Материал: Симонов Томографические измерителные информационные системы 2011

Характеристика физической части томографа. Источником рентгеновского излучения, как правило, является рентгеновская трубка с высокой теплоемкостью анода (мишени). Работает рентгеновская трубка в диапазоне от 60 до 140 кВ при токах от 10 мА до 500 мА и до 10 А для специальных трубок особой конструкции, применяемых в томографах пятого поколения. Размеры эффективного фокусного пятна трубок на мишени по ширине 0,6–1,2 м и по длине 8–10 мм, размеры оптического фокусного пятна 0,6–1 мм. Теплоемкость мишени для современных производительных томографов достигает 7–8 мДж. Высоковольтное питание рентгеновских трубок должно быть стабильным с целью малого влияния изменения спектра рентгеновского излучения на качество томограмм. Допустимая нестабильность не превышает 0,5 %.

Коллиматор устанавливается для фильтрации и ограничения до заданной геометрии пучка рентгеновского излучения. Для устранения мягкой части спектра излучения используется медный фильтр толщиной 1 мм. Для выравнивания динамического диапазона измерения рентгеновского излучения применяется специальной фильтр типа «бабочка» (доджер). Коллиматор обладает возможностью изменения толщины рентгеновского пучка. Обычно толщина его составляет 2, 5 и 10 мм. Смена диафрагм для изменения толщины «пучка» и изменение положения фильтра–«бабочки» осуществляется автоматически. Требования к точности угла развала рентгеновского «пучка» достаточно жесткие и определяются величиной 0,5%. Кожух коллиматора строится таким образом, что обеспечивается требуемый уровень радиационной защиты и допустимый уровень рассеянного излучения.

Детектор предназначен для регистрации рентгеновского излучения, прошедшего через тело пациента, и преобразования его энергии в электрический сигнал, пропорциональный интенсивности излучения.

Широкое применение нашли газонаполненные детекторы, которые представляют собой герметический сосуд с накаченным в него под давлением до 2,5·106 Па (25 атм) инертным газом ксеноном. Объем сосуда составляет до 5 л. Детектор состоит из нескольких сотен элементарных ячеек – единичных детекторов, электрически и

67

физически изолированных друг от друга и располагаемых на дуге с радиусом 1000–1100 мм и заполненным сверхчистым ксеноном или ксеноном с добавкой криптона. Угол развала луча, равный 40– 50 градусов, охватывает все элементарные ячейки детектора. Входное окно детектора для рентгеновского излучения имеет ширину 20–30 мм при длине, определяемой углом раскрытия детектора и радиусом дуги детекторного корпуса.

Особыми характеристиками должен обладать коллектор электродов детекторной линейки. К ним относятся жесткие требования на одинаковость расстояний между электродами. Допустимое отклонение этих расстояний не должно превышать 0,1 %. Конструкция коллектора должна обеспечивать жесткость крепления электродов. Должны быть предусмотрены специальные меры, связанные с подачей на детектор постоянного напряжения до 500 В. Эффективность детектора определяется энергетическим спектром источника излучения. Детекторная линейка должна обладать высокой стабильностью параметров единичных детекторов (не менее 1 %).

Механические узлы томографа содержат в своем составе сканирующее устройство и стол пациента. В свою очередь, в состав сканирующего устройства входят: сканер с приводами вращения по азимуту и наклону, рентгеновская трубка в защитном кожухе, коллиматор рентгеновского излучения с фильтрами, детектор рентгеновского излучения, система сбора данных с единичных детекторов. Сканирующее устройство предназначено для облучения объекта исследования с заданных ракурсов и получение проекционных данных.

Важными характеристиками сканирующего устройства является расстояние от фокальной точки рентгеновской трубки до детектора

ирасстояние от фокальной точки до центра вращения. Соотношение этих параметров влияет на величину афокальной погрешности,

иучаствует как исходные данные в алгоритме реконструкции изображения. Это соотношение обычно задают около 1,5. Одним из основных элементов сканирующего устройства является базовый подшипник. От стабильности его работы зависят качественные показатели томографа. Этим предопределяются жесткие требования, которые предъявляются к допустимым радиальным биениям и

68

осевым смещениям базового подшипника. Величины эти измеряются сотыми долями миллиметра.

Характеристика обрабатывающей части. Устройство предва-

рительной обработки информации предназначено для предварительного усиления, интегрирования сигналов, преобразования из аналоговой формы в дискретную, передачи от всех единичных детекторов в реконструктор. Выходной сигнал ксенонового детектора, являющегося источником тока, имеет величину от единиц до сотен наноампер. Этот сигнал после усиления и интегрирования является входным для аналого-цифрового преобразователя. Анало- го-цифровой преобразователь должен иметь погрешность измерения не более 0,3 %.

Реконструктор предназначен для решения задач реконструкции изображения по отдельным проекциям, получаемым при сканировании. Процесс реконструкции для алгоритма обратного проецирования с фильтрацией сверткой начинается с приема первой проекции и заканчивается через несколько секунд после приема последней проекции. В реконструкторе следует предусмотреть возможность изменения ядра свертки и корректирующих коэффициентов для учета влияния полихроматичности и рассеянного рентгеновского излучения.

Программное обеспечение предназначено для управления томографическим процессом и обработки томограмм с целью представления на ней диагностической информации для врача–диагноста.

Характеристика регистрирующей части. Система управления и автоматики томографа должна быть построена с максимально «дружественным» интерфейсом по отношению к врачу–диагносту. Все операции должны быть максимально автоматизированы и безопасны. К функциям системы относятся управление движением платформы сканирующего устройства и столом пациента, формирование необходимых управляющих импульсов с целью синхронизации работы датчика ракурсов, запуска рентгеновской трубки и обработки проекционных данных.

В состав системы управления и автоматики входит терминал оператора и полутоновый дисплей высокого разрешения для вывода изображения. Система управления содержит развитую про-

69

граммную часть, обеспечивающую функционирование всех блоков томографа с помощью центрального процессора.

Полутоновый дисплей предоставляет врачу–диагносту картину исследуемого сечения и цифробуквенную информацию о пациенте и о режимах сканирования. При диагностике и анализе изображения производятся такие процедуры: изменение масштаба численных значений на шкале дисплея, измерение расстояния между точками, угла наклона прямой к горизонтали, фронтальная и саггитальная трансформация изображения, построение гистограмм плотности, поворот изображения на 90°, сложение и вычитание изображений и др.

70