Конфигурация компьютерного томографа

В состав любого КТ-сканера входят следующие основные блоки [5]:

1)    гентри со столом пациента и блоками управления;

2)    высоковольтный генератор;

3)    вычислительная система;

4)    консоль оператора.

Внутри гентри томографа (рис. 4) расположены блоки, обеспечивающие сбор данных: рентгеновская трубка и коллиматоры, детекторы и система сбора данных, контроллер трубки (контроллер движения ротора), генератор высоких частот, встроенный микрокомпьютер (регулирующий напряжение и ток в трубке), компьютер, обеспечивающий обмен данными с консолью оператора.

Рис. 4. Гентри КТ-сканера: 1 - трубка и коллиматоры, 2 - детекторы, 3 - контроллер трубки, 4 - ВЧ-генератор, 5 - встроенный микрокомпьютер, 6 - стационарный компьютер

Рентгеновское излучение создается рентгеновской трубкой, схема которой представлена на рис. 5. Источником электронов (катодом) служит вольфрамовая нить, нагреваемая током, под действием которого электроны "выкипают" с поверхности. Затем они ускоряются разностью потенциалов в несколько десятков тысяч вольт и фокусируются на аноде, изготовленном из тугоплавкого материала с высоким атомным номером.

Рис. 5. Схема рентгеновской трубки: 1 - пучок электронов; 2 - катод 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

При торможении быстрых электронов веществом анода (т.е. при взаимодействии с его атомами) возникают электромагнитные волны в диапазоне от 10 до 10 м, называемые рентгеновским излучением, открытым в 1895 г.

Немецким физиком Конрадом Вильгельмом Рентгеном, профессором Вюрцбургского университета. Выход рентгеновского излучения растет с увеличением атомного номера мишени. При этом 99% энергии электронов рассеивается в тепло, и лишь 1% высвобождается в форме квантов.

Современные рентгеновские трубки состоят из трех основных частей: стеклянного корпуса, обеспечивающего вакуум вокруг частей трубки, катода и анода. Анод должен быть изготовлен из материала, способного противостоять высоким температурам и имеющего высокий атомный номер (молибден, рений, вольфрам). В зависимости от способа охлаждения анода рентгеновские трубки бывают двух видов: со стационарным или с вращающимся анодом.

Трубки со стационарным анодом использовались в первых сканерах, в них анод охлаждался маслом. Их недостатком было большое фокальное пятно, что приводило к высокому облучению пациента и низкому разрешению изображения.

Трубки с вращающимся анодом имеют малое фокальное пятно и большее разрешение и могут создавать пульсирующий или непрерывный пучок лучей. Анод в них вращается со скоростью 3600-10000 об/мин и охлаждается воздухом.

Рентгеновские трубки в современных КТ-системах имеют мощность 2060 кВт при напряжении 80-140 кВ. При максимальных значениях мощности, во избежание перегрева трубки, такие системы могут работать ограниченное время; эти ограничения определяются свойствами анода и генератора. Современные системы с несколькими рядами детекторов и эффективным использованием ресурса трубки практически сняли эти ограничения. Сила тока на трубке может устанавливаться в пределах от 10 до 440 мА, что позволяет достичь оптимального соотношения между качеством изображения (уровнем шума) и дозой облучения пациента.

В компьютерном томографе рентгеновская трубка совместно с системой коллимирования создает узкий веерообразный пучок лучей, угол расхождения которого составляет 30-50°. Ослабление рентгеновского луча при прохождении через объект регистрируется детекторами, преобразующими рентгеновское излучение в электрические сигналы. Затем эти аналоговые сигналы усиливаются электронными модулями и преобразуются в цифровые импульсы. Некоторые современные материалы оказываются очень эффективными для преобразования рентгеновского излучения. Например, фирма “Siemens” использует ОТС-детекторы (сверхбыстрые керамические детекторы), которые благодаря хорошим свойствам материала дают превосходное качество изображения. Наиболее часто в КТ применяют два типа детекторов - люминесцентные и газовые.

В люминесцентных детекторах преобразование вспышек света в электроны осуществляется с помощью люминесцентных кристаллов, соединенных с трубкой фотоумножителя. Количество произведенного света прямо пропорционально энергии поглощенных лучей. Такие детекторы использовались в сканерах первого и второго поколений. Недостатки люминесцентных детекторов - невозможность близкого расположения друг к другу и эффект послесвечения.

Газовый детектор представляет собой камеру ионизации, заполненную ксеноном или криптоном. Ионизированный газ, пропорциональный излучению, падающему на камеру, вызывает соединение электронов с вольфрамовыми пластинами, создающими электронные сигналы. Пластины расположены на расстоянии 1,5 мм. Газовые детекторы разработаны для сканеров третьего поколения и обеспечивают высокое разрешение и чувствительность. Их эффективность близка к 100%, поскольку они могут быть расположены близко друг к другу.

Основными характеристиками детекторов, используемых в КТ, являются:

1)    эффективность - характеристика, отражающая способность детектора обнаруживать фотоны (эффективность фиксирования характеризует способность детектора регистрировать фотоны и зависит от его размеров и расстояния между детекторами; эффективность преобразования характеризует процент фотонов, падающих на детектор и вызывающих сигнал в нем);

2)    стабильность - качественная характеристика, отражающая динамическую устойчивость детектора;

3)    время ответа - время, затрачиваемое на обнаружение события, восстановление детектора и обнаружение следующего события;

4)    динамический диапазон - отношение наибольшего сигнала, способного быть измеренным, к наименьшему сигналу, способному быть измеренным.

В современных томографах внутренняя схема коммутации на полевых транзисторах позволяет динамически выбирать режим работы детекторов.

Форма пучку рентгеновских лучей придается с помощью специальных диафрагм, называемых коллиматорами, которые бывают двух видов. Коллиматоры источника расположены непосредственно перед источником (рентгеновской трубкой), они создают пучок параллельных лучей и позволяют снизить дозу воздействия излучения на пациента.

Коллиматоры детекторов расположены непосредственно перед детекторами и служат для снижения излучения рассеивания и сокращения артефактов изображений. Эти коллиматоры служат для определения толщины среза (ограничения области, рассматриваемой датчиками) и качества профиля среза.

Фильтры обеспечивают равномерное распределение фотонов поперек рентгеновского луча и уменьшают суммарную дозу облучения, удаляя более мягкое излучение. Обычно они сделаны из алюминия, графита или тефлона.

Консоль управления столом пациента и гентри используется для контроля горизонтального и вертикального движения стола, позиционирования пациента, наклона гентри относительно вертикальной оси сканера.

Высоковольтный трехфазный генератор обеспечивает систему необходимой электроэнергией, позволяя корректировать методику исследования, уменьшая дозу облучения пациента и сохраняя необходимую мощность.

Компьютер осуществляет реконструкцию изображения, решая более 30000 уравнений одновременно. В современных томографах программное обеспечение для обработки изображений во многом определяет их клиническую производительность и информативность регистрируемых данных и составляет 1/3 общей стоимости сканера. Компьютер получает сигнал в аналоговой форме и преобразовывает его в двоичный код, используя аналогово-цифровой преобразователь. Цифровой сигнал хранится в течение процесса сканирования, что позволяет после его окончания реконструировать изображение в заданной плоскости.

Рекомендуем к просомтру

www.kievoncology.com благодарны автору и издательству, которые способствует образованию медицинских работников. При нарушении авторских прав, сообщите нам и мы незамедлительно удалим материалы.