Компютърна томография


Категория на документа: Информатика


Компютърна томография

Думата томография произхожда от "tomo", което означава "режа". Що се отнася до компютърната томография често наименовението й в съкращение е СТ. Това е компютърен радиологичен метод, който се прилага за получаването и обработката на данни под формата на анатомотопографски срезове. Аксиалните компютърни томографи създават осеви срезове, които изглеждат като пръстени на дърво. Новите модели скенери притежават възможности за визуализация не само в напречната равнина. Думата axial се използва при рутинните компютъртомографски системи. Абревиатурата САТ представлява акроним (стар термин), който в съвремието се превежда като Computed Assisted Tomography. Познаването на топографската анатомия е необходимо за тълкуването на компютъртомогафските образи. Хеликална и спирална СТ е един и същ термин, окачествяващ вида компютърна томография, който се използва за визуализация на органни структури, базирайки се на един и същ принцип. Апаратите за СТ обработват събраната информация от снопа рентгенови лъчи минаващ през определена анатомична област. Създадените образи са топографски. За визуализацията при СТ се използва матрица, която се състои от колони и редове, образуващи определена площ. Всеки пиксел съдържа информация, която апаратът получава при скенирането. Всеки СТ срез дава данни, които корелират със състоянието на органите по време на дишане. Всеки СТ срез показва даден анатомичен обект, получен на съответното ниво. Дебелината на равнината през която минава лъча се определя като Z-ос, която определя дебелината на срезовете. Данните от СТ срезовете се разделят на елементи, като ширина (х) и височина (y). Всеки от тези двуизмерни квадрати е пиксел, който се вижда на СТ монитора. Самият образ притежава съвкупност от пикселите на целия срез. Ако се вземе под внимание и Z-остта се образува куб, който съответства на воксела (обема на изследвания елемент). Матрицата представлява решетка, която се състои от редовете и колоните на пикселите.

Лъчева абсорбция (Beam attenuation).

Структурите на СТ образа се представят чрез вариране на сянките по сивобялата скала. Това се обяснява по следния начин: рентгеновата енергия преминава или се стопира от дадена структура в в зависимост от плътността й. Този феномен се означава като атенуация или абсорбция на рентгеновия лъч. При конвенционалната радиография рентгеновият лъч преминава през тялото на пациента и се експозира на филм. При СТ ретгеновият лъч минава през тялото и се събира от детектори. Апаратът обработва информацията в СТ образ. Количеството от рентгеновият лъч, който преминава през тялото определя сянките в черно или сиво върху образа, а който не преминава определя сянка в бяло. Рентгеновите лъчи, които са стопирани не могат да бъдат детектирани и по този начин това място от образа е бяло. Всички междинни абсорбции са под формата на различни нюанси на сивото. Плътността на даден обект определя доколко рентгеновият сноп преминава през обекта. Плътността на обекта се определя от молекулния му строеж. Елементите с висок атомен номер (тежки метали) имат повече циркулиращи електрони и по-тежки ядра. Колкото повече са атомните частици в един елемент, толкова молекулната структура е по-компактна, което означава че елемента е по-плътен. Металите са доста плътни имат най-висока способност за абсорбция на лъчите. Въздухът (газовете) имат много ниска плътност и така показват слаб абсорбционен капацитет. Изпълнените с въздух обекти са представени на СТ образите като черни полета. Пероралното или интравенозно контрастиране изпълва структурите с високо плътностен (абсорбционен) материал, който увеличава структурната атенуация и се подобрява качеството на образа. Важно е да се знае, че контрастният агент не може непрекъснато да променя физичните свойства на структурата, която го съдържа и след определено време се елиминира.

Хаунсфилдовите единици HU отразяват степента на атенуация на СТ образа. Тези единици имат числен израз и стойност. Водата има 0 хаунсфилдови единици, костите 1000 HU, а въздуха (-1000). Обекти с абсорбция по-малка от тази на водата имат негативна числена стойност на HU, а тези с по-голяма абсорбция от тази на водата имат позитивни стойности на HU. Колкото по-малък е обекта на скениране, толкова по-тънък трябва да е СТ срез. Тънкият срез води до повишена разделителна способност на образа.

Създаване на СТ образ:

Елементите, които произвеждат рентгеновия сноп са събрави в т. нар. гентри. Генераторът поизвежда ток с високо наплежение kV и го разпределя към рентгеновата тръба. Количеството на електроните се означава като тръбен поток (катодни електрони) и се измерва в 1/1000 от ампера (mA). Електроните достигат до ротиращатия се анод и резултатът е производството на топлина и рентгенови фотони. Увеличаването на волтажа (напрежението на тока) води до увеличаване на енергията, с която електроните се удрят в анода и интензитета на рентгеновия лъч. Рентгеновият лъч, който преминава през пациента достига до детектора. Елементите на детектора (фотодиоди) превръщат светлината в електрически поток. Електическият сигнал се превръща в дигитален формат от аналагови дигитални конвертори в Data acquisition system - DAS на детектора. За създаването на образа информацията от DAS трябва да бъде преведена в матрица. За да се направи това DAS обозначава всеки пиксел от матрицата с една плътностна числена стойност. Плътностният номер или HU е приблизително съвкупност от всички измервания за дадения пиксел. Тези дигитализирани данни се изпращат на монитора, който ги превръща в сенки сивобялата скала. СТ процеса се разделя на три части:

1. Събиране на данни (Data acquisition).

2. Реконструкция на образа (Image reconstruction).

3. Екранна визуализация.

Data acquisition (събиране и обработка на данни).

Генератор: той произвежда високо напрежение и го разпределя в рентгеновата тръба. Капацитетът на неговата мощност се изразява в kW.

Gantry: Това е част от СТ системата, която е с овална форма. Тя съхранява компонентите, които произвеждат и детектират рентгеновите лъчи, необходими за създаването на СТ образ. Рентгеновата тръба и детекторите са разположени един срещу друг и се въртят около апертурата на гентри. Видове скенери: Конфигурацията на рентгеновата тръба спрямо детекторите определя поколението скенер. При първото поколение скенери тънък линеарен сноп от рентгенови лъчи преминава през обекта и един единствен детектор се намира на срещуположната страна на пациента. Когато тръбата и детекторът се ротират процесът се скениране се повтаря докато се постигне дъга от 180°. Времената на скениране са дълги. При втората генерация скенери рентгеновият лъч също преминава линеарно през пациента, но преди ротацията. Рентгеновият сноп е с по-голям диаметър. Времето на скениране е скъсено. Само до една част от полето на изследване достига рентгенов сноп. При третото поколение скенери рентгеновият сноп покрива цялото поле на изследване и детектора. Рентгеновият сноп и детекторът се движат в кръг спрямо гентри и така се намалява времето на скениране. При четвъртото поколение скенери детекторът е фиксиран в кръг от 360° и рентгеновата тръбата се ротира около фиксирания детектор. Тук образа се появява за 1/5 от времето на скениране. Източник на рентгеновият лъч е рентгеновата тръба. Тя е ротираща се анодна тръба. Филтрите ограничават интензитета на рентгеновите лъчи в периферията на самия сноп в съответствие с дебелината на антомичната област. Колимация: колиматорите са локализирани в рентгеновата тръба и намаляват количеството на ренгеновия поток, за да няма излишно рентгеново облъчване, което влошава качеството на образа. Действието на колиматорите контролира дебелината на СТ среза чрез стесняване или разширяване на рентгеновия сноп. Детектори: Високата ефективност на детектора се изразява в способността му да складира разпръснатите фотони, преминали през обекта и да ги превръща в електрически сигнали. Съвременните детектори са изработени от ксенон или солидни кристали. Пациентна маса: движението й се контролира от гентри. Измерването на процесите на движение на масата се нарича инкреминация. Масата се настройва спрямо костните маркери (мечовиден хрущял и др.). Костните маркери определят ръчната позицията на масата в нулево положение (zero point).

Реконструкция на образите.

Пътят на рентгеновият сноп от тръбата към детектора се означава като лъч. Детекторът отчита всеки присигащ лъч и измерва какво количество от от него е абсорбирано. Това се означава като сумиране на лъчите. Това сумиране се ознчава като образ. СТ ситемата измерва свойствата на абсорбция и ги корелира с позицията на лъча. Това се означава като атенуационен профил, който е характерен за всеки образ. Информацията от всички профили образува матрица. Процесът на използване на първичните данни за създаването на образ се нарича реконструкция на образа. Когато реконструкцията е направена автоматично по време на скенирането се нарича е проспективна реконструкция, а когато същите първични данни се използват по-късно за да се генерира образ се нарича ретроспективна реконсрукция.

Дани на oбраза (Image data)

За създаването на образ компютърът избира една една стойност за всеки пиксел и когато всеки пиксел получи номер се създава образ.

Поле на изследване при сканирането (Scan Field of View - SFV): увеличаването на това поле увеличава размера на всеки пиксел, като по този начин се увеличава информацията на пиксела, но това води до намаляване на резолюцията.

Параметри на сканирането: зададените mA, време на скениране, дебелина на среза, поле на изследване FOV и алгоритъм на скенирането. Комплексът от настройката на mA и времето на скениране се означава като mAs и е качествен показател за рентгеновия сноп. Пространствената резолюция се обозначава като способността да се представят малки обекти и де се итдиференцират от съседните структури. Повечето от системите работят при киловолтов пик от 120 kVp. Дебелина на срезовете: По-тънките срезове произвеждат образи с по-голяма резолюция и детайлност. Срезове между 1 и 2 mm се смятат за тънки, а дебелите срезове са от 8 до 10 mm. Междинната дебелина от 5 mm е приемлива. Поле на изследване (Field of View FOV): Избирането на коректен FOV е важно за да се намалят артефактите. Избирането на твърде голям FOV прави образа малък. Алгоритъм: Съвременните скенери работят по такъв алгоритъм, че да могат да се реконтструират оптимални образи, които са зависими от типа на тъканта. Процесът на филтриране на данните се означава като конволуция. "Меките" алгоритми се използват при изследването на обекти с нисък контраст, като мозъка и корема. Алгоритъмът за висока пространствена резоляция (висококонтрастен алгоритъм) се използва за визуализация на костите. Самият алгоритъм се означава като алгоритъм или конвулоционен филтър.

Методи за получаване на данните.

Недостатък на аксиалния метод е, че при него в по-малка степен се съобразяват промените, които настъпват в тъканите при дишане. Спиралният (хеликален) метод използва продължително рутиращ гентри, константно количество на рентгенови лъчи и непрекъснато движение на масата. Получават се до 60 образа в минута. Разликата между аксиалният и спиралният образ е, че при аксиалния всеки томографски срез е успореден на другия, докато при спиралния образите са подобни на пружина (спирала), като всеки срез е под ъгъл.

Стъпка (Pitch): това е връзката между движението на пациентната маса и дебелината на тъканния срез. При Pitch = 1:1 и дебелина на срез от 5 mm гентри прави ротация на всеки 5 mm от движението на масата. Ако Pitch е 2:1 и дебелината на среза е 5 mm гентрито ротира веднъж на всеки 10 mm. При спиралното скениране, времето за цялото изследване е 60 sec.

Настройка на прозореца (window settings)

Начинът, по който трябва да се види даден образ на монитора може да се постигне чрез промяна в ширината на прозореца и нивото на прозореца. Прозореца трябва да бъде настроен по такъв начин, че да даде яснота на изследващия при всяка интерпретация.

Сива скала

СТ образите се визуализират върху монитора, който е стандартен и осигурява резолюцията на изображението. Съществуват 4000 хаунсфилдови стойности, като мониторът може да изобрази около 256 нюанса на сивия цвят. Човешкото око може да различи около 20 нюанса на сивото.



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Компютърна томография 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.