Учебно-методическое пособие

Скачать 1.46 Mb.

Название	Учебно-методическое пособие
страница	5/11
Тип	Учебно-методическое пособие

rykovodstvo.ru > Руководство эксплуатация > Учебно-методическое пособие

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Поколения компьютерных томографов

Аппарат 1-го поколения появился в 1973 году. КТ-аппараты первого поколения были пошаговыми. Была одна трубка, направленная на 1 детектор. Сканирование производилось шаг за шагом, делая по одному обороту на слой. Время сканирования слоя около5 минут. $c:\users\first\desktop\рисунок1.png$

Во 2-м поколении КТ-аппаратов использовался веерный тип конструкции. На кольце вращения напротив рентгеновской трубки устанавливалось до 52 детекторов. Время сканированияслоя до 2 минут.

$c:\users\first\desktop\рисунок2.png$

3-е поколение компьютерных томографов ввело понятие спиральной компьютерной томографии. Трубка и дуга детекторов за один шаг стола синхронно осуществляли полное вращение по часовой стрелке. Количество детекторов увеличилось до 1000. Время сканирования слоя 1-5с. $c:\users\first\desktop\рисунок1.png$

$c:\users\first\desktop\рисунок3.png$ $c:\users\first\desktop\рисунок2.png$

4-е поколение имеющеедо 4800 детекторов, расположенных по всему кольцу гентри в 2 и более ряда, ввело понятие мультисрезового сканирования. Вращается лишь рентгеновская трубка. Благодаря этому методу время сканирования слоя 0,3с. Толщина среза 0,33мм обусловила высокое пространственное разрешение.

Компьютерная томография - метод неинвазивного послойного сканирования внутренних структур тела человека узким пучком рентгеновского излучения. Метод основан на измерении и сложной компьютерной обработки разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями.

Устройство КТ

Современный компьютерный томограф представляет собой сложный программно-технический комплекс. Механические узлы и детали выполнены с высочайшей точностью. Для регистрации прошедшего через среду рентгеновского излучения используются сверхчувствительные детекторы, конструкция и материалы которых постоянно совершенствуются.При изготовлении КТ-томографов предъявляются самые жесткие требования к рентгеновским излучателям. Неотъемлемой частью аппарата является обширный пакет программного обеспечения, позволяющий проводить весь спектр компьютерно-томографических исследований (КТ-исследований) с оптимальными параметрами, проводить последующую обработку и анализ КТ-изображений. Как правило, стандартный пакет программного обеспечения может быть значительно расширен с помощью узкоспециализированных программ, учитывающих особенности сферы применения каждого конкретного аппарата.

$c:\users\first\desktop\устройство кт.png$

Устройство гентри:

1. Рентгеновская трубка 2. Коллиматор 3. Контроллер движения ротора трубки 4. Генератор катодного тока 5,6. Детекторная система 7. Генератор анодного тока 8. Локальный процессор (регулирует двигательные устройства, kV, mAc и др.) 9. Стационарный компьютер (отвечает за обмен данными с консолью)

Любой аппарат включает в себя:

Гентри (см.рисунок), включающий в себя источник рентгеновских лучей, детекторы сигналов, систему, обеспечивающую необходимые перемещения детекторов и источника;
систему преобразования информации (процессор, встроенный в гентри, который одновременно с преобразованием отвечает также за автоматизацию процессов, двигательные механизмы стола и гентри), которая регистрируется детекторами;
ЭВМ, которая производит вычисления, необходимые для получения изображения;
систему записи, хранения, отображения и передачи получаемых изображений.

Диаметр апертуры гентри составляет в среднем 70 см, однако существуют аппараты с различным диаметром (например, 80-90 см, которые в основном применяются в онкологии, где необходимо обеспечить хорошую доступность патологического очага для интервенционных вмешательств). При необходимости сканирующая система может наклоняться назад или вперед до 30 градусов.Гентри характеризуется параметром – временем ротации – временем полного оборота системы трубка-детектор вокруг исследуемого объекта. Чем выше время ротации, тем выше временная разрешающая способность, это имеет большое значение для исследований быстрых процессов и диагностики детей. К примеру, время ротации для томографов, использующихся в рутинных исследованиях, составляет порядка 0,5-0,7с, для исследований сердца – 0,2-0,4с.

Конструкция рентгеновских трубок претерпела изменения для обеспечения лучшей устойчивости при центробежных силах, возникающих при вращении. Трубка мощностью более 30-50 кВт работает в импульсном режиме при напряжении 100-130 кВт и с частотой импульсов 50Гц, обладает по своей сути большей теплоемкостью и износостойкостью, чем классическая рентгеновская трубка, достигается это во многом за счет двойного охлаждения: она сама охлаждается маслом, которое в свою очередь охлаждается вентилятором или водой. Анод трубки так же более теплоемкий, за счет покрытия графитом с обратной стороны. $c:\users\first\desktop\рентгеновская трубка кт.png$

Чем протяженнее объект, тем больше времени требуется на его исследование и тем больше нагревается рентгеновская трубка. Из-за неравномерного линейного расширения материалов при ее нагреве необходим предварительный разогрев трубки перед обследованием и последующее поддержание температуры на определенном уровне для того, чтобы трубка не вышла из строя. Чтобы томограф был всегда готов к немедленному проведению сканирования нагрев не должен быть ниже 10-12%.

Поглощение мягких компонентов рентгеновского излучения выполняется с помощью фильтрации, в трубке находится коллиматор (специальное устройство для получения параллельных пучков частиц или лучей света – рисунок слева) для ограничения потока Х-лучей, либо для придания ему оптимальной формы. $c:\users\first\desktop\кт\устройство\рисунок3.png$

Коллимация происходит автоматически (благодаря микропроцессору встроенному в гентри) при выборе толщины срезов и их количества и вручную не корректируется. Первая коллимация выполняется вблизи фокуса, где неподвижный коллиматор придает веерную или конусную форму пучку в зависимости от формы приемника. Второй коллиматор, придает пучку необходимую для определенного исследования форму. Третий коллиматор, расположенный непосредственно перед системой многорядных датчиков, ограничивает область, рассматриваемую ими, тем самым уменьшая действие рассеивающего излучения на датчик. Ширина апертуры этого коллиматора определяет толщину среза. Дополнительный коллиматор находится практически вплотную к корпусу гентри и необходим для уменьшения зоны полутеней.

В свою очередь детекторы подразделяются на следующие категории: $c:\users\first\desktop\детекторный блок.png$

газовые детекторы, содержащие ксенон;
твердотельные, которые бывают:

сцинтилляционные (имеют в составе сочетание кристаллов солей или керамики с фотодиодами)
полупроводниковые

Устройство ксенонового детектора (см. рисунок слева), представляющего собой ионизационную камеру, состоящую из большого количества сообщающихся между собой ячеек, разделенных незамкнутыми перегородками – высоковольтными пластинами. Поэтому рабочий газ в ячейках (например, ксенон) обладает высокой степенью однородности, что и определяет главное качество детектора – идентичность характеристик его элементов. Ионизационные камеры выполняются из легкого металла. К корпусу камеры подводится высокое напряжение. Для надежной изоляции от высокого напряжения между входным окном и камерой делается прокладка из слюды.

http://mirznanii.com/images/68/33/9073368.png

Рентгеновские кванты, проникающие в камеру, ионизируют газ. Ионы одного знака движутся к собирающим электродам (катодам), и в их цепи возникает ток, пропорциональный интенсивности падающего излучения.

http://mirznanii.com/images/67/33/9073367.png

Детектор с полупроводниковой мишенью (см. рисунок выше)

Рентгеновское излучение через свинцовый растр (1) проходит в стеклянную колбу (2) и попадает на стеклянную пластину (3), покрытую люминофором. Эта пластина охватывает фотокатод (4). Кванты света выбивают из фотокатода электроны, которые ускоряются электрическим полем и попадают в ячейки (углубления) полупроводниковой мишени (5). Возникающие при этом импульсы тока усиливаются внешними или встроенными в мишень усилителями (6).

На данный момент практически во всех компьютерных томографах (4-го поколения) используются многорядные твердотельные детекторы. Чем больше размер детектора, тем больший участок можно просканировать за один оборот (это имеет большое значение при диагностике детей, пациентов, находящихся в критических состояниях, при исследовании сердца и пр.)

Однако, у каждой компании, производящей томографы, существуют собственные соображения о том, как их компоновать и комбинировать (в программном смысле).

Основные виды:

Матричный детектор (GE)
Адаптивный детектор (Philips, Siemens)
Гибридный детектор (Toshiba)

Матричный детектор состоит из множественных рядов детекторов одинаковой ширины вдоль оси z.Преимущество матричного массива детекторов заключается в том, что количество детекторов в ряду можно легко увеличить для получения большего количества срезов за один оборот рентгеновской трубки.

Адаптивный детектор состоит из ряда детекторов, ширина которых увеличивается от центра к периферии.Так как в адаптивном массиве детекторов меньше количество самих элементов, то меньше и число зазоров между ними, что дает снижение лучевой нагрузки на пациента c улучшенной утилизацией дозы и уменьшение электронного шума

Гибридный детектор представляет собой матричный, но внутренние ряды детекторов более тонкие, чем внешние. Тем самым обеспечивает наилучшую утилизацию дозы и наименьшим влиянием рассеянного излучения, однако достигается это за счет большего количества септ и фильтров.
Расположенные перед ними фильтры и коллиматоры, управляющиеся программными алгоритмами, могут задавать разные параметры сбора данных. $c:\users\first\desktop\кт\устройство\детекторы.jpg$

Помимо трубки, детекторов и ЭВМ в состав томографа входит стол и пульт управления.

Стол томографа состоит из подвижной части, где крепится транспортер для укладки пациента, и из основания. Движение пациента в горизонтальной плоскости при сканировании выполняется при помощи пульта управления в автоматическом режиме. Опускание и поднятие стола при укладке пациента осуществляетсяот системы управления стола, расположенной на гентри.

В свою очередь пульт управления является важной частью компьютерного томографа, он непосредственно связан с ЭВМ и сканирующей системой. Пульт состоит из:

двух видеомониторов, один из которых необходим для получения изображения срезов, а второй задачи параметров сканирования;
клавиатуры, с помощью которой выполняется выбор технических параметров сканирования, выполнения диалога специалистом, введения данных о пациенте.

На пульте оператора находятся управляющая система, через которую задаются параметры сканирования (толщина среза/число, угол наклона гентри и др.), а также кнопки аварийного и планового выключения томографа.

Процесс создания изображения
$c:\users\first\desktop\кт\сканирование\2017-04-13_11-25-31.png$
При КТ однородный пучок рентгеновского излучения проходит через тонкий слой тела пациента в разных направлениях. Ослабленную интенсивность излучения на выходе из тела измеряют детекторы. Сигналы, зарегистрированные детекторами во время сканирования, подвергаются предварительной обработке, чтобы компенсировать неоднородности системы детекторов и корректировать артефакты, обусловленные повышением жесткости излучения внутри тела обследуемого. Данные, полученные после различных шагов коррекции и преобразования интенсивности сигнала в значения ослабления рентгеновских лучей, называют исходными данными. Они состоят из профилей ослабления излучения от свыше 2000 проекций для каждого оборота рентгеновской трубки на 360 градусов. В каждой проекции в свою очередь выше 1000 значений ослаблений излучения. Далее реконструкция начинается с выбора желаемого поля обзора (FOV-FieldofView): для реконструкции используется каждый луч, который проходит через это поле обзора от трубки до детектора.Коэффициент ослабления для каждой точки изображения определяется посредством усреднения значений ослабления для всех лучей, проходящих через эту точку (обратное преобразование Радона). Однако вследствие этого получается нерезкое изображение с размытыми контурами. Поэтому множество лучей объединяют в проекцию и полученный профиль ослабления подвергают уже математической фильтрации с краевым усилением (конволюции). Тип такой фильтрации называется кернелем. Именно от кернеля зависит пространственное разрешение и зашумленность в изображении.Полученные на выходезначения представляют собой матрицу с КТ-числами, соответствующими уровню ослабления излучения в каждой точке. Эти КТ-числа переводятся в ступени серой шкалы и формируют изображение. $c:\users\first\desktop\кт\сканирование\2017-04-13_11-27-15.png$

На данный момент матрица КТ-аппаратов величиной более 512*512 пикселей, но точнее сказать вокселей (объемный элемент, при большинстве исследований похожий на спичку, а при изотропном КТ исследовании – на куб), т.к. КТ-срез имеет конечную толщину (по оси z). В конце концов изображение анализируется врачом с помощью программных средств и документируется на термопленке, либо на CD-диске в формате .dicom
$c:\users\first\desktop\кт\сканирование\2017-04-13_11-26-12.png$

С математической точки зрения построение изображения сводится к решению системы линейных уравнений. Так, например, для получения томограммы размером 200×200 пикселей система включает 40 000 уравнений. Для решения подобных систем разработаны специализированные методы, ориентированные на параллельные вычисления.

Само сканирование выглядит так:

Пациент помещается на стол, если необходимо с дополнительными фиксирующими приспособлениями, стол устанавливается на исходную позицию (размечаемую лазерной меткой), исследуемая область должна быть точно в центре апертуры гентри.
Производится сканограмма/топограмма (используется, чтобы задать область исследования для КТ). Её получают при неподвижном положении трубки и непрерывном перемещении пациента через плоскость сканирования, что создает проекционную рентгенограмму, соответствующую обычному рентгеновскому снимку.
На топограмме размечается область сканирования, устанавливается направление хода стола.
Задаются характеристики сканирования и контрастного усиления (на экране инжектора), устанавливается триггер-болюс либо задержка сканированиясоответственно основному органу-мишени.
Томограф дает команду пациенту задержать дыхание (при необходимости) и производит сканирование

Основные практичные характеристики томографа:

Время ротации трубки RT

Продолжительность одного оборота – на современных аппаратах составляет 0,3-0,4с. Чем меньше эта характеристика, тем более тонкой коллимацией можно пользоваться для одного и того же объема исследований.

Максимальная нагрузка и напряжение рентгеновской трубки

Скорость и грузоподъёмность стола TS
Диаметр апертуры гентри
Размер матрицы и др.

Параметры сканирования:

Полеобзора (FOV-Field of View)

Ограничивает область сканирования. Уменьшение этого параметра увеличивает скорость исследования, одновременно улучшая пространственное разрешение и уменьшая дозу излучения на пациента. Но применяется в основном при исследовании позвоночника, мягких тканей шеи, конечностей – малых объектов.

Коллимация среза (SC-одного среза/ NxSC – тотальная коллимация всего массива детекторов)

Определяет пространственное разрешение по оси z. Изменение параметра производится с фиксированным для производителя томографа шагом. Например: 64*0,5мм, 30*1мм и т.п.

Шаг стола TF и питч P

Это приращение положения стола – перемещение- за один оборот трубки. Питч – отношение шага стола к коллимации. Сканирование при питче меньше, чем 1 (при условии неизменности коллимации), создает перекрывающиеся срезы, тем самым увеличивая дозу излучения на пациента. При питче больше 2 (при условии неизменности коллимации), возникают перерывы в изображении.

Напряжение на трубке

Задается в зависимости от требований к дозе: если пациент полный, либо необходимо сканирование областей с высоким поглощением излучения (например, плечевой пояс), то устанавливается в среднем от 140кВ, тогда как низкие значения (80 и менее) используются при сканировании детей или в областях с низким поглощением излучения (грудная полость).

Нагрузка на трубку

Установка высоких значений мАс приводит к низкому шуму, позволяя использовать кернель с высоким разрешением, но одновременно увеличивая лучевую нагрузку на пациента.

Длина и время сканирования

Вместе с этими параметрами растет и доза излучения на пациента.Чем выше требование к дозе, тем короче доступная продолжительность сканирования из-за ограниченной теплоемкости рентгеновской трубки.

Параметры реконструкции:

Поле обзора

Аналогично полю обзора сканирования (но лучше их не путать) ограничивает реконструкцию изображений специфической областью интереса в теле, чтобы получить лучшее пространственное разрешение.

Алгоритм интерполяции

Является инструментом устранения артефактов, возникающих из-за движения стола. Существует:

Простейшая линейная интерполяция 360гр.LI – обеспечивает наименьшие шумы в изображении, но значительно расширяет профиль среза (по оси z).

В алгоритме 360°-ной интерполяции используется 360°-ная периодичность сбора данных, поскольку данные, полученные при повороте на 360°, будут идентичны при условии отсутствия движения пациента, при постоянных шумах и других ошибках. Этот алгоритм использует два набора данных, полученных при повороте на 360°, для оценки одного набора проекций в заданном положении.

Алгоритм 180гр. LI – больше шума в изображении, но меньше профиль среза.

В алгоритме 180°-ной интерполяции (или алгоритме экстраполяции) используется 180°-ная периодичность сбора данных, при этом считается, что два измерения вдоль одной и той же дорожки, но в противоположных направлениях (поворот на 180°) одинаковы при неподвижности пациента, отсутствии изменения шумов и других ошибок. Для получения изображения каждого среза используются два набора данных

z-фильтрация – на данный момент самый прогрессивный алгоритм.

Кернель конволюции

Определяет отношение между пространственным разрешением и шумом в изображении. Шум ограничивает разрешение контраста и тем самым возможность дифференцировать объекты, ослабление которых может очень мало отличаться от ослабления окружающего фона.

Кернели конволюции высокого разрешения улучшают пространственное разрешение, но диспропорционально увеличивая шум. Пригодны только для областей с высоким естественным контрастом (легочная паренхима, кости).
Мягкие кернели ведут к уменьшению и шума и пространственного разрешения. Используются при исследованиях брюшной полости у полных пациентов, в педиатрии.
Стандартныйкернель является компромиссом.

Интервал реконструкции RI

Определяет интервалы между реконструированными изображениями, т.е. степень перекрытия между аксиальными срезами. Для выявления мелких структур необходимо по крайней мере 30%ное перекрытие, но это увеличивает продолжительность рендеринга изображения аппаратом.

Мультиспиральная компьютерная томография и другие методики

Принципиальное отличие МСКТ от спиральных томографов предыдущих поколений в том, что по окружности гентри расположены не один, а два и более ряда детекторов. Для того,чтобы рентгеновское излучение могло одновременно приниматься детекторами, расположенными на разных рядах, была разработана новая — объёмная геометрическая форма пучка.

В 1992 году появились первые двухсрезовые (двухспиральные) МСКТ с двумя рядами детекторов, а в 1998 году — четырёхсрезовые (четырёхспиральные), с четырьмя рядами детекторов соответственно. В 2004—2005 годах были представлены 32-, 64- и 128-срезовые МСКТ, в том числе — с двумя рентгеновскими трубками. В 2007 году Toshiba вывела на рынок 320-срезовые компьютерные томографы, в 2013 году — 512- и 640-срезовые. Они позволяют не только получать изображения, но и дают возможность практически в «реальном» времени наблюдать физиологические процессы, происходящие в головном мозге и в сердце.

Особенностью подобной системы является возможность сканирования целого органа (сердце, суставы, головной мозг и т. д.) за один оборот рентгеновской трубки, что значительно сокращает время обследования, а также возможность сканировать сердце даже у пациентов, страдающих аритмиями.

Преимущества МСКТ перед обычной спиральной КТ

улучшение временного разрешения
улучшение пространственного разрешения вдоль продольной оси z (за счет использования тонких и субмиллиметровых срезов) – получение изотропных срезов
увеличение скорости сканирования
улучшение контрастного разрешения
увеличение отношения сигнал/шум
эффективное использование рентгеновской трубки
большая зона анатомического покрытия
уменьшение лучевой нагрузки на пациента на 30%.

Все эти факторы значительно повышают скорость и информативность исследований.

Основным недостатком метода остается высокая лучевая нагрузка на пациента, несмотря на то, что за время существования КТ её удалось значительно снизить.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

	Учебно-методическое пособие Рекомендовано методической комиссией... Методы молекулярной диагностики: Учебно-методическое пособие. Авторы: А. Д. Перенков, Д. В. Новиков, С. Г. Фомина, Л. Б. Луковникова,...		Учебно-методическое пособие Елабуга 2016 ббк 74. 58 Учебно-методическое... Методическое пособие предназначено для студентов 1 курса высших учебных заведений неязыковых специальностей
	Методическое пособие Саратов 2008 г. Организация комплексной системы... Методическое пособие предназначено для руководителей и преподавателей- организаторов обж образовательных учреждений		Организация и технология документационного обеспечения управления учебно-методическое пособие ...
	Учебно-методическое пособие Казань 2010 Печатается по рекомендации... Учебно-методическое пособие по курсу «Организационное поведение» /Д. М. Сафина. – Казань: Казанский (Приволжский) федеральный университет;...		Учебно-методическое пособие. Новосибирск, 2006 Учебно-методическое пособие предназначено инструкторам детско-юношеского и спортивного туризма с целью повышения уровня знаний и...
	Учебно-методическое пособие к лабораторным занятиям по курсу «Основы кристаллооптики» Практическое руководство по работе с поляризационным микроскопом для исследования петрографических объектов: Учебно-методическое...		Учебно-методическое пособие организация инженерной защиты населения Учебно-методическое пособие разработано применительно к Программе обучения слушателей на курсах гражданской защиты Копейского городского...
	Учебно-методическое пособие для студентов пм. 04.(07.) «Выполнение... Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с требованиями Федерального Государственного образовательного стандарта по...		Учебно-методическое пособие санкт-Петербург 2009г. Автор: Г. П. Подвигин... Учебно-методическое пособие предназначено для должностных лиц, специалистов го и рсчс организаций
	Учебно-методическое пособие Кемерово 2015 г. Согласовано: кроо «памск» Учебно-методическое пособие предназначено для студентов стоматологического факультета, гигиенистов стоматологических со средним медицинским...		Федеральное государственное образовательное учреждение Высшего профессионального... Вакуумный практикум: Учебно-методическое пособие.  Ростов-на-Дону, 2008.  55с
	Учебно-методическое пособие тверь 2015 удк 339. 543(075. 8) Ббк у428-861.... С 47 Таможенные платежи: учебно-методическое пособие. – Тверь: Твер гос ун-т, 2015. – 155 с		Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы студентов... Учебно-методическое пособие предназначено для самостоятельной подготовки и отработки мануальных навыков сестринской практики в условиях...
	Учебно-методическое пособие по профессиональному модулю Выполнение... Учебно-методическое пособие составлено в соответствии с требованиями фгос спо по специальностям 060501 Сестринское дело, 060101 Лечебное...		Учебно-методическое пособие по освоению практических навыков входит... Учебно-методическое пособие предназначено для использования в учебном процессе при проведении занятий по дисциплине «Фармацевтическая...

Учебно-методическое пособие

Поколения компьютерных томографов

Преимущества МСКТ перед обычной спиральной КТ

Похожие: