Пиковое напряжение на трубке

Пиковое напряжение на трубке (kVp) — это пиковый потенциал, подаваемый на рентгеновскую трубку, который ускоряет электроны от катода к аноду при рентгенографии или компьютерной томографии. Напряжение на трубке, в свою очередь, определяет количество и качество генерируемых фотонов. Увеличение kVp расширяет и усиливает спектр рентгеновского излучения, приводя к повышению максимальной и средней/эффективной энергий, а также к увеличению количества фотонов/интенсивности излучения.

Наряду с mAs (произведением силы тока трубки на время экспозиции) и фильтрацией, kVp (напряжение на трубке) является одним из основных параметров, регулируемых на рентгеновских аппаратах для контроля качества изображения и лучевой нагрузки на пациента.

Качество изображения

Первым фактором, который следует учитывать при выборе kVp, является обеспечение достаточной проникающей способности и экспозиции, что зависит от количества фотонов, энергии фотонов и ослабления в тканях (которое зависит от коэффициента ослабления и толщины). Должно присутствовать достаточное количество фотонов с необходимой энергией, способных пройти сквозь тело пациента и достичь приёмника изображения. Экспозиция на приёмнике изображения возрастает приблизительно пропорционально пятой степени изменения kVp (за счёт сочетания увеличения числа фотонов и их проникающей способности), так что повышение kVp на 15% удваивает интенсивность излучения на детекторе. Особенно в более крупных частях тела, таких как туловище взрослых пациентов с ожирением, фотоны с более низкой энергией поглощаются полностью, не участвуя в формировании изображения. В подобных ситуациях применяются более высокие значения kVp для увеличения интенсивности рентгеновского излучения, достигающего приёмника, что повышает отношение сигнал/шум на изображениях.

После обеспечения достаточной экспозиции следующим фактором при регулировке kVp является контрастность изображения. При более высоких энергиях фотонов взаимодействия за счет фотоэлектрического эффекта происходят реже, поэтому большая доля взаимодействий фотонов приходится на комптоновское рассеяние, которое меньше различается между различными тканями, чем фотоэлектрический эффект. Кроме того, фотоны более высокой энергии с большей вероятностью проходят сквозь пациента без взаимодействия с тканями. Следовательно, рентгеновское излучение более высокой энергии формирует изображения с более низкой контрастностью.

Доза

При обеспечении удовлетворительной проникающей способности и контрастности при настройке kVp также необходимо учитывать лучевую дозу, получаемую пациентом. Выходное количество фотонов приблизительно пропорционально степенной функции kVpⁿ, где n составляет приблизительно 2 в рентгенографии и 2,6 в КТ (при этом различия связаны с разницей в фильтрации и форме пучка). Например, увеличение со 100 до 120 kVp приведет к увеличению индекса дозы КТ более чем на 50%, если остальные параметры останутся неизменными.

В действительности, чтобы избежать необоснованного повышения дозы, значение mAs обычно снижают для компенсации возросшего количества фотонов при увеличении kVp. Современные цифровые системы визуализации достигают этого с помощью автоматизированных методов. Согласно эмпирическому правилу пятой степени, для поддержания постоянной экспозиции приемника изображения каждое изменение kVp на 15% должно сопровождаться обратным изменением mAs в 2 раза.

Возможность снижения mAs по зависимости пятой степени более чем достаточна для компенсации прямого влияния увеличения kVp на количество фотонов (зависимость второй-третьей степени). Эта разница связана с тем, как резко снижается вероятность поглощения энергии в различных биологических тканях в диапазоне энергий фотонов, используемых для диагностической визуализации. Таким образом, поглощённую дозу можно снизить при сохранении постоянной экспозиции приёмника изображения путем выбора более высокого kVp и более низкого mAs. Однако, поскольку такое снижение достигается за счёт фотонов более высокой энергии, компромиссом является снижение контрастности изображения. Методики с более низким kVp могут применяться при более низкой дозе, когда контрастность важнее (например, КТ-ангиография брюшной полости) или когда шум, связанный с ослаблением, представляет меньшую проблему (например, у детей).