Компьютерная томография

измерительных технологий и компьютерной томографии
16

Санкт-Петербурга
Кафедра измерительных технологий и компьютерной томографии
18

заключающийся в получении изображений отдельных слоев исследуемого объекта
Радиационная вычислительная томография

(рентгеновская компьютерная томография)
метод реконструкции с помощью компьютера поперечных сечений тела, полученных с использованием рентгеновского излучения

Недостатки рентгенографии
1. суперпозиция пространственных структур;
2. разность плотностей соседних участков должна быть более 2%.

лучшая контрастность изображений (позволяет измерять и фиксировать малые изменения в

контрастности тканей).

высокой коллимацией лучей (пучок параллельных лучей);
луч проходит только через отображаемое сечение тела;
специальные количественные датчики фиксируют малые изменения контрастности тканей;
компьютер управляет большим объемом данных.

Обусловлены:

Недостатки РКТ
1. более низкое пространственное разрешение - способность воспроизводить детали на изображении;
2. высокое облучение;
3. обычно только поперечные изображения;
4. артефакты от металла и плотных костей.

поглощения излучения от плотности вещества на некотором луче зрения

где q(l, q) - функция поглощения;
L(l, q) - некоторый луч зрения;
с(х, у) - плотность вещества на луче зрения.

1956-1958 - Тетельбаум, Коренблюм, Тютин разработали первую систему реконструкции рентгеновских медицинских изображений (СССР) .
1961 - нейрорентгенолог Ольдендорф предложил метод РКТ.

- получена первая вполне качественная томограмма головного мозга человека (Г.

Хаунсфилд).

руководством И.Б. Рубашова ( директор ВНИИКТ 1987-1998 гг).
1979 -

серийно выпускаемые томографы установлены уже более чем в 2000 клиниках мира.

1973 - инженер Г. Хаунсфилд (Великобритания) разработал первую на западе коммерческую систему (сканер головного мозга фирмы EMI).

Siretom СT system

в области медицины за развитие компьютерной томографии.
1982 - английский микробиолог

А. Клуг удостоен Нобелевской премии по химии, за вклад в развитие экспериментальных и расчетных методов трехмерной РТ

Г. Хаунсфильд

А. Кормак

A. Клуг

мин

сканирования - 1-10 с

проекцию

50-100 мс;
число срезов не ограничено теплоемкостью
трубки;
отсутствие

артефактов движения.
Недостатки: более низкое соотношение С/Ш.
Применение: исследования сердца и сосудов.

вольфрамовые мишени

быстродействующие тверотельные детекторы

электронов;
3 – фокусирующая катушка;
4 – направляющая катушка;
5 –

мишень;
6 – детекторы

коэффициент рассеивания
излучения вокселом;
d – толщина объекта;
I0 – интенсивность испускаемых

лучей;
Ik – интенсивность лучей,
регистрируемая датчиками.

с/оборот

вычислительная система;
4. консоль оператора.
Схема помещений для компьютерного томографа

стола и гентри;
стол пациента.

данных;
3 - контроллер трубки (контроллер движения ротора);
4 -

генератор высоких частот;
5 - встроенный микрокомпьютер (регулирует кВ и мА);
6 - стационарный компьютер (обмен данными с консолью).

с фокусирующим электродом; 3 – стеклянный корпус; 4 – вольфрамовая

мишень (антикатод); 5 – нить накала катода; 6 – реально облучаемая площадь; 7 – эффективное фокальное пятно; 8 – медный анод; 9 – окно; 10 – рассеянное рентгеновское излучение.

Виды : 1) со стационарным анодом - охлаждение маслом, большое фокальное пятно (низкое разрешение, большое облучение);
2) с вращающимся анодом - охлаждение воздухом, малое фокальное пятно.

Катод - вольфрамовая нить, нагреваемая током, источник е.
Электроны ускоряются разностью потенциалов и фокусируются на анод, сделанный из тугоплавкого материала с высоким атомным номером (вольфрам). Выход R-излучения растет с атомным номером.
99% энергии электронов рассеивается в тепло, 1% освобождается в форме квантов.

соединенные с трубкой фотоумножителя для преобразования вспышек света в электроны.

Количество произведенного света прямо пропорционально энергии поглощенных лучей. Использовались в сканерах 1 и 2 поколений.
Недостатки: не могут быть близко расположены друг к другу; эффект послесвечения.

Газовые детекторы - камера ионизации, где в качестве газа используется ксенон или криптон. Ионизированный газ вызывает соединение электронов с вольфрамовыми пластинам, создающим электронные сигналы. Пластины расположены на расстоянии 1.5 мм. Ионизированный газ пропорционален излучению, падающему на камеру. Эффективность почти 100%, поскольку детекторы расположены близко друг к другу.

эффективность фиксирования - насколько хорошо детектор может регистрировать фотоны, зависит

от размера и расстояния между ними.
- эффективность преобразования - % фотонов, падающих на детектор, который вызывает сигнал в детекторе;
2. Стабильность -динамическая устойчивость детекторов и недостаток движения;
3. Время ответа (мкс) - время на обнаружение события, восстановление и обнаружение следующего события .
4. Динамический диапазон - отношение наибольшего сигнала, способного быть измеренным, к наименьшему сигналу, способного быть измеренным.

и увеличения качества изображения путем сокращения рассеивания излучения.

Коллиматор на трубке создает пучок более параллельных лучей. Дизайн влияет на размер фокального пятна.
Коллиматор перед датчиком ограничивает область, рассматриваемую датчиком. Уменьшает излучение рассеивания на датчик. Ширина апертуры помогает определять толщину среза.


Фильтры
обеспечивают равномерное распределение фотонов поперек рентгеновского луча. Уменьшает суммарную дозу облучения, удаляя более мягкое излучение.
Обычно фильтры сделаны из алюминия, графита или тефлона.
Может быть в форме клина, изогнутый или плоский.

конкретного случая, максимально уменьшая дозу облучения пациента и сохраняя необходимую

мощность;

позволяет приспосабливать параметры сканирования к размерам тела пациента и протоколам исследования.

реконструирует изображение после его окончания.
Матрица изображения - 512х512 КТ-чисел
аналоговый
сигнал
АЦП
двоичный
код
реконструкция

изображения

где Н - единицы Хаунсфилда;
m - коэффициент линейного ослабления;

срезов;
- угол наклона гентри;
- передвижение стола;
- запуск сканирования;

- регистрация пациента;
- FOV сканирования и отображения.

Технические факторы, влияющие на разрешение:
FOV сканирования - число детекторов, используемых для получения данных.
Поле обзора при отображении - определяет размер изображения на мониторе.
Толщина среза - уменьшает усреднение по объему.
Время сканирования- влияет на наличие артефактов движения на изображении.

- функции отображения изображений (сетка, инверсия, аннотация, масштабирование, гистограммы

контраста и сравнения с единицами Хаунсфилда, определение положения точек, измерение расстояний);
- реформатирование из сырых данных (используется для изменения DFOV, восстановления изображений, дифференциации тканей);
- контроль уровня и ширины окна.

выше уровень окна, тем более темный кадр.
Ширина окна (window

width)- увеличивает или уменьшает диапазон серой шкалы. Чем меньше ширина окна тем больше контрастность (меньше оттенков серого).

W=350: L=50

W=550: L=50

W=150: L=50

W=350: L=50

W=350: L=150

W=350: L=-50

в области с различной плотностью (степень пятнистости изображения). Зависит от

коллимации, размеров датчика, пиксела, фокального пятна.
2. Контрастность (контрастное разрешение) - способность показывать маленькие изменения контрастности тканей больших объектов. Ограничено шумом, который дает гранулированое проявление.
3. Шум и пространственная однородность - различные КТ-числа вокруг среднего значения ткани с однородной плотностью. Вызывается недостатками прохождения фотонов через ткань.
Виды: квантовый - ограничение фотонов, достигающих датчиков;
электронный - электрическое взаимодействие в самой системе;
вычислительный - математические приближения, усреднения;
лучевой - вызван рассеиванием излучения.
4. Линейность - относится к последовательности КТ-чисел для той же самой ткани через какое-то время. Из-за дрейфа КТ-чисел, сканеры надо часто калибровать.
5. Артефакты

архивация данных;
Toshiba Medicals

(>1c);
Конфигурации пошагового сканирования:
1. Вращающийся пучок лучей используется для облучения множества

многоканальных датчиков. И источник, и датчики смонтированы на коромысле, вращающемся вокруг пациента.
2. Большое количество датчиков установлено на неподвижном кольце. Внутри или вне этого кольца находится рентгеновская трубка, которая непрерывно вращается вокруг пациента.

Схема обследования: 1 – сбор данных, 2 – прерывистое движение стола, 3 – команда задержки дыхания, 4 – сбор данных, 5 – команда нормального дыхания, 6 – движение стола, 7 – реконструкция изображения.

(винтового) сканирования.
1989 - T. Katakura и др. выполнили первое

клиническое исследование на спиральном КТ.

Трубка непрерывно движется вокруг исследуемой зоны при параллельном равномерном движении стола с пациентом в продольном направлении. Траектория движения рентгеновской трубки к продольной оси исследуемого объекта имеет форму спирали. Расстояние перемещения пациента за поворот рамы соответствует скорости стола.

Преимущества: 1. сокращение времени исследования;
2. более четкие изображения, меньше артефакты движения.
3. снижение времени облучения;
4. реконструкция в любой плоскости;
5. исследование на одной задержке дыхания.

вблизи толстых костей.
Причина возникновения: из-за более высокого коэффициента ослабления в

биологическом материале увеличивается значение энергии при прохождении через объект поглощается слишком много фотонов с низкой энергией.
Устранение: предварительная обработка данных или последующая обработка восстановленного изображения.

присутствуют в одном срезе (когда объект частично проецируется на сканируемый

срез).
Устранение: сканирование более тонкими срезами.

Толстый срез

Тонкий срез

возникновения: рассеиваемый фотон проходит не параллельно рентгеновскому лучу, к которому

он принадлежит.
Устранение: использование точно коллимированных датчиков, т.е. датчиков, которые обнаруживают только фотоны, идущие из одного источника.

большой интервал между проекциями.
Устранение: увеличение числа проекций, использование специализированных методов

повышения разрешения.

луча.
Устранение: использование специального ПО.

уменьшение времени сканирования;
- усреднение по нескольким проекциям;
- устранение движений.

мозг

детекторов.
Устранение: уменьшения шага спирали

Z, большой pitch.
Устранение: - уменьшения изменений по оси Z
-

предпочтителен меньший pitch (pitch=1);
- предпочтительнее 180о-интерполяция;
- уменьшение толщины среза.

дозу воздействия на пациента:
тонкие срезы;
нарушение центрации пучка;

множественные сканы на одном уровне;
смежные срезы;
сканы с высоким разрешением;
старые сканеры с неэффективными детекторами.

Защита от радиации

произвольного сечения объекта).

что снижает шум на результирующем изображении.

серого цвета в соответствии с глубиной тени и учетом положения

источника света.

учетом локализации и интенсивности сигнала.