Описание экспериментальной установки:

Учебная установка для проведения компьютерной томографии (КТ) состоит из трех основных блоков: рентгеновского аппарата и блока компьютерной томографии LD DIDACTIC (Германия), персонального компьютера с программой реконструкции томографических изображений.

Устройство рентгеновского аппарата представлено на рисунке 4.

Рис. 4. Устройство рентгеновского аппарата

a – панель электропитания, b – контрольная панель, c – панель соединений,

d – камера с рентгеновской трубкой, e – экспериментальная камера,

f – флюоресцирующий экран, g – свободный канал, h – затвор, i – стойка,

k – ручки для переноса

В отдельном отсеке рентгеновского аппарата находится источник рентгеновских лучей – рентгеновская трубка с молибденовым анодом. Рентгеновская трубка представляет собой стеклянный баллон, откачанный до 10^-4-10^-5 Па (рис.5). Внутри баллона располагаются два электрода: катод и анод. При пропускании тока через катод, он раскаляется и с его поверхности вылетают электроны. Между катодом и анодом поддерживается высокая разность потенциалов, поэтому электроны, вылетевшие с катода, ускоряются и бомбардируют анод.

Рис.5. Устройство рентгеновской трубки.

П ри торможении быстрых электронов веществом анода возникают электромагнитные волны с длинами от 10³ до 10 нм, которые называются рентгеновским излучением. Вид спектра рентгеновского излучения определяется величиной ускоряющего напряжения между катодом и анодом рентгеновской трубки. При достижении некоторого критического значения ускоряющего напряжения, называемого потенциалом возбуждения, возникает характеристический спектр. При значениях ускоряющего напряжения меньше потенциала возбуждения возникает сплошной (тормозной) спектр (рис.6). В компьютерной томографии применяется только тормозное рентгеновское излучение.

Выходное отверстие рентгеновской трубки направлено в экспериментальную камеру рентгеновского аппарата. В камере устанавливается гониометр – прибор для управляемого углового перемещения объекта исследования. Объект исследования закрепляется на гониометре с помощью специального держателя из полистирола на пути рентгеновского пучка. Свинцовые двери экспериментальной камеры закрываются автоматически. Открыть двери можно только при условии отсутствия рентгеновского излучения.

На противоположной стороне экспериментальной камеры расположен люминесцентный экран, который представляет собой свинцовое стекло, покрытое флуоресцентным материалом. На нем формируется рентгенограмма объекта исследования. Камера в блоке компьютерной томографии (рис.7) записывает рентгенограммы исследуемого объекта как функции угла поворота объекта, закрепленного на гониометре рентгеновской установки. Во время записи, включенное программное обеспечение компьютерной томографии, визуализирует процесс обратного проецирования в двух или в трех измерениях. После записи полное 3D изображение объекта исследования сразу доступно для просмотра.

Рис.7. Модуль компьютерной томографии 1. Крышка 2 . Окно для люминесцентного экрана с уплотнительным кольцом 3. Камера 4. Винты для регулировки 5. Порт USB для соединения с компьютером 6. Порт USB для соединения с рентгеновским аппаратом 7. Аналоговый видео выход продукции 8. Подключение сетевого кабеля и кнопка включения прибора.

ВЫПОЛНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА

Перед выполнением эксперимента ознакомьтесь с Описанием рентгеновского аппарата и модуля компьютерной томографии

1. Включить в сеть рентгеновский аппарат, модуль компьютерной томографии, персональный компьютер.

2. Запустить программу реконструкции изображений «Computerized Tomography» (ярлык программы находится на рабочем столе ПК).

3. Настройки модуля компьютерной томографии расположены в 5 полях (Camera, X-Rays, Image Adjustment and Calibration, Size of the Computed Tomogram, AviExport), которые могут быть открыты по значку W.

4. Индикатором работы трубки и камеры служат мигающие красные точки напротив вкладок «Х-Rays» и «Сamera».

5. Во вкладке «X-Rays» установить значения управляющих параметров: ускоряющее напряжение U= 35 кВ, и анодный ток I= 1 мА. Эти параметры определяют энергию генерируемого рентгеновского излучения и качество получаемых рентгенограмм объекта.

6. На вкладке «Computed Tomography Size» необходимо выбрать количество получаемых при сканировании рентгенограмм объекта «Number of projection», т.е. число его проекций. Выбранное число проекций не должно быть меньше 180, иначе качество реконструкции объекта будет низким. Установить размеры проекции 350x350 пикселей и размеры реконструкции изображения 256x256x256 пикселей.

7. Открыть экспериментальную камеру рентгеновского аппарата и закрепить на держателе гониометра объект исследования.

8. Плотно закрыть дверки экспериментальной камеры. Подача высокого напряжения на рентгеновскую трубку возможна только при закрытых дверках.

9. Проследить за тем, чтобы крышка модуля компьютерной томографии была плотно закрыта, иначе запись рентгенограмм объекта из-за засветки невозможна.

10. Выберите CT  «Start CT scan», при ее нажатии происходит подача высокого напряжения на анод рентгеновской трубки и включается камера в модуле компьютерной томографии. Введите название проекта (файла) и сохраните его в папку вашей группы на рабочем столе. После этого начинается процесс сканирования.

11. Процесс реконструкции объекта можно наблюдать в 2D и 3D режимах. Время сканирования определяется числом получаемых проекций (скорость записи – одна рентгенограмма в секунду) и отображается в правом верхнем углу окна программы реконструкции.

Внимание! Нельзя останавливать процесс сканирования до истечения указанного времени: реконструкция изображения не может быть осуществлена по неполному числу рентгенограмм. После истечения времени сканирования отключение высокого напряжения рентгеновской трубки и камеры производится автоматически.

12. После завершения процесса сканирования необходимо произвести восстановление изображений по проекциям - трехмерную реконструкцию изображения (иконка «Reconstruction CT image»). После этого реконструкция становится доступна для работы с ней.

РАБОТА С ТОМОГРАФИЧЕСКОЙ РЕКОНСТРУКЦИЕЙ.

Восстановление по проекциям объекта реконструкции позволяет исследовать внутреннюю структуру этого объекта и получать томографические сечения в различных плоскостях. С полученной реконструкцией можно проводить следующие манипуляции:

1. Повороты (левая клавиша мыши);

2. Увеличение / уменьшение (правая клавиша мыши);

3. Выделение интересующих сечений (ползунковый регулятор внизу экрана или колесико мыши);

4. Определение размеров внутренних структур (с помощью маркерных линий красного цвета);

5. Определение локальных значений линейного коэффициента ослабления рентгеновских лучей и КТ-чисел образца (в ед. плотности HU).

Ползунковый регулятор «Intensity» предназначен для установления верхнего предела отображаемых значений коэффициентов ослабления μ и КТ-чисел. Его сдвиг вправо позволяет различить структуры с близкими значениями коэффициента ослабления и КТ-числа. Регулятор «Transparency» служит для установки нижнего предела значений отображаемых коэффициентов ослабления и КТ-чисел. При его передвижении вправо пропадают структуры с наименьшими показателями μ. Непрерывный цветовой спектр, расположенный под регуляторами, представляет собой цветовую интерпретацию отображаемых значений μ и КТ-чисел. На его левом конце указывается наименьшее отображаемое значение μ и КТ-числа, а на правом – наибольшее.