Инструменти за визуализация на изображения в компютърна томография и цифрови радиографски системи
Министерство на образованието на България.
Владимирски държавен университет.
„Инструменти за визуализация на изображение в компютърната томография и
цифрови рентгенови системи".
дисциплина:Компютърни технологии.
Владимир 2002г
Древна латинска поговорка гласи:"Diagnosis cetra - ullae therapiae fundamentum"("Надеждната диагноза е в основата на всяко лечение"). В продължение на много векове усилията на лекарите са насочени към решаването на най-трудната задача - подобряване на разпознаването на човешките заболявания.
Нуждата от метод, който би позволил на човек да погледне вътре в човешкото тяло, без да го уврежда, беше огромна, макар и не винаги осъзнавана. В края на краищата цялата информация относно нормалната и патологичната човешка анатомия се основаваше само на изследване на трупове. След като аутопсиите започнаха да се изучават широко в Европа, лекарите успяха да изследват структурата на човешките органи, както и промените, които те претърпяват при определени заболявания.
Каква огромна полза би донесъл директният преглед на човешкото тяло, ако то изведнъж стане "прозрачно"! И едва ли някой от учените от миналото може да предположи, че тази мечта е напълно осъществима.
Необходимостта да се види не черупката, а структурата на организма на живия човек, неговата анатомия и физиология беше толкова спешна, че когато най-накрая бяха открити чудотворните лъчи, които направиха възможно да се осъществи на практика, лекарите, обикновено консервативни и често недоверчиви към иновациите, почти веднага осъзнаха, че е дошла нова ера в медицината.
Още в първите дни и седмици след като станазнаейки за съществуването и свойствата на тези лъчи, лекари от различни страни започнаха да ги използват за изследване на най-важните органи и системи на човешкото тяло. През първата година в пресата се появиха стотици научни доклади, посветени на резултатите от подобни изследвания.
Броят на съобщенията нараства през следващите години. Откриха се все повече нови възможности на рентгеновия метод. Появяват се първите книги, посветени на този метод. Скоро тази литература стана безгранична.
През 1946 г. на среща, посветена на 50-годишнината на радиологията, Н. Н. Приоров, известен съветски клиницист и организатор на общественото здраве, каза: „Какво би станало днес с физиатрията и урологията, гинекологията и отоларингологията, неврологията и онкологията, хирургията и ортопедията, офталмологията и травматологията, ако бяха лишени от това, което радиологията даде в областта на диагностиката и лечението ?»
Но процесът на науката и технологиите е неудържим. Преди лекарите да имат време да овладеят напълно възможностите на рентгеновите лъчи в диагностиката, се появиха други методи, които позволяват да се получи изображение на вътрешните органи на човек, допълвайки данните от рентгеновото изследване. Те включват радионуклидни и ултразвукови изследвания (ултразвук), термично изображение, ядрено-магнитен резонанс (ЯМР), фотонно излъчване и някои други методи, които все още не са широко разпространени.
Тези методи се основават на използването на близки по природа вълнови вибрации, за чието проникване тъканите на човешкото тяло не са непреодолима пречка. Те са обединени и от факта, че в резултат на взаимодействието на вълнови трептения с органи и тъкани на тялото върху различни приемници - екран, филм, хартия и др. - се появяват техните изображения, декодирането на които позволява да се прецени състоянието на различнианатомични образувания.
По този начин всички тези методи са фундаментално близки до рентгеновата диагностика както по природа, така и по естеството на крайния резултат от тяхното приложение.
Въвеждането на тези методи в практиката (заедно с радиологията) доведе до появата на нова обширна медицинска дисциплина, която в чужбина се нарича диагностична радиология (от лат.radius- лъч), а у нас - лъчева диагностика.
Възможностите на тази дисциплина за разпознаване на човешки заболявания са много големи. Тя има достъп до почти всички човешки органи и системи, всички анатомични образувания, чиито размери са по-големи от микроскопичните.
За разлика от класическите медицински методи (палпация, перкусия, аускултация), основният анализатор на информацията, получена чрез лъчева диагностика, е органът на зрението, с помощта на който получаваме около 90% от информацията за света около нас и освен това най-надеждната. Когато широка мрежа от лечебни заведения е оборудвана с висококачествено оборудване, което позволява да се използват всички възможности за лъчева диагностика, и лекарите, работещи в тези институции, са обучени да боравят с това сложно оборудване и, най-важното, в пълната интерпретация на изображенията, получени с негова помощ, диагнозата на основните човешки заболявания ще стане по-ранна и по-надеждна не само в големите изследователски и клинични центрове, но и в челните редици на нашето здравеопазване - в поликлиники и областни болници. Голяма част от лекарите работят в тези институции. Именно тук по-голямата част от пациентите се обръщат, когато се появят тревожни симптоми. Нивото на работа на тези лечебни и диагностични институции в крайна сметка определя ранната и навременна диагностика, а следователно и впо много начини и резултатите от лечението на по-голямата част от заболяванията. [#1, стр. 3-6]
1.1. Развитие на компютърната томография.
Изобретяването на рентгеновата томография с обработката на получената информация на компютър направи революция в областта на образната диагностика в медицината. ИнженерътG.Hounsfield(1972) първи съобщава за новия метод. Устройството, произведено и тествано от група инженери на английската компания "EMI", беше наречено EMI скенер. Използван е само за изследване на мозъка.
G.Hounsfieldизползва кристален детектор с фотоумножителна тръба (PMT) в своя апарат, но източникът е тръба, твърдо свързана с детектора, която извършва първо транслационно и след това ротационно (1˚) движение, докато непрекъснато включва рентгеновото излъчване. Такова устройство на томографа направи възможно получаването на томограма за 4-20 минути.
Рентгеновите томографи с подобно устройство (Iгенерация) са използвани само за изследване на мозъка. Това се дължи както на дългото време на изследване (визуализация само на неподвижни обекти), така и на малкия диаметър на томографската зона до (24 cm). Въпреки това полученото изображение носи голямо количество допълнителна диагностична информация, която послужи като тласък не само за клиничното приложение на новата техника, но и за по-нататъшно усъвършенстване на самото оборудване.
Вторият етап от разработването на нов метод за изследване беше пускането през 1974 г. на компютърни томографи, съдържащи няколко детектора. След движение напред, което беше по-бързо, отколкото при устройстватаIпоколение, тръбата с детекторите се завъртя с 3-10˚, което спомогна за ускоряване на изследването, намаляване на радиационното натоварване върху пациента и подобряване на качествотоИзображения. Въпреки това, времето за получаване на една томограма (20-60 s) значително ограничи използването наIIпоколениетомографи за изследване на цялото тяло поради неизбежните артефакти, които се появяват поради произволни и неволеви движения. Аксиалните компютърни рентгенови томографи от това поколение намериха широко приложение за изследване на мозъка в неврологични и неврохирургични клиники.
Получаването на висококачествено изображение на част от човешкото тяло на всяко ниво стана възможно след разработването през 1976-1977 г.IIIпоколениекомпютърни томографи. Основната им разлика беше, че транслационното движение на системата тръба-детектор беше изключено, диаметърът на изследваната зона беше увеличен до 50-70 cm и първичната матрица на компютъра (компанииGeneral Electric, Picker, Siemens, Toshiba, TsZhR). Това доведе до факта, че стана възможно да се получи една томограма за 3-5 s, когато системата тръба-детектор беше завъртяна на 360˚. Качеството на изображението се подобри значително и стана възможно да се изследват вътрешните органи.
От 1979 г. някои водещи компании започнаха да произвеждатIVпоколениеCT скенери. Детекторите (1100-1200 броя) в тези устройства са подредени в пръстен и не се въртят. Само рентгеновата тръба се движи, което позволява да се намали времето за получаване на томограма до 1-1,5 s при завъртане на тръбата на 360˚. Това, както и събирането на информация от различни ъгли, увеличава количеството на получената информация, като същевременно намалява времето, прекарано на томограмата.
През 1986 г. се наблюдава качествен скок в апарата за рентгенова компютърна томография. Компанията"Иматрон"пусна компютърен томографVпоколениеработещ в реално време. През 1988 г. скенерImatronбеше закупен отPicker (САЩ)и сега се наричаFastrek.
Като се има предвид интересът на клиниките към закупуване на компютърни томографи, от 1986 г. се определя посоката за производство на "евтини" компактни системи за поликлиники и малки болници (M250, Meditech; 2000T, Shimadzu; ST MAX, General Electric). С някои ограничения, свързани с броя на детекторите или времето и количеството събрана информация, тези устройства ви позволяват да извършите 75-95% (в зависимост от вида на органа) от изследванията, достъпни за "големите" CT скенери. [#2, стр. 8-10]
2. ФИЗИЧЕСКИ И ТЕХНИЧЕСКИ ОСНОВИ НА ТОМОГРАФИЯТА
2.1.Принципи на формиране на послойно изображение.
При извършване на конвенционална рентгенова снимка трите компонента - филм, обект и рентгенова тръба - остават в покой. Томографският ефект може да се получи при следните комбинации: 1) неподвижен обект и движещ се източник (рентгенова тръба) и приемник (рентгенов филм, селенова пластина, кристален детектор и др.) на радиация; 2) стационарен източник на радиация и движещ се обект и приемник на радиация; 3) неподвижен приемник на радиация и движещ се обект и източник на радиация. Най-често срещаните томографи със синхронно движение на тръбата и филма в противоположни посоки при