Аналіз комп’ютерної томографії з метою діагностики стану здоров’я

Аналіз комп’ютерної томографії з метою діагностики стану здоров’я

Національний Авіаційний Університет

Кафедра біокібернетики та аерокосмічної медицини

Курсова робота

з дисципліни Виробничі та медичні технологічні процеси

тема

Аналіз комп’ютерної томографії з метою діагностики стану здоров’я

Виконав:

Студент гр. БМ-513 Колесник В.В.

Перевірила:

Асистент Кучеренко В.Л.

Київ 2011

Зміст

комп'ютерна томографія томограма

Вступ

РОЗВИТОК КОМП'ЮТЕРНОЇ ТОМОГРАФІЇ

ПРИНЦИПИ УТВОРЕННЯ ПОШАРОВОГО ЗОБРАЖЕННЯ

КОМП'ЮТЕРНА ТОМОГРАМА

ПОСИЛЕННЯ КОНТРАСТНОСТІ

Опис комп’ютерного томографа Brilliance iCT на функціональному рівні

Система електронного управління комп’ютерним томографом

Список літератури

ВСТУП

Потреба в методі, який дозволив би заглянути всередину чоло-веческого тіла, не пошкоджуючи його, була величезною, хоча і не завжди усвідомленою. Адже всі відомості, що стосуються нормальної і патологічної анатомії людини, були засновані тільки на вивченні трупів. Після того, як в Європі стали широко вивчатися розтину трупів, лікарі змогли вивчити будову органів людини, а також зміни, які вони зазнають при тих чи інших захворюваннях.

Яку величезну користь приніс би безпосередній огляд людського організму, якби він став раптом "прозорим"! І навряд чи хто-небудь з учених минулого міг припустити, що ця мрія цілком здійсненна.

Потреба побачити не оболонку, а структуру організму живої людини, його анатомію і фізіологію була настільки нагальною, що, коли чудові промені, які дозволяли здійснити це на практиці, були нарешті відкриті, зазвичай консервативні і часто недовірливі до нововведень лікарі майже відразу зрозуміли, що в медицині настала нова ера.

Але процес науки і техніки нестримний. Не встигли лікарі повністю освоїти можливості рентгенівських променів в діагностиці, як з'явилися інші методи, що дозволяють отримати зображення внутрішніх органів людини, що доповнюють дані рентгенологічного дослідження. До них відносяться радіонуклеідное та ультразвукове дослідження, теплобачення, ядерно-магнітний резонанс, фотонна емісія і деякі інші методи, ще не набули широкого поширення.

Ці способи засновані на використанні близьких за своєю природою хвильових коливань, для проникнення яких тканини людського тіла не є нездоланною перешкодою. Вони об'єднуються і тим, що в результаті взаємодії хвильових коливань з органами і тканинами ор-ганізма на різних приймачах - екрані, плівці, папері та ін - виникають їх зображення, розшифровка яких дозволяє судити про стан різних анатомічних утворень. Такими чином, усі зазначені методи принципово близькі рентгенодіагностиці як за своєю природою, так і за характером кінцевого результату їх застосування.

Впровадження в практику цих методів (поряд з рентгенологією) призвело до виникнення нової великої медичної дисципліни, що отримала за кордоном назва діагностичної радіології (від латинського radius - промінь), а у нас - променевої діагностики.

Можливості цієї дисципліни в розпізнаванні захворювань людини дуже великі. Їй доступні практично всі органи і системи людини, всі анатомічні утворення, розміри яких вище мікроскопічних.

На відміну від класичних методик (пальпації, перкусії, аускультації) основним аналізатором інформації, одержуваної способами променевої діагностики, є орган зору.

В даній роботі мені б хотілося ознайомитися із основами побудови комп’ютерних томографів а також оглянути найголовніші аспекти комп’ютерної томографії вцілому.

РОЗВИТОК КОМП'ЮТЕРНОЇ ТОМОГРАФІЇ

Винахід рентгенівської томографії з обробкою одержуваної інформації на ЕОМ зробило переворот в області отримання зображення в медицині. Вперше повідомив про новий метод інженер G. Hounsfield (1972). Апарат, виготовлений і випробуваний групою інженерів англійської фірми "EMI", одержав назву ЕМІ-сканера. Його застосовували тільки для дослідження головного мозку.

G. Hounsfield у своєму апараті використовував кристалічний детектор з фотоелектронним помножувачем (ФЕП), проте джерелом була трубка, жорстко пов'язана з детектором, яка робила спочатку поступальний, а потім обертальне (1O) рух при постійному включенні рентгенівського випромінювання. Такий пристрій томографа дозволяло отримати томограму за 4 - 20 хв.

Рентгенівські томографи з подібним пристроєм (I покоління) застосовувалися тільки для дослідження головного мозку. Це пояснювалося як великим часом дослідження (візуалізації тільки нерухомих об'єктів), так і малим діаметром зони томографірованія до (24 см). Однак одержуване зображення несло велику кількість додаткової діагностичної інформації, що послужило поштовхом не тільки до клінічного застосування нової методики, але і до подальшого вдосконалення самої апаратури.

Другим етапом у становленні нового методу дослідження був випуск до 1974р. комп'ютерних томографів, що містять кілька детекторів. Після поступального руху, яке проводилося швидше, ніж у апаратів I покоління, трубка з детекторами робила поворот на 3-10o, що сприяло прискоренню дослідження, зменшення променевого навантаження на пацієнта та поліпшення якості зображення. Однак час отримання однієї томограми (20-60 с) значно обмежувало застосування томографів II покоління для дослідження всього тіла зважаючи неминучих артефактів, що з'являються з-за довільних і мимовільних рухів.

Одержання якісного зображення зрізу тіла людини на будь-якому рівні стало можливим після розробки в 1976-1977 рр.. комп'ютерних томографів III покоління. Принципова <#"582586.files/image001.gif">

Відомо, що якість візуалізації анатомічних утворень головного мозку та вогнищ ураження залежить в основному від двох факторів: розміру матриці, на якій будується томограма, і перепаду показників поглинання. Величина матриці може справити значний вплив на точність діагностики. Так, кількість помилкових діагнозів при аналізі томограм на матриці 80х80 клітин становила 27%, а при роботі на матриці 160х160 - зменшилося до 11%.

Комп'ютерний томограф володіє двома видами роздільної здатності: просторової і по перепаду щільності. перший тип визначається розміром клітки матриці  <#"582586.files/image002.gif">

Brilliance iCT- сучасний мультизрізовий рентгенівський комп'ютерний томограф для проведення будь-яких обстежень всього тіла. Brilliance iCT- сканер для рутинних досліджень, що дозволяє проводити стандартні КТ обстеження і постобробку.

Розроблена конфігурація системи забезпечує відмінну якість зображень при мінімально можливої променевому навантаженні на пацієнта. Легкість управління і висока продуктивність системи гарантуються призначеним для користувача інтерфейсом syngo і технологією ефективної організації робочого потоку пацієнтів. Привабливий інноваційний дизайн гентрі сканера.

Brilliance iCT- можливості системи:

Висока швидкість сканування і роздільна здатність визначаються високою швидкістю обертання гентрі (60 оборотів / хв) з першокласної детекторної системою для швидкого збору даних і відображення їх у реальному масштабі часу. Чітка візуалізація тонких кісткових структур і м'яких тканин з чудовою роздільною здатністю до 1.0 мм.

UFC (Ultra Fast Ceramic) - ультраскоростние детекторні матеріали на керамічних композитах (патент фірми SIEMENS) для високошвидкісного збору даних великих обсягів з неперевершеним дозволом. Об'ємне спіральне мультизрізовий сканування використовує мультіротаціонний метод з безперервним беспропусковим збором даних;

CARE Dose - технологія модуляції дози опромінення в реальному масштабі часу, що дозволяє знизити променеве навантаження до 56% без шкоди для якості медичних зображень;

Висококонтрастне дозвіл - 0% MTF (передавальної функції) ± 10%: 15.5 пар ліній на см;

 Syngo мультимодальная користувача платформа медичних програм. Простота і інтуїтивність управління, загальних вид інтерфейсу для будь-яких додатків і унікальна мультимодальная взаємозв'язок;

Відображення зображення в матриці 1024х1024 на безбліковими кольоровому плоскопанельні монітори з діагоналлю 43 см;

Товщина гентрі 68.5 см при апертурі 70 см значно підвищує комфорт пацієнта і швидкість проведення обстежень;

Мінімальні вимоги до площі розміщення устаткування (17,0 м?) І швидке виконання монтажних робіт, обумовлені компактною конструкцією;

Високоефективна система повітряного кондиціонування. Не потрібна спеціальна система охолодження;

Привабливий інноваційний дизайн сканера.

Матричний детектор комп'ютерного томографу складається з 22 400 елементів. Матричний детектор на всіх 16-ти рядах підтримує найвищу роздільну здатність та деталізацію з мінімально можливим (0,5 мм) розміром елемента (по відношенню до ізоцентру). Надзвичайно висока чутливість детекторів "Квант", гарантують найнижчі променеві навантаження на пацієнтів, одночасно забезпечуючи найкращу низьку контрастну роздільну здатність 2 мм з контрастом на 0.3 % і 22.3 mGy (для фантома діаметром 20 см).

Робоча станція виконує мультипланарне реформатування з об'ємного набору даних, використовуючи приблизно 16 зображень в секунду, практично в реальному масштабі часу.

Деякі з переваг:

Детектор 16 рядів x 0.5 мм високої роздільної здатності для високоточної діагностики;

Вибір товщини зрізу 16 x 1.0 мм та 4 x 0.5 мм для діагностики при 180 см діапазоні сканування

Стандартна швидкість ротації 0.75 секунди

Стандартний час реконструкції 0.1 секунди (10 зображень в секунду з алгоритмом Feldkamp)

Фундаментально новий об'єкт в КТ діагностиці - це генерація тонких зрізів з максимально можливою роздільною здатністю в трьох просторових проекціях. Маленький розмір елементу детектора в Z напрямку з 16 х 0,5 мм шириною по відношенню до ізоцентру є найважливішим і разом з методом "Промінь Конуса" реконструкції (конічної реконструкції променя) створює передумови для отримання ізотропних зображень з високо контрастною роздільною здатністю 0,35 мм у всіх трьох площинах.

Сьогодні можливе відображення артеріальної та венозної фаз без часового перекриття при дослідженнях судин з контрастом використовуючи 0,5-секундну ротацію.

Activion 16 має діапазон сканування 180 см та 0,75 секундну ротацію, що дає можливість сканувати пацієнтів з політравмою, невідкладними станами та дітей. Activion 16 гарантує користувачу швидкий доступ до отримуваних об'ємних даних, менше ніж за 0,1 сек.

Рис. 5 Функціональна схема КТ в системі LABVIEW

Brilliance iCT - це сучасни      й томограф системи безперервного обертання, що складається з таких компонентів:

1.      Робоча станція

Робоча станція служить для управління процесом сканування і спостереження за ним. Вона складається з наступних компонентів:

2.      Обчислювальна система

Обчислювальна система складається з наступних елементів:

(головний комп'ютер)

Єдина система реконструкції зображень

3.      Пульт управління скануванням

Після запуску сканування за допомогою відповідної екранної панелі інструментів подальшими діями можна управляти з пульта управління скануванням.

Рис.3 Пульт управління скануванням

Блок складається з набору кнопок та світлових індикаторів, які служать для управління рухом столу пацієнта і відображенням положення столу.

·        Кнопка екстреної зупинки зупиняє рух гентрі і генерацію рентгенівського випромінювання в екстреному випадку.

·        Kлюч включає і зупиняє обертання гентрі (щоб включити, поверніть на себе).

·        Екран управління вказує положення гентрі і столу.

·        кнопки переміщення столу вперед / назад і переміщення столу вгору / вниз служать для переміщення столу пацієнта у відповідних напрямках.

·        Кнопка ручного сканування служить для виконання окремих сеансів сканування.

·        Кнопка автоматичного сканування забезпечує виконання декількох послідовних сеансів сканування. Якщо натиснута кнопка автоматичного сканування, в ході аксіального сканування виконується вся група циклів аксіального сканування в межах однієї серії. В ході спірального синхронізованого сканування з кількома серіями можна завершити всі синхронізовані серії, одноразово натиснувши на кнопку автоматичного сканування.

Система електронного управління комп’ютерним томографом

КТ являє собою складну систему, що складається з великого числа вузлів різного призначення і розміщену на великій площі. Сказане стосується в першу чергу до КТ з резистивним магнітом, які мають складну енергетичну установку для живлення головного магніту і систему водяного охолодження. Що ж до вузлів керування градієнтної і РЧ системами, то вони приблизно однакові у всіх типів КТ томографів.

Враховуючи, що випускаються всі три типи томографів, розглянемо, як найбільш загальну, структурну схему системи КТ з резистивним магнітом (рис.1). На відміну від РКТ або УЗ сканерів, де деякі системи (наприклад, електромеханічні вузли сканування або механічні датчики) працюють автономно, в КТ все субсистеми, які беруть участь у зборі та обробці інформації, працюють під управлінням ЕОМ. Свої керуючі функції ЕОМ здійснює через електронний блок управління - Крейт. Звідси йдуть аналогові і цифрові керуючі сигнали і команди в РЧ передавач і джерела живлення градієнтних котушок. У цих блоках генеруються сигнали великої потужності і виділяються значні теплові втрати. Тому вони оформлені в самостійні конструктивні вузли. Джерела живлення градієнтної системи, по суті, являють собою підсилювачі потужності та розміщені в шафах в одному приміщенні з джерелом живлення головного магніту. Там же знаходяться і основні вузли контролю системи охолодження.

Магнітна система КТ, яку за аналогією з блоком скануючого пристрою РКТ можна було б назвати гентрі, міститься в спеціальній кімнаті, підлога, стіни і стеля якої обтягуються тонкої металевої сіткою. Вона служить для захисту від перешкод, що проникають по ефіру від різних джерел: станцій радіо-і телемовлення, електротранспорту, місцевих джерел, наприклад потужних апаратів УВЧ терапії та ін Проте, перешкоди проникають і вносять спотворення в КТ-томограми. І це зрозуміло - РЧ сигнали, одержувані від тканин організму, порівнянні за величиною з електромагнітними коливаннями, що приходять з ефіру і складають десятки мікровольт. Перешкоди можуть проникати також з електромережі. Для їх придушення всі силові струми - джерел живлення головного магніту, градієнтної системи і передавача - пропускаються через фільтри. Цій же меті служить застосування попереднього підсилювача РЧ сигналу, розташованого в безпосередній близькості від РЧ котушки для тіла. Слабкий РЧ сигнал, посилений до кількох мілівольт з мінімальною домішкою перешкод, надходить в Крейт, де додатково посилюється.

Системі водяного охолодження відводиться важлива роль. Вода використовується для відводу тепла не тільки від котушок головного магніту, а й від навантажених силових елементів джерел живлення головного магніту і градієнтних систем. Застосовують два типи систем водяного охолодження: статичну і динамічну. У статичній системі вода закачується в резервуар, розташований на висоті 9-го - 10-го поверху, тобто створюється тиск близько 3 - 4 атм. Резервуар має ємність, достатню для роботи КТ протягом 1 години. Динамічна система простіше, так як вода подається в систему охолодження безпосередньо з водопровідної мережі насосом. Проте стабільність напору води в ній гірше, а при аваріях у водопровідній мережі або в системі охолодження обстеження доводиться відразу переривати.

Як і в системі РКТ, в КТ застосовують два монітори: кольоровий загального призначення та напівтоновий чорно-білий для виведення зображення. Для отримання твердої копії зображення застосовують різні принтери - лазерні, теплові та інші, які дають чорно-білі (або інших відтінків) напівтонові зображення.

Особливістю системи керуючих команд КТ в порівнянні з РКТ і ультразвуковими сканерами є велика питома вага аналогових сигналів. До них відносяться, перш за все, радіочастотні посилки (несучі коливання і огинає) і аналогові напруги для керування градієнтної системою, а також деякі допоміжні сигнали. Роль цифрових сигналів в основному зводиться до управління аналоговими сигналами та формування тимчасових інтервалів. Зрозуміло, аналоговий РЧ сигнал, що приймається антеною, перетвориться в цифровий. В основному всі сигнали і дані вимірювання, що передаються на виконавчі пристрої і в ЕОМ, виробляються в крейта, структурна схема якого наведена на рис.2.

Рис. 7 Структурна схема системи КТ

Контролер призначений для організації обміну даними між крейта і ЕОМ. Він забезпечує адресацію блоків крейта, трансляцію даних з ЕОМ, прийом оцифрованого КТ сигналу в послідовному коді по двох каналах, перетворення його у паралельний і введення в ЕОМ в режимі прямого доступу до пам'яті. З метою прискорення перетворення виду зображення в ньому можуть бути передбачені для цього апаратні засоби. Наприклад, порівняно просто і швидко на апаратному рівні виконується інверсія зображення «позитив-негатив» за допомогою елементів «виключає АБО».

Більшість блоків крейта вимагає для свого функціонування різноманітних імпульсів різної частоти і тривалості. Їх постачає програматор імпульсів, який, у свою чергу, отримує необхідну інформацію про ці імпульси від контролера.

Хоча індуктивності градієнтних котушок порівняно невеликі (кілька десятків мкГн), при подачі градієнтних імпульсів з крутими фронтами в них можуть виникати небажані перехідні процеси. У блоці корекції градієнтів відбувається автоматичне перетворення прямого фронту напруги, що надходить від програматора імпульсів, в напругу з лінійним фронтом і оптимальною швидкістю наростання, при якій перехідний процес мінімальний.

Нарешті, в блоці АЦП і фільтрів формується цифровий результат перетворення КТ-сигналу. Фільтри для вибору смуги пропускання, в якій приймається сигнал від обраного шару, тобто в смузі частоти зсуву. Таких блоків у крейта також може бути два (два інформаційні канали).

Як бачимо з структурної схеми крейта, керуюча електроніка КТ не дуже складна. У всякому разі, УЗ сканер за насиченістю різними керуючими електронними пристроями значно перевершує КТ томограф. Складність КТ полягає в його магнітній системі та програмному забезпеченні.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Розенштраух Л.С. Невидиме стало зримим (успіхи і проблеми променевої діагностики) .- М.: Знання <http://ua-referat.com/%D0%97%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D1%8F>, 1987 .- 64 с.

. Томографія грудної клітини / Помозгов А.І., Терновий С.К., Бабин Я.С., Лепихин Н.М. - К.: Здоров'я, 1992 .- 288 с.

. Комп'ютерна томографія мозку. Верещагін Н.В., Брагіна Л.К., Вавілов С.Б., Левіна Г.Я.-М.: Медицина, 1986.-256 с.

. Коновалов <http://ua-referat.com/%D0%9A%D0%BE%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BB%D0%BE%D0%B2> А.Н., Корнієнко В.М. Комп'ютерна томографія в нейрохірургічної клініке.-М.: Медицина, 1988. - 346 с.

. Фізика <http://ua-referat.com/%D0%A4%D1%96%D0%B7%D0%B8%D0%BA%D0%B0> візуалізації зображень в медицині: У 2-х томах. Т.1: Пер. з англ. / Под ред. С.Уебба.-М.: Світ, 1991 .- 408 с.

. Антонов А.О., Антонов О.С.,. / / Мед.техніка.-1995 .- № 3 - с.3-6

. Бєлікова Т.П., Лапшин В.В., Яшунського Н.І. / / Мед.техніка.-1995 .- № 1-с.7