Компьютерная томография

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение 
высшего профессионального образования 
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ 
АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ»

КАФЕДРА № 21

ОТЧЁТ  
ЗАЩИЩЁН С ОЦЕНКОЙ

ПРЕПОДАВАТЕЛЬ

профессор, д.т.н.				Зайченко К. В.
должность, уч. степень, звание		подпись, дата		инициалы, фамилия

 

РЕФЕРАТ

КОМПЬЮТЕРНАЯ  ТОМОГРАФИЯ

по курсу: Физические основы когерентной обработки сигналов

РАБОТУ ВЫПОЛНИЛ

СТУДЕНТ ГР.	2946				В.А. Полкó
			подпись, дата		инициалы, фамилия

 

Санкт-Петербург 2013

 

СОДЕРЖАНИЕ

Лист

Введение 3

1 История появления 5

2 Принцип  работы 6

2.1 Принципы  образования послойного изображения 6

2.2 Получение  компьютерной томограммы 9

2.3 Усиление контрастности 11

3 Поколения  компьютерных томографов 12

Список  литературы 14

 

ВВЕДЕНИЕ

Древняя латинская поговорка гласит: «Diagnosis cetra — ullae therapiae fundamentum» («Достоверный диагноз - основа любого лечения»). На протяжении многих веков усилия врачей были направлены на решение труднейшей задачи - улучшение распознавания заболеваний человека.

Потребность в методе, который позволил бы заглянуть  внутрь человеческого тела, не повреждая  его, была огромной, хотя и не всегда осознанной. Ведь все сведения, касающиеся нормальной и патологической анатомии человека, были основаны только на изучении трупов. После того, как в Европе стали широко изучаться вскрытия трупов, врачи смогли изучить строение органов человека, а также изменения, которые они претерпевают при тех или иных заболеваниях.

Какую огромную пользу принёс бы непосредственный осмотр человеческого организма, если бы он стал вдруг "прозрачным"! И  вряд ли кто-нибудь из учёных прошлого мог предположить, что эта мечта  вполне осуществима.

Потребность увидеть не оболочку, а структуру организма живого человека, его анатомию и физиологию была столь насущной, что, когда чудесные лучи, позволявшие осуществить это на практике, были наконец открыты, обычно консервативные и часто недоверчивые к новшествам врачи почти сразу поняли, что в медицине наступила новая эра.

Уже в первые дни и недели после  того, как стало известно о существовании  и свойствах этих лучей, врачи  различных стран начали применять  их для исследования важнейших органов  и систем человеческого тела. В течение первого же года появились сотни научных сообщений в печати, посвящённых результатам таких исследований.

Количество  сообщений в последующие годы нарастало. Выяснялись все новые  возможности рентгенологического  метода. Появились первые книги, посвящённые этому методу. Вскоре эта литература стала необозримой.

В 1946 г. известный советский клиницист  и организатор здравоохранения  Н. Н. Приоров на заседании, посвящённом 50-летию рентгенологии, говорил: «Что стало бы сегодня с физиатрией и урологией, гинекологией и отоларингологией, неврологией и онкологией, хирургией и ортопедией, офтальмологией и травматологией, если бы лишить их того, что дала рентгенология в области диагностики и лечения?»

Но  процесс науки и техники неудержим. Не успели врачи полностью освоить возможности рентгеновских лучей в диагностике, как появились другие методы, позволяющие получить изображение внутренних органов человека, дополняющие данные рентгенологического исследования. К ним относятся радионуклеидное и ультразвуковое исследования, тепловидение, ядерно-магнитный резонанс, фотонная эмиссия и некоторые другие методы, ещё не получившие широкого распространения.

 

Эти способы основаны на использовании близких по своей  природе волновых колебаний, для  проникновения которых ткани человеческого тела не являются непреодолимым препятствием. Они объединяются и тем, что в результате взаимодействия волновых колебаний с органами и тканями организма на различных приёмниках — экране, плёнке, бумаге и др. - возникают их изображения, расшифровка которых позволяет судить о состоянии различных анатомических образований.

Такими  образом, все указанные методы принципиально  близки рентгенодиагностике как  по своей природе, так и по характеру  конечного результата их применения.

Внедрение в практику этих методов (наряду с рентгенологией) привело к возникновению новой обширной медицинской дисциплины, получившей за рубежом название диагностической радиологии (от латинского radius - луч), а у нас - лучевой диагностики.

Возможности этой дисциплины в распознавании заболеваний человека весьма велики. Ей доступны практически все органы и системы человека, все анатомические образования, размеры которых выше микроскопических.

В отличие  от классических медицинских методик (пальпации, перкуссии, аускультации) основным анализатором информации, получаемой способами лучевой диагностики, является орган зрения, при помощи которого мы получаем около 90% сведений об окружающем мире, и притом наиболее достоверных. Когда широкая сеть медицинских учреждений будет оснащена высококачественной аппаратурой, позволяющей использовать все возможности лучевой диагностики, а врачи, работающие в этих учреждениях, будут обучены обращению с этой сложной аппаратурой и, главное, полноценной расшифровке получаемых с её помощью изображений, диагностика основных заболеваний человека станет более ранней и достоверной не только в крупных научно-исследовательских и клинических центрах, но и на передовом крае нашего здравоохранения — в поликлиниках и районных больницах. В этих учреждениях работает основная масса врачей. Именно сюда обращается подавляющее большинство больных при возникновении каких-либо тревожных симптомов. От уровня работы именно этих лечебно-диагностических учреждений в конечном итоге зависит ранняя и своевременная диагностика, а, следовательно, во многом и результаты лечения подавляющего большинства болезней.

 

1 ИСТОРИЯ ПОЯВЛЕНИЯ

Томография —  метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта посредством  его многократного просвечивания  в различных пересекающихся направлениях.

Ранее под томографией понимался метод  рентгенологического исследования, с помощью которого можно производить  снимок слоя, лежащего на определённой глубине исследуемого объекта. Он был  предложен через несколько лет  после открытия рентгеновских лучей и был основан на перемещении двух из трёх компонентов (рентгеновская трубка, рентгеновская плёнка, объект исследования). Наибольшее распространение получил метод съёмки, при котором исследуемый объект оставался неподвижным, а рентгеновская трубка и кассета с плёнкой согласованно перемещались в противоположных направлениях. Такой метод является устаревшим и получил название классическая томография или линейная томография.

Рентгеновская компьютерная томография — томографический  метод исследования внутренних органов человека с использованием рентгеновского излучения.

Компьютерная  томография — в широком смысле, синоним термина томография (так  как все современные томографические  методы реализуются с помощью  компьютерной техники); в узком смысле — синоним термина рентгеновская компьютерная томография, так как именно этот метод положил начало современной томографии. Он был предложен в 1972 г Годфри Хаунсфилдом и Алланом Кормаком, удостоенными за эту разработку Нобелевской премии. Метод основан на измерении и сложной компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями (зависимость линейного коэффициента поглощения m в рентгеновском диапазоне от состава и плотности вещества).

 

2 ПРИНЦИП РАБОТЫ

2.1 Принципы образования послойного изображения

При выполнении обычной рентгенограммы три компонента — плёнка, объект и рентгеновская трубка — остаются в покое. Томографический эффект можно получить при следующих комбинациях:

1) неподвижный объект и движущиеся источник (рентгеновская трубка) и приёмник (рентгенографическая плёнка, селеновая пластина, кристаллический детектор и т.п.) излучения;

2) неподвижный источник излучения и движущиеся объект и приёмник излучения;

Рисунок 1 — Принцип образования послойного изображения: 
F0, F1, F2-нулевое, исходное и конечное положение фокуса рентгеновской трубки; 
j-1/2 угла поворота трубки; S-поверхность стола; Т-объект исследования; 
О-точка выделяемого слоя; О1, О2-точки, находящиеся выше и ниже выделяемого слоя; О`, О``-проекции точки О на плёнке при исходном и конечном положениях фокуса рентгеновской трубки; О1`, O1``-проекции точки О1 на плёнке при тех же положениях фокуса трубки; О2`, О2``-проекции точки О2 при тех же положениях фокуса трубки; О```-проекции всех точек на плёнке при нулевом положении рентгеновской трубки.

3) неподвижный приёмник излучения и движущиеся объект и источник излучения. Наиболее распространены томографы с синхронным перемещением трубки и плёнки в противоположных направлениях при неподвижном объекте исследования. Рентгеновский излучатель и кассетодержатель с приёмником излучения (рентгеновская плёнка, селеновая пластина) соединяют жёстко с помощью металлического рычага. Ось вращения рычага (перемещения трубки и плёнки) находится над уровнем стола и её можно произвольно перемещать.

 

Как показано на рисунке 1, при перемещении трубки из положения F1 в положение F2, проекция точки О, которая соответствует оси вращения рычага, будет постоянно находиться в одном и том же месте плёнки. Проекция точки О неподвижна относительно плёнки и, следовательно, её изображение будет чётким. Проекции точек О1 и О2, находящиеся вне выделяемого слоя, с перемещением трубки и плёнки меняют своё положение на плёнке и, следовательно, их изображение будет нечётким, размазанным. Доказано, что геометрическим местом точек, проекции которых при движении системы неподвижны относительно плёнки, является плоскость, параллельная плоскости плёнки и проходящая через ось окончания системы. На томограмме, таким образом, будут чёткими изображения всех точек, находящихся в плоскости на уровне оси вращения системы, то есть в выделяемом томографическом слое.

На  рисунке показано перемещение трубки и плёнки по траектории прямая-прямая, то есть по параллельным прямолинейным направляющим. Такие томографы, имеющие самую простую конструкцию, получили наибольшее распространение. В томографах с траекториями дуга-дуга, дуга-прямая геометрическим местом точек, проекции которых при движении системы неподвижны относительно плёнки, является плоскость, параллельные плоскости плёнки и проходящая через ось качания системы; выделяется слой также плоской формы. Из-за более сложной конструкции эти томографы получили меньшее распространение.

Описанные выше аппараты относятся к линейным томографам (с линейными траекториями), так как проекции траекторий движения системы трубка-плёнка на выделяемую плоскость имеют вид прямой линии, а тени размазывания имеют прямолинейную форму.

За угол поворота (качания) трубки 2j в таких томографах принимают угол её поворота из одного крайнего положения в другое; перемещение трубки от нулевого положения равно j.

В томографах с  нелинейным размазыванием перемещение  системы трубка — плёнка происходит по криволинейным траекториям - кругу, эллипсу, гипоциклоиде, спирали. При этом отношение расстояний фокус трубки - центр вращения и центр вращения — плёнка сохраняется постоянным. И в этих случаях доказано, что геометрическим местом точек, проекции которых при движении системы неподвижны относительно плёнки, является плоскость, параллельная плоскости плёнки и проходящая через ось качания системы. Размазывание изображения точек объекта, лежащих вне выделяемой плоскости, происходит по соответствующим кривым траекториям движения системы. Размазываемые изображения повторяют на плёнке траекторию перемещения фокуса рентгеновской трубки.

При симультанной (многослойной) томографии в один приём (одно перемещение трубки и плёнки в противоположных направлениях) получают несколько томограмм благодаря расположению в одной кассете нескольких плёнок, расположенных на некотором расстоянии друг от друга. Проекция изображения первого слоя, находящегося на оси вращения системы (избранной высоте слоя), получается на верхней плёнке. Геометрически доказано, что на последующих плёнках получают

своё изображение нижележащие параллельные к оси движения системы слои, расстояния между которыми примерно равны расстояниям между плёнками. Основным недостатком продольной томографии является то, что расплывчатые изображения выше- и нижележащих плоскостей с нежелательной информацией уменьшают естественную контрастность. Вследствие этого восприятие в выделяемом слое тканей с невысокой контрастностью ухудшается.

Указанного  недостатка лишена аксиальная компьютерная рентгеновская томография. Это объясняется тем, что строго коллимированный пучок рентгеновского излучения проходит только через ту плоскость, которая интересует врача. При этом регистрация рассеянного излучения сведена к минимуму, что значительно улучшает визуализацию тканей, особенно мало контрастных. Снижение регистрации рассеянного излучения при компьютерной томографии осуществляется коллиматорами, один из которых расположен на выходе рентгеновского пучка из трубки, другой — перед сборкой детекторов.