the earlier names for moving pictures taken with X rays, both live and recorded. Also owing to technological convergence, radiography, CT, and fluoroscopy are now all digital imaging modes using X rays with image analysis software and easy data storage and retrieval. Just as movies, TV, and web videos are to a substantive extent no longer separate technologies, but only variations on common underlying digital themes, so, too, are the X ray imaging modes, and indeed, the term "X ray imaging" is the ultimate hypernym that unites all of them, even subsuming both fluoroscopy and four dimensional CT (4DCT), which is the newest form of moving pictures taken with X rays. Many decades may pass before the earlier hyponyms fall into disuse, not the least because the day when 4D CT displaces all earlier forms of moving X ray imaging may yet be distant.

Побочные эффекты

При использовании рентгеновских лучей, являющихся одной из форм ионизирующего излучения, необходимо тщательно сопоставлять потенциальные риски, связанные с процедурой, с пользой, которую она приносит пациенту. Поскольку пациент подвергается воздействию непрерывного источника рентгеновских лучей, а не кратковременного импульса, процедура флюороскопии обычно приводит к большей поглощенной дозе облучения, чем обычная (статическая) рентгенография. Использованию оправданы только важные области применения, такие как здравоохранение, безопасность людей, безопасность пищевых продуктов, неразрушающий контроль и научные исследования, соответствующие порогу соотношения риск-польза. В первой половине XX века флюороскопы для обуви использовались в обувных магазинах, но их применение было прекращено, поскольку использование радиационного облучения, даже в небольшой дозе, для несущественных целей больше не считается допустимым. Значительные усилия были направлены на снижение доз облучения, и недавние достижения в технологии флюороскопии, такие как цифровая обработка изображений и плоскопанельные детекторы, позволили значительно снизить дозы по сравнению с прежними методами. Поскольку флюороскопия предполагает использование рентгеновских лучей, формы ионизирующего излучения, флюороскопические процедуры могут повысить риск развития у пациента рака, вызванного радиацией. Помимо риска рака и других стохастических эффектов излучения, наблюдались также детерминированные эффекты излучения, варьирующиеся от легкой эритемы, эквивалентной солнечному ожогу, до более серьезных ожогов. Дозы облучения, получаемые пациентом, в значительной степени зависят как от размеров пациента, так и от продолжительности процедуры, при этом типичные значения дозы на коже составляют 20–50 мГр/мин. Время экспозиции варьируется в зависимости от выполняемой процедуры и может составлять от нескольких минут до нескольких часов, после чего следует рекомендация по минимизации дальнейших травм, вызванных флюороскопией. Проблема радиационных повреждений, вызванных флюороскопией, была дополнительно рассмотрена в обзорных статьях, опубликованных в 2000 и 2010 годах. Хотя детерминированные эффекты излучения возможны, радиационные ожоги не характерны для стандартных флюороскопических процедур. Большинство процедур, достаточно длительных для вызывания радиационных ожогов, являются частью жизненно необходимых операций. Усилители рентгеновского изображения обычно оснащены системами снижения дозы облучения, такими как импульсный режим вместо постоянного излучения, а также функцией "удержания последнего изображения", которая "замораживает" изображение на экране, позволяя его изучить без дополнительного облучения пациента. Разработаны усилители изображения, повышающие яркость экрана, что позволяет снизить дозу рентгеновских лучей, необходимую для получения изображения. Хотя это снижает риск ионизации, оно не устраняет его полностью.

The use of X rays, a form of ionizing radiation, requires the potential risks from a procedure to be carefully balanced with the benefits of the procedure to the patient. Because the patient must be exposed to a continuous source of X rays instead of a momentary pulse, a fluoroscopy procedure generally subjects a patient to a higher absorbed dose of radiation than an ordinary (still) radiograph. Only important applications such as health care, bodily safety, food safety, nondestructive testing, and scientific research meet the risk benefit threshold for use. In the first half of the 20th century, shoe fitting fluoroscopes were used in shoe stores, but their use was discontinued because it is no longer considered acceptable to use radiation exposure, however small the dose, for nonessential purposes. Much research has been directed toward reducing radiation exposure, and recent advances in fluoroscopy technology such as digital image processing and flat panel detectors, have resulted in much lower radiation doses than former procedures. Because fluoroscopy involves the use of X rays, a form of ionizing radiation, fluoroscopic procedures pose a potential for increasing the patient's risk of radiation induced cancer. In addition to the cancer risk and other stochastic radiation effects, deterministic radiation effects have also been observed ranging from mild erythema, equivalent of a sunburn, to more serious burns. Radiation doses to the patient depend greatly both on the size of the patient and length of the procedure, with typical skin dose rates quoted as 20–50 mGy/min. Exposure times vary depending on the procedure being performed, ranging from minutes to hours. followed by an advisory to minimize further fluoroscopy induced injuries. The problem of radiation injuries due to fluoroscopy has been further addressed in review articles in 2000 and 2010. While deterministic radiation effects are a possibility, radiation burns are not typical in standard fluoroscopic procedures. Most procedures sufficiently long in duration to produce radiation burns are part of necessary life saving operations. X ray image intensifiers generally have radiation reducing systems such as pulsed rather than constant radiation, along with "last image hold", which "freezes" the screen and makes it available for examination without exposing the patient to unnecessary radiation. Image intensifiers have been introduced that increase the brightness of the screen, so that the patient can be exposed to a lower dose of X rays. Whilst this reduces the risk of ionisation occurring, it does not remove it entirely.

Детекторы плоских панелей

Внедрение детекторов с плоской панелью позволяет заменить усилители изображения в конструкции флуороскопа. Детекторы с плоской панелью обладают повышенной чувствительностью к рентгеновскому излучению, что позволяет потенциально снизить дозу облучения для пациента. Временное разрешение также улучшено по сравнению с усилителями изображения, что уменьшает размытие, вызванное движением. Контрастность также выше, чем у усилителей изображения: детекторы с плоской панелью демонстрируют линейность в очень широком диапазоне, в то время как у усилителей изображения максимальное соотношение контрастности составляет около 35:1. Пространственное разрешение примерно одинаково, хотя усилитель изображения, работающий в режиме увеличения, может быть незначительно лучше, чем детектор с плоской панелью. Детекторы с плоской панелью значительно дороже в приобретении и ремонте, чем усилители изображения, поэтому их применение в основном распространено в областях медицины, требующих высокоскоростной визуализации, например, в сосудистой визуализации и катетеризации сердца.

Контрастные агенты

В качестве радиоконтрастных веществ использовался ряд соединений, включая серебро, висмут, цезий, торий, олово, цирконий, тантал, вольфрам и соединения лантаноидов. Использование тория (диоксида тория) в качестве контрастного агента было быстро прекращено, поскольку торий вызывает рак печени. Большинство современных инъекционных рентгеноконтрастных веществ положительного контраста основаны на йоде. Йодированные контрастные вещества представлены двумя формами: ионными и неионными соединениями. Неионные контрастные вещества значительно дороже ионных (примерно в три-пять раз), но, как правило, более безопасны для пациентов, вызывая меньше аллергических реакций и неприятных побочных эффектов, таких как ощущение жара или приливы. Большинство центров визуализации теперь используют исключительно неионные контрастные вещества, поскольку считают, что преимущества для пациентов перевешивают затраты. Воздух и углекислый газ (CO2) являются отрицательными рентгеноконтрастными агентами. Последний легче всасывается организмом и вызывает меньше спазмов. Его также можно вводить в кровоток, что абсолютно недопустимо для воздуха из-за риска воздушной эмболии.

Проблемы с визуализацией

В дополнение к факторам пространственного размытия, свойственным всем рентгеновским системам визуализации, вызванным такими явлениями, как эффект Люберта, повторное поглощение К-флуоресценции и дальность пробега электронов, флуороскопические системы также подвержены временному размытию из-за задержки обработки сигнала. Это временное размытие приводит к усреднению кадров. Хотя это и снижает уровень шума на изображениях неподвижных объектов, оно вызывает размытие движущихся объектов. Временное размытие также затрудняет оценку характеристик флуороскопических систем.