5.4. Компьютерная томография

5.4.1. Принципы компьютерной томографии

Компьютерный томограф (КТ) был разработан в 1973 г. английским инженером Г. Хаунсфилдом для исследования поперечных срезов головного мозга, а в настоящее время используется для исследования практически всех органов и систем организма человека.

В первых томографах с противоположных от исследуемого объекта сторон синхронно перемещались в одном направлении точечный рентгеновский луч и детектор, регистрирующий прошедшие через объект излучение. Затем система излучатель-детектор поворачивались на несколько градусов относительно центра объекта и сканирование повторялось. Сигналы детектора через АЦП вводились в ЭВМ и обрабатывались по специальной программе, восстанавливая двухмерное изображение исследуемого слоя.

В процессе исследования, по желанию врача, сканируется один или несколько слоев тела пациента. При послойном сканировании дека стола автоматически смещается на заданную величину в продольном направлении и процесс сканирования повторяется. В некоторых томографах одновременно сканируются два слоя. Толщина исследуемого слоя в различных томографах устанавливается в пределах 3 – 13 мм с точностью до 0,5 мм.

Обычное теневое изображение в рентгенодиагностике имеет следующие недостатки: низкое разрешение по плотности исследуемых тканей и наложение изображений наслаивающихся структур. Компьютерная томография лишена этих недостатков, в частности обладает почти в 10 раз большим контрастным разрешением во всем диапазоне изменения плотностей человеческого тела.

В процессе развития вычислительной томографии основные усилия были направлены на уменьшение времени сканирования.

Томографы первого поколения осуществляли сканирование исследуемого объекта одиночным коллимированным рентгеновским лучом, а излучение, прошедшее через объект регистрировалось одним детектором, жестко связанным с излучателем. Система излучатель-детектор совершала поступательно-вращательное движение из 180 линейных сканирований, поворачиваясь после каждого линейного сканирования на 1 (рис. 72). Полный цикл сканирования составляет 3 – 5 мин. В качестве детектора использовался сцинцилятор (вещество, в котором под действием ионизирующих излучений возникают световые вспышки) на основе кристаллов йодистого натрия NaI или йодистого цинка ZnI и фотоумножитель.

В томографах второго поколения система излучатель-детекторы также совершает вращательно-поступательное движение относительно исследуемого объекта. Однако вместо одного рентгеновского луча сканирование осуществляется расходящимся пучком из нескольких (от 3 до 52) коллимированных лучей и такого же числа детекторов. Поэтому при одном линейном сканировании, с каждого детектора снимается, как и в первом поколении, сигнал, соответствующий одной проекции для данной ориентации луча, а совокупность этих сигналов содержит всю информацию о наборе независимых проекций, измеренных одновременно. Цикл сканирования составляет 20  40 с. Эти томографы могут быть использованы не только для исследования головного мозга, но и для всего тела.

Рис. 72. Четыре поколения рентгеновских компьютерных томографов:

а – первого поколения; б – второго поколения; в – третьего поколения; г – четвертого поколения

В томографах третьего поколения сканирование объекта осуществляется веерным пучком рентгеновского излучения, полностью перекрывающим исследуемый объект. Поэтому система излучатель-детекторы совершает только непрерывное вращение вокруг объекта на 360. Излучатель работает в импульсном режиме, а излучение за объектом измеряется большим числом (250 – 500) малоинерционных детекторов. Длительность импульсов 1 – 5 мс, цикл сканирования одного слоя не превышает 5 с.

Системы четвертого поколения отличаются от третьего тем, что неподвижные детекторы в количестве 500 – 1000 шт. образуют кольцевидный блок, а вращаются излучатель и блок коллиматоров. Веерный пучок непрерывного рентгеновского излучения полностью перекрывает исследуемый объект. Время сканирования не превышает 1- 3 с.

Получение изображения сечения объекта основано на выполнении следующих операций:

• формирование коллимированного пучка рентгеновского излучения, стабильного по интенсивности и спектральному составу;

• сканирование исследуемого объекта этим пучком при перемещение излучателя и детектора относительно объекта;

• измерение излучения, ослабленного объектом, детектирующей системой;

• усиление и преобразование результатов измерений в цифровую форму;

• синтез изображения по результатам сканирования данного слоя;

• визуализация изображения на экране дисплея.

Исходя из этих операций у рентгеновского компьютерного томографа можно выделить следующие функциональные устройства:

• рентгеновский излучатель;

• рентгеновское питающее устройство;

• сканирующее устройство и стол пациента;

• детектирующая система;

• система электронного преобразования измеряемых сигналов;

• средства вычислительной техники для реконструкции изображений.