Материал: Симонов Томографические измерителные информационные системы 2011

туация будет обратной, и соответственно, уменьшение и увеличение потока будет не более 3 и 5 %. Для РКТ-01 при Eэф = 70,3 кэВ

трехпроцентное уменьшение имеет достаточно систематический характер по толщине фантома, что мало отражается на качестве томографического изображения.

366

Глава 5. РЕНТГЕНОВСКИЙ КОМПЬЮТЕРНЫЙ ТОМОГРАФ РКТ-01

5.1. Анализ технических требований

Технические требования к рентгеновскому компьютерному томографу РКТ-01 можно разделить на несколько групп.

Физико–метрологические требования к выходным характеристикам томографического изображения. Как известно из гл. 4, качество томографического изображения характеризуется следующими параметрами (применительно к РКТ–01):

-пространственное разрешение для объектов с контрастом свыше 10 % относительно воды – 0,8–1,0 мм;

-низкоконтрастное разрешение (плотностное разрешение) для объектов с контрастом 0,5 % относительно воды – 3,5 мм;

-нелинейность изображения однородного водяного фантома не более 0,2 %;

-шум на изображении не более 0,5 %.

Что будут определять вышеуказанные требования с точки зрения методологии проектирования томографа и возможного задания требований к конкретным параметрам блоков и систем?

Пространственное разрешение согласно (4.25) для выбранной геометрической схемы сканирования находится в достаточно сложной зависимости от дозы излучения источника, плотностного разрешения, квантовой эффективности детектора, толщины томографического слоя. При этом доза излучения является лимитируемым параметром, которая должна быть не более определенной величины, определяемой, как правило, допустимой дозой облучения мозга человека. В то же время величину дозы определяет эффективность детектора, его конструктивные параметры (объем рабочего тела, апертуру, глубину детектора), а также плотностное разрешение.

С другой стороны, пространственное разрешение исходя из заданной геометрической схемы сканирования определяется величиной апертуры единичного детектора (3.6) и зависит от геометрических соотношений рентгенооптического тракта, количества ракурсов и единичных детекторов.

367

Все выше сказанное относится и к низкоконтрастному разрешению.

Нелинейность изображения, определяемая по выражениям (4.11) и (4.12), зависит в основном от влияния эффекта полиэнергетичности излучения и корректируется методами, изложенными в гл. 3.

Шум на изображении зависит от многих факторов:

-от стабильности интенсивности и спектра излучения, что определяется стабильностью параметров рентгеновской трубки, высоковольтного источника напряжения;

-аппаратных шумов источника питания детектора, самого детектора, электронной системы сбора данных, механических шумов сканирующего устройства, алгоритма предварительной обработки измерительных и “сырых” данных, параметрической устойчивости алгоритма реконструкции, различных видов физических калибровок рентгенооптического тракта и измерительных каналов.

Шум на изображении влияет на низкоконтрастное разрешение. На рис. 5.1 иллюстрируется задание и выполнение требований к

качеству изображения.

аб

вг

Рис. 5.1. Томограммы, полученные для тест-фантомов на томографе РКТ–01

368

На рис. 5.1, а пространственное разрешение определяется “видимостью” высококонтрастных (относительно воды) отверстий наименьшего (0,8–1 мм) диаметра по критерию (4.11').

На рис. 5.1, б низкоконтрастное разрешение определяется “видимостью” отверстий 0,5 % контраста относительно воды наименьшего (3,5 мм) диаметра по критерию (4.11').

На рис 5.1, в нелинейность определяется по критерию (4.12) для пяти областей интереса не менее в 100 пикселов и не должно превышать 0,2 %.

На рис. 5.1, г шум на изображении определяется по критерию (4.8) для пяти областей интереса не менее в 100 пикселов и не должен превышать 0,5 %.

Требования к физической схеме сканирования и геометрии рентгеновского тракта. Выбор схемы сканирования определяется в основном двумя параметрами: временем сканирования и размером области реконструкции. Для времени сканирования не более 6 с и области реконструкции диаметром не менее 480 мм наиболее целесообразной является веерная геометрия сканирования с охватом блоком детекторов области реконструкции.

В гл. 2 было показано, что для решения основного уравнения томографии необходимо, чтобы источник излучения, по возможности, был точечным, моноэнергетическим и коллимированным. Последнее требование для веерной геометрии сканирования не выполняется. Поэтому в плоскости XY возможно влияние рассеянного излучения. Для уменьшения этого влияния необходимо область реконструкции как можно более смещать к блоку детекторов, а электроды камеры единичных детекторов выполнять из материала с высоким атомным номером и достаточной высоты. Последнее будет обеспечивать также коллимирующее свойство самих единичных детекторов. Коллимирование веерного луча по оси Z осуществляется специальным коллиматором. Он обеспечивает толщину луча в центре исследуемого объекта 2; 5 и 10 мм.

Источник излучения также должен быть достаточно мощным, чтобы просветить объект исследования диаметром 480 мм и иметь на выходе после объекта сигнал, квантовый шум которого менее 1 %. Одновременно поглощенная доза, полученная объектом ис-

369

следования, должна быть не более 3,5 рад, что определяет требования к чувствительности детектора и его физическим и геометрическим параметрам.

На рис. 5.2. показана схема сканирования и геометрия рентгенооптического тракта томографа РКТ–01.

Рис. 5.2. Схема сканирования и геометрия рентгенооптическоготракта томографа РКТ–01 (ИК = 230 мм; ИО = 630 мм; ИЛ = 990 мм; М = 600, 1200; N = 512; γт = =23,11°; Δβ = 0,6° для М = 600; Δβ = 0,3° для М = 1200; Δγ = 0,09°; источник имеет фокус 1,2 × 1,2 мм)

Требования к алгоритму реконструкции и программному обеспечению. Выбор алгоритма реконструкции определяется: минимальным временем реконструкции, количеством возможных ракурсов М и единичных отсчетов в проекции (детекторов) N, устойчивостью к погрешности проекционных данных, возможностью достаточно простой его реализации в специальном процессоре или универсальной ПЭВМ.

370