Основні конструкторські рішення та особливості технолоґії виробництва томоґрафів

Одна з основних технічних проблем томоґрафів — забезпечення високої миттєвої потужності джерела випромінювача для зменшення часу сканування. Струм анода Х- променевої трубки (рис. 10.8) в томоґрафах (4-5)-го поколінь становить в середньому 300 мА при напрузі 130 кВ, тобто,

 

Рис. 10.8

Джерело Х-променів (х-променева трубка)

 

потужність, що виділяється на ньому, досягає 40 кВт. Вимагається додаткове повітряне або водяне охолодження анода, його роблять масивним, з графіту, щоб покращити тепловідведення. Але, незважаючи на всі ці заходи, час експлуатації анода становить кілька місяців (тривалість неперервної роботи 60 000…150 000 скан-секунд). Х – променеві трубки виготовляють також металокерамічними. Така конструкція, значно підвищує їх надійність, тривалість експлуатації.

Місце на аноді, звідки потік електронів продукує Х- промінь, носить назву „фокальна пляма” (focal spot). Її розміри можуть бути (0.5-2.5) мм. Коліматором товщину Х- променя регулюють (від 1 до 10 міліметрів).

Додаткові складності викликає забезпечення обертання променя з високою швидкістю (3000 об/хв), що приводить до необхідності спеціальної струмовідвідної чи напруговідбирної конструкції (рис. 10.9, [1]).

 

 

Рис. 10.9 Фотографія ковзних, самозмащувальних кільцевих контактів в гантрі для передачі потужних і сигнальних електричних напруг і струмів

 

Х-променеві детектори виготовляють у вигляді компактних твердотільних систем з сцинтиляційними кристалами, які виготовлені в суцільному блоці з фотодіодами (рис. 10.10), або статичного кільця, наприклад, з кількох сотень ксенонових іонізаційних камер, розміщених одна біля одної (рис. 10.11) [1].

 

 

Рис. 10.10 Система твердо тільних детекторів (Solder pins — виводи для паяння, Printed circuit board — плата друкованого монтажу

 

Традиційний сцинтиляційний матеріал — йодид натрію активований талієм, сучасніший — йодид цезію активований талієм, має вищий коефіцієнт корисної дії (ККД), динамічний діапазон лінійної ділянки перетворення до 10⁵-10⁷.

 

Рис. 10.11 Схема вакуумного детектора (Preassure chamber — камера високого (30 атм, ксенон) тиску, Septa — перегородка, Entrance window — вхідне вікно, Inactive layer — інертний шар, Supply voltage — напруга живлення, Amplifier — підсилювач

Типову схему відбору сигналу від детектора наведено на рис. 10.12, [1].

 

Рис. 10.12 Блок-схема перетворення струму детектора в цифровий код (Current-voltage transducer — перетворювач струм-напруга, ADC (Analog to digital converter) — аналого-цифровий перетворювач)

За рахунок використання сучасних теоретичних досліджень (в області математики, фізики, матеріалознавства) значно удосконалюються алгоритми реконструкції, зменшуються інтенсивність Х- випромінювання, тепловиділення, підвищується ефективність детектування, зменшується вартість сканування, енерґоємність, підвищується надійність, термін служби елементів та вузлів томографів.

 

Питання для самоперевірки

 

1. Наведіть загальну схему розміщення апаратури томографа.

2. Охарактеризуйте системи відбору даних в Х-променевих комп’ютерних томоґрафах.

3. Дайте порівняльну характеристику томографів за їх поколіннями.

4. Назвіть та охарактеризуйте класи складності томографів.

5. Назвіть апаратні засоби реалізації алґоритмів реконструкції та охарактеризуйте їх.

6. Назвіть програмні засоби реалізації алґоритмів реконструкції та охарактеризуйте їх.

7. Поясніть схему обробки даних в комп’ютерному томоґрафі.

8. Які засоби виводу та зберігання зображень Ви знаєте?

9. Назвіть основні конструкторсько-технолоґічні проблеми при виробництві томоґрафів та їх вирішення.