Рентгеновский спиральный компьютерный томограф Siemens Somatom Emotion (стр. 1 из 4)
Министерство образования и науки Украины
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Кафедра БМЭ
Отчет по производственной практике
на тему:
«Рентгеновский спиральный компьютерный томограф SIEMENSSOMATOMEmotion»
Харьков 2009
Реферат
Отчет содержит 28 страниц, 10 рисунков, 5 источников.
Отчет построен на базе анализа литературы по компьютерным томографическим методам исследования, инструкции по эксплуатации рентгеновского спирального компьютерного томографа SIEMENSSOMATOMEmotion.
КОМПЬЮТЕРНАЯ ТОМОГРАФИЯ, СКАНИРОВАНИЕ, РЕНТГЕНОВСКАЯ ТРУБКА, ЯЧЕИСТЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ
Введение
Мировые тенденции в области медицинского приборостроения в последние годы претерпели значительные изменения. В основном это вызвано необходимостью повышения качества диагностики, что приводит как к созданию новых высокоинформативных диагностических приборов, так и к совершенствованию традиционных технологий.
Современный уровень медицинской техники позволяет выявить структурные и функциональные изменения одного и того же органа с помощью устройств, имеющих различный принцип действия, при этом достоверность полученных данных будет сопоставима. В подобных условиях на первое место выходит информационная составляющая исследований.
На данном этапе одним наиболее информативным методом является томография, дающая намного больше информации о каждом элементарном объеме исследуемого объекта, чем другие известные методы диагностики. Термин «томография» произошел от двух греческих слов:
- сечение и 
– пишу и означает послойное исследование структуры различных объектов. Существует несколько видов томографии: рентгеновская, электронно-лучевая, магнитно-резонансная, позитронно-эмиссионая, ультразвуковая, оптическая когерентная томография и др. Но суть всех видов томографии едина: по суммарной информации (например, интенсивности на детекторах или интенсивности эхо-сигнала), полученной от некоторого сечения вещества, нужно определить локальную информацию, а именно плотность вещества в каждой точке сечения. Информативность и достоверность каждого из них зависит от целого ряда факторов, определяющих конечный результат исследования, в том числе и от принципа действия устройства.1. История возникновения и развития компьютерной томографии
Первые математические алгоритмы для КТ были разработаны в 1917 г. австрийским математиком И. Радоном. Физической основой метода является экспоненциальный закон ослабления излучения, который справедлив для чисто поглощающих сред. В рентгеновском диапазоне излучения экспоненциальный закон выполняется с высокой степенью точности, поэтому разработанные математические алгоритмы были впервые применены именно для рентгеновской компьютерной томографии.
В 1963 г. американский физик А. Кормак повторно (но отличным от Радона способом) решил задачу томографического восстановления, а в 1969 году английский инженер-физик Г. Хаунсфилд из фирмы EMILtd. сконструировал «ЭМИ-сканер» (EMI-scanner) – первый компьютерный рентгеновский томограф, чьи клинические испытания прошли в 1972 году. В 1979 году Кормак и Хаунсфилд «за разработку компьютерной томографии» были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине.
Разумеется, современные способы получения послойных изображений имеют несравнимые преимущества:
1. Отсутствие травм, позволяющее прижизненную диагностику заболеваний;
2. Возможность аппаратной реконструкции однократно полученных изображений в различных анатомических плоскостях (проекциях), а также трёхмерной реконструкции;
3. Возможность не только оценивать размеры и взаиморасположение органов, но и детально изучать их структурные особенности и даже некоторые физиологические характеристики, основываясь на показателях рентгеновской плотности и их изменении при внутривенном контрастном усилении.
Преимуществами КТ по сравнению с традиционной рентгенографией стали:
– отсутствие теневых наложений на изображении;
– более высокая точность измерения геометрических соотношений;
– чувствительность на порядок выше, чем при обычной рентгенографии.
Первая вполне качественная томограмма головного мозга человека получена в 1972 году (рис. 1) [2].
Рисунок 1 – Первый КТ сканер и первая томограмма головного мозга
Конструкция компьютерного томографа за годы его существования претерпела значительные изменения. Прогресс КТ томографов напрямую связан с увеличением количества детекторов, то есть с увеличением числа одновременно собираемых проекций.
В целом можно выделить пять поколений КТ-сканеров. В томографах первого поколения, появившихся в 1973 г., имелась одна направленная рентгеновская трубка и один детектор, которые синхронно передвигались вдоль рамы (рис. 2а). Измерения проводились в 160 положениях трубки, затем рама поворачивалась на угол 10 и измерения повторялись. Сами измерения длились около 4,5 минут, а обработка полученных данных и реконструкция изображения на специальном компьютере занимали 2,5 часа.
Рисунок 2 – Схематическое изображение рентгеновских томографов
Томографы второго поколения имели уже несколько детекторов, работающих одновременно, а трубка излучала не остронаправленный, а веерный пучок. Также как и томограф 1 поколения он использовал параллельное сканирование, но угол поворота трубки увеличился до 300. Общее время измерений, необходимых для получения одного изображения, значительно сократилось и составляло 20 секунд. Типичным для данной схемы сканирования является то, что она основана на учете только первичных фотонов источника.
В томографах 3 поколения трубка излучала широкий веерный пучок лучей, направленный на множество детекторов (около 700), расположенных по дуге. Усовершенствованная конструкция сделала возможным непрерывное вращение трубки и детекторов на 3600 по часовой стрелке за счет использования кольца скольжения при подведении напряжения. Это позволило устранить стадию перемещения трубки и сократить время, необходимое для получения одного изображения до 10 секунд. Такие томографы позволили проводить исследования движущихся частей тела (легких и брюшной полости) и сделали возможным разработку спирального алгоритма сбора данных. Третье поколение компьютерных томографов ввело понятие спиральной компьютерной томографии.
В томографах 4 поколения имелось сплошное неподвижное кольцо детекторов (1088 люминесцентных датчиков) и излучающая веерный пучок лучей рентгеновская трубка, вращающаяся вокруг пациента внутри кольца. Время сканирования для каждой проекции сократилось до 0,7 секунд, а качество изображения улучшилось. В данных томографах необходимо учитывать влияние эффекта рассеяния при переносе излучения, которое в зависимости от используемой энергии источника может быть рэлеевским или комптоновским.
Электронно-лучевые томографы – томографы 5 поколения. В них поток электронов создается неподвижной электронно-лучевой пушкой, расположенной за томографом. Проходя сквозь вакуум, поток фокусируется и направляется электромагнитными катушками на вольфрамовую мишень в виде дуги окружности (около 2100), расположенную под столом пациента. Мишени расположены в четыре ряда, имеют большую массу и охлаждаются проточной водой, что решает проблемы теплоотвода. Напротив мишеней расположена неподвижная система быстродействующих твердотельных детекторов, расположенных в форме дуги 2160. Данные томографы используются при исследованиях сердца, т.к. позволяют получать изображение за 33 миллисекунды со скоростью 30 кадров / секунду, а число срезов не ограничено теплоемкостью трубки. Такие изображения не содержат артефактов от пульсации сердца, но имеют более низкое соотношение сигнал/шум [4].
2. Физико-технические основы компьютерной томографии
2.1 Конфигурация компьютерного томографа
В состав любого КТ – сканера входят следующие основные блоки [2]:
1. Гентри со столом пациента и блоками управления;
2. Высоковольтный генератор;
3. Вычислительная система;
4. Консоль оператора.
Внутри гентри (рис. 3) расположены блоки, обеспечивающие сбор данных: рентгеновская трубка и коллиматоры, детекторы и система сбора данных, контроллер трубки (контроллер движения ротора), генератор высоких частот, встроенный микрокомпьютер (регулирующий напряжение и ток на трубке), компьютер, обеспечивающий обмен данными с консолью.
Рисунок 3 – Гентри КТ-сканера: 1 – трубка и коллиматоры, 2 – детекторы, 3 – контроллер трубки, 4 – ВЧ генератор, 5 – встроенный микрокомпьютер, 6 – стационарный компьютер
Рентгеновское излучение создается рентгеновской трубкой, схема которой представлена на рис. 4. Источником электронов (катодом) служит вольфрамовая нить, нагреваемая током, под действием которого электроны «выкипают» с его поверхности. Затем они ускоряются разностью потенциалов в несколько десятков тысяч вольт и фокусируются на анод, сделанный из тугоплавкого материала с высоким атомным номером (например, вольфрама). При торможении быстрых электронов веществом анода (взаимодействии с его атомами) возникают электромагнитные волны в диапазоне длин волн от 10-14 до 10-17 м, называемые рентгеновским излучением, открытым в 1895 году немецким физиком Конрадом Вильгельмом Рентгеном. Выход рентгеновского излучения растет с атомным номером мишени. При этом 99% энергии электронов рассеивается в тепло, и лишь 1% освобождается в форме квантов.