Современные виды томографии - часть 2

головного мозга. Первый отечественный медицинский рентгеновский томо-
граф СРТ-1000 был разработан в 1978 г. под руководством И.Б. Рубашова,
бывшего в 1987-1998 г.г. директором ВНИИ компьютерной томографии.

К 1979 году серийно выпускаемые многими западными фирмами томо-

графы, несмотря на их внушительную стоимость (сканер EMI стоил $390000),
работали уже более чем в 2000 клиниках мира.

В этом же 1979 году Г. Хаунсфилду и А. Кормаку за выдающийся вклад

в развитие КТ была присуждена Нобелевская премия в области медицины.
Еще через три года, в 1982 г., Нобелевской премии по химии был удостоен
известный английский микробиолог Арон Клуг, который внес значительный
вклад в развитие экспериментальных и расчетных методов трехмерной КТ.

Конструкция компьютерного томографа за годы его существования пре-

терпела значительные изменения. В целом можно выделить пять поколений
КТ-сканеров.

В томографах 1 поколения, появившихся в 1973 г., имелась одна остро-

направленная  рентгеновская  трубка  и  один  детектор,  которые  синхронно
передвигались вдоль рамы (рис. 2а). Измерения проводились в 160 положе-
ниях  трубки,  затем  рама  поворачивалась  на  угол  1˚  и  измерения  повторя-
лись.  Сами  измерения  длились  около 4,5 минут,  а  обработка  полученных
данных и реконструкция изображения на специальном компьютере занима-
ли 2,5 часа.

Рис. 2. Схематическое изображение рентгеновских томографов

Трубка

Кольцо детекторов

Веерный
пучок

Трубка

Кольцо детекторов

Веерный
пучок

Трубка

Детекторы

Веерный
пучок

Трубка

Детектор

а)

б)

в)

г)

Удалено: <sp>

Томографы 2 поколения (например, CT-1010, EMI, Великобритания)

имели  уже  несколько  детекторов,  работающих  одновременно,  а  трубка  из-
лучала  не  остронаправленный,  а  веерный  пучок.  Также  как  и  томограф 1
поколения  он  использовал  параллельное  сканирование,  но  угол  поворота
трубки увеличился до 30˚. Общее время измерений, необходимых для полу-
чения  одного  изображения,  значительно  сократилось  и  составляло 20 се-
кунд. Типичным для данной схемы сканирования является то, что она осно-
вана  на  учете  только  первичных  фотонов  источника.  Первый  советский
компьютерный томограф СРТ-1000 относился к томографам 2 поколения.

В томографах 3 поколения (середина 1970-х гг.) трубка излучала широ-

кий веерный пучок лучей, направленный на множество детекторов (около
700), расположенных по дуге. Усовершенствованная конструкция сделала
возможным непрерывное вращение трубки и детекторов на 360

° по часовой

стрелке  за  счет  использования  кольца  скольжения  при  подведении  напря-
жения.  Это  позволило  устранить  стадию  перемещения  трубки  и  сократить
время, необходимое для получения одного изображения до 10 секунд. Такие
томографы  позволили  проводить  исследования  движущихся  частей  тела
(легких и брюшной полости) и сделали возможным разработку спирального
алгоритма сбора данных. Все современные медицинские компьютерные то-
мографы относятся к 3 поколению.

В томографах 4 поколения (Pfizer 0450, США) имелось сплошное непод-

вижное кольцо детекторов (1088 люминисцентных датчиков) и излучающая
веерный пучок лучей рентгеновская трубка, вращающаяся вокруг пациента
внутри кольца. Время сканирования для каждой проекции сократилось до
0,7 с, а качество изображения улучшилось. В данных томографах необхо-
димо учитывать влияние эффекта рассеяния при переносе излучения, кото-
рое в зависимости от используемой энергии источника может быть рэлеев-
ским или комптоновским.

В начале 1980-х появились электронно-лучевые томографы (томографы

5 поколения). В них поток электронов создается неподвижной электронно-
лучевой  пушкой,  расположенной  за  томографом.  Проходя  сквозь  вакуум,
поток  фокусируется  и  направляется  электромагнитными  катушками  на
вольфрамовую  мишень  в  виде  дуги  окружности  (около 210

°), расположен-

ную  под  столом  пациента.  Мишени  расположены  в  четыре  ряда,  имеют
большую массу и охлаждаются проточной водой, что решает проблемы те-
плоотвода.  Напротив  мишеней  расположена  неподвижная  система  быстро-
действующих  твердотельных  детекторов,  расположенных  в  форме  дуги
216

°. Данные томографы используются при исследованиях сердца, т.к. по-

зволяют получать изображение за 33 мс со скоростью 30 кадров/секунду, а
число срезов не ограничено теплоемкостью трубки. Такие изображения не
содержат артефактов от пульсации сердца, но имеют более низкое соотно-
шение сигнал/шум [40].

Таблица 1. Параметры КТ сканеров 3-го и 4-го поколений

поколение 4

поколение

Конфигурация

вращающаяся трубка,

вращающиеся детекторы

вращающаяся трубка,

неподвижные детекторы

время сбора данных
(одна проекция)

до 10 с

1мс

число детекторов 500-700

1088

тип детекторов

камера ионизации

ксенона

твердотельные

(люминесцентные)

неисправность
детектора

неправильная регистрация

в каждой из проекций

потеряна одна проекция

влияние неустойчиво-
сти трубки

большого эффекта нет

круговые артефакты на

изображении

1.2. Конфигурация компьютерного томографа

В состав любого КТ-сканера входят следующие основные блоки [4]:
1. гентри со столом пациента и блоками управления;
2. высоковольтный генератор;
3. вычислительная система;
4. консоль оператора.
Внутри гентри (рис. 3) расположены блоки, обеспечивающие сбор дан-

ных: рентгеновская трубка и коллиматоры, детекторы и система сбора дан-
ных, контроллер трубки (контроллер движения ротора), генератор высоких
частот, встроенный микрокомпьютер (регулирующий напряжение и ток на
трубке), компьютер, обеспечивающий обмен данными с консолью.

Рис. 3. 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 кото-

рой представлена на рис. 4. Источником электронов (катодом) служит
вольфрамовая нить, нагреваемая током, под действием которого электроны
"выкипают" с его поверхности. Затем они ускоряются разностью потенциа-
лов в несколько десятков тысяч вольт и фокусируются на анод, сделанный
из тугоплавкого материала с высоким атомным номером (например, вольф-
рама). При торможении быстрых электронов веществом анода (взаимодей-
ствии с его атомами) возникают электромагнитные волны в диапазоне длин
волн от 10

-14

до 10

-7

м, называемые рентгеновским излучением, открытым в

1895 году немецким физиком Конрадом Вильгельмом Рентгеном. Выход
рентгеновского излучения растет с атомным номером мишени. При этом
99% энергии электронов рассеивается в тепло, и лишь 1% освобождается в
форме квантов.

Рис. 4. Схема рентгеновской трубки: 1 –пучок электронов; 2 – катод с фо-

кусирующим электродом; 3 – стеклянный корпус; 4 – вольфрамовая ми-

шень (антикатод); 5 – нить накала катода; 6 – реально облучаемая пло-

щадь; 7 – эффективное фокальное пятно; 8 – медный анод; 9 – окно; 10 –

рассеянное рентгеновское излучение.

Современные рентгеновские трубки состоят из трех основных частей:

стеклянного корпуса, обеспечивающего вакуум вокруг частей трубки, като-
да и анода. Анод должен быть сделан из материала, способного противосто-
ять высоким температурам и имеющего высокий атомный номер (молибден,
рений, вольфрам). В зависимости от способа охлаждения анода рентгенов-
ские трубки бывают двух видов: со стационарным или с вращающимся ано-
дом.

Трубки со стационарным анодом использовались в первых сканерах; в

них анод охлаждался маслом. Их недостатком было большое фокальное
пятно, что давало высокое облучение пациента и низкое разрешение изо-
бражения.

содержание .. 1 2 3 ..