Рентгеновская компьютерная томография это: Рентгеновская компьютерная томография в РКМЦ

Рентгеновская компьютерная томография в РКМЦ

В отличие от обычного рентгеновского снимка, который делается в двухмерной плоскости, изображение при КТ получается трехмерным (объемным). Врач имеет возможность видеть картину как отдельными срезами, так и целиком.

Достоинством компьютерной томографии по сравнению с рентгенографией является возможность обследовать все части нашего организма: голову, грудь, живот, малый таз, конечности.

ПОКАЗАНИЯ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ

КТ дает уникальную возможность изучить у живого человека неинвазивным способом анатомические структуры внутренних органов диаметром до нескольких миллиметров. Высокие диагностические возможности КТ проявляются при травмах, когда с большой точностью определяется поражение целостности кости или посттравматические изменения. Данный вид исследования широко применяется при острых и хронических болях в позвоночнике, суставах. Технологии высокоразрешающей КТ значительно расширили диагностические возможности в выявлении воспалительных и онкологических заболеваний органов грудной клетки и брюшной полости.

КТ-является методом выбора для обследования пациентов с заболеваниями ЛОР-органов. Применение КТ совершило переворот в медицине, позволив объективно оценивать состояние вещества и сосудов головного мозга, сердца, печени, почек. Возможность 3-хмерного и мультипланарного изображения оказывает существенную помощь клиницистам в оценке локализации и распространенности патологического процесса, выборе тактики лечения, планировании операции. В диапазоне КТ-исследований в последние годы особое место занимает КТ-ангиография (КТА), которая позволяет детально исследовать анатомическое состояние кровеносных сосудов, выявлять патологические изменения в них. В отличие от традиционной рентгеновской ангиографии, КТА является более информативным методом исследования сосудов и движущейся крови при меньшей дозе радиации для пациента.

Общими показаниями для проведения КТ являются:

• онкопоиск: обнаружение опухолей внутренних органов, головного мозга, костей, мягких тканей;
• определение стадии онкопроцесса, выявление метастазов, информации о распространенности процесса для выработки тактики лечения;
• контроль эффективности лечения после лучевой или химиотерапии;
• выявление острых и хронических заболеваний органов грудной клетки, брюшной полости, забрюшинного пространства;
• предоперационное обследование органов и сосудов;
• послеоперационный контроль состояния органов и тканей;
• травмы и их последствия;
• наличие изменений по данным других методов исследования (в т. ч. после рентгеновского исследования, УЗИ), которых недостаточно для интерпретации из-за недостатка данных.

Кроме того, используемые сегодня спиральные многосрезовые компьютерные томографы (МСКТ) успешно диагностируют камни в почках, атеросклероз, легочные эмболии, аневризмы и расслоения крупных сосудов, аномалии развития сосудистой системы, прочее.

Низкодозовая МСКТ является быстрым и наиболее безопасным способом обследования легких, чем стандартная КТ, получает широкое распространение для скрининговых обследований на рак легких людей старше 55 лет , имеющих факторы повышенного риска.

Для увеличения точности диагностики применяют методику «усиленной» КТ с введением внутривенно специального красящего (контрастного) средства. В этих случаях улучшается контрастность изображения, четко видны сосудистые структуры, опухоли, метастазы.

ПРОТИВОПОКАЗАНИЯ

Абсолютные:

• беременность независимо от срока;
• масса тела пациента, превышающая конструктивные ограничения максимальной нагрузки на стол томографа (в РКМЦ – до 150 кг).

Относительные:

• период грудного вскармливания;
• сахарный диабет;
• заболевания щитовидной железы;
• психические расстройства у пациента;
• непереносимость препаратов, применяемых для контрастирования (обследование может быть выполнено без введения контрастного вещества).

Противопоказания для введения контрастных препаратов:

• непереносимость препаратов, содержащих йод;
• беременность и лактация;
• заболевания печени и почек, сопровождающиеся нарушением функции органов;
• сахарный диабет.

ПОДГОТОВКА К КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ

Исследования с контрастным усилением выполняются предпочтительно в условиях стационара. Исследование проводится натощак при нормальном уровне креатинина в сыворотке крови, отсутствии аллергии на йод. Количество контрастного вещества определяется врачом в зависимости от исследования и оплачивается дополнительно.

КАК СДЕЛАТЬ КОМПЬЮТЕРНУЮ ТОМОГРАФИЮ В РКМЦ

Для проведения исследования пациенту необходимо иметь

направление врача.

1. Позвонить в Контакт-центр для записи на исследование
2. В регистратуре заключить договор на оказание платных услуг (направление от врача показать медрегистратору)
3. Оплатить счет в кассе РКМЦ или через ЕРИП
4. Сделать компьютерную томографию в назначенное время.

Принципы работы КТ

Мы расскажем о самом методе, ответим на вопросы как делается КТ, как проходит процедура и какие плюсы имеет. В случае возникновения дополнительных вопросов, вы можете найти интересующую вас информацию на сайте, задать вопрос в чате или позвонить в наш колл-центр.
Мы с радостью ответим на ваши вопросы!

Что такое компьютерная томография?

Компьютерная томография (КТ) — медицинское рентгенологическое исследование, позволяющее получить послойное изображение внутренних органов. Рентгеновские лучи проходят через человеческое тело, а компьютер формирует изображение тонких срезов.

На изображении показаны снимки легких, полученные в ходе проведения компьютерной томографии. 1 — продольное (фронтальное) сечение, 2 — поперечное (аксиальное) сечение.

На схеме 3 показан ход лучей.

Рентгеновское излучение

Рентгеновские лучи — это естественный тип излучения. В повседневной жизни мы регулярно подвергаемся рентгеновскому облучению. Поглощенная энергия ионизирующего излучения измеряется в миллиЗивертах (мЗв). По статистике, человек за год получает облучение, равное 3 мЗв. Рентгеновское излучение является канцерогеном, то есть в процессе накопления в организме человека может вызывать появление злокачественных опухолей, поэтому исследования необходимо проходить по показаниям, строго по направлению врача.

Как делают КТ

Генератор рентгеновского излучения испускает лучи, которые, проходя через тело человека, теряют некоторую часть своей энергии и улавливаются специальным детектором. Чем плотнее орган, через который проходит излучение, тем больше энергии теряется. Основываясь на разнице между начальной энергией луча и энергией луча на выходе, компьютерная система генерирует изображение, которое затем изучает врач-рентгенолог.

Компьютерный томограф формирует серию изображений путем “послойной” съемки. Рентгеновский луч проходит сквозь тонкий слой тела человека, которое во время сканирования постепенно перемещается перпендикулярно оси вращения рентгеновской трубки, на выходе из тела человека ослабленное рентгеновское излучение фиксируется детектором. Таким образом, после компьютерной обработки массива полученных данных за одно сканирования получается множество тонких срезов исследуемой части тела.  

В зависимости от цели обследования, врач самостоятельно регулирует толщину и интервал среза (шаг).

Технология, которая позволяет сформировать практически непрерывное изображение с помощью дополнительного спирального луча называется мультиспиральная компьютерная томография (МСКТ).

Назначение КТ

Компьютерная томография используется для получения изображений:

• костей;
• мягких тканей;
• кровеносных сосудов;
• грудной клетки;
• головного мозга;
• органов брюшной полости;
• органов малого таза.

Зачастую компьютерная томография является предпочтительным методом диагностики многих видов злокачественных опухолей (рак легких, почек, печени, поджелудочной железы).

Визуализация позволяет определить наличие опухоли, ее размер, границы, локализацию и степень поражения близлежащих тканей.

КТ головы предоставляет важную информацию о головном мозге – с ее помощью можно зафиксировать кровотечение, расширение артерий или травмы черепа.

КТ органов брюшной полости помогает выявить наличие опухоли, определить увеличение размеров или воспаление в близлежащих внутренних органах. На КТ отчетливо видны травмы селезенки, почек и печени.

Важность КТ невозможно переоценить в рамках планирования биопсии и лучевой терапии.

Метод позволяет дать оценку состоянию костей, позвоночника и плотности костной ткани.

КТ позволяет получить важную информацию о травмах кистей, стоп и других костных структур. На снимках отчетливо видны даже мелкие кости и окружающие их ткани.

Достоинства КТ:

1. Высокая информативность.
2. Безболезненность метода.
   При обследовании не применяются медицинские инструменты и автономные аппараты, а прохождение рентгеновских лучей не ощущается.
3. Скорость исследования.
   Точная продолжительность зависит от исследуемого органа. КТ одного органа или кости занимает всего несколько минут/
4. Отсутствие абсолютных противопоказаний.
   В отличие от МРТ метод не влияет на работу вживленных жизнеобеспечивающих приборов, может выполняться при наличии металлических имплантатов в теле.

Записаться на КТ

Компьютерная томография (КТ)

• Что такое компьютерная томография (КТ)?
• Как работает КТ?
• Когда мне сделают компьютерную томографию?
• Что такое контрастное вещество для КТ?
• Есть ли риски?
• Каковы примеры проектов, финансируемых NIBIB, с использованием компьютерной томографии?

Что такое компьютерная томография (КТ)?

Термин «компьютерная томография» или КТ относится к процедуре компьютеризированной рентгенографии, при которой узкий пучок рентгеновских лучей направляется на пациента и быстро вращается вокруг тела, создавая сигналы, которые обрабатываются аппаратом.

компьютер для создания изображений поперечного сечения или «срезов». Эти срезы называются томографическими изображениями и могут дать врачу более подробную информацию, чем обычные рентгеновские снимки. После того как несколько последовательных срезов будут собраны компьютером аппарата, их можно в цифровом виде «сложить» вместе, чтобы сформировать трехмерное (3D) изображение пациента, которое позволяет легче идентифицировать основные структуры, а также возможные опухоли или аномалии.

Как работает КТ?

Машина КТ. Авторы и права: iStock

В отличие от обычного рентгена, в котором используется фиксированная рентгеновская трубка, в компьютерном томографе используется моторизованный источник рентгеновского излучения, который вращается вокруг круглого отверстия конструкции в форме пончика, называемой гентри. Во время компьютерной томографии пациент лежит на кровати, которая медленно перемещается через гентри, в то время как рентгеновская трубка вращается вокруг пациента, направляя узкие пучки рентгеновских лучей через тело. Вместо пленки в КТ-сканерах используются специальные цифровые детекторы рентгеновского излучения, которые располагаются прямо напротив источника рентгеновского излучения. Когда рентгеновские лучи покидают пациента, они улавливаются детекторами и передаются на компьютер.

Каждый раз, когда источник рентгеновского излучения совершает один полный оборот, компьютер КТ использует сложные математические методы для построения двумерного среза изображения пациента. Толщина ткани, представленной на каждом срезе изображения, может варьироваться в зависимости от используемого аппарата КТ, но обычно составляет от 1 до 10 миллиметров. Когда полный срез завершен, изображение сохраняется, и моторизованная кровать постепенно перемещается вперед в гентри. Затем процесс рентгеновского сканирования повторяется для получения другого среза изображения. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не будет собрано нужное количество ломтиков.

Срезы изображений могут отображаться по отдельности или совмещаться компьютером для создания трехмерного изображения пациента, на котором показаны скелет, органы и ткани, а также любые аномалии, которые пытается выявить врач. Этот метод имеет много преимуществ, включая возможность вращать 3D-изображение в пространстве или последовательно просматривать срезы, что облегчает поиск точного места, где может быть обнаружена проблема.

Когда мне сделают компьютерную томографию?

Компьютерную томографию можно использовать для выявления заболеваний или травм в различных частях тела. Например, КТ стала полезным инструментом скрининга для выявления возможных опухолей или поражений в брюшной полости. КТ сердца может быть назначена при подозрении на различные типы сердечных заболеваний или аномалий. КТ также можно использовать для визуализации головы с целью обнаружения травм, опухолей, сгустков крови, ведущих к инсульту, кровоизлияниям и другим состояниям. Он может визуализировать легкие, чтобы выявить наличие опухолей, легочной эмболии (сгустков крови), избытка жидкости и других состояний, таких как эмфизема или пневмония. Компьютерная томография особенно полезна при визуализации сложных переломов костей, сильно разрушенных суставов или опухолей костей, поскольку она обычно дает больше деталей, чем было бы возможно при обычном рентгеновском снимке.

Что такое контрастное вещество для КТ?

КТ брюшной полости. Кредит: iStock

Как и при любом рентгене, плотные структуры тела, такие как кости, легко визуализируются, в то время как мягкие ткани различаются по своей способности останавливать рентгеновские лучи и поэтому могут быть тусклыми или трудноразличимыми. По этой причине были разработаны контрастные вещества, хорошо видимые на рентгеновском снимке или компьютерной томографии и безопасные для пациентов. Контрастные вещества содержат вещества, которые могут останавливать рентгеновские лучи и поэтому более заметны на рентгеновском снимке. Например, для исследования системы кровообращения в кровоток вводят внутривенно (IV) контрастное вещество на основе йода, чтобы помочь осветить кровеносные сосуды. Этот тип теста используется для поиска возможных препятствий в кровеносных сосудах, в том числе в сердце. Пероральные контрастные вещества, такие как соединения на основе бария, используются для визуализации пищеварительной системы, включая пищевод, желудок и желудочно-кишечный тракт.

Есть ли риски?

Компьютерная томография может диагностировать потенциально опасные для жизни состояния, такие как кровотечение, образование тромбов или рак. Ранняя диагностика этих состояний потенциально может спасти жизнь. Однако при компьютерной томографии используются рентгеновские лучи, а все рентгеновские лучи производят ионизирующее излучение. Ионизирующее излучение может вызывать биологические эффекты в живых тканях. Это риск, который увеличивается с увеличением количества воздействий в течение жизни человека. Однако риск развития рака в результате воздействия рентгеновского излучения, как правило, невелик.

КТ сердца и коронарной артерии. Авторы и права: iStock

Компьютерная томография беременной женщины не представляет известного риска для ребенка, если визуализируемая область тела не является брюшной полостью или тазом. Как правило, если требуется визуализация брюшной полости и таза, врачи предпочитают использовать обследования, не использующие радиацию, такие как магнитно-резонансная томография (МРТ) или ультразвук. Однако, если ни один из них не может дать необходимых ответов, или существует экстренная ситуация или другие временные ограничения, КТ может быть приемлемым альтернативным вариантом визуализации.

У некоторых пациентов контрастные вещества могут вызывать аллергические реакции или, в редких случаях, временную почечную недостаточность. Контрастные вещества не следует вводить внутривенно пациентам с нарушением функции почек, поскольку они могут вызвать дальнейшее снижение функции почек, которое иногда может стать необратимым.

Поскольку дети более чувствительны к ионизирующему излучению и имеют большую ожидаемую продолжительность жизни, у них более высокий относительный риск развития рака в результате такого излучения по сравнению со взрослыми. Родители могут спросить у лаборанта или врача, адаптированы ли настройки их машины для детей.

Каковы примеры проектов, финансируемых NIBIB, с использованием компьютерной томографии?

Визуализация при остром ишемическом инсульте: инсульт, который может сопровождаться длительными неврологическими повреждениями, также является основной причиной смерти во всем мире. Чтобы смягчить повреждение головного мозга, пациенты могут пройти эндоваскулярное лечение, при котором тромб, блокирующий кровоснабжение, либо удаляется, либо растворяется. Тем не менее, выявление пациентов, которым будет полезна эндоваскулярная терапия, например пациентов с небольшим объемом необратимо поврежденной ткани головного мозга, остается сложной задачей, а время является критически важным фактором для успешного клинического результата.

Пациент внутри аппарата КТ. Авторы и права: iStock

Исследователи, финансируемые NIBIB, разработали метод реконструкции изображений для более эффективной сортировки пациентов с симптомами инсульта. Этот метод на основе КТ можно использовать для исключения кровоизлияния; найти место тромба; и определить степень повреждения ткани головного мозга. Такой метод мог бы значительно сократить время от диагностики инсульта до начала эндоваскулярной терапии, а также мог бы направлять эндоваскулярное лечение. После оценки на животных моделях исследователи планируют проверить этот метод визуализации КТ в исследованиях на людях.

Учет металлических имплантатов при компьютерной томографии: Металлические объекты, такие как имплантаты и протезы, могут создавать «артефакты», которые могут проявляться в виде полос или теней на компьютерной томографии. Эти артефакты могут скрывать анатомические структуры или влиять на расчеты, необходимые для планирования лучевой терапии. Хотя существуют методы уменьшения таких артефактов, они не устраняют их полностью и даже могут создавать новые. В этом проекте исследователи, финансируемые NIBIB, разработали алгоритм для уменьшения металлических артефактов в КТ-изображениях, не требующий знания материала имплантата. Исследователи планируют оптимизировать свой алгоритм, а затем оценить свою технику как потенциальный метод улучшения планирования лучевой терапии рака предстательной железы у пациентов с протезами тазобедренного сустава.

Использование КТ-изображений для лечения COVID-19 и других заболеваний. Искусственный интеллект все чаще используется в медицинской визуализации, такой как КТ, для улучшения диагностики и принятия решений о лечении. Используя медицинские изображения и результаты лечения пациентов, клиницисты могут «обучать» технологии машинного обучения распознавать закономерности и прогнозировать реакцию. Во время пандемии COVID-19 NIBIB создал совместную инициативу по визуализации под названием Центр ресурсов медицинской визуализации и данных (MIDRC). В рамках этой инициативы были собраны и проанализированы тысячи изображений КТ пациентов с COVID-19.за разработку инструментов искусственного интеллекта и машинного обучения для лечения и мониторинга заболевания. Эти наборы данных способствуют разработке алгоритмов обнаружения, прогнозирования и оптимизации терапии у пациентов с острым COVID-19 и могут способствовать пониманию постострых последствий инфекции SARS-CoV-2 (PASC, также известной как «Долгий COVID»). Кроме того, эта инициатива прокладывает путь к новым инструментам, которые используют визуализацию для других заболеваний, таких как рак, заболевания печени или другие инфекционные заболевания.

Для получения дополнительной информации о компьютерной томографии посмотрите наше видео здесь.

Обновлено в июне 2022 г.

Миниатюра

ct-abdomen-thumbnail.jpg

Рентгеновская компьютерная томография (КТ)

Ричард Кетчем, Техасский университет в Остине

Что такое рентгеновская компьютерная томография (КТ)

Рентгеновская компьютерная томография (КТ) — это неразрушающий метод визуализации внутренних элементов твердых объектов и получения цифровой информации об их трехмерной геометрии и свойствах.

3D-реконструкция черепа герреразавра с разрезом, показывающим черепную коробку. Длина образца 32 см. Детали

КТ-изображение обычно называют срезом , поскольку оно соответствует тому, как выглядел бы сканируемый объект, если бы его разрезали вдоль плоскости. Еще лучшая аналогия — ломтик буханки хлеба, потому что так же, как ломтик хлеба имеет толщину, КТ-ломтик соответствует определенной толщине сканируемого объекта. Таким образом, в то время как типичное цифровое изображение состоит из пикселей (элементов изображения), изображение среза КТ состоит из 9 пикселей.0026 вокселей (элементы объема). Продвинув аналогию еще на один шаг вперед, точно так же, как буханку хлеба можно восстановить, сложив все его ломтики, полное объемное представление объекта получается путем получения непрерывного набора ломтиков CT.

Уровни серого на изображении среза КТ соответствуют ослаблению рентгеновского излучения, которое отражает долю рентгеновского излучения, рассеянного или поглощенного при прохождении через каждый воксель. Ослабление рентгеновского излучения в первую очередь зависит от энергии рентгеновского излучения, а также от плотности и состава отображаемого материала.

Основы рентгеновской компьютерной томографии (КТ)

Томографическая визуализация состоит из направления рентгеновских лучей на объект с разных сторон и измерения уменьшения интенсивности вдоль ряда линейных путей. Это уменьшение характеризуется законом Бера, который описывает снижение интенсивности как функцию энергии рентгеновского излучения, длины пути и линейного коэффициента затухания материала. Затем используется специальный алгоритм для восстановления распределения ослабления рентгеновского излучения в отображаемом объеме.

Показать больше о законе Бера

Скрыть

Простейшая форма закона Бера для монохроматического рентгеновского луча, проходящего через однородный материал:

где I ₀ и I — начальный и конечный X -интенсивность излучения, µ — линейный коэффициент затухания материала (единицы 1/длина), а x — длина пути рентгеновского излучения. Если имеется несколько материалов, уравнение принимает вид:

, где каждое приращение i отражает одиночный материал с коэффициентом затухания µ _i с линейной протяженностью x _i . В хорошо откалиброванной системе, использующей источник монохроматического рентгеновского излучения (например, синхротрон или излучатель гамма-излучения), это уравнение можно решить напрямую. Если используется полихроматический источник рентгеновского излучения, чтобы принять во внимание тот факт, что коэффициент ослабления сильно зависит от энергии рентгеновского излучения, полное решение потребует решения уравнения в диапазоне энергии рентгеновского излучения ( E ) Используемый спектр:

Однако такой расчет обычно проблематичен, так как большинство стратегий реконструкции определяют одно значение µ в каждой пространственной позиции. В таких случаях µ принимается как эффективный линейный коэффициент затухания, а не как абсолютная величина. Это усложняет абсолютную калибровку, поскольку эффективное затухание зависит как от спектра рентгеновского излучения, так и от свойств сканируемого объекта. Это также приводит к артефактам усиления луча: изменениям уровней серого изображения, вызванным предпочтительным ослаблением низкоэнергетического рентгеновского излучения.

Подробнее о линейных коэффициентах ослабления

Скрыть

Доминирующими физическими процессами, ответственными за ослабление рентгеновского излучения для большинства лабораторных источников рентгеновского излучения, являются фотоэлектрическое поглощение и комптоновское рассеяние. Фотоэлектрическое поглощение происходит, когда полная энергия входящего рентгеновского фотона передается внутреннему электрону, вызывая выброс электрона. При комптоновском рассеянии падающий фотон взаимодействует с внешним электроном, выбрасывая электрон и теряя лишь часть собственной энергии, после чего отклоняется в другом направлении.

В целом для геологических материалов фотоэлектрический эффект является доминирующим механизмом ослабления при низких энергиях рентгеновского излучения, примерно до 100-150 кэВ, после чего преобладает комптоновское рассеяние. Практическое значение этого перехода состоит в том, что фотоэффект пропорционален атомному номеру Z ^4-5 , тогда как комптоновское рассеяние пропорционально только Z , или, в первом порядке, массовой плотности. В результате низкоэнергетические рентгеновские лучи более чувствительны к различиям в составе, чем высокоэнергетические, но и затухают гораздо быстрее, что ограничивает толщину материала высокой плотности, через который можно проникнуть и получить изображение с их помощью.

На рисунке справа показаны линейные коэффициенты затухания в зависимости от энергии для четырех минералов: кварца, ортоклаза, кальцита и альмандинового граната. Кварц и ортоклаз очень близки по массовой плотности (2,65 г/см ³ против 2,59 г/см ³ ), но при низких энергиях их коэффициенты затухания различаются из-за присутствия в полевом шпате относительно высоко- Z калия. . С ростом энергии рентгеновского излучения их коэффициенты ослабления сходятся, и примерно при 125 кэВ они пересекаются; выше ~ 125 кэВ кварц немного сильнее затухает из-за его более высокой плотности. Таким образом, эти два минерала можно различить на изображениях КТ, если используемая средняя энергия рентгеновского излучения достаточно низкая, но при более высоких энергиях они почти неразличимы. Кальцит, хотя и немного более плотный (2,71 г/см ³ ), чем кварц и ортоклаз, обладает значительно большим ослаблением при низкой энергии благодаря присутствию кальция. Здесь расхождение с кварцем сохраняется до немного более высоких энергий, что указывает на то, что их можно будет различить даже при сканировании с более высокими энергиями. Фазы с высокой плотностью и высоким Z, такие как альмандин, при всех энергиях отличимы от других исследованных здесь породообразующих минералов.

Подробнее о КТ-реконструкции

Скрыть

Существует ряд методов, с помощью которых данные ослабления рентгеновского излучения могут быть преобразованы в изображение, некоторые из которых являются собственностью компании. Наиболее распространенный подход называется «отфильтрованное обратное проецирование», при котором линейные данные, полученные при каждой угловой ориентации, свертываются с помощью специально разработанного фильтра, а затем обратно проецируются на поле пикселей под тем же углом.

Этот принцип иллюстрируется изображением справа и анимацией, которую можно просмотреть, нажав на ссылку ниже. Ручной образец гранат-биотит-кианитового сланца (вверху слева) вращается, и его средняя часть отображается с помощью плоского веерного луча (синий). Ослабление рентгеновских лучей образцом при его вращении показано в правом верхнем углу; чем больше затухание на пути луча, ведущем от точечного источника (внизу) к линейному детектору (вверху), тем меньше рентгеновских лучей достигает детектора. Данные, собранные под каждым углом, собраны в правом нижнем углу. На этом изображении горизонтальная ось соответствует каналу детектора, вертикальная ось соответствует углу поворота (или времени), а яркость соответствует степени ослабления рентгеновского излучения. Полученное изображение называется синограмма , так как любая точка исходного объекта соответствует синусоиде. После завершения сбора данных начинается реконструкция. Каждая строка синограммы сначала сворачивается с помощью фильтра и проецируется на пиксельную матрицу (внизу справа) под углом, под которым она была получена. Как только все углы обработаны, изображение готово.
Анимация КТ-реконструкции (ЛИЧНОЕ ДОПОЛНЕНИЕ 9,1 МБ, 30 марта 2007 г.)

Аппаратура для рентгеновской компьютерной томографии (КТ) — как это работает?

Элементами рентгеновской томографии являются источник рентгеновского излучения, ряд детекторов, измеряющих ослабление интенсивности рентгеновского излучения на нескольких путях луча, и геометрия вращения по отношению к изображаемому объекту. Различные конфигурации этих компонентов могут использоваться для создания КТ-сканеров, оптимизированных для визуализации объектов различных размеров и составов.

В подавляющем большинстве систем КТ используются рентгеновские трубки, хотя для томографии также можно использовать синхротрон или гамма-излучатель в качестве источника монохроматического рентгеновского излучения. Важными характеристиками трубки являются материал мишени и пиковая энергия рентгеновского излучения, которые определяют генерируемый спектр рентгеновского излучения; ток, определяющий интенсивность рентгеновского излучения; и размер фокусного пятна, влияющий на пространственное разрешение.

В большинстве рентгеновских детекторов КТ используются сцинтилляторы. Важными параметрами являются материал сцинтиллятора, размер и геометрия, а также средства обнаружения и подсчета сцинтилляционных событий. Как правило, детекторы меньшего размера обеспечивают лучшее разрешение изображения, но снижают скорость счета из-за меньшей площади по сравнению с детекторами большего размера. Чтобы компенсировать это, используется более длительное время сбора данных для снижения уровня шума. Обычными сцинтилляционными материалами являются йодид цезия, оксисульфид гадолиния и метавольфрамат натрия.

Показать больше о конфигурациях сбора данных КТ

Скрыть

На схеме справа показаны некоторые из наиболее распространенных конфигураций компьютерных томографов. При плоскостном сканировании рентгеновские лучи коллимируются и измеряются с помощью матрицы линейных детекторов. Обычно толщина среза определяется апертурой линейного массива. Коллимация необходима для уменьшения влияния рассеяния рентгеновских лучей, что приводит к дополнительным ложным рентгеновским лучам, достигающим детектора из мест, расположенных не на пути источник-детектор. Линейные массивы обычно можно настроить так, чтобы они были более эффективными, чем планарные, но у них есть недостаток, заключающийся в том, что они собирают данные только для одного изображения среза за раз.

При конусно-лучевом сканировании линейная матрица заменяется планарным детектором, и луч больше не коллимируется. Данные для всего объекта или его значительной толщины могут быть получены за одно вращение. Данные реконструируются в изображения с использованием алгоритма конусного луча. Как правило, данные конического луча подвержены некоторому размытию и искажению по мере удаления от центральной плоскости, что соответствует получению одного среза. Они также более подвержены артефактам, возникающим из-за рассеяния, если используются высокоэнергетические рентгеновские лучи. Однако преимущество получения данных для сотен или тысяч срезов за один раз является значительным, поскольку для каждого положения поворотного стола может быть потрачено больше времени на сбор данных, что снижает шум изображения.

Параллельное сканирование выполняется с использованием специально сконфигурированной линии синхротронного луча в качестве источника рентгеновского излучения. В этом случае получаются объемные данные и нет искажений. Однако размер объекта ограничен шириной рентгеновского луча; в зависимости от конфигурации линии луча могут отображаться объекты диаметром до 6 см. Синхротронное излучение обычно имеет очень высокую интенсивность, что позволяет быстро получать данные, но рентгеновские лучи, как правило, имеют низкую энергию (< 35 кэВ), что может помешать визуализации образцов с обширными материалами с высоким Z.

Другими вариантами являются получение нескольких срезов, в котором используется планарный детектор, но данные обрабатываются с помощью алгоритма реконструкции веерного луча, и спиральное сканирование, при котором высота образца изменяется во время сбора данных, что потенциально уменьшает артефакты конического луча.

Приложения

Данные КТ применяются практически во всех геологических дисциплинах, и постоянно открываются новые приложения. Успешные заявки на сегодняшний день включают:

Показать заголовок

Скрыть

3D-рендеринг метеорита PAT91501-50, показывающий дифференцированные частицы троилита/силиката (желтые и пурпурные) и пузырьки паровой фазы. Текстура указывает на плавление с последующим внезапным гашением в сильном гравитационном поле. Образец шириной ~15 см. Детали

• Трехмерное измерение размера и пространственного распределения кристаллов, обломков, везикул и т. д.
• Неразрушающее объемное исследование редких образцов (ископаемых, метеоритов и др.)
• Трехмерное измерение полей потока жидкости, включая пористость, микропористость, степень трещиноватости и шероховатость
• Определение трехмерной ткани (слоения, предпочтительные ориентации формы, свойства сети)
• Проверка и измерение морфологии ископаемых и современных биологических образцов
• Обнаружение и исследование хозяйственно-примесных фаз высокой плотности
• Рекогносцировочное изображение образцов для оптимальной геохимической эксплуатации (например, определение местоположения центральных сечений кристаллов, осей спирали, твердых и флюидных включений).

Преимущества и ограничения рентгеновской компьютерной томографии (КТ)?

Сильные стороны

• Полностью неразрушающая трехмерная визуализация
• Незначительная подготовка проб или ее отсутствие
• Реконструкция, как правило, консервативна по затуханию, что позволяет извлекать детали на уровне субвокселей.

Ограничения

• Разрешение ограничено примерно в 1000-2000 раз больше диаметра поперечного сечения объекта; высокое разрешение требует мелких объектов
• Конечное разрешение вызывает некоторое размытие границ материала
• Калибровка уровней серого по коэффициентам затухания, осложненным полихроматическим рентгеновским излучением
• Крупные (дм масштаба) геологические образцы не могут быть пронизаны низкоэнергетическим рентгеновским излучением, что снижает разрешающую способность
• Не все особенности имеют достаточно большие контрасты затухания для полезной визуализации (карбонатные окаменелости в карбонатной матрице; кварц против плагиоклаза)
• Артефакты изображения (усиление луча) могут усложнить получение и интерпретацию данных
• Большие объемы данных (гигабайты+) могут потребовать значительных компьютерных ресурсов для визуализации и анализа

Руководство пользователя.

Сбор и подготовка проб

не двигается во время сканирования. Поскольку полное поле сканирования для КТ представляет собой цилиндр (т. е. набор круглых полей зрения), наиболее эффективной геометрией для сканирования также является цилиндр. Таким образом, когда это возможно, часто бывает выгодно, чтобы объект имел цилиндрическую геометрию, либо с помощью колонкового бура для получения цилиндрического образца, либо путем упаковки объекта в цилиндрический контейнер либо с рентгенопрозрачным наполнителем, либо с материалом. с аналогичными характеристиками затухания.

Сбор данных, результаты и презентация

Данные КТ обычно представляют собой последовательность файлов изображений, которые можно визуализировать и анализировать с помощью широкого спектра инструментов обработки 2D- и 3D-изображений. Значения данных уровня серого на КТ-изображениях обычно называются числами КТ. Однако числа КТ обычно варьируются от сканера к сканеру и даже от сканирования к скану.

Двумя стандартными режимами 3D-визуализации являются объемная визуализация и изоповерхность. Рендеринг объема состоит из сопоставления каждого значения CT с цветом и непрозрачностью. Таким образом, некоторые фазы можно сделать прозрачными, что позволит выявить внутренние особенности. Изоповерхность включает в себя определение трехмерных контурных поверхностей, которые очерчивают границы между номерами CT, подобно тому, как контурные линии разделяют значения высот на топографической карте.

Поскольку наборы данных КТ обычно содержат сотни изображений и тысячи мегабайт, они не поддаются традиционной публикации. Однако данные и визуализации компьютерной томографии все чаще передаются через всемирную паутину. Примером может служить веб-сайт Библиотеки цифровой морфологии (подробнее).

Литература

Следующая литература может использоваться для дальнейшего изучения рентгеновской компьютерной томографии (КТ)

• ASTM, 1992, Стандартное руководство по компьютерной томографии (КТ), обозначение ASTM E 1441-92а.