Физические и технические основы томографии

Принципиальное устройство компьютерного томографа. Каждый аппарат включает в себя:

• гентри, включающий в себя источник рентгеновских лучей, детекторы сигналов, систему, обеспечивающую необходимые перемещения детекторов и источника;
• систему преобразования информации, которая регистрируется детекторами;
• ЭВМ, которая производит вычисления, необходимые для получения изображения;
• систему записи, воспроизведения и отображения получаемых изображений.

КТ - это метод исследования, использующий рентгеновское излучение для создания поперечных томографических изображений. Рентгеновские лучи возникают в рентгеновской трубке и коллимируются в веерообразный или конусообразный пучок, который проходит через объект от источника излучения к приемнику излучения.

Компьютерная томография базируется на рентгеновском излучении и его детектировании. Это особый вид электромагнитного излучения, которое способно проходить через непрозрачные для обычного света среды.

Излучение:

· ослабляется в среде (тканях) тем больше, чем плотнее среда, сквозь которую они прошли;

· имеет непрямой ионизирующий эффект, то есть отрыв электронов от атомов вещества, через которое проходит рентген-излучение, что и обуславливает лучевую нагрузку на пациента при исследовании.

Принцип работы сканера мультиспирального компьютерного томографа. Вращающаяся рентгеновская трубка производит конусовидный пучок лучей, который проходит через пациента, находящегося в гентри. Ослабленные рентгеновские лучи собираются множественными рядами детекторов.

Принцип работы компьютерного томографа. Многократные профили ослабления от различных углов получены во время вращения системы датчика и рентгеновской трубки на 180 градусов.

Параметры, влияющие на качество томографического изображения:

1. Контрастная разрешающая способность. Под контрастом понимается относительная разница интенсивностей соседних участков изображения. При численной разности интенсивностей двух элементов, отличной от нуля, элементы являются различимыми. При нулевом значении разности двух пикселов они не обладают контрастом - их различить невозможно. С увеличением разности интенсивностей элементов улучшается контрастность.

Высокая контрастная разрешающая способность делает возможным раздельную визуализацию близкорасположенных объектов, незначительно отличающихся по плотности.

Низкоконтрастная КТ позволяет определять на снимке низкоконтрастные детали и выполняется путем сканирования более толстых срезов, использует сглаживающие фильтры, является наиболее востребованной в изучении мягких тканей (головного мозга, печени).

2.  Пространственная разрешающая способность (разрешение). Под разрешением подразумевается наименьшее разделение между двумя элементами, выражающееся в виде линейного или углового измерения, при котором два элемента визуально различимы в определенных условиях. С увеличением разрешающей способности можно четче визуализировать мелкие детали.

Для получения высокого разрешения существует ряд мер: съемка на малом фокусном пятне, выбор максимально тонкого среза сканирования, пошаговый режим, уменьшение ширины элемента детектора.

При увеличении разрешения снижается контраст и наоборот. Это происходит от того, что с повышением пространственного разрешения растет шум, что неблагоприятно влияет на контраст. Для диагностики необходимо выбирать между быстрым временем сканирования и высоким разрешением - если требуется получить снимок с высоким разрешением, выполняется сканирование тонкими срезами, что значительно замедляет исследование.

Также на качество снимка влияют возможные артефакты.

Виды артефактов:

• артефакт движения. Проявляется в виде размытости, искажения изображения. Возникает из-за движения органов или пациента во время исследования.
• затухания фотона (заметен в виде сильных полос на участках с объектами, обладающими высокой плотностью). Причиной является недостаточное количество фотонов, достигающих детектора. Артефакт устраняется увеличением тока на рентгеновской трубке, однако при этом возрастает лучевая нагрузка на пациента.
• круговой артефакт (на изображении располагается вокруг оси вращения).  
• артефакты в виде звезды или расходящихся лучей. Получаются из-за влияния металлических элементов.
• малой выборки (проявляется в виде тонких полос, отходящих от границ плотной структуры и параллельных этим границам).
• артефакт частичного заполнения (возникает при сильном различии по плотности структур, проявляется в виде светлых и темных полос).
• артефакты из-за увеличения жесткости излучения (появление ложных структур, заметные как темные полосы, впадины между костными элементами). Ослабление излучения уменьшается, а интенсивность растет.
• «удлинения». Если объект является тонким и длинным, то на полученном изображении он будет выглядеть длиннее своих реальных размеров.
• артефакт в виде зернистости возникает в результате использования широкого пучка. С увеличением рядов детекторов томографа зернистость менее заметна.