Компьютерная томография. История развития. Физические основы

Существует ряд методов, позволяющих снизить артефакты  движения.

1. Быстрый сбор данных.  Существует два пути уменьшения  временисканирования:  использование   высокоскоростных  томографов  с   временемсканирования коротким относительно периода сердечного цикла; синхронизация по времени процесса сбора данных.

2. Использование кардио- и респираторной синхронизации.

3. Обработка сигналов.

В КТ коррекция артефактов движения состоит из трех частей:

1. обнаружение изменений  данных в проекциях, вызванных  движениеморганов, используя подход  пространственного перекрывающего  коррелятора. 

2. использование адаптивного  подавителя помех помогает изолироватьэффекты  от  движения  органов; используя   синограмму  движения,  можно дать оценку обычной синограмме, нарушенной из-за движения объекта.

3. использование«последовательной  методики  синтеза синограммы, которая идентифицирует через корреляцию с опорным информационнымсигналом, обрабатывает доли непрерывных синограмм, имеющих идентичные стадии эффектов движения.

Неисправность оборудования

Если один из детекторов в томографах3-го поколения не откалиброван, он даст последовательную ошибку считывания в каждом угловом положении, что приведет к появлению кругового артефакта. Сканеры с твердотельными детекторами, расположенными на расстоянии друг от друга, болеевосприимчивы к круговым артефактом, чем сканеры с газоразрядными детекторами, где детекторный ряд состоит из отдельных камер, заполненныйксеноном, и разделенных электродами.Круги, видные на однородном фантоме или воздухе, могут быть не заметны на клиническом изображении, если для его отображения используется широкое окно.

Однако ониснижают диагностическое  качество изображения. В случае выхода из строяцентрального детектора  в центре изображения появится темное пятно.Чаще всего артефакт можно устранить калибровкой детекторов сканера.

В случае повреждения крайних  детекторов, выбор меньшего поля сканирования также позволяет устранить влияние артефакта. Все современные системы имеют твердотельные детекторы, но возможность появления круговыхартефактов в них снижается программным обеспечением, корректирующимизменения внешних условий.

Артефакты при  спиральном сканировании

Спиральное сканирование дает более сложные искажения  изображений, чем  послойное  сканирование,  что  вызвано  спиральной  интерполяцией  ипроцессом реконструкции. Общим способом  снижения спиральных артефактов является подбор шага вдоль оси Z: использование маленького питча, 180°-интреполяции(если  имеется  возможность  выбора)  и  сканированиетонкими срезами.

При  многосрезовом  спиральном  сканировании  процесс интерполяцииприводит к более сложным искажениям поперечных изображений, чем припошаговом сканировании. Артефакт возникает, если при каждом оборотетрубки несколько рядов детекторов пересекают плоскость реконструкции. Сувеличением шага спирали, число таких детекторных рядов растет и количество «веерных» артефактов возрастает.

Трехмерные реконструкции

Существенно повысить информативность  полученных при томографии данных позволяет использование различных методов трехмерной реконструкции,  позволяющих  рассмотреть  интересующие  участки  исследуемогообъекта под произвольным углом.

Математически результат  КТ исследования это трехмерные матрицы чисел, представляющих собой плотности различных участков исследуемогообъема. Измеренные значения КТ-чисел зависят от вида исследуемой ткании лежат в определенном диапазоне, позволяя получить объемные изображения внутренних структур исследуемого объекта. Трехмерные реконструкции дают наглядную картину пространственного расположения структур, повышают распознавание диагностически значимых деталей, полезны при

планировании операций. Вместе с тем, структуры, имеющие высокую плотность, могут скрыть другие структурыc равной или меньшей плотностью(например, кости черепа скрывают сосуды мозга). Решением проблемы становится ручная или автоматическая процедура удаления внешних слоев сболее высокой плотностью, позволяющая получить реконструкцию интересующих внутренних структур с различной степенью прозрачности.

Чтобы получить отдельное  изображение внутренних структур(например, сосудов), необходимо ограничить значения плотностей, используемых для его построения. Обычно поверхности,  имеющие  различную  плотность,  искусственно  окрашены  так, чтобы они напоминали исходную ткань.

В томографии используются следующие основные алгоритмы построения объемных реконструкций:

1. проекция максимальной  интенсивности; 

2. реконструкция с затененной  наружной поверхностью;

3. объемное представление; 

4. виртуальная эндоскопия.

Проекция  максимальной интенсивности (MaximumIntensityProjection,

MIP) состоит из вокселов, имеющих максимальную плотность. В этом методе на выбранную базовую плоскость по ходу распространения луча зрения проецируются сигналы со всего набора двумерных изображений исследуемой  зоны.  Таким  образом,  получаемая  проекция  всегда  представляет комбинацию вокселов внутри отображаемого объема, имеющих максимальную интенсивность.

АльтернативойMIP-изображениям является отображение пикселов, имеющих минимальную интенсивность(MinIP), с помощью которых можно отображать такие структуры, как бронхи.

При реконструкции с затененной наружной поверхностью выбираетсянекоторое пороговое значение КТ-чисел. Все вокселы, превышающие пороговое значение, вносят вклад в итоговое изображение, при этом поверхность3D реконструкции  формируется  первыми  вокселами,  чьи интенсивности превышают выбранный порог, находящимися на выбранном луче зрения.

Эффект затенения усиливает  ощущение глубины, однако теряется исходнаяинформация о плотности. Также необходимо учитывать, что получаемоеизображение зависит  от выбранного порога, поэтому такие изображения неудобны для диагностики.

Метод объемного представления (VolumeRendering) является сочетанием первых двух методов и позволяет реконструировать3D модель из наборасрезов. Получаемые реконструкции не имеют ограничения максимальнойинтенсивности и все КТ-числа вдоль виртуального луча вносят вклад в итоговое изображение в соответствии с их весом. Каждому КТ-числу приписывается определенная яркость, цвет и прозрачность, что позволяет одновременно выделить из исходного набора данных множество структур, имеющих различную плотность.

Виртуальная  эндоскопия  используется  для  получения  изображений внутренних полостей(например, сосудов) в перспективе, а иногда для отображения областей, не доступных обычной эндоскопии (например, цистерны мозга). В этом режиме интересующие полости отображается с помощьюобъемного представления в перспективе, что дает ощущение«полета» черезотображаемую область.

Использование  различных  методов  реконструкции  позволяет  существенно повысить информативность полученных данных, в том числе за счет наглядности пространственного расположения исследуемых тканей.