Симонов Томографические измерителные информационные системы 2011

Номер детектора

Количество ракурсов

Рис. 5.13. Изменение координаты проекции стержня при сканировании

Координата проекции стержня lj на линейке детекторов определяется, как

K+3

∑i Pij

i =K −3

где Pij – проекционные данные (значения проекционных данных i- го детектора на j-м ракурсе); K – номер детектора, регистрирующий максимальный сигнал в проекции стержня.

При невыполнении требований к жесткости РОТ проводится более жесткое закрепление трубки и блока детекторов на сканере. Для томографа РКТ-01 требования к жесткости РОТ: ж d≤0,15 мм, где d =1,56 мм – апертура детектора.

В основе определения номера центрального детектора лежит измерение координаты проекции стального стержня, введенного в

поле реконструкции, на линейке детекторов (см. рис. 5.12). Коор-

401

дината стержня при сканировании будет изменяться по закону синуса.

На рис. 5.14 показано изменение координаты l j при сканировании.

Номер детектора

Количество ракурсов

Рис. 5.14. Изменение координаты проекции стержня, расположенного в поле восстановления, при сканировании

Координата центрального детектора определяется, как

Эта координата вводится в реконструктор изображения, как начало отсчета угла γi .

Определение перпендикулярности плоскости веерного пучка можно осуществить с помощью трех стальных стержней, концы которых находятся в одной плоскости и помещаются в область восстановления изображения. Эти стержни помещают в область восстановления таким образом, чтобы их продольные оси были параллельны оси вращения сканера, а их концы должны касаться веерного пучка.

402

Перпендикулярность плоскости веерного пучка оси вращения выполняется в том случае, если проекции стержней на детекторы во время сканирования будут у всех одинаковы.

Как правило, операция определения перпендикулярности плоскости веерного пучка оси вращения применяется для установления продольной оси ложемента стола пациента перпендикулярно плоскости веерного пучка.

При определении разрешения с помощью цилиндрических фантомов они должны быть достаточно точно выставлены в центр области восстановления. Погрешность выставления центра фантома по центру области восстановления должна не превышать 0,15 мм. В основе этой процедуры лежит определение координат центра фантома в системе координат области восстановления (рис. 5.15, а).

Рис. 5.15. К определению координат центра фантома

б

403

Для проекции j можно определить координату проекции центра фантома на линейке детекторов аналогично выражению (5.6)

i =lЛ

где lj – координата проекции центра фантома на линейке детекторов на j-м ракурсе; lц – номер центрального детектора; lл, lп – номера левого и правого детекторов, такие, что Pij > ptol для i [lл, lп ],

где рtol – уровень порога детектирования края фантома (типичное значение рtol = 0,05).

Центр фантома 0' при повороте сканера на 360° описывает круговую “траекторию” вокруг центра области восстановления.

Координаты центра фантома 0' можно определить из геометрических соотношений при повороте сканера на 90° (рис. 5.15, б). Они будут находится на пересечении прямых S0' и S'0'.

Учитывая, что 0S = 0S' = 630 мм, γi = Δγ(l j −lц ) , γK = (lK −lц ) ,

и записав уравнение прямых 0'S = 0'S', получим координаты центра фантома 0':

При совмещении центра фантома с центром области восстановления операцию вычисления координат центра фантома и его перемещения приходится осуществлять несколько раз (3–4).

Все перечисленные выше процедуры настройки выполняются автоматически, используя пакет программ по настройке и юстировке томографа РКТ-01.

5.5.2. Определение значения эффективной энергии источника рентгеновского излучения

Как было отмечено в гл. 2, под эффективной энергией понимается энергия моноэнергетического излучения, при котором ткань исследуемого объекта имеет линейный коэффициент ослабления, равный линейному коэффициенту ослабления, измеряемому томографом. Знание значений эффективной энергии Еэф позволяет осуществлять калибровку томографа в международных величинах Хаунсфилда, а также проводить объективное сравнение точностных характеристик РКТ-01 и зарубежных рентгеновских томографов.

Воснове экспериментального метода определения Еэф лежит сравнение измеренных томографом величин Хаунсфилда воды и различных смесей, которые должны быть точным заменителем воды на известной энергии Е.

Вкачестве смесей используется тетрахлорметан (CCl4) со спиртом (C2H5OH) с различной концентрацией компонент.

При анодном напряжении рентгеновской трубки Ua =120 кВ эффективная энергия томографа лежит в пределах от 68 до 74 кэВ. Оптимальным шагом шкалы энергий с точки знания точности оп-

ределения Еэф можно выбрать величину равную 2 кэВ: 66, 68, 70, 72, 74, 76, 78 кэВ.

Для каждого значения энергии рассчитаны соответствующие объемные процентные содержания тетрахлорметана и спирта. В табл. 5.3 показаны эти процентные содержания компонент смесей. Все семь смесей плюс вода расположены в специальных цилиндрических модулях, которые конструктивно выполнены в виде специального фантома (рис. 5.16).

405

5.5.3. Определение корректирующих коэффициентов по уменьшению влияния полихроматичности рентгеновского излучения

В томографе РКТ-01 используется полиномиальная коррекция влияния полиэнергетичности излучения на линейность представле-

ния μ(х, у) на томографическом изображении (методы коррекции

определяются для каждого измерительного водяного фантома соответствующего диаметра (215 мм – для головы и шеи, 350 мм – для грудной клетки, 420 мм – для таза).

Экспериментальные проекционные данные Рij для водяного

фантома (фантом должен быть выставлен по центру области восстановления) определяются, как средние значения для 600 (1200) ракурсов. Кривая зависимости Рij от μ(Е)l для томографа с поли-

энергетическим источником излучения будет не совпадать с кривой зависимости проекционных данных Рij от μ(Еэф)l для моно-

энергетического излучения в силу нелинейного искажения за счет спектра излучения (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Зависимости проекционных данных для моно- и полиэнергетического излучения от μl

407

где ln J0 – систематическая величина (константа) которую, можно не учитывать. Значения длины луча li, проходящего через водяной фантом, определяется из геометрических соотношений (см. рис. 5.19).

Длина луча li определяется как

где r – радиус фантома; i – индекс номера детектора; Δγ – угол между соседними лучами: Δγ = 2Nγm ; 2γ – угол охвата фантома.

Подставляя в (5.10) значения li, i = 1, 2, 3, определяем P1j, P2j,

P3j,... и т. д.

Из системы полученных уравнений

408

2r = 215 мм, трубки G1094 с Eэф ≈ 70,3 кэВ, μэф ≈ 0,1918 1/см кор-

ректирующий полином третьего порядка имеет коэффициенты a1 = 0,0164 , a2 = 0,0032 .

5.5.4.Определение характеристик качества изображения

Экспериментальное определение характеристик качества проводится на специальных фантомах, которые имитируют однородные водяные структуры, пространственные включения высокой и низкой контрастности относительно воды.

Принципиально все выходные характеристики томографического изображения (см. рис. 5.6.) в количественном виде можно получить на трех фантомах:

-однородном водяном фантоме ( σш, Не );

-пространственном, имеющим высококонтрастные включения

(больше 10 %) различных размеров ( х ); - плотностном, имеющим низко контрастные включения

(меньше 1 %) различных размеров, ( Δμμ ).

На рис. 5.20 представлены томограммы трех метрологических фантомов и изображения данных для различных этапов реконструкции. На однородном фантоме определяется в указанных точках (размером около 100 пикселов) среднее значение (М), среднеквадратическое отклонение ( σш ) и нелинейность ( He ) в величинах

Хаунсфилда (Нν).

409

Рис. 5.20. Томограммы метрологических фантомов водяного однородного (а), плотностного (б) и пространственного (в) и изображения измеренных данных

сдетекторов (г), проекционных данных (д) и свертки проекционных данных

сфильтрующей функцией (е)

410