Материал: Симонов Томографические измерителные информационные системы 2011

Учитывая, что в РКТ-01 минимальное время реконструкции менее 10 с, количество M и N достаточно большое M = 600, 1200; N = 512, а погрешность “сырых” проекционных данных может быть существенной, свыше 1 %, алгоритм реконструкции целесообразно выбрать из класса интегральных преобразований. Для РКТ-01 применен алгоритм обратного проецирования с фильтрацией сверткой (ОПФС), реализация которого осуществляется в специальном процессоре.

В алгоритме ОПФС обеспечивается регулирование устойчивости к погрешности проекционных данных путем выбора сворачивающей функции с соответствующим “окном” фильтрации и регуляризирующим параметром.

Восстановление томограммы проводится в виде матрицы изображения 512 × 512 пикселов.

Программное обеспечение по обработке и анализу томограммы выполняет все необходимые операции, требуемые для врача– диагноста:

-фильтрацию изображения;

-определение геометрических размеров и статистических характеристик томографического параметра заданной области интереса;

-сравнение различных изображений и т. д.

Требования к системам томографа и управлению томогра-

фическим процессом. Управление томографом проводится с центрального терминала путем обмена управляющей информацией между центральным процессором и контроллерами периферийных устройств и систем. С точки зрения точности задания режимов томографирования и поддержания ее в процессе сканирования управление томографом РКТ–01 можно разделить на несколько групп.

Управление режимами рентгенооптического тракта. Ис-

точник излучения – рентгеновская трубка с управляющей сеткой и вращающимся анодом должна работать в импульсном режиме: длительность рентгеновского импульса τи = 3,5мс± 0,1 % , высоко-

вольтное напряжение на трубке Ua =120 кВ± 0,1 % , анодный ток Jа = 60−500 мА± 0,1 % . Точности заданных параметров трубки

поддерживается в течение сканирования – снятия томограммы объекта.

371

Данные параметры трубки обеспечивают необходимую мощность для просвечивания веерным узким пучком объекта (Н2О) диаметром 480 мм с квантовым шумом менее 0,5 %, при минимальной дозе облучения объекта (3,5 рад) и получение достаточного сигнала на ксеноновом детекторе для дальнейшей регистрации, а также требуемую стабильность интенсивности и спектра излучения.

Управление запуском рентгеновского излучения производится сигналом с датчика углового положения рентгенооптического тракта на управляющую сетку трубки.

Коллиматор должен иметь три составные части:

1)алюминиевую пластину толщиной 1,5 мм для “сужения” спектра источника излучения;

2)“фильтр-бабочку” из органического стекла при поле реконструкции диаметром до 250 мм и диаметром с 250 мм и выше для согласования динамического диапазона измерений детектора и электронной системы сбора данных;

3)свинцовую щель для создания веерного пучка толщиной 2; 5

и10 мм ± 0,5 мм в центре объекта и угла веера не менее 46,22°. Уменьшение интенсивности рентгеновского излучения за счет

алюминиевой пластины и “фильтра-бабочки” должно компенсироваться изменением мощности источника излучения.

Выбор необходимого “фильтра-бабочки” и толщины томографического слоя с заданной точностью проводится в зависимости от требуемого режима (параметров) рентгеновской трубки, что определяется объектом исследования (шея, голова, грудная клетка, таз).

Детектор излучения – 512 канальный детектор, состоящий из ионизационных ксеноновых камер, прилегающих друг к другу. Из 512 единичных детекторов – 504 рабочих детектора и 8 (по 4 с одного и другого края блока детекторов) опорных. Рабочие детекторы служат для измерения излучения после объекта, опорные – для измерения излучения источника. Камеры детектора должны обладать коллимирующим свойством от рассеянного излучения, для чего электроды делаются из тантала толщиной 0,15 мм. Апертура единичного детектора равна 1,56 мм ± 10 %. Месторасположение единичного детектора на дуге блока детекторов (см. рис. 5.2) должно выдерживаться с точностью γi ± 1 %, где γi – текущий

угол i-го детектора.

372

Линейность передаточной характеристики в динамическом диапазоне 1–103 должна быть не менее 0,2 %, стабильность высоковольтного питания детектора – 500 В± 0,1 % .

Система сбора данных с детекторов – 512 канальная электронная система измерения аналоговых сигналов с единичных детекторов и преобразования их в цифровой код для дальнейшей обработки в спецпроцессоре.

Система должна работать в реальном масштабе времени: период измерения всех 512 каналов: 3,5 мс – время рентгеновского импульса в одном ракурсе, 6,5 мс – время обработки аналогового сигнала в цифровой код 512 каналов для одного ракурса, передача цифрового кода проекции (512 каналов) для всех ракурсов (600 или 1200) в спецпроцессор для предварительной обработки.

Динамический диапазон измерения сигналов 1–103. Измеряемые токи единичных детекторов ~1 нА – 1 мкА. Погрешность измерения минимального тока этого диапазона должна быть меньше квантового шума и составлять не более 0,3 %.

Линейность измерения должна быть не меньше 0,2 %. Управление запуском системы производится сигналом с датчи-

ка углового положения рентгенооптического тракта, определяющего ракурсный угол Δβ . Рентгенооптический тракт томографа РКТ-

01 является наиболее сложной и ответственной за точность томографического изображения системой.

Требования к точности его функционирования вытекают непосредственно из требований к качеству изображения и требований к физической схеме сканирования. Требования к остальным узлам и системам томографа являются производными и вытекают из требований к рентгенооптическому тракту.

Управление системой сканирования. Система сканирования при своем равномерном движении должна определять текущий ракурсный угол β ± 1 % с заданной дискретностью Δβ = 0,6° для количества ракурсов М = 600 и Δβ = 0,3°для М = 1200.

Текущий ракурсный угол определяет круговая масштабно– координатная линейка и датчик углового положения, который выдает сигнал на очередной запуск рентгеновского импульса и запуск системы сбора данных с детекторов.

373

Управление системой выбора томографического слоя.Для определения необходимого томографического слоя на объекте исследования проводится первоначально обзорная топограмма объекта (рентгеновский боковой снимок), для этого ложемент стола совместно с объектом движется через поле сканирования при боковом положении работающего рентгенооптичес-кого тракта без его кругового движения. По обзорной топограмме объекта определяется координата томографического слоя, и объект исследования по этой координате подводится к полю реконструкции для снятия томограммы.

Точность позиционирования томографического слоя по заданной координате топограммы в диапазоне 520 мм должна быть не менее ±0,5 мм. Позиционирование осуществляет датчик положения ложемента стола пациента.

Для “обхода” рентгеновским излучением определенных областей исследуемого объекта проводят наклонные томографические срезы (саггитальные сечения). Система управления по получению наклонных срезов по обзорной топограмме аналогична получению аксиальных томограмм. Различие в том, что обзорная топограмма получается при наклонном сканере (наклонной области реконструкции), и наклонное сечение планируется по обзорной топограмме в виде наклонной линии, проходящей через заданную точку объекта.

Наклон сканера от вертикальной линии осуществляется на ±25° с точностью 5 %.

Требования к калибровкам и предварительной обработке измерительных данных перед реконструкцией. В гл. 3 и 4 рас-

сматривались вопросы задания требований к измерительным и проекционным данным, исходя из требований к точности реконструкции томографического параметра.

Для томографа РКТ-01 эти требования отражены в табл. 5.1.

допустимую дозу, получаемую объектом исследования (Н2О) диаметром 480 мм за одну томограмму.

374

Таблица 5.1

Требования к точности основных систем томографа РКТ-01

Примечание: δ(μ) – заданная относительная погрешность реконструкции томографического параметра (ее значение соответствует значению шума на изображении); δ(Р) – необходимая относительная точность проекционных данных Pij (данные после логарифмирования рабочих и калибровочных измерений), которые идут на реконструкцию изображения. Точность проекционных данных δ(Р) должна быть в заданных пределах по всей матрице проекционных данных М×N; δ(nx) – необходимая относительная точность результатов измерений с системы сбора данных детекторов для каждого единичного детектора от ракурса к ракурсу. Точность δ(nx) для каждого ракурса от детектора к детектору может не выполняться, если имеется линейная передаточная характеристика каждого измерительного канала; п0 – среднее количество рентгеновских фотонов, испус-

каемых источником в сторону единичного детектора в одном ракурсе; пх

– среднее количество рентгеновских фотонов, зарегистрированных единичным детектором после объекта исследования в одном ракурсе.

Требования к погрешности δ(nx) определяют практические требования к погрешности функционирования всего томографа, причиной которой могут быть:

-нестабильность высоковольтного источника питания рентгеновской трубки;

-погрешность и нелинейность детекторов и системы сбора данных;

-нестабильность высоковольтного источника питания детекто-

ров;

-шумы от микрофонного эффекта электродов детекторов, вызванного вибрацией сканера;

-механическая нежесткость рентгенооптического тракта;

-осевое и радиальное биение подшипника сканера;

-недостаточная синхронизация запуска рентгеновского импульса и запуска на измерение сигнала с детекторов.

375