Компьютерная Томография
ость к передаче низкоконтрастных объектов, которая у компьютерных
томографов значительно выше , чем у других методов построения
рентгеновского изображения.
Полученные с помощью компьютерной томографии снимки отображают
анатомическую структуру объекта в данном сечении с пространственным
разрешением около 1 мм и разрешением по плотности лучше 1%.
Задача отыскания распределения физической величины (например,
коэффициента линейного ослабления) g(x) была в общем виде решена И. Радоном
в 1917 г.
[pic]
Рис. 1.2 К определению смысла переменных, используемых в формулах (1.1) и
(1.2). Пояснения в тексте.
Рис. 1.2 поясняет результаты инверсии Радона в двумерном случае. Пусть
L — луч, пересекающий объект, s — измеряемое вдоль него расстояние, О —
начало системы координат, ( — угол между базисной линией ОМ, лежащей в
выбранной плоскости, и перпендикуляром, опущенным из О на L, р — кратчайшее
расстояние от О до L, n — орт, определяемый тем же углом (. В этих
обозначениях можно записать
[pic] (1.1)
где двумерный вектор r, повернутый относительно ОМ на угол (, характеризует
положение на плоскости той точки, в которой отыскивается распределение g по
проекциям f(p,n). Как показано Радоном ,
[pic] (1.2)
В настоящее время разработано большое количество эффективных
алгоритмов, позволяющих на быстродействующих компьютерах получать
томограммы по проекциям f(p,n) и реализованных на коммерческих
компьютерных томографах.
Известны системы томографии четырех конструктивных разновидностей,
поколений. Они отличаются друг от друга характером движения устройства
«излучатель — детекторы» при сканировании, видом пучка излучения, типом и
числом детекторов. Основная цель совершенствования сканирующих систем —
уменьшение времени исследования и увеличение информационных параметров.
Принципы сканирования в системах четырех поколений показаны на рис. 1.3.
В системах первого поколения (рис. 1.3 а) осуществляется быстрое
поступательное движение устройства «излучатель — детекторы» относительно
объекта и затем — шаговое вращательное движение на 180° с шагом 1°. Объект
сканируется одиночным коллимированным лучом. Полный цикл сканирования двух
смежных слоев составляет 3 — 5 мин. Томографы данной разновидности в
настоящее время не выпускают.
В системах второго поколения (рис. 1.3 б) устройство «излучатекь —
детекторы» совершает те же движения. Однако для ускорения исследования
сканирование осуществляется расходящимся пучком, состоящим в среднем из
пятнадцати коллимированных лучей. Вращательное движение осуществляется на
180° с шагом 10—15°. Цикл сканирования составляет 20 — 40 с. На этом
принципе построено большинство нейродиагностических томографов.
[pic]
Рис. 1.3. Принципы сканирования в томографических системах четырех
поколений
Недостатки систем первых двух поколений: 1) значительная длительность
сканирования, которая служит причиной возникновения динамических искажений
при исследовании движущихся органов тела; 2) наличие погрешностей,
связанных с двумя видами движения сканирующего устройства и возрастающих
при эксплуатации аппаратуры.
В системах третьего поколения (рис. 1.3 в) сканирование объекта
осуществляется пучком веерообразной формы, полностью перекрывающим объект,
в результате исключается поперечное поступательное движение устройства
«излучатель — детекторы», которое совершает только непрерывное вращение
вокруг объекта на 180°. 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 (рис. 1.3 г) отличаются от систем
третьего использованием еще большего числа (500—1000) неподвижных
детекторов, расставленных по окружности, и непрерывного излучения, также
полностью охватывающего объект. Длительность цикла сканирования уменьшается
до 2,5 с.
В системах первых двух поколений большое время сканирования стремятся
использовать для машинной обработки информации. С этой целью применяются
методы восстановления изображений, позволяющие начинать вычисления сразу же
после поступления массива чисел, относящихся к данному положению
сканирующего устройства.
В системах третьего и четвертого поколений, имеющих малое время
сканирования, на восстановление изображения затрачивается дополнительное
время (от нескольких секунд до 1,5— 2 мин).
К основным недостатком компьютерных томографов можно отнести их
дороговизну. Однако, существует возможность получения реконструируемого
изображения, аналогичного компьютерной томограмме, с помощью рентгеновского
симулятора SLS-9, предназначенного для планирования лучевой терапии,
который имеет некоторые сходства с томографом (вращающиеся на общем
маятнике - гантри вокруг тела пациента источник и приемник рентгеновского
излучения). Т.е. в принципе существует возможность использовать например
более дешевый и распространенный симулятор в качестве томографа. Необходимо
только запомнить ряд изображений, получаемых при сканировании объекта
вращающимися вокруг него источником и приемником рентгеновского
изображения. Такая возможность действительно существует. Рентгеновское
изображение, прошедшее через пациента, преобразуется в видеосигнал и
непрерывно отображается на мониторе. Затем с помощью персонального
компьютера и установленной на нем видео плате видеосигнал захватывается, и
с определенными параметрами (такими как частота кадров) записывается в
память.
Рентгеновские симуляторы находят применение в лечебных учреждениях
онкологического профиля. Для использования симулятора как томографа
необходимо при вращении излучателя и приемника (усилителя рентгеновского
изображения) вокруг объекта, непрерывно записывать получаемый видеоряд
изображений в ТВ- формате в память ЭВМ. Далее, путем применения специальных
алгоритмов можно получить томограммы, аналогичные тем, которое получают с
помощью обычных компьютерных томографов.
К недостаткам подобного метода можно отнести следующие:
- низкая скорость движения гантри (время прохода 180( составляет 20 с);
- малая угловая апертура рентгеновского пучка (около 20(), что требует
применения специально разработанной методики многоцентровой съемки или
ограничения области применения патологиями головы и шеи;
- отсутствие программно - аппаратных средств управления запуском и
остановкой съемки с помощью платы видеоввода.
Как видно из приведенных данных, реализация режима компьютерной
томографии на симуляторе позволяет получить аппарат, аналогичный томографам
второго поколения.
Если первые две проблемы невозможно решить простыми средствами, то
третью - синхронизацию съемки - можно. Решение этой задачи и является целью
данной работы.
Рентгеновский симулятор - это аппарат для определения величины и
положения (ориентации и удаления от излучателя) области патологии, а также
маркирования этой области на теле пациента при планировании лучевой
терапии, проводимой далее на мощных аппаратах с использованием
радиоизотопов и ускорителей частиц. Симулятор также является средством
контроля изменений очага заболевания в результате облучений. На основании
данных этого контроля врач принимает решение об изменении параметров
облучения при дальнейшем лечении.
Рентгеновское излучение, прошедшее через пациента, преобразуется с
помощью усилителя рентгеновского изображения в видеосигнал и непрерывно
отображается на мониторе. Затем с помощью персонального компьютера и
установленной на нем платы видеобластера видеосигнал захватывается, и с
определенными параметрами (такими как частота и формат кадров) записывается
в память. После этого записанное изображение преобразуется по специальным
алгоритмам для получения томограмм.
Однако, в этой системе имеется существует недостаток. Симулятор
изначально не предназначен для работы в режиме компьютерным томографом, а
программное обеспечение видеобластера не предназначено для взаимодействия с
симулятором. По этой причине оператору приходится вручную активизировать и
останавливать программу захвата видеопоследовательности, когда гантри
симулятора достигает определенного угла. Это приводит к заметной
погрешности отработки стартового и стопового угла (порядка 10 – 15 (), что
негативно сказывается на качестве получаемых томограмм.
Задачей данного дипломного проекта является разработка программно-
аппаратного комплекса для отслеживания положения гантри симулятора и
активизации и остановки программы, захватывающей видеопоследовательность,
при достижении определенных углов. Причем необходимо предусмотреть
возможность изменения углов начала и конца захвата видеопоследовательности.
2. Анализ технического задания и разработка структурной схемы.
Существует несколько вариантов реализации требуемого устройства.
Например можно задачу отслеживания положения гантрии возложить на
аппаратное обеспечение. Но при таком варианте становится затруднительным
построение достаточно гибкой системы, допускающей вариации параметров
начала и конца записи видеосигнала и других параметров, кроме того эта
схема получится слишком сложной и дорогой. Другой путь состоит в возложении
обязанностей обработки сигнала на компьютер, а аппаратное обеспечение
должно лишь преобразовать сигнал в форму, удобную для использования ЭВМ,
т.е. в цифровую форму. Не использовать возможности компьютера в данной
ситуации для обработки информации о положении гантри симулятора было бы
большой ошибкой. Во-первых компьютер уже используется для захвата
видеосигнала, т.е. нет необходимости его покупать. Во-вторых осу
| |  скачать работу |
Компьютерная Томография |
