Материал: Симонов Томографические измерителные информационные системы 2011

Третье поколение рентгеновских компьютерных томографов строилось на совершенно иных принципах, чем первое и второе. Этим были предопределены их технические характеристики. Практически все томографы третьего поколения ранней разработки

(СТ-Т, СТ-Т 7800, СТ-Т 8800 фирмы General Electric, Somatom I фирмы Siemens, Synerviev фирмы Picker, CT Scanner фирмы Varian (США)), более поздней разработки (Somatom AR. SP и Somatom DR фирмы Siemens, CT MAX–640 фирмы General Electric, Exel– 2400 фирмы Elscint (Израиль)) и современной разработки (Hitachi Cario фирмы Hitachi, Je Hi Spead Dxi (объединенная Европа), Somatom Balance фирмы Siemens, Picker PQ 2000 фирмы Picker и

др.) имеют суммарный угол сканирования 3600 и непрерывное вращательное движение. Эта особенность обеспечила малое время сканирования, не превышающее 6 с. Толщина исследуемого слоя осталась на том же уровне и равна 2, 5 или 10 мм.

Заметно изменилось соотношение между полупроводниковыми и газонаполненными детекторами. Так, фирмы Siemens и Picker применили комбинированные детекторы – сцинциллятор + фотодиод, количество которых варьируется от 800 до 5000, остальные фирмы разработали ксеноновые и ксенон-криптоновые детекторные линейки, количество единичных детекторов которых колеблется от 256 до 1500.

Применение универсальных ЭВМ серии РС со спецпроцессорами для реконструкции матриц 512×512, 1024×1024, 2048×2048, а так же универсальных Rick-ЭВМ высокой производительности без спецпроцессоров позволили проводить восстановление изображения в реальном масштабе времени.

В настоящее время томографов четвертого поколения практически нет.

Томографы пятого поколения появились в вариации динамического рентгеновского компьютерного томографа с одной электронной «пушкой», большой вакуумной камерой с вольфрамовой мишенью, опоясывающей тело пациента. Этот томограф разработала фирма Jmatron (США). Благодаря электронному управлению сканированием рентгеновского излучения, время получения одного слоя не превышает 50 мс, что достаточно для получения «срезов» и в итоге объемного изображения сердца и его коронарных сосудов.

56

Эта система является основным инструментом для планирования операций аортокоронарного шунтирования на сердце и в комплексе с другими ангиографическими установками может создавать центры для сканирования, визуализации и контроля за операциями на сердце в реальном масштабе времени, в том числе их дистанционного управления c различных мировых кардиологических центров (телемедицина).

Рентгеновские компьютерные томографы всех типов и поколений, несмотря на значительное различие в технических и эксплуатационных характеристиках, могут быть представлены обобщенной структурной схемой (рис. 1.38), имеющей достаточно устойчивый состав блоков и межблочных связей. Практически в любой томографической системе могут быть выделены три основные части, обеспечивающие обработку и регистрацию данных.

ИПРГ

Реконструктор БПИ

РГ

ПО ЭВМ СУ

К

Скан

Рис. 1.38. Структурная схема рентгеновского компьютерного томографа

Часть I может быть названа физической. Она содержит в своем составе рентгеновский генератор РГ, источник рентгеновского генератора ИПРГ, коллиматор К, формирующий геометрию рентгеновского пучка, детектирующую систему Д и сканер механического или электронного сканирования рентгеновского излучения Скан.

57

Часть II называется обрабатывающей и содержит блок предварительной обработки информации ПОИ, поступающей с физической части, управляющую ЭВМ, реконструктор, содержащий спецпроцессор или ЭВМ, восстанавливающую изображения по заложенному алгоритму реконструкции. Это может быть алгоритм обратного проецирования фильтрацией сверткой или алгебраический итерационный алгоритм или другой, и программное обеспечение по обработке изображения и управлению блоками томографа ПО.

Часть III называется регистрирующей, поскольку содержит блок, отображающий полутоновые изображения (томограммы) и цифробуквенную информацию БПИ, а также систему управления и пульт управления томографом.

Данное разделение томографической системы является достаточно условным. Так, система управления СУ имеет свое программное управление, которое в целом было отнесено ко второй части. Однако это обстоятельство не может изменить принципиальной сути и поэтому может не приниматься во внимание. На схеме даны функциональные связи между отдельными блоками. Связи сканера Скан с ПОИ и другими блоками (на рис. 1.38 показаны пунктиром) показывают, что эта группа блоков конструктивно совмещена.

Снятие томограммы осуществляется после размещения пациента на столе, подвижная часть которого позволяет расположить пациента в специальном окне, называемом гентри, сканера так, что подлежащая исследованию часть тела находится в зоне облучения рентгеновским пучком. После проведения всех необходимых подготовительных операций дается разрешение на сканирование, в соответствии с которым осуществляются механические перемещения системы рентгеновский генератор – детекторная система или электронное управление созданием рентгеновских пучков при неподвижных РГ и Д. При этом питание рентгеновского генератора обеспечивает создание рентгеновского пучка через исследуемое сечение тела в определенные промежутки, соответствующие строго определенным угловым положениям – ракурсам. Количество ракурсов определено и фиксировано.

Рентгеновское излучение после прохождения через исследуемое сечение ослабляется и воспринимается детектирующей системой.

58

Выходные аналоговые сигналы с единичных детекторов преобразуются в цифровые в ПОИ и поступают на обработку в вычислительный комплекс. Здесь производится корректировка, связанная с устранением влияния помех и рассеянного рентгеновского излучения, калибровка детекторов по воздуху и воде, выполняются операции предварительной обработки данных, получение проекционных данных (логарифмирование), реконструкция изображения по заданному алгоритму. Данные об изображении поступают на устройство визуализации БПИ.

В различных томографах осуществляется сканирование одного или нескольких слоев. По требованию медицинского персонала может быть осуществлено несколько последовательных сканирований после перемещения пациента в гентри (проеме) сканера. При этом маркирование томографического сечения проводится по анатомическим точкам пациента с помощью трехкоординатного светового визира.

Гентри имеет диаметр порядка 600 мм, а область реконструкции 400–500 мм. Время одного сканирования менее 6 с на большой скорости и менее 12 с – на малой. Важной характеристикой является минимальный исследуемый участок тела пациента. Эта величина достигает 1,0×1,0×1,5 мм3. При этом разрешение по плотности у хороших томографов не более 0,5 %. Шкала коэффициентов поглощения для томографов выбирается в величинах Хаунсфилда из выражения

Hv = ((μизм −μв )μв) 1000 ,

где Hv –величины Хаунсфилда, μизм, μв – линейный коэффици-

ент рентгеновского поглощения соответственно для измеренного участка исследуемого сечения и водяного фантома, полученного при калибровке.

Распространенной является шкала, у которой наименьшее значение равно −1024 и присваивается воздуху, нуль соответствует воде, а наибольшее значение равно (для кости) +1024. Дисперсия коэффициента поглощения на уровне воды (шум на изображении) допускается не более 0,5 % (5 Hv ).

В табл. 1.2 представлены характеристики томографов третьего и пятого поколений.

59