Билет 9.

Рентгеновская трансмиссионная компьютерная томография.

Компью́терная томогра́фия — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта, был предложен в 1972 году Годфри Хаунсфилдом и Алланом Кормаком, удостоенными за эту разработку Нобелевской премии. Метод основан на измерении и сложной компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями.

С точки зрения взаиморасположения источника зондирующего излучения, объекта и детектора томографические методы могут быть разделены на следующие группы:

• трансмиссионные — регистрируется зондирующее внешнее излучение, прошедшее через пассивный (неизлучающий) объект, частично ослабляясь при этом;

• эмиссионные — регистрируется излучение, выходящее из активного (излучающего) объекта с некоторым пространственным распределением источников излучения;

• комбинированные трансмиссионно-эмиссионные (люминесцентные, акустооптические и оптоакустические и др.) — регистрируется вторичное излучение от источников, распределённых по объёму объекта и возбуждённых внешним излучением;

• эхозондирование — регистрируется зондирующее внешнее излучение, отражённое от внутренних структур 

Поколения компьютерных томографов

Прогресс КТ томографов напрямую связан с увеличением количества детекторов, то есть с увеличением числа одновременно собираемых проекций.

Аппарат 1-го поколения появился в 1973 г. КТ аппараты первого поколения были пошаговыми. Была одна трубка, направленная на один детектор. Сканирование производилось шаг за шагом, делая по одному обороту на слой. Один слой изображения обрабатывался около 4 минут.

Во 2-м поколении КТ аппаратов использовался веерный тип конструкции. На кольце вращения напротив рентгеновской трубки устанавливалось несколько детекторов. Время обработки изображения составило 20 секунд.

3-е поколение компьютерных томографов ввело понятие спиральной компьютерной томографии. Трубка и детекторы за один шаг стола синхронно осуществляли полное вращение по часовой стрелке, что значительно уменьшило время исследования. Увеличилось и количество детекторов. Время обработки и реконструкций заметно уменьшилось.

4-е поколение имеет 1088 люминесцентных датчиков, расположенных по всему кольцу гентри. Вращается лишь рентгеновская трубка. Благодаря этому методу время вращения сократилось до 0,7 секунд. Но существенного отличия в качестве изображений с КТ аппаратами 3-го поколения не имеет.

Получение компьютерной томограммы (среза) головы на выбранном уровне основывается на выполнении следующих операций:

1) формирование требуемой ширины рентгеновского луча (коллимирование);

2) сканирование головы пучком рентгеновского излучения, осуществляемого движением (вращательным и поступательным) вокруг неподвижной головы пациента устройства "излучатель - детекторы";

3) измерение излучения и определение его ослабления с последующим преобразованием результатов в цифровую форму;

4) машинный (компьютерный) синтез томограммы по совокупности данных измерения, относящихся к выбранному слою;

5) построение изображения исследуемого слоя на экране видеомонитора (дисплея).

Метод восстановления изображений по проекциям.

Методы для восстановления трехмерной функции объекта, которые получили наибольшее распространение в различных медицинских и других приложениях, можно разделить на два основных класса: аналитические и итерационные (рис. 1).

Аналитические методы основаны на точных математических решениях уравнений восстановления изображения. В основе большинства из них используются аппарат преобразования Фурье и преобразования Радона.

Все аналитические методы реконструкции изображения теоретически эквивалентны, однако отличаются процедурой реализации. К данному классу методов относятся двухмерное восстановление Фурье, метод обратного проецирования, а также метод обратной проекции с фильтрацией (рис. 2).

Итерационные методы восстановления изображения используют аппроксимацию восстанавливаемого объекта массивом ячеек равной плотности, представляющих собой неизвестные величины, связанные системой линейных алгебраических уравнений, свободными членами которых являются отсчеты на проекции. Решаются системы уравнений итерационными методами, что и дало название данному классу методов восстановления. В настоящее время известно несколько итерационных методов восстановления изображения (рис. 3). Отличаются они в основном последовательностью внесения поправок во время итерации.

Среди рассмотренных выше методов, наименее используемым методом является Фурье-метод, за счет потерь данных (при интерполировании их из полярных координат в декартовы), а также трудоемких обратных преобразований Фурье.

Метод обратной проекции может быть использован для увеличения скорости восстановления, но в случае его использования качество полученного изображения будет ниже. Повысить качество изображения в 15-20 раз можно за счет использования метода обратной проекции с фильтрацией свертки, также на качество использования данного метода будет влиять выбор ядра.

Итерационные методы более трудоемки за счет множества итераций, однако они позволяют получить более качественные изображения при малом числе снимков, нежели аналитические методы. Также итерационные методы можно оптимизировать, что увеличит скорость восстановления. Достоинство этих методов заключается в том, что при обработке в интерактивном режиме можно сделать выбор между качеством восстановления и временем обработки. Итерационные методы более легки в реализации, нежели аналитические методы, за счет того, что в последних присутствуют Фурье-преобразования. Определение же целесообразности использования итерационных алгоритмов более сложная задача.