Ултразвукова компютърна томография

Ултразвукова компютърна томография

Има два основни режима на компютърна томография – на преминаване и на отражение.

Фиг.7 УЗКТ – режим на преминаване и режим на отражение

1. 
   Режим на преминаване.
   

а) Първата възможност е да се сравнят амплитудите на излъченият и приетият импулс и така да се изчисли поглъщането в обекта (фиг.7а). Така може да се получи картина на разпределението на коефициентите на поглъщане в сондираното сечение. Тази техника е била демонстрирана от Грийнлийф през 1974 г., а изображението се нарича изображение на загубите при преминаване (ЗП)

б) Втората възможност е да се измерва времето за преминаване на УЗ импулс от излъчвателя в приемника и оттам да се определи скороста (фиг.7б). След изчисляване на множество проекции може да се получи карта на разпределението на скоростите на звука в дадения обект. Тази техника е била демонстрирана от Грийнлийф през 1975 г. Полученото изображение се нарича изображение на скоростите на звука (СЗ). Изображенията СЗ са показали по-добри качества при клиничните изпитания тъй като дават повече информация и допълват изображенията получени на отражение.

2. 
   Режим на отражение.
   

Една томограма представлява изображение на един слой от изследвания орган. Дебелината на слоя (томограмата) се определя от диаметъра на сканиращия лъч, примерно 10мм. Пълна информация за томограмата се получава чрез въртене на УЗ лъч около тялото на пациента. Сигналите, които се регистрират (на преминаване или на отражение) са интегрирани по цялото трасе на сканиращия лъч. Изследваният слой може да се раздели на воксели, които образуват двумерна матрица, примерно с размерност 512х512. Всеки воксел има някакъв принос към общия интегриран сигнал, който се измерва и запаметява. За да получим изображение трябва да се определи индивидуалния принос на всеки воксел и това е задачата на компютъра. Трябва да имаме поне толкова сканиращи лъча колкото са вокселите в слоя за да може да се реши линейна система от уравнения, толкова на брой колкото са вокселите. Затова двойката излъчвател-приемник се върти на 180⁰ около обекта и се получава информация за целия облъчван обем.

Обща теоретична постановка на УЗКТ

Нека изображението се състои от n² елемента (или пиксели) като на всеки елемент се приписва някаква измерена стойност в дадения воксел от обекта,фиг.8. Това може да бъде поглъщането _j, отражението R_j или скороста на звука c_j. Ще разгледаме как се изчислява томограма в режим на преминаване, но както ще видим същия подход важи и за другите режими.

Нека скороста във j-ия воксел е c_j, а извън обекта т.е. във водния буфер скороста е c_w. Ако дължината на пътя на УЗ лъч през j-ия воксел е l_j пълното време на преминаване на импулса между предавателя и приемника е:


(8)

Фиг.8 Получаване на томографско изображение

След това трябва да определим времето за преминаване на импулса през водния буфер когато обекта отсъства т.е. t_w = d/c_w. Изваждаме двете времена и получаваме:

(9)

където n_j = c_w/c_j е коефициент на пречупване в j-тия воксел.

Подобно съотношение се получава в режим на поглъщане :

(10)

Тук I₀ е падащата интензивност, I е преминалата интензивност, α_j е коефициент на поглъщане на j-ия воксел. Горните уравнения отговарят на общите условия за извършване на томографска реконструкция:

1) Получават се сумарни измервани величини (t_t - t_w) или ln(I/I₀) чрез линейно сумиране на сигналите от вокселите, които искаме да възстановим.

2) Локалните стойности на вокселите са нула или константа извън обекта.

3) След като получим резултатите от множество сканирания под различни ъгли може да се получи достатъчно информация за числова оценка на яркоста на всички пиксели в томограмата.

Може да се направи оценка за минималния брой сканиращи линии N, необходим за възстановяване стойностите на всички пиксели в томограмата. Теоретичните анализи дават следния резултат: