Исследование и разработка рентгеновских компьютерных томографических комплексов

• Автор: Симонов, Евгений Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Снежинск
• Количество страниц: 337 с. : ил.

# Глава 1. Анализ томографических методов исследования

'* 1.1. История вопроса

1.2. Отличительные особенности томографического исследования от традиционных методов рентгеновской диагностики

1.3. Метод восстановления изображения по проекциям

1.4. Анализ технических характеристик рентгеновских компьютерных томографов. Мировой уровень состояния в томографическом приборостроении

1.5. Классификация томографических методов исследования

* 1.6. Выводы к главе

Глава 2. Анализ физико-математических и технических проблем рентгеновской компьютерной томографии

Ф 2.1. Закон поглощения рентгеновского излучения

2.2. Эффект “ужесточения” спектра рентгеновского излучения

после прохождения через исследуемый объект

2.3. Анализ уравнения переноса рентгеновского излучения
к 2.4. Физические проблемы, связанные с получением проекционных данных в рентгеновской компьютерной томографии
2.4.1. Статистика рентгеновских фотонов
2.4.2. Нелинейность, вызванная изменением энергетического
спектра рентгеновского излучения и рассеянным излучением

2.4.3. Эффект частично заполненного объема
1 2.4.4. Квантовый шум регистрации рентгеновского излучения и
• артефакты, обусловленные движением объекта исследования
2.4.5. Схемы сканирования
2.4.6. Ограничения применения рентгеновского излучения для
томографии человека
2.5. Математические проблемы получения томографического
изображения
к 2.5.1. Преобразование Радона и формулы обращения
2.5.2. Уравнение компьютерной томографии и некорректность
его решения

2.5.3. Регуляризация уравнения компьютерной томографии
2.6. Анализ технических задач проектирования рентгеновских
компьютерных томографов
2.6.1. Общие требования к рентгено-оптическому тракту томографа
2.6.2. Общие требования к погрешности проекционных данных и
алгоритмам реконструкции изображения
2.6.3. Общие требования к системам томографа
2.7. Выводы к главе
Глава 3. Основы проектирования рентгеновских компьютерных томографических комплексов
3.1. Выбор основных геометрических параметров сканирования
0 3.2. Обоснование параметров рентгено-оптического тракта томографа
3.2.1. Параметры томографической рентгеновской трубки
3.2.2. Коллиматор рентгеновского излучения
® 3.2.3. Детекторы рентгеновского излучения
3.2.3.1. Особенности детектирования рентгеновского излучения в
компьютерной томографии
3.2.3.2. Физико-технические требования к детекторам
* 3.3. Вопросы проектирования механических узлов томогра-

3.4. Методы и средства предварительной обработки информации с детектирующего блока
3.4.1. Электронная многоканальная система регистрации проекционных данных
3.4.2. Предварительная обработка проекционных данных
'• 3.5. Алгоритмы реконструкции изображения по проекционным
ф данным
3.5.1. Классификация алгоритмов реконструкции изображения
3.5.2. Особенности аналитического метода реконструкции изображения с использованием обратного проецирования с фильтрацией сверткой
3.5.3. Модифицированный метод реконструкции изображения
для случая веерных рентгеновских лучей
3.6. Требования к скорости вычислительных процессов рекон-
* струкции изображения
3.7. Вычислительные средства и программное обеспечение
рентгеновского компьютерного томографа

3.8. Система управления рентгеновского компьютерного томографа
3.9. Выводы к главе
Глава 4. Вопросы точности томографического процесса
4.1. Детерминированные и случайные факторы, влияющие на
качество томографического изображения
4.2. Интегральные оценки качества томографического изображения
4.3. Артефакты томографического изображения
4.4. Методы анализа влияния детерминированных факторов на
качество томографического изображения
4.4.1. Импульсная и передаточная функции
4.4.2. Диаграмма контраст-деталь-доза
4.4.3. Влияние параметров томографа на передаточные и импульсные функции
4.5. Методы анализа влияния случайных факторов на качество
томографического изображения
4.6. Моделирование процессов в рентгеновской компьютерной
ф томографии
4.7. Выводы к главе
Глава 5. Вопросы разработки первого отечественного рентге-
• новского компьютерного томографа для всего тела человека РКТ
5.1. Анализ технических требований к томографу РКТ
5.2. Структура построения и принципы взаимодействия систем
томографа РКТ
5.3. Обоснование геометрических и физических параметров
рентгено-оптического тракта томографа РКТ
5.4. Измерительно-информационная схема томографа РКТ-

5.5. Система настройки и калибровки томографа РКТ-01
5.5.1. Методы и способы настройки рентгено-оптического тракта
5.5.2. Определение значения эффективной энергии источника
рентгеновского излучения
5.5.3. Определение корректирующих коэффициентов полиэнергетичности рентгеновского излучения
5.5.4. Определение характеристик качества изображения томо-
• графа РКТ
5.5. Выводы к главе
Энергия фотонов
Рис. 2.3. Зависимость линейного коэффициента ослабления излучения от энергии фотонов для мягких тканей (Н20) и костных тканей (Са)
В результате фотоэффекта испускается фотоэлектрон и образуется один и более характеристических фотонов. В медицинской томографии максимальная энергия фотоэлектрона составляет 150 кэВ. В воде электрон такой энергии имеет длину пробега всего лишь 0,03 см /60/. Имея такую малую длину свободного пробега электрона в воде, для большинства целей электроны можно рассматривать как локально поглощаемые и дающие вклад в дозу облучения. Однако характеристическое рентгеновское излучение под действием первичных фотонов не всегда можно рассматривать как локально поглощаемое. Это показано в таблице 2.1, где приводятся значения средней длины свободного пробега, энергии на линии а2 и выхода флуоресценции для характеристического рентгеновского излучения К-оболочки /5/.
Таблица 2
Параметры характеристического рентгеновского излучения (К-оболочки)
Элементы, на которых первичные фотоны образуют характеристические рентгеновские лучи Энергия на линии а2, кэВ Выход флуоресценции Средняя длина свободного пробега в воде, см
О 0,5 0,01 <0,001
Са 3,7 0,16 0,01
Заметим, что под выходом флуоресценции понимается вероятность того, что при фотоэлектрическом поглощении первичных у-квантов будет испущен фотон, а не электрон.