Страница: 3/4
Следовательно, формирование показателей поглощения (ослабления) для каждой точки исследуемого слоя происходит после вычисления отношения величины сигнала на выходе рентгеновского излучателя к значению его после прохождения объекта исследования (коэффициенты поглощения).
В ЭВМ выполняется математическая реконструкция коэффициентов поглощения и пространственное их распределение на квадратной многоклеточной матрице, а полученные изображения передаются для визуальной оценки на экран дисплея.
За одно сканирование получают два соприкасающихся между собой среза толщиной 10 мм каждый. Картина среза восстанавливается на матрице размером 160х160.
Полученные коэффициенты поглощения выражают в относительных единицах шкалы, нижняя граница которой (-1000 ед.Н.) (ед.Н. — единицы Хаунсфильда или числа компьютерной томографии) соответствует ослаблению рентгеновских лучей в воздухе, верхняя (+1000 ед.Н.) - ослаблению в костях, а за ноль принимается коэффициент поглощения воды. Различные ткани мозга и жидкие среды имеют разные по величине коэффициенты поглощения. Например коэффициент поглощения жира находится в пределах от -100 до 0 ед.Н., спинно-мозговой жидкости - от 2 до 16 ед.Н., крови - от 28 до 62 ед.Н. Это обеспечивает возможность получать на компьютерных томограммах основные структуры мозга и многие патологические процессы в них. Чувствительность системы в улавливании перепада рентгеновской плотности в обычном режиме исследования не превышает 5 ед.Н., что составляет 0,5%.
На экране дисплея высоким значениям плотности (например, кости) соответствует светлые участки, низким - темные. Градационная способность экрана составляет 15-16 полутоновых ступеней, различаемые человеческим глазом. На каждую ступень, таким образом, приходится около 130 ед.Н.
Для полной реализации высокой разрешающей способности томографа по плотности в аппарате предусмотрены средства управления так называемой ширины окна и его уровня (положения), чтобы дать рентгенологу возможность анализировать изображение на различных участках шкалы коэффициентов поглощения. Ширина окна — это величина разности наибольшего и наименьшего коэффициентов поглощения, соответствующая указанному перепаду яркости. Положение или уровень окна (центр окна) — это величина коэффициентов ослабления, равная середине окна и выбираемая из условий наилучшего выявления плотностей интересующей группы структур или тканей. Важнейшей характеристикой является качество получаемого изображения.
Известно, что качество визуализации анатомических образований головного мозга и очагов поражения зависит в основном от двух факторов: размера матрицы, на которой строится томограмма, и перепада показателей поглощения. Величина матрицы может оказывать существенное влияние на точность диагностики. Так, количество ошибочных диагнозов при анализе томограмм на матрице 80х80 клеток составляло 27%, а при работе на матрице 160х160 - уменьшилось до 11%.
Компьютерный томограф обладает двумя видами разрешающей способности: пространственной и по перепаду плотности. первый тип определяется размером клетки матрицы (обычно - 1,5х1,5 мм), второй равен 5 ед.Н. (0,5%). В соответствии с этими характеристиками теоретически можно различать элементы изображения размером 1,5х1,5 мм при перепаде плотности между ними не меньше 5 ед.Н. (1%) удается выявлять очаги величиной не менее 6х6 мм, а при разнице в 30 ед.Н. (3%) - детали размером 3х3 мм. Обычная рентгенография позволяет уловить минимальную разницу по плотности между соседними участками в 10-20%. Однако при очень значительном перепаде плотностей рядом расположенных структур возникают специфические для данного метода условия, снижающие его разрешающую способность, так как при построении изображения в этих случаях происходит математическое усреднение и при этом очаги небольших размеров могут быть не обнаружены. Чаще это происходит при небольших зонах пониженной плотности, расположенных вблизи массивных костных структур (пирамиды височных костей) или костей свода черепа. Важным условием для обеспечения проведения компьютерной томографии является неподвижное положение пациента, ибо движение во время исследования приводят к возникновению артефактов - наводок: полос темного цвета от образований с низким коэффициентом поглощения (воздух) и белых полос от структур с высоким КП (кость, металлические хирургические клипсы), что также снижает диагностические возможности. [№ 3, стр. 16-19]
УСИЛЕНИЕ КОНТРАСТНОСТИ
Для получения более четкого изображения патологически измененных участков в головном мозге применяют эффект усиления контрастности, которых достигается внутривенным введением рентгеноконтрастного вещества. Увеличение плотности изображения на компьютерной томограмме после внутривенного введения контрастного вещества объясняется внутри- и внесосудистыми компонентами. Внутрисосудистое усиление находится в прямой зависимости от содержания йода в циркулирующей крови. При этом увеличение концентрации на 100 мг йода в 100 мл обусловливает величины абсорбции на 26 ед.Н. (ед.Н. - единицы Хаунсфильда или числа компьютерной томографии). При компьютерно-томографических измерениях венозных проб после введения 60% контрастного вещества в дозе 1 мл на кг массы тела, плотность потока повышается в среднем в течение 10 мин после инъекции, составляет 39,2 плюс-минус 9,8 ед.Н. Содержание контрастного вещества в протекающей крови изменяется в результате того, что относительно быстро начинается выделение его почками. Уже в течение первых 5 мин после болюсной инъекции концентрация вещества в крови в среднем снижается на 20%, в последующие 5 мин - на 13% и еще через 5 мин - на 5%.
Нормальное увеличение плотности мозга на компьютерной томограмме после введения контрастного вещества связано с внутрисосудистой концентрацией йода. Можно получить изображение сосудов диаметром до 1,5 мм, если уровень йода в крови составляет примерно 4 мг/мл и при условии, что сосуд расположен перпендикулярно к плоскости среза. Наблюдения привели к выводу, что контрастное вещество накапливается в опухолях, и таким образом можно их локализировать с достаточной точностью. [№ 4, стр. 17-19]
ЯДЕРНО-МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС
Среди новых диагностических методов в медицине наибольший интерес сегодня вызывает магнитно-резонансная томография (МР-томография). Накопленный к настоящему времени клинический опыт свидетельствует о таких несомненных достоинствах МР-томографии, как обеспечение высокого разрешения и высококонтрастного изображения тканей без инъекции потенциально токсичных контрастных веществ, возможность визуализации труднодоступных областей человеческого теля, наблюдать которые неинвазивными методами до внедрения МР-томографов вообще не удавалось.
В МР-томографии не используются источники ионизирующего излучения, и поэтому она практически безопасна для обследуемого.
ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ.
При создании отечественного МР-томографа разработчики столкнулись с рядом проблем. Прежде всего это относится к системе резистивного магнита.
В рабочей зоне, т.е. в центре магнитного томографа, требовалось достичь однородности поля на 1,5-2 порядка выше, чем в существующих приборах, использующих явление ядерного магнитного резонанса. В медицинских МР-томографах такая однородность магнитного поля должна обеспечиваться в достаточно большом объеме — сфере диаметром не менее 300 мм.
Второй не менее сложной задачей явилось создание уникальной системы электропитания магнита, обеспечивающий стабильность тока не хуже 10-6 в течение 10 минут работы томографа от бытовой сети при колебаниях напряжения ±10% и частоты ±1 Гц. В известных прецизионных системах электропитания, например применяемых в разделительных производствах, стабильность питающего тока того же порядка, что и в томографах (200-250 А), характеризуется значениями порядка 10-3 . И при разработке системы электропитания градиентно-корректирующего модуля требовалась стабильность тока не хуже 10-4. При этом следует иметь в виду, что в состав модуля входит несколько независимых обмоток.
Кроме того, нужно было обеспечить пространственную линейность магнитного поля, которая на фантоме диаметром 200 мм должна быть не более 3%, а также однородность изображения, которая на том же фантоме должна быть не хуже ±15%.
Можно упомянуть и ряд задач конструкторского и технологического плана, например изготовление обмоток электромагнита и градиентно-корректирующего модуля с точностью до десятых долей миллиметра при базовом размере порядка 1000 мм.
Но наиболее сложной и в то же время главной научно-технической проблемой, от решения которой зависел успех создания МР-томографа, явилась разработка программного обеспечения вычислительно-отображающего комплекса. В структурной схеме МР-томографа вычислительно-отображающий комплекс является тем звеном, от которого зависит работа всех основных функциональных систем томографа, и естественно, чем эффективнее заложенные в программы алгоритмы управления, тем эффективнее работа томографа в целом.
В состав томографа входят:
магнитная система (МС), включающая в себя воздушный электромагнит (ЭМ), и градиентно-корректирующий модуль (ГКМ) с источниками питания (ИП) ЭМ, ИП ГКМ и системой охлаждения (СО);
устройство получения МР-сигнала УПСИ, состоящее из электронного блока формирования радиочастотных (РЧ) импульсов, передатчика и приемно-передающих РЧ-катушек с усилителем;
вычислительный управляюще-отображающего комплекс ВОУК ПЭВМ;
Реферат опубликован: 18/04/2005 (12077 прочтено)