Устройство и работа отдельных узлов рентгеновского компьютерного томографа (стр. 2 из 3)
В процессе обследования получают несколько сечений. С целью его ускорения применяют детекторы с двумя параллельными группами датчиков (рис.2). При количестве датчиков от 8 до 10 раствор рентгеновского луча, захватываемого детектором, равен примерно 3о. Учитывая, что сканирующая система поворачивается на угол 180о, получим общее число угловых отсчетов, равное 60.
Специфической проблемой, возникающей при сканировании головы, является большой динамический диапазон излучения, падающего на детектор. Если принять средний коэффициент линейного ослабления для головы m = 0,2 1/см, а диаметр головы D = 25 см, то динамический диапазон составит I0/I = emD = 152. Для уменьшения динамического диапазона интенсивности РИ применяются компенсирующие клинья 11. Сущность их действия поясняет рис.7.
 |
В процессе сканирования от детектора получают сигнал в виде тока ФЭУ, пропорционального интенсивности рентгеновского излучения. Этот ток изменяется во время движения системы ИРИ – БД в промежутке между двумя отсчетами. Поэтому наиболее объективная информация будет соответствовать среднему значению интеграла тока на интервале между двумя отсчетами:
; 
- интервал дискретизации.Интегрирование может быть выполнено аппаратными средствами, например с помощью аналогового интегратора. Значение интеграла обычно преобразуется в пропорциональный интервал времени, который измеряется путем подсчета числа импульсов эталонной частоты. Величина среднего значения интеграла относится к середине интервала дискретизации. Пример реализации такого способа АЦ-преобразования показан на рис.8, где приведены аналоговая часть преобразователя и временные диаграммы, поясняющие его работу.
Работой схемы управляют позиционные импульсы, которые поступают от оптоэлектронной пары. Интегратор (DA1, С1) интегрирует ток ФЭУ. Его выходное напряжение равно
> 0 
Рисунок 8. Аналого-цифровое преобразование сигналов детектора.
При поступлении i-1-го позиционного импульса формируется строб, который замыкает ключ S2 УВХ (DA2), и на емкости С2 запоминается напряжение интегратора
за предыдущий интервал дискретизации. Сразу после окончания строба УВХ формируется строб «Сброс интегратора», замыкающий ключ S1, и импульс запуска генератора линейно-изменяющегося напряжения (ГЛИН). Последний представляет собой интегратор (DA3, R3,C3). При запуске ГЛИН ключ S3 размыкается, и конденсатор С3 начинает заряжаться. Когда напряжение ГЛИН достигнет уровня 
, компаратор К сработает (установится в ноль). В сформированное им временное окно Тизм через схему И на счетчик пройдет некоторое количество импульсов, пропорциональное Тизм и . При поступлении i-го позиционного импульса в УВХ записывается величина 
, полученная за интервал Тдi.При равенстве UГЛИН = UИНТ имеем
.Если емкости С1 и С3 равны, то измерительный интервал Тизм определяется формулой
.Если конденсаторы С1 и С3 одного типа, то погрешность измерения будет определяться в основном зависимостью R3 от температуры и дрейфом ФЭУ. Для уменьшения погрешности применяют способ двойного интегрирования. Он состоит в том, интегратор (DA1) вначале интегрирует в течение заданного промежутка времени ток ФЭУ, а затем – опорный ток другой полярности до тех пор, пока выходное напряжение интегратора не станет равным нулю. Приравнивая интегралы на первом и втором этапах, найдем время второго этапа – оно будет пропорционально интегралу от тока ФЭУ. Емкость конденсатора из расчетов при этом вообще исключается, т.е. ее изменение не вызывает погрешности.
Для устранения ошибок преобразования, связанных с неидентичностью ФЭУ и их дрейфом, производят коррекцию выходных данных АЦП с учетом тангенса угла наклона и начального смещения передаточной характеристики каждого канала N = f(T), где N – код на выходе канала (рис.7).
 |
 |
Рисунок 8. Формирование и вывод цифровой информации в томографе.
Эти ТИ формируются автономным кварцевым генератором и имеют частоту порядка 20-40 МГц. С приходом очередного импульса сброса интеграторов прекращается подсчет ТИ счетчиком скорости. Так для краткости называют счетчик точного значения интервала дискретизации. На входах L устанавливается разрешающий уровень, и от ЭВМ поступают ТИ для вывода результатов. Их частота может быть иной, чем частота ТИ для счета. При этом каскадное соединение счетчиков начинает работать как сдвигающий регистр, причем информация в ЭВМ считывается с выходов DO последнего счетчика.
После первого ТИ вывода считывается результат измерения n-го канала. Результат n-1-го канала переписывается в счетчик n-го канала, n-2-го – в n-1-й и т. д. Все это происходит в течение действия фронта ТИ вывода. Последними считываются данные об интервале дискретизации, которые вначале хранились в счетчике скорости, а затем переместились в n-й счетчик. Такое остроумное решение позволило обойтись без дополнительных аппаратных затрат (мультиплексоров, логических схем и т.п.) для ввода в ЭВМ результатов от нескольких источников информации.
Следует отметить, что томографы первого и второго поколений имеют достаточно сложную механику, которая требует постоянного ухода и регулировок. Ввиду большого количества подвижных частей при сканировании возникает сильный шум, который может причинять беспокойство пациенту. Используемые в них рентгеновские трубки обычно работают в непрерывном режиме и имеют масляное охлаждение анода. Масло подается под давлением до 4 атм по жестким пластиковым шлангам, которые вследствие перемещения трубки изнашиваются и дают течь.
Как было сказано выше, наибольшее распространение в медицине получили РКТ третьего поколения. Больше всего их выпустили фирмы США. Типичным представителем РКТ этого поколения является томограф «СТ МАХ 640» фирмы General Electric. Это универсальный томограф, позволяющий получать томограммы всех частей тела, как поперечные, так и с небольшим наклоном по отношению к вертикали. Время сканирования составляет 5 – 6 с, а время реконструкции изображения – до 30 с. В томографах третьего и четвертого поколений применяются рентгеновские трубки с вращающимся анодом, поэтому для них не требуется специальной системы охлаждения. Ко времени выпуска этих томографов уже существовали компактные ПЭВМ и микропроцессорные системы. Все это обусловило сравнительную компактность системы РКТ – она занимает, как правило, одну ( достаточно большую) комнату, разделенную перегородками.
В гентри находятся ИРИ (рентгеновская трубка в защитном кожухе и коллиматор), система сбора данных, куда входят многоэлементный детектор и электронный блок первичного преобразования, электропривод и другие механические узлы. В консоли оператора размещены управляющая и вычислительная система, органы управления и средства отображения. В РКТ «СТ МАХ 640» для вывода изображения предусмотрен черно-белый дисплей, а для его архивирования – твердый и гибкий диски и рентгеновская широкоформатная пленка, на которой может быть получено несколько кадров изображения. Обмен информацией между консолью оператора и блоком первичного преобразования происходит только в цифровой форме.