Основні технічні характеристики томографів

Технічні вимоги до апаратури неінвазивного обстеження, як для будь-якої радіоелектронної апаратури, поділяються на такі групи:

експлуатаційні вимоги;

a) вимоги до безпеки її застосування;

b) вимоги до якості результату її застосування;

c) вимоги до надійності роботи;

d) вимоги до енерґетичного забезпечення.

Комп’ютерні Х-променеві томоґрафи відносяться до неінвазивної апаратури і призначені для неінвазивного визначення розподілу речовин, що перебувають у різному фазовому стані (тверді, м’які тканини, рідина, газ) у перерізі біооб’єкту. Інформація про розподіл речовин отримується за результатами вимірювань інтенсивності енерґії Х-променевих фотонів після їх проходження через біооб’єкт під різними кутами шляхом числового розв’язування обернених задач і виводу його результатів у вигляді зображень на екран дисплею.

Відповідно до цього основними технічними характеристиками і параметрами реконструйованого зображення, які включають в технічне завдання (ТЗ) на розроблення даного класу апаратури, є такі величини:

– розміри біооб’єкта (W — ширина, H — висота, L — довжина);

– просторова роздільна здатність, в координатах (x, y) перерізу та відстань між сусідніми перерізами впоздовж осі z;

– діапазон зміни густин речовин (динамічний діапазон густини);

– роздільна здатність за густиною;

– швидкість відбору даних та реконструкції зображень;

– точність;

– стабільність та стійкість результату реконструкції.

Цей перелік є достатньо повним та максимально інформативним, оскільки відображає технічні можливості апаратури щодо отримання прикінцевого результату (зображення перерізу біооб’єкту) з одного боку, а з іншого боку існують прямі, прозорі інтерпретації цього результату, зрозумілі для споживача (лікаря), придатні, наприклад, для діаґностування.

Розглянемо тепер детальніше кожен з цих параметрів.

1. Максимальні розміри досліджуваного біооб’єкта (діаметр і довжина області сканування) задають область застосування розроблюваного томоґрафа, його універсальність. Так в рекламних проспектах деяких фірм особливо підкреслюється, що їх томоґраф має збільшену апертуру (розкрив) ґентрі (gantry, англ., 720 мм, що уможливлює оцінювання розмірів обстежуваного об’єкту, наприклад, особливо огрядного пацієнта). Стандартні величини діаметру області сканування — (600-700) мм. З технічної сторони, чим менший діаметр області сканування — тим кращі характеристики зображення, зменшується відстань між джерелом та приймачем Х-променів, а звідси зменшується й інтенсивність опромінення.

2. Просторова роздільна здатність: в площині сканування (осі x та y) та вздовж тіла пацієнта (вісь z). Як правило, вздовж осі z роздільна здатність в 2-3 рази менша, ніж в площині сканування, оскільки вона вважається менш інформативною і не покращує якості зображень. Типові значення роздільної здатності: (0, 1.-0, 75) мм в площині сканування та (1-2) мм вздовж осі z (фактично відповідає товщині площини сканування).

Рис. 11.1 Інтенсивність променя після його проходження через шар речовини товщиною d

3. Діапазон зміни вимірюваної характеристики (густини речовини, коефіцієнта ослаблення Х-випромінювання речовиною біооб’єкта). Цей діапазон задає, які саме тканини, органи розрізняються в зображені, тобто можливість застосування томоґрафа. Позначимо коефіцієнт лінійного ослаблення Х-випромінювання речовиною в певній точці біооб’єкта через . Тоді інтенсивність променя, що пройшов через шар даної речовини товщиною d буде визначатись за виразом:

, (11.1)

де I ₀ —інтенсивність вхідного променя (дивись рис. 11.1). Динамічний діапазон вимірюється в децибелах (дБ). Для об’єкту він визначається за виразом

 

. (11.2)

 

Очевидно, що можливості томографа не повинні бути гіршими. Оскільки динамічний діапазон пов’язаний з роздільною здатністю за густиною, то для розрізнення густини речовин з точністю 0, 1% динамічний діапазон повинен бути не меншим за 60 дБ:

.

 

4. Швидкодія томографа — визначається тривалістю сканування (відбору даних) та тривалістю реконструкції зображення. Мінімальний час сканування залежить як від покоління томоґрафа, кількості детекторів, швидкості обертання анода, так і від режиму роботи томоґрафа та об’єкту діаґностування. Типовий сумарний час сканування та реконструкції зображення становить (2-10) с.

5. Стабільність і точність результатів реконструкції визначається технічними параметрами апаратури та алґоритмами, що використовуються для реконструкції.