Існує два способи збору даних в комп'ютерній томографії: покрокове і спіральне сканування.
Найпростішим способом збору даних є покрокова КТ. У цьому способі можна виділити дві основні стадії: накопичення даних і позиціонування пацієнта (рис. 9) [60]. На стадії накопичення даних або менш) пацієнт залишається нерухомим і рентгенівська трубка обертається щодо пацієнта для накопичення повного набору проекцій в попередньо визначеному місці сканування. На стадії позиціонування пацієнта (більш 1е) дані не накопичуються, а пацієнт переміщається в положення, в якому здійснюється наступний етап збору даних. Зображення реконструюють по повному набору даних.
Мал. 9. Схема обстеження при покроковому скануванні: 1 - збір даних, 2-рух столу, 3 - команда затримки дихання, 4 - збір даних, 5 - команда нормального дихання, 6 - рух столу, 7 - реконструкція зображення
На практиці застосовуються дві конфігурації покрокового сканування.
1. Обертальний пучок променів використовується для опромінення безлічі багатоканальних детекторів. І джерело, і детектори закріплені на коромислі, безперервно обертається навколо пацієнта більш ніж на 360 °.
2. Безліч детекторів встановлено на нерухомому кільці. Усередині або поза цим кільця знаходиться рентгенівська трубка, яка безперервно обертається навколо пацієнта.
Рух пацієнта під час збору даних при різних положеннях трубки викликає артефакти зображень, що обмежує області діагностичного застосування.
Більш складним є гвинтове (спіральне) сканування, яке стало можливим завдяки появі конструкції гентрі з кільцем ковзання, що дозволяє трубці і детекторів обертатися безперервно. Першою ідею спірального сканування запатентувала японська фірма "Toshiba" в 1986 р У 1989 р група вчених під керівництвом T. Katakura виконала першу клінічне дослідження на спіральному КТ.
Гідність спіральної КТ полягає в безперервному накопиченні даних, що здійснюється одночасно з переміщенням пацієнта через раму (рис. 10). Зсув пацієнта, що спостерігається за один оборот рами, з
тветствует швидкості руху столу. Оскільки дані накопичуються безперервно, робочий цикл в спіральної КТ близький до 100%, а відображення зображуваного обсягу відбувається швидше. Зазвичай при реконструкції зображень в спіральної КТ використовуються алгоритми інтерполяції, які дозволяють виділити із загального набору дані, необхідні для побудови зображення окремого зрізу при кожному положенні столу. Розрізняють два алгоритму реконструкції: 360 ° -ні і 180 ° -ні лінійні інтерполяції [36].
Мал. 10. Схема спірального сканування
В алгоритмі 360 ° -ної інтерполяції використовується 360 ° -ва періодичність збору даних, оскільки дані, отримані при повороті на 360 °, будуть ідентичні за умови відсутності руху пацієнта, при постійних шуми і інші помилки. Цей алгоритм використовує два набору даних, отриманих при повороті на 360 °, для оцінки одного набору проекцій в заданому положенні.
В алгоритмі 180 ° -ної інтерполяції (або алгоритмі екстраполяції) використовується 180 ° -ва періодичність збору даних, при цьому вважається, що два виміри уздовж однієї і тієї ж доріжки, але в протилежних напрямках (поворот на 180 °) однакові при нерухомості пацієнта, відсутності зміни шумів і інших помилок. Для отримання зображення кожного зрізу використовуються два набори даних
- більш високу просторову роздільну здатність по осі 2;
- більш високу швидкість дослідження;
- отримання зображення більшого обсягу при заданих параметрах;
- раціональний витрата ресурсу трубки.
Використання декількох (К) рядів детекторів дозволяє розділити вихідний рентгенівський пучок на N пучків (апертура кожного ряду детекторів дорівнює 1 / К повної колімації пучка). У багатозрізової КТ-системі дозвіл по осі 2 (товщину зрізу) визначається системою колімації детекторів (рис. 11). У багатозрізової томографії пучок променів не тільки
розширюється в площині рами, а й відхиляється від неї. Ця геометрія називається конусним пучком і призводить до спеціальних алгоритмів реконструкції. Оскільки сканер має відносно невелику кількість рядів детекторів і відповідно відносно малу конусність променя, для реконструкції зображення можна використовувати алгоритми, розроблені для пучка паралельних променів.
Товщина зрізу при багатошаровому скануванні вибирається комбінацією суміжних рядів детекторів за допомогою колімуючих системи [7]. У випадку, показаному на рис. 11, можливий збір даних одночасно для чотирьох зрізів товщиною 5; 2,5; 1 мм або двох зрізів товщиною 0,5 мм. Слід зазначити, що можна реконструювати зріз з товщиною більшою, ніж встановлена в процесі сканування, але не навпаки.
Мал. 11. багатозрізової сканування
У 16-зрізовий томографах всі виробники використовували гібридну матрицю, що дозволяє отримувати зображення з товщиною зрізу від 0,6 мм. Моделі відрізняються розміром детектора і загальною шириною матриці, а кожен виробник стверджує, що розробив оптимальну конструкцію. Оптимальність конструкції залежить від усіх врахованих параметрів (раз-
рішення по осі 2. досліджуваного обсягу, дози опромінення) і є результатом компромісного рішення. Це стає очевидним в кардіоісследованіях. де пред'являються найвищі вимоги.
Мал. 12. Розташування детекторів в 4-зрізовому (а) і 16-зрізовому (б) КТ-сканері
При спіральному скануванні необхідно вказати крок спіралі p або пітч (pitch). Чисельно питч дорівнює відношенню величини переміщення s, мм, столу за час повного повороту рами до товщини D, мм, окремого зрізу, що дозволяє оцінити число суміжних зрізів, одержуваних при переміщенні столу за один поворот рами:
У багатошаровій спіральній КТ для зменшення надлишкових вимірювань і поліпшення ефективності 7-вибірки повного набору даних важливо правильно вибрати пітч, оскільки дані уздовж обраної траєкторії можуть бути неодноразово виміряні різними рядами детекторів.
В одношаровому спіральному скануванні промінь описує навколо пацієнта спіраль, кожна точка якої представляє набір проекцій променя. Як сказано вище, дані про проекції представлені з періодичністю 180 °, таким чином два виміри уздовж однієї доріжки в протилежних напрямках будуть ідентичні при постійних зовнішніх факторах. Для оцінки ефективності використання цієї періодичності перегруппіруем результати вимірювань. Крок по осі 2 при 360 ° -ної інтерполяції дорівнює я або pD, в той час як при 180 ° -ної інтерполяції він дорівнює я / 2 або
(P / 2) D. Це пояснює, чому 180 про -ва інтерполяція дає краще якост
ство зображення, ніж 360 ° -ва інтерполяція. Крім того, зміна швидкості переміщення столу призведе до витягування або стиску обох спіралей, але не змінить однорідності їх структур.
При багатошаровому спіральному скануванні для кожного ряду детекторів буде створений набір проекцій. Пітч вибирається таким, щоб додаткова проекція одного ряду не накладалася на вихідну або додаткову проекцію іншого ряду.
Багатошарова спіральна реконструкція складається з наступних кроків:
1) оцінки набору даних для заданого положення зрізу;
2) реконструкції зрізу за отриманими даними з використанням алгоритму покрокової реконструкції.
Оцінка отриманих уздовж обраної траєкторії даних обчислюється середньозваженої інтерполяцією сигналів від всіх рядів детекторів, що знаходяться на цій траєкторії, при нехтує малому зсуві положення зрізу, викликаному переміщенням столу. Вплив коефіцієнта усереднення тим більше, чим ближче Z-координата вимірювання до положення зрізу.
Для ефективної реалізації алгоритму важливо знати, яка частина даних, отриманих від кожного ряду детекторів, використовується для реконструкції конкретного зрізу. Для обраного числа рядів детекторів і заданого діапазону Пітч можуть бути розроблені спеціальні алгоритми спіральної інтерполяції, ефективно реалізовані і правильно обробні набір надлишкових даних.
Реконструкція зображень з різною товщиною зрізу привела до появи нового алгоритму спіральної реконструкції, названого алгоритмом Z-фільтрації або алгоритмом реконструкції зі змінною товщиною зрізу. Він містить параметри дозволу реконструюється зображення по осі Z для контролю товщини зрізу і усунення шумів і артефактів. Даний алгоритм заснований на формуванні зрізу, що складається з окремих зрізів, реконструйованих за допомогою алгоритму лінійної інтерполяції. Він дозволяє створювати для окремо взятого КТ-дослідження набори зображень, що представляють зрізи з різною товщиною, різним рівнем шуму і артефактами. Товщина зрізу визначаючи-ється конкретними прикладними завданнями.
Сучасні багатозрізові КТ-сканери мають до 64 рядів детекторів і забезпечують високу изотропное дозвіл зображень, що підвищує інформаційну складову проведеного дослідження. Наприклад, томограф Somatom Sensation 64-slice ( "Siemens") дозволяє проводити дослідження з ізотропним дозволом 0,24 мм. При цьому час одного обороту трубки становить 0,33 с, а швидкість руху столу - 87 мм / с. Подібна система Brilliance-64 виробництва фірми "Philips", уможливлює отримання 64 зрізів товщиною 0,625 мм. При цьому изотропное дозвіл складає 0,34 мм, а один оборот трубки займає 0,4 с. Фірма "Toshiba" також випустила 64-зрізовий сканер Aquilion64, що дозволяє проводити дослідження з мінімальною товщиною зрізу 0,5 мм і тривалістю ськана 0,4 с. Подібні системи уможливлюють проведення досліджень з високою роздільною здатністю і найбільш часто використовуються в кардіології, пульмонології, дослідженнях судинної системи. Для порівняння, спіральний томограф Tomoscan-M ( "Philips") допускає сканування з товщиною зрізу не менше 2 мм, а один оборот трубки займає близько 2 с.