Современные виды томографии - часть 5

1.4. Режимы сканирования

Существует два способа сбора данных в компьютерной томографии:

пошаговое и спиральное сканирование.

Самым простым способом сбора данных является пошаговая КТ, для ко-

торого можно выделить две основные стадии: накопление данных и пози-
ционирование пациента (рис. 8). На стадии накопления данных (1c или ме-
нее) пациент остается неподвижным и рентгеновская трубка вращается от-
носительно пациента для накопления полного набора проекций в предвари-
тельно определенном месте сканирования. На стадии позиционирования па-
циента (более 1c) данные не накапливаются, а пациент перемещается в сле-
дующее положение сбора данных. Изображение реконструируют по полно-
му набору данных.

Рис. 8. Схема обследования при пошаговом сканировании: 1 – сбор данных,

2 –движение стола, 3 – команда задержки дыхания, 4 – сбор данных, 5 –

команда нормального дыхания, 6 – движение стола, 7 – реконструкция изо-

бражения

На практике используются две конфигурации пошагового сканирования:
1. Вращающийся пучок лучей используется для облучения множества

многоканальных детекторов. И источник, и детекторы закреплены на коро-
мысле, непрерывно вращающемся вокруг пациента более чем на 360º.

2. Множество детекторов установлено на неподвижном кольце. Внутри

или вне этого кольца находится рентгеновская трубка, которая непрерывно
вращается вокруг пациента.

Движение пациента во время сбора данных при различных положениях

трубки вызывает артефакты изображений и ограничивает области диагно-
стического применения.

Более сложным является винтовое (спиральное) сканирование, которое

стало возможным благодаря появлению конструкции гентри с кольцом
скольжения, позволяющим трубке и детекторам вращаться непрерывно.

Первой идею спирального сканирования запатентовала японская фирма
TOSHIBA в 1986 г. В 1989 группа ученых под руководством T. Katakura
выполнила первое клиническое исследование на спиральном КТ.

Достоинство спиральной КТ заключается в непрерывном накоплении

данных, осуществляемом одновременно с движением пациента через раму

1 2

3 4 5 6 7

Удалено: <sp>

(рис. 9). Расстояние  перемещения  пациента  за  оборот  рамы  соответствует
скорости  движения  стола.  Поскольку  данные  накапливаются  непрерывно,
рабочий цикл в спиральной КТ близок к 100%, а отображение изображаемо-
го объема происходит быстрее. Обычно при реконструкции изображений в
спиральной КТ используются алгоритмы интерполяции, которые позволяют
выделить  из  общего  набора  данные,  необходимые  для  построения  изобра-
жения отдельного среза при каждом положении стола. Различают два алго-
ритма реконструкции: 360

°- и 180°-линейные интерполяции [30].

Рис. 9. Схема спирального сканирования

В алгоритме 360

° интерполяции используется 360°-периодичность сбора

данных, поскольку данные, полученные при повороте на 360

°, будут иден-

тичны при условии отсутствия движения пациента, постоянных шумах и
других ошибках. Он использует два набора данных, полученных при пово-
роте на 360

°, для оценки одного набора проекций в заданном положении.

Алгоритм 180

° интерполяции (или алгоритм экстраполяции), использует

180

°-периодичность сбора данных, считая два измерения вдоль одной и той

же дорожки, но в противоположных направлениях (поворот на 180

°) одина-

ковыми при условии отсутствия движения пациента, изменения шумов и
других ошибок. Для получения изображения каждого среза используется
два набора данных

В последнее десятилетие активно разрабатываются многосрезовые КТ-

сканеры,  позволяющие  сделать  следующий  шаг  для  повышения  быстроты
исследования.  В  этих  томографах  детекторы  расположены  в  несколько  ря-
дов,  что  позволяет  одновременно  получать  несколько  срезов  с  различным
положением  по  оси  z.  Первые  многослойные  КТ  появились  в 1992 году  и
позволили наглядно оценить следующие преимущества:

-  более высокое пространственное разрешение по оси Z;
-  более высокую скорость исследования;
-  получение изображения большего объема при заданных параметрах;
-  рациональное использование ресурса трубки.

Использование N-рядов детекторов позволяет нам разделить исходный

рентгеновский пучок на N пучков (апертура каждого ряда детекторов равна
1/N полной коллимации пучка). В многослойной КТ системе разрешение по
оси Z (толщину среза) определяет коллимация ряда детекторов (рис. 10). В
многослойной томографии пучок лучей не только расширяется в плоскости

рамы, но и отклоняется от нее. Эта геометрия называется конусным пучком
и  приводит  к  специальным  алгоритмам  реконструкции.  Поскольку  сканер
имеет  относительно  небольшое  количество  рядов  детекторов  и,  соответст-
венно, относительно малую конусность луча, для реконструкции изображе-
ния  можно  использовать  алгоритмы,  разработанные  для  пучка  параллель-
ных лучей.

Толщина среза при многослойном сканировании выбирается комбина-

цией смежных рядов детекторов с помощью коллимирующей системы [6]. В
случае, показанном на рис. 7 возможен сбор данных одновременно для че-
тырех срезов толщиной 5 мм, 2.5 мм, 1 мм, или двух срезов толщиной 0,5
мм. Следует отметить, что можно реконструировать срез с толщиной боль-
шей, чем установленная в процессе сканирования, но не наоборот.

Рис. 10. Многосрезовое сканирование

Существует несколько конструкций 4-срезовых КТ, отличающихся чис-

лом  рядов  детекторов,  их  размером  и  общей  шириной  матрицы  (рис. 11а).
Универсальная  конструкция  матрицы,  применяемая  в  томографах GE, по-
зволила  использовать  те  же  детекторы  и  в 8-срезовом  томографе,  разрабо-
танном в 2001 году с большим числом перегородок [18]. Конструкция была
усовершенствована фирмами Philips и Siemens, сокративших число перего-
родок между рядами и таким образом улучшивших геометрическую эффек-
тивность матрицы. Гибридная конструкция, разработанная фирмой Toshiba,
была единственной, позволяющей получать данные с толщиной среза менее
1 мм, однако требовала большего числа перегородок. Toshiba предложила 4-
срезовое сканирование с общей шириной 32 мм.

Рис. 11. Расположение детекторов в 4-срезовом (а) и 16-срезовом (б) КТ

В 16-срезовых томографах все производители использовали гибридную

матрицу, позволяющую получать данные в 16-срезовом режиме с толщиной
среза менее 1 мм.  Модели отличаются размером детектора и общей шири-
ной  матрицы,  а  каждый  производитель  утверждает,  что  разработал  опти-
мальную  конструкцию.  Вопрос  об  оптимальности  конструкции  зависит  от
всех учитываемых параметров (разрешения по оси z, исследуемого объема,
дозы)  и  является  результатом  компромиссного  решения.  Это  становится
очевидным в кардио-исследованиях, самых требовательных в КТ.

При спиральном сканировании необходимо указать шаг спирали p или

питч (pitch). Численно питч равен отношению перемещения

s стола за вре-

мя полного поворота рамы, к толщине

D отдельного среза и позволяет оце-

нить число смежных срезов, получаемых при перемещении стола за один
поворот рамы:

)

(

)

(

мм

⋅

(15)

В многослойной спиральной КТ для уменьшения избыточных измере-

ний и улучшения эффективности z-выборки полного набора данных важно
правильно выбрать питч, поскольку данные вдоль выбранной траектории
могут быть неоднократно измерены различными рядами детекторов.

В однослойном спиральном сканировании, луч описывает вокруг паци-

ента спираль, каждая точка которой представляет набор проекций луча. Как
сказано выше, данные о проекции представлены с периодичностью 180

°,

т.о. два измерения вдоль одной дорожке в противоположных направлениях
были бы идентичны при постоянных внешних факторах. Для оценки ис-
пользования этой периодичности перегруппируем результаты измерений.
Шаг по оси Z при 360

° интерполяции равен s или pD , в то время как при

180

° интерполяции он равен 2

или

)

(

. Это объясняет, почему 180

°-

интерполяции дает лучшее качество изображения, чем 360

°- интерполяции.

Кроме того, изменение скорости стола вытянет или сожмет обе спирали, но
не изменит однородность ее структуры.

При многослойном спиральном сканировании для каждого ряда детек-

содержание .. 3 4 5 6 ..