Основи комп’ютерної томографії. Створення веб-сторінки, присвяченій пінгвінам

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара

Факультет фізики, електроніки та комп'ютерних систем

Кафедра експериментальної фізики та фізики металів

ЗВІТ З НАВЧАЛЬНОЇ ТА ОБЧИСЛЮВАЛЬНОЇ ПРАКТИКИ

Студента Сагайдака Е.П

Керівник доц., канд. біол. Наук Боцьва Н.П

2013



Зміст

Вступ

1. Історія виникнення комп'ютерної томографії

1.1 Створення дерло програмованих томографів

1.2 Розвиток програмування та Будови

2. Фізико-технічні основи комп'ютерної томографії

2.1 Конфігурація комп'ютерного томографа

2.2 Режим сканування

2.3 Отримання комп'ютерної томограми

3. Застосування

3.1 Область використання

3.2 Переваги та недоліки

4. Дозиметричні параметри

4.1 Опис основних параметрів

Результати та висновки

Список літератури

Додатки



ВСТУП

Світові тенденції в галузі медичного приладобудування в останні роки зазнали значних змін. В основному це викликано необхідністю підвищення якості діагностики, що приводить як до створення нових високоінформативних діагностичних приладів, так і до вдосконалення традиційних технологій.

Сучасний рівень медичної техніки дозволяє виявити структурні та функціональні зміни одного і того ж органу за допомогою пристроїв, що мають різний принцип дії, при цьому достовірність отриманих даних буде порівнянна.

На даному етапі одним найбільш інформативним методом є томографія, що дає набагато більше інформації про кожному елементарному обсязі досліджуваного об'єкта, ніж інші відомі методи діагностики. Термін «томографія» стався від двох грецьких слів: - перетин і - пишу і означає пошарове дослідження структури різних об'єктів. Існує кілька видів томографії: рентгенівська, електронно-променева, магнітно-резонансна, позитронно-емісійна, ультразвукова, оптична когерентна томографія та ін..

Але суть всіх видів томографії єдина: за сумарною інформації (наприклад, інтенсивності на детекторах або інтенсивності луна-сигналу), отриманої від деякого перерізу речовини, потрібно визначити локальну інформацію, а саме щільність речовини в кожній точці перетину. Інформативність і достовірність кожного з них залежить від цілого ряду факторів, що визначають кінцевий результат дослідження, в тому числі і від принципу дії пристрою.



1. ІСТОРІЯ ВИНИКНЕННЯ КОМП'ЮТЕРНОЇ ТОМОГРАФІЇ

1.1 Створення перших програмованих томографів

Перші математичні алгоритми для КТ були розроблені в 1917 р. австрійським математиком І. Радон. Фізичною основою методу є експонентний закон послаблення випромінювання, який справедливий для чисто поглинаючих середовищ [1].

У 1963 р. американський фізик А. Кормак повторно (але відмінним від Радону способом) вирішив завдання томографічного відновлення, а в 1969 році англійський інженер-фізик Г. Хаунсфілд з фірми EMI Ltd. сконструював «ЕМІ-сканер» (EMI-scanner) - перший комп'ютерний рентгенівський томограф, чиї клінічні випробування пройшли в 1972 році. У 1979 році Кормак і Хаунсфілд «за розробку комп'ютерної томографії» були удостоєні Нобелівської премії з фізіології і медицині.

Перша цілком якісна томограма головного мозку людини отримана в 1972 році (рис. 1.1) [2].

Рис. 1.1 - Перший КТ сканер і перша томограма головного мозку

Конструкція комп'ютерного томографа за роки його існування зазнала значних змін.



1.2 Розвиток програмування та будови

У томографах першого покоління, що з'явилися в 1973 р., була одна спрямована рентгенівська трубка і один детектор, які синхронно пересувалися уздовж рами. Виміри проводилися в 160 положеннях трубки, потім рама поверталася на кут 10^о і вимірювання повторювалися. Самі вимірювання тривали близько 4,5 хвилин, а обробка отриманих даних і реконструкція зображення на спеціальному комп'ютері займали 2,5 години.

Томографи другого покоління мали вже кілька детекторів, що працюють одночасно, а трубка випромінює не гостро направлених, а віяловий пучок. Кут повороту трубки збільшився до 30^о. Загальний час вимірювань становило 20 секунд.

У томографах 3 покоління трубка випромінювала широкий віяловий пучок променів, спрямований на безліч детекторів (близько 700), розташованих по дузі. Удосконалена конструкція зробила можливим безперервне обертання трубки і детекторів на 360⁰. Час, необхідний для отримання одного зображення до 10 секунд.

У томографах 4 покоління малося суцільне нерухоме кільце детекторів (1088 люмінесцентних датчиків) і випромінює віяловий пучок променів рентгенівська трубка, що обертається навколо пацієнта всередині кільця. Час сканування для кожної проекції скоротилося до 0,7 секунд, а якість зображення покращився.

У даних томографах необхідно враховувати вплив ефекту розсіяння при перенесенні випромінювання, яке в залежності від використовуваної енергії джерела може бути релєєвського або комптонівське.

Електронно-променеві томографи - томографи 5 покоління. У них потік електронів створюється нерухомою електронно-променевої гарматою, розташованої за томографом.

Проходячи крізь вакуум, потік фокусується і прямує електромагнітними котушками на вольфрамову мішень у вигляді дуги кола (близько 210^о), розташовану під столом пацієнта. Мішені розташовані в чотири ряди, мають велику масу і охолоджуються проточною водою, що вирішує проблеми тепловідведення. Навпаки мішеней розташована нерухома система швидкодіючих твердо тільних детекторів, розташованих у формі дуги 216^о.



2. ФІЗИКО-ТЕХНІЧНІ ОСНОВИ РОБОТИ КОМП'ЮТЕРНОГО ТОМОГРАФА

2.1 Конфігурація комп'ютерного томографа

комп'ютерний томографія програмований сканування

До складу будь-якого КТ - сканера входять наступні основні блоки [2]:

1. Гентрі зі столом пацієнта і блоками управління;

2. Високовольтний генератор;

3. Обчислювальна система;

4. Консоль оператора.

У середині Гентрі (рис. 2.1) розташовані блоки, що забезпечують збір даних.

Рис. 2.1. Гентрі КТ-сканера

1 - трубка і коліматори, 2 - детектори, 3 - контролер трубки, 4 - ВЧ генератор, 5 - вбудований мікрокомп'ютер, 6 - стаціонарний комп'ютер.

Джерелом електронів (катодом) служить вольфрамова нитка, що нагрівається струмом, під дією якого електрони «википають» з його поверхні. Потім вони прискорюються різницею потенціалів у кілька десятків тисяч вольт і фокусуються на анод, зроблений з тугоплавкого матеріалу з високим атомним номером (наприклад, вольфраму). При гальмуванні швидких електронів речовиною анода (взаємодії з його атомами) виникають електромагнітні хвилі в діапазоні довжин хвиль від 10-14 до 10-17 м, так звані рентгенівським випромінюванням. При цьому 99% енергії електронів розсіюється в тепло, і лише 1% звільняється у формі квантів [3].

Сучасні рентгенівські трубки складаються з трьох основних частин: скляного корпусу, що забезпечує вакуум навколо частин трубки, катода і анода. Анод повинен бути зроблений з матеріалу, здатного протистояти високим температурам і має високий атомний номер (молібден, реній, вольфрам). Залежно від способу охолодження анода рентгенівські трубки бувають двох видів: зі стаціонарним або з обертовим анодом.

Основними параметрами детекторів, що використовуються в КТ, є:

- Ефективність - характеристика, що відображає здатність детекторів виявляти фотони (ефективність фіксування характеризує здатність детектора отримувати фотони і залежить від розміру детектора і відстані між ними; ефективність перетворення характеризує відсоток фотонів, що падають на детектор і викликають сигнал в ньому);

- Стабільність - якісна характеристика, що відображає динамічну стійкість детекторів;

- Час відповіді (мкс) - час, що витрачається на виявлення події, відновлення детектора і виявлення наступної події;

- Динамічний діапазон - відношення найбільшого сигналу, здатного бути виміряним, до найменшого сигналу, здатному бути виміряним.

У сучасних томографах внутрішня схема комутації на польових транзисторах дозволяє динамічно вибирати режим роботи детекторів.

Форма пучку рентгенівських променів надається за допомогою спеціальних діафрагм, званих коліматорами. Коліматори джерела розташовані безпосередньо перед джерелом випромінювання (рентгенівська трубка); вони створюють пучок більш паралельних променів і дозволяють знизити дозу впливу на пацієнта. Коліматори детекторів розташовані безпосередньо перед детекторами і служать для зниження випромінювання розсіювання і скорочення артефактів зображень. Ці коліматори служать для визначення товщини зрізу (обмеження області, розглянутої датчиками) і якості профілю зрізу.

Комп'ютер отримує сигнал в аналоговій формі і перетворює його в двійковий код, використовуючи аналогово-цифровий перетворювач. Цифровий сигнал зберігається в перебігу сканування, що дозволяє після його закінчення реконструювати зображення в заданій площині.

2.2 Режими сканування

Існує два способи збору даних в комп'ютерній томографії: покрокове і спіральне сканування.

Найпростішим способом збору даних є покрокова КТ, для якого можна виділити дві основні стадії: накопичення даних і позиціонування пацієнта.

Більш складним є гвинтове (спіральне) сканування, яке стало можливим завдяки появі конструкції гентрі з кільцем ковзання, що дозволяє трубці і детекторам обертатися безперервно.

Гідність спіральної КТ полягає в безперервному накопиченні даних, здійснюваному одночасно з рухом пацієнта через раму (рис. 6). Відстань переміщення пацієнта за оборот рами відповідає швидкості руху столу. Оскільки дані накопичуються безперервно, робочий цикл в спіральній КТ близький до 100%, а відображення зображуваного обсягу відбувається швидше.

Рис. 2.2. Схема спірального сканування



2.3 Отримання комп'ютерної томограми

Отримання комп'ютерної томограми (зрізу) на обраному рівні ґрунтується на виконанні наступних операцій:

1) формування необхідної ширини рентгенівського променя (коллімірованіе);

2) сканування пучком рентгенівського випромінювання, здійснюваного рухом (обертальним і поступальним) навколо нерухомого об'єкта пристрою «випромінювач - детектори»;

3) вимір випромінювання та визначення його ослаблення з подальшим перетворенням результатів в цифрову форму;

4) машинний (комп'ютерний) синтез томограми за сукупністю даних вимірювання, що відносяться до вибраного шару;

5) побудова зображення досліджуваного шару на екрані дисплея [4].

Рис. 2.3. Компьютерная томография верхнечелюстных пазух.

Строго коллімірованний пучок рентгенівського випромінювання проходить тільки через ту площину, яка цікавить лікаря. При цьому реєстрація розсіяного випромінювання зведена до мінімуму, що значно покращує візуалізацію тканин, особливо мало контрастних.



Рис. 2.4 Схема рентгеновской компьютерной томографии.

1 - випромінювач; 2 - круговой ячеистый детектор; 3 - комп'ютер; 4 - система отримання зображения.

Відомо, що при однаковій енергії рентгенівського випромінювання матеріал з більшою відносною молекулярною масою буде поглинати рентгенівське випромінювання більшою мірою, ніж речовина з меншою відносною молекулярною масою. Подібне ослаблення рентгенівського пучка може бути легко зафіксовано. Однак на практиці ми маємо справу з абсолютно неоднорідним об'єктом - тілом людини. Тому часто трапляється, що детектори фіксують кілька рентгенівських пучків однакової інтенсивності в той час, як вони пройшли через абсолютно різні середовища.

У комп'ютерних томографах застосовуються матриці первинного зображення 256х256, 320х320, 512х512 і 1024х1024 елементів. Якість зображення зростає при збільшенні числа детекторів, збільшення кількості реєстрованих проекцій за один оборот трубки і при збільшенні первинної матриці. Збільшення кількості реєстрованих проекцій веде до підвищення променевого навантаження, застосування більшої первинної матриці - до збільшення часу обробки зрізу або необхідності встановлювати додаткові спеціальні процесори відео зображення. За одне сканування отримують два дотичних між собою зрізу товщиною 10 мм кожний. Картина зрізу відновлюється на матриці розміром 160х160.



3. ЗАСТОСУВАННЯ КОМП'ЮТЕРНОЇ ТОМОГРАФІЇ

3.1 Область використання

Комп'ютерна томографія має широке використання в медицині. Дозволяє діагностувати хвороби та інші медичні проблеми на ранніх стадіях, проводити прицільну пункційну біопсію патологічних утворень розміром усього в 1 см.

Лікарі використовують цей метод діагностики для виявлення пухлин на ранніх стадіях, що в свою чергу допомагає призначати лікування для запобігання подальших ускладнень. Дозволяє побачити збільшення стінок артерій, а також визначити ступінь тяжкості внутрішніх пошкоджень.

Комп'ютерну томографію також можна використовувати, щоб дізнатися, як організм реагує на лікування, наприклад, із застосуванням променевої терапії та хіміотерапії.

Для діагностування захворювань кісток, наприклад, остеопорозу, потрібно визначити щільність кісток, що можна ефективно зробити, використовуючи комп'ютерну томографію.

3.2 Переваги та недоліки

Переваги над звичайним рентгeнологіческім дослідженням, а саме:

- він високочутливий, що дає можливість відрізняти тканини або освіти з їх щільності з різницею 0,65%, тоді як звичайною рентгенограмою це вдається зробити лише при різниці 10 - 20%;

- за допомогою комп'ютерної томографії виходить чітке зображення opгaнів і пухлин тільки в тій площині, в якій проводиться дослідження, без накладання сусідніх тканинних структур;

- комп'ютерна томографія дaє можливість отримати точну кількісну інформацію про розміри і цілісності органів і утворень;

- Необхідно зауважити, що комп'ютерна томографія супроводжується опроміненням організмом більшою дозою радіації, ніж при звичайному дослідженні. Удосконалені КТ-апарати мають також приставку для планування променевої терапії: складання карт опромінення і обчислення доз.

Недоліки також присутні не може надійно виявляти наявність малогo локальногo або діффузнoгo патологічного процесу в печінці і селезінці, що обмежує потенційні можливості цього методу при визначенні стадійності лімфом. За допомогою ї томографії важко виявити лімфатичні вузли, що не оточені жирової клітковиною.

На ранніх етапах метастазування єдиним надійним критерієм комп'ютерної томографії для оцінки нормальних або анормальних лімфатичних вузлів є їх розмір, причому мікроскопічні або мінімальні ознаки ураження не діагностуються.



4. ДОЗИМЕТРИЧНІ ПАРАМЕТРИ КОМП'ЮТЕРНОЇ ТОМОГРАФІЇ

4.1 Опис основних параметрів

Слід описати найважливіші параметри, Які характеризують даний метод дослідження. СTDI (Computed Tomography Dose Index, комп'ютерно-томографічний індекс дози) - це інтеграл профілю дози за один оборот рентгенівської трубки, нормалізоване до ширини рентгенівського променя. Служить мірою поглиненої дози опромінення. Одиниця виміру -мілігерц (мГр). Є безпосередньо вимірюваним дозиметричним параметром. DLP (Dose Length Product, твір дози на довжину) - поглинена доза за все КТ-дослідження з урахуванням протяжності області сканування і кількості повторних сканувань (наприклад, дослідження до і після внутрішньовенного введення контрастного препарату, дослідження у одного пацієнта кількох областей, наприклад головного мозку та грудної порожнини). Є розрахунковим значенням від CTDI. Обидва параметра (CTDI і DLP) використовуються для встановлення діагностичних контрольних рівнів доз опромінення для основних видів КТ-досліджень. Систематичне перевищення діагностичних контрольних рівнів вимагає вжиття заходів щодо зниження доз опромінення пацієнтів. Систематичне перевищення діагностичних контрольних рівнів вимагає вжиття заходів щодо зниження доз опромінення пацієнтів (перегляд параметрів протоколу сканування, поглиблені тести контролю якості, технічне обслуговування сканера).

Е - ефективна доза. Служить мірою біологічного ризику опромінення при КТ-дослідженні і дозволяє пряме порівняння з ефективною дозою при інших видах рентгенодіагностичних досліджень. Одиниця виміру - мЗв. Розраховується з DLP з використанням коефіцієнтів перерахунку. Значення параметрів наведені нижчих



Таблиця 4.1 Дозиметричні параметри

Параметр	Пояснення	Значення	Одинця вимірювання	Призначення
CTDI	Компьютерно-томографический индекс дозы	Поглощенная доза облучения (нормализованная к ширине рентгеновского луча)	мГр	Контроль качества компьютерной томографии; нормирование дозы облучения при КТ (диагностические контрольные уровни)
DLP	Произведение дозы на длину	Поглощенная доза за все КТ-исследование	мГрхсм	Нормирование дозы облучения при КТ (диагностические контрольные уровни)
Е	Эффективная доза	Мера биологического риска облучения	мЗв	Оценка биологического риска облучения; сравнение с дозой облучения при других рентгенисследованиях



РЕЗУЛЬТАТИ ТА ВИСНОВКИ

Томографія широко застосовується в медицині, біології, дефектоскопії, геофізики, а також інтенсивно розвивається застосування томографічних методів в хімії при створенні та дослідженні надчистих речовин.

Сучасний спіральний комп'ютерний томограф з тривалістю спіралі до 100 с, просторовим дозволом до 0,32 мм і забезпеченням відмінної діагностичної якості зображення (специфікованого низькоконтрастному і висококонтрастного дозволу). Подвійний ряд датчиків дозволяє за одне сканування отримувати два зрізу, що значно прискорює час дослідження.

Нещодавно з'явилася нова концепція сканування, названа спіральної КТ, значно збільшила ефективність в плані швидкості дослідження обраної анатомічної області



СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Марусина М.Я., Казначеева А.О. Современные виды томографии. Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2006. - 132 с.

2. Computed tomography. Its history and technology. Siemens medical. www.siemensmedical.com

3. Асєєв Д.И . Медицинское оборудование клинической и экстренной медицины.- Ровно: луч, 1976. С. 272 .

4. Иванов В.А., Полонский Ю.З., Трофимова Т.Н. Методы лучевой диагностики и информационные технологии в клинической практике: компьютерная томография и информационные технологии // СПб.: МАПО, 2001. С. 23.

5 Медицинские приборы. Разработка и применение. - М. - Медицинская книга, 2004. С. 72

6. Олейник М.В , Самохвалова А.О, Розробка та супровід Wеб Сайтів - Красноармійськ: Просвіта, 2009, С.45.



ДОДАТКИ

Додаток А. Елементарні формули молекулярної фізики

Барометрична формула :



Додаток Б. Веб сторінка та код

Веб-сторінка (англ. Web page) - документ або інформаційний ресурс Всесвітньої павутини, доступ до якого здійснюється за допомогою веб-браузера[6].

Веб-сторінки зазвичай створюються на мовах розмітки HTML і можуть містити гіперпосилання для швидкого переходу на інші сторінки.

Інформація на веб-сторінці може бути представлена в різних формах, на (рис.1 ) наведений скріншот зразка веб сторінки , присвячений пінгвінам.

Рис.1- Скріншот веб сторінки

Для створення веб сторінки використовується особлива мова HTML (Hypertext Markup Language -язик гіпертекстової розмітки). Цю мову визначає набір спеціальних команд, званих тегамі і використовуваних для завдання форматування або призначення тих або інших елементів Web-страницы. Особливі теги використовуються для розміщення на Web-страницах графічних зображень, аудіо- і відеокліпів і інших так званих упроваджених об'єктів.

Нижче наведений код веб сторінки скріншот якої було зазначено вижче.

HTML код веб сторінки з певними коментарями :

<html>

<head>

<title>Императорский пингвин</title>

<met http-equiv="content-type" content="text/html; charset=windows-1251" />

//** таблиця стилю**//

<style>

//** відступ з інтервалом 0 шрифт 10, стиль шрифту Arial **//

body {

font: 10pt Arial;

margin: 0;

}

//** Головний блок, ширина 720 пиксель, відступ 0 **//

#wall {

width: 720px;

margin: 0 auto;

}

//* Шапка Шрифт 18 , текст по центру,отступ від блоку 5 пкс, колір шрифту білий,колір блоку background,нижня лінія, розміром 2пкс **//

#wallheader {

Размещено на Allbest.ru