Материал: Симонов Томографические измерителные информационные системы 2011
Пространственное разрешение для области восстановления D ≈ 500 мм, которое можно достигнуть при обзоре угла в 90° труб- кой–бетатроном, количестве ракурсов на этом угле My ≈ 100, количестве единичных счетчиков пропорциональной камеры Ny ≈ 300, для алгебраического метода реконструкции составляет 1–3 мм, что приемлемо для проведения практической хирургии на сердце.
6.2. Вопросы малоракурсной технической рентгеновской компьютерной томографии плотных сред
Все положительные свойства медицинской томографии присущи технической:
получение “среза” гетерогенной структуры;
количественное измерение плотностного и пространственного разрешения;
отсутствие влияния “тени”;
локальное обнаружение дефекта с высоким пространственным разрешением при априорной информации об объекте.
Ограничение по дозе излучения, которое имеется в медицинской томографии, отсутствует для технической, т. е. требования по чувствительности детекторов в технической томографии упрощаются. Однако, возникают сложные вопросы с получением необходимого разрешения при малом количестве ракурсов, при возможном выпадении большого количества проекций, недостаточной мощности источника излучения при очень малом времени томографирования (экспозиции) (меньше 10 мкс), для системы детекти-
рования с достаточно большим динамическим диапазоном измере-
ния (>104–105).
При создании любого томографа, как это следует из предыдущих глав, должна использоваться следующая методология проектирования:
1.Анализ объекта исследования: материал, размеры, конфигурация (симметрия), требования пространственного и плотностного разрешения, априорные сведения (знания) о физических свойствах объекта (распределение плотности в пространстве и во времени).
416
2.Выбор диапазона энергии и интенсивности источника излучения. Критерии выбора:
минимальное значение линейного коэффициента ослабления μ;
достаточный контраст фона и плотностных измеряемых локальных точек;
детектирование с высокой квантовой эффективностью;
выполнение принципа полупрозрачности.
3.Определение динамического диапазона измерения томографического параметра объекта.
4.Выбор детектора (рабочего материала), исходя из диапазона энергии излучения, эффективности, соотношения сигнал/шум.
5.Выбор геометрии сканирования (в том числе количества детекторов, ракурсов, геометрических параметров коллимации пучка и т. д.) исходя из мощности дозы источника, квантового шума на детекторе, требований по разрешению.
6.Определение точности (стабильности):
интенсивности и спектра источника излучения;
системы детектирования (в том числе электронного преобразования);
геометрии сканирования.
7.Выбор алгоритмов реконструкции томограмм (ОПФС, двойного дифференцирования, Фурье, алгебраические итерационные), ядер фильтрации, параметров регуляризации.
8.Определение калибровок рентгенооптического тракта:
нормировка детекторов;
калибровка на фантомах;
коррекция невыполнения физических приближений (влияние полихроматичности, рассеянного излучения, различного рода нелинейностей).
9.Создание экспериментальной установки томографа подобной реальному, для подтверждения основных параметров и процессов в создаваемом томографе.
Если рассматривать объект исследования в виде шара из плотного материала, например, свинца или шаровой оболочки из графита, применяя вышеизложенную методологию, можно определить основные параметрытомографа.
417
В табл. 6.1 показаны основные параметры созданного медицинского томографа РКТ-01 (для сравнения) и расчетные параметры гипотетических технических томографов статического (с большим временем сканирования и большим количеством ракурсов) и динамического (с малым временем сканирования и малым количеством ракурсов).
Для технической (статической) томографии плотных объектов неразрешимых проблем нет, так как время сбора “статистики” фотонов может быть неограниченным, количество ракурсов может быть любым (600 и более), источник излучения и детекторную линейку (матрицу) можно подобрать с заданными характеристиками.
Для технической (динамической) томографии плотных объектов есть достаточно серьезные проблемы.
1. Малое время экспозиции (меньше 10 мкс) диктует выбор достаточно мощного источника излучения (103 –106 Р/с).
2.Лимитированная мощность реального источника излучения, высокая его стоимость и другие факторы могут значительно ограничить количество ракурсов (угловой просмотр объекта), здесь изза малого времени экспозиции невозможно применить механическое сканирование.
3.При малом количестве ракурсов ( M <20), как видно из рис. 4.11, алгоритм интегральных преобразований ОПФС может давать большие погрешности. Применение алгебраических алгоритмов реконструкции может обеспечить пространственное разрешение не более 3 мм и плотностное – не более 10–12 % относительно плотности объекта для деталей не менее 3–5 мм.
В любом варианте алгоритма реконструкции для увеличения разрешения потребуется доопределять задачу, т. е. “априори” (до опыта) на основании физических представлений исследуемого динамического процесса необходимо иметь модель “симметрии” предполагаемого
распределения μ0 и х0, для которых можно задавать (рассчитывать) на дополнительных ракурсах дополнительные лучевые суммы;
4. При томографировании оболочки из графита задача становится еще более некорректной, так какздесь может быть выпадание множества отсчетов в малоракурсных проекциях (рис. 6.2.). Число ракурсов должно быть таким, чтобы на просвечиваемой части обо-
419
лочки набралась необходимая “плотность” лучевых сумм в разных направлениях.
Рис. 6.2. К вопросу выпадения проекций при непросвечивании плотных объектов (Рb)
5. Трудности калибровки для веерной схемы сканирования при энергии излучения источника Eэф ≈ 4–6 мэВ (см. табл.6.1) и его
широком спектре. Измерительные и калибровочные фантомы для плотных сред должны корректировать влияние полихроматичности и рассеянного излучения.
При проектировании технического томографа для исследования плотных сред необходимо использовать накопленный отечественный и зарубежный опыт разработки статических томографов. В табл. 6.2 показаны характеристики российских и зарубежных технических (статических) томографов.
Для томографии (статической) плотных сред выше приведенные томографы малопригодны:
мала мощность источника излучения;
спектр излучения не оптимален для просвечивания свинца;
большое время сканирования (малое количество детекторов, параллельная схема сканирования).
420