Типы орбит
Ранние системы гамма-камер, используемых в ОФЭКТ производились только с круговыми орбитами, отличительная особенность которых в том, что расстояние между лицевой поверхностью камеры и осью вращения остается постоянным. Вместе с тем поперечное сечение пациентов не является кругом, поэтому при наборе данных расстояние между детектором камеры и пациентом в этом случае изменяется (рис. 7.5). Однако в предыдущих разделов было показано, что пространственное разрешение гамма-камеры ухудшается с увеличением расстояния до объекта. Чтобы преодолеть эту проблему в современных системах ОФЭКТ гамма-камеры движутся по эллиптическим орбитам. На этих орбитах поверхность коллиматора находится на минимальном расстоянии от пациента, что обеспечивает в результате более высокое пространственное разрешение томографических изображений.
Рис. 7.5. Круговая (а) и эллиптическая орбиты вращения гамма-камер в системах ОФЭКТ [1]
Корректировка ослабления
Проблема ослабления излучения при его прохождении через биологические ткани пациента достаточно подробно обсуждалась в главе 6 применительно к плоскостной визуализации. Не менее актуальна эта проблема и в ОФЭКТ. Ведь даже в случае однородной среды с однородным объемным распределением РФП излучение, выходящее из центральных областей пациента, ослабляется в большей степени, чем излучение, выходящее из периферийных областей. Неучет этого эффекта может приводить к значительным искажением исследуемого пространственного распределения РФП.
Подход к корректировке данных на ослабления излучения зависит от исследуемой области внутри пациента. Если изучаются объекты внутри живота или головного мозга, то вполне оправдано предположение об однородности среды в этих частях организма, в то же время область грудной клетки является существенно неоднородной, и такое допущение будет неправильным. Обсудим первый случай.
Рассмотрим поперечное сечение какой-то части тела, например, живота и выделим определенный пиксель. Проведем семейство лучей из этого пикселя к границам тела в выбранном сечении. Если луч проходит в среде расстояние x на пути от пикселя до границы, то ослабление на этом пути в однородной среде приближенно описывается простым экспоненциальным законом A = exp(-μx), где μ – линейный коэффициент ослабления в мягкой ткани для энергии фотонов, испускаемых р/н. Так как лучи в выбранный пиксель приходят с разных направлений, то средняя величина фактора ослабления будет равна
(7.1)
где n – количество лучей в выбранном семействе; xi – расстояние, проходимое i-лучом в мягкой ткани.
Рис. 7.6. Иллюстрации определения корректирующей поправки на однородное и неоднородное ослабление излучения: А – трансмиссионный скан через живот пациента; В – трансмиссионный скан через грудной отдел пациента (адаптировано из [1])
Поправочный фактор CF,
на который надо помножить число отсчетов,
накопленных в рассматриваемом пикселе,
равно обратной величине
,
т.е.
(7.2)
Поправочный фактор необходимо вычисляется для каждого пикселя, входящего в изображение. В результате генерируется матрица поправочных факторов, на которую множится реконструированное изображение. Данный метод учета ослабления был предложен в работе [6] и показал неплохие результаты. Однако при таком подходе не учитывается рассеяния излучения. Этот вопрос достаточно сложен. Одно из простых решений заключается в уменьшении μ. Так например, для фотонов 99mTc в мягкой ткани μ = 0,15 см-1, а чтобы компенсировать уменьшение ослабления за счет рассеяния, на практике приближенно берут для μ значение 0,11 или 0,12 см-1.
Для негомогенных областей пациента закон ослабления излучения вдоль конкретного луча усложняется и принимает вид
(7.3)
где Δx – размер пикселя вдоль луча; μj – линейный коэффициент ослабления фотонов в материале, связанном с позицией j-пикселя вдоль луча.
Для проведения расчетов по формуле (7.3) необходимо иметь информацию о внутренней структуре рассматриваемого среза (скана). Такие данные получают из трансмиссионных срезов, используя внешние радиоактивные источники. Ряд производителей оборудования разработал свои подходы к решению этой задачи [7]. В некоторых случаях применяется сканирование коллимированным источником, в других используется несколько линейных источников.
В последние годы все шире применяются гибридные ОФЭКТ/КТ устройства, которые выполняют измерение трансмиссионного скана для определения поправки на ослабление в негомогенных областях.