Взаимодействие объекта и средств измерений; характеристики средств измерений. Компьютерная томография

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Казанский национальный исследовательский технологический университет

(ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

Кафедра ТОМЛП

Направление 12.03.04 «Биотехнические системы и технологии»

Группа 7121411

КУРСОВАЯ РАБОТА

Дисциплина: «Метрология, стандартизация и сертификация»

Тема: «Взаимодействие объекта и средств измерений; характеристики средств измерений. Компьютерная томография»

Студент: Каюмова А.И.

Руководитель: Разина И.С.

КАЗАНЬ, 2015

Реферат

Известно, что средство измерения - это техническое средство, используемое при измерениях и имеющее нормированные метрологические свойства.

Целью курсовой работы является закрепление знаний по основным разделам курса метрологии, а также практическое обучение актуализации методики средств измерений. Изучить методику и приобрести практические навыки на примере компьютерной томографии.

Задачи:

- изучить материал о взаимодействия объекта и средств измерений;

- показать на примере томографа;

- дать заключение о медицинском приборе.

Структура работы. Работа состоит из реферата, содержания, введения, нормативных ссылок, основной части, заключения, списка использованной литературы.

Пояснительная записка:

32 страниц, 2 рисунков,12 таблицы, 9 источников.

Ключевые слова: измерение, погрешность измерения, измерительный эксперимент,законодательная метрология, контроль.

измерительный компьютерный томография рентгенодиагностика

Содержание

Реферат

Введение

Нормативные ссылки

1. Роль и значение измерительной техники

2. Компьютерная томография

2.1 Особенности компьютерной томографии

2.2 Показания и противопоказания к компьютерной томографии

2.3 Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Заключение

Список литературы

Введение

В современном мире не существует такой области науки и техники, такой сферы практической деятельности людей, где одним из решающих факторов прогресса не были бы измерения. Наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности называется метрологией. Предметом метрологии является извлечение количественной информации о свойствах объектов с заданной точностью и достоверностью; нормативная база для этого -- метрологические стандарты. В Российской Федерации метрология должна и будет развиваться. В связи с тем, что многие заводы остановились, выпуск продукции сократился, поэтому метрологическая деятельность утратила свою сущность. С развитием экономики, с запуском в производство отечественной продукции метрология будет играть очень важную роль.

В соответствии с Федеральным Законом «Об обеспечении единства измерений» средства измерений, предназначенные для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, подлежат поверке, средства измерений, не предназначенные для применения в сфере государственного регулирования обеспечения единства измерений, могут в добровольном порядке подвергаться калибровке.

Нормативные ссылки

В данной курсовой работе используются следующие нормативные документы:

-ГОСТ 8.009-84 ГСИ Нормируемые метрологические характеристики средств измерений

-ГОСТ 8.207-76 Государственная система обеспечения единства измерений. Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений. Основные положения

-ГОСТ 8.256-77 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормирование и определение динамических характеристик аналоговых средств измерений. Основные положения

-ГОСТ 27300-87 Информационно-измерительные системы. Общие требования, комплектность и правила составления эксплуатационной документации

-ГОСТ Р МЭК 61223-2-6-2001 Оценка и контроль эксплуатационных параметров рентгеновской аппаратуры в отделениях (кабинетах) рентгенодиагностики. Часть 2-6. Испытания на постоянство параметров. Аппараты для рентгеновской компьютерной томографии

1. Роль и значение измерительной техники. История развития

Измерительная техника - один из важнейших факторов ускорения научно-технического прогресса практически во всех отраслях народного хозяйства.

При описании явлений и процессов, а также свойств материальных тел используются различные физические величины, число которых достигает нескольких тысяч: электрические, магнитные, пространственные и временные; механические, акустические, оптические, химические, биологические и др. При этом указанные величины отличаются не только качественно, но и количественно и оцениваются различными числовыми значениями.

Установление числового значения физической величины осуществляется путем измерения. Результатом измерения является количественная характеристика в виде именованного числа с одновременной оценкой степени приближения полученного значения измеряемой величины к истинному значению физической величины. Укажем, что нахождение числового значения измеряемой величины возможно лишь опытным путем, т.е. в процессе физического эксперимента.

При реализации любого процесса измерения необходимы технические средства, осуществляющие восприятие, преобразование и представление числового значения физических величин.

На практике при измерении физических величин применяются электрические методы и неэлектрические (например, пневматические, механические, химические и др.).

Электрические методы измерений получили наиболее широкое распространение, так как с их помощью достаточно просто осуществлять преобразование, передачу, обработку, хранение, представление и ввод измерительной информации в ЭВМ.

Технические средства и различные методы измерений составляют основу измерительной техники. Любой производственный процесс характеризуется большим числом параметров, изменяющихся в широких пределах. Для поддержания требуемого режима технологической установки необходимо измерение указанных параметров. При этом, чем достовернее осуществляется измерение технологических параметров, тем лучше качество целевого выходного продукта.Современные предприятия, например нефтехимического профиля с непрерывным характером производства, для поддержания качества выпускаемой продукции используют измерение различных физических параметров, таких, как температура, объемный и массовый расход веществ, давление, уровень и количество вещества, время, состав вещества (плотность, влажность, содержание механических примесей и др.), напряжение, сила тока, скорость и др. При этом число требуемых для измерения параметров достигает нескольких тысяч. Например, в атомной энергетике число требуемых для измерения параметров процессов достигает десятков тысяч.

Получение и обработка измерительной информации предназначены не только для достижения требуемого качества продукции, но и организации производства, учета и составления баланса количества вещества и энергии. В настоящее время важной областью применения измерительной техники является автоматизация научно-технических экспериментов. Для повышения экономичности проектируемых объектов, механизмов и машин большое значение имеют экспериментальные исследования, проводимые на их физических моделях. При этом задача получения и обработки измерительной информации усложняется настолько, что ее эффективное решение становится возможным лишь на основе применения специализированных измерительно-вычислительных средств.

Роль измерительной техники подчеркнул великий русский ученый Д.И. Менделеев: "Наука начинается с тех пор, как начинают измерять...".

Измерительная техника начала свое развитие с 40-х годов XVIII в. и

характеризуется последовательным переходом от показывающих (середина и вторая половина XIX в.), аналоговых самопишущих (конец XIX - начало XX в.), автоматических и цифровых приборов (середина XX в. - 50-е годы) к информационно-измерительным системам.

Конец XIX в. характеризовался первыми успехами радиосвязи и радиоэлектроники. Ее развитие привело к необходимости создания средств из­мерительной техники нового типа, рассчитанных на малые входные сигналы, высокие частоты и высокоомные входы. В этих новых средствах измерительной техники использовались радиоэлектронные компоненты выпрямители, усилители, модуляторы и генераторы (ламповые, транзисторные, на микросхемах), электронно-лучевые трубки (при построении осциллографов) и др.

Таким образом, расширение номенклатуры и качественных показателей средств измерительной техники неразрывно связано с достижениями радиоэлектроники. Одним из современных направлений развития измерительной техники, базирующейся на достижениях радиоэлектроники, являются цифровые приборы с дискретной формой представления информации. Такая форма представления результатов оказалась удобной для преобразования, передачи, обработки и хранения информации. Развитие дискретных средств измерительной техники в настоящее время привело к созданию цифровых вольтметров постоянного тока, погрешность показаний которых ниже 0,0001 %, а быстродействие преобразователей напряжение - код достигает нескольких миллиардов измерений в секунду; верхний предел измерения современных цифровых частотомеров достиг гигагерца; цифровые измерители временного интервала имеют нижний предел измерения до долей пикосекунды; электрические токи измеря­ются в диапазоне от 10~16 до 105 А, а длины - в диапазоне от 10~12 (раз­мер атомов) до 3,086 * 1016 м.

Широкие возможности открылись перед измерительной техникой в связи с появлением микропроцессоров (МП) и микроЭВМ. Благодаря им значительно

расширились области применения средств измерительной техники,улучшились их технические характеристики, повысились надежность и быстродействие, открылись пути реализации задач, которые ранее не могли быть решены.

По широте и эффективности применения МП одно из первых мест занимает измерительная техника, причем все более широко применяются МП в системах управления. Трудно переоценить значение МП и микроЭВМ при создании автоматизированных средств измерений, предназначенных для управления, исследования, контроля и испытаний сложных объектов.

Развитие науки и техники требует постоянного совершенствования средств измерительной техники, роль которой неуклонно возрастает.

Понятия и определения, используемые в измерительной технике, регламентируются ГОСТ 16263-70.

Измерение-это информационный процесс получения опытным путем численного отношения между данной физической величиной и некоторым ее значением, принятым за единицу сравнения.

Результат измерения -- именованное число, найденное путем измерения физической величины. Результат измерения может быть принят как действительное значение измеряемой величины. Одна из основных задач измерения - оценка степени приближения или разности между истинным и действительным значениями измеряемой физической величины -- погрешности измерения.

Погрешность измерения - это отклонение результата измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешность измерения является непосредственной характеристикой точности измерения.

Точность измерения - степень близости результата измерения к истинному значению измеряемой физической величины.

Измерение уменьшает исходную неопределенность значения физической величины до уровня неизбежной остаточной неопределенности, определяемой погрешностью измерения.

Значение погрешности измерения зависит от совершенства технических устройств, способа их использования и условий проведения эксперимента.

Принцип измерения - это физическое явление или совокупность физических явлений, положенных в основу измерения. Примером может служить измерение температуры с использованием термоэффекта и другие физические явления, используемые для проведения эксперимента, которые должны быть выбраны с учетом получения требуемой точности измерения.

Измерительный эксперимент - это научно обоснованный опыт для получения количественной информации с требуемой или возможной точностью определения результата измерений. Проведение измерительного эксперимента предполагает наличие технических устройств, которые могут обеспечить заданную точность получения результата. Технические устройства, участвующие в эксперименте, заранее нормируются по показателям точности и относятся к средствам измерений.

Средство измерений - это техническое устройство, используемое в измерительном эксперименте и имеющее нормированные характеристики точности.

Количественная информация, полученная путем измерения, представляет собой измерительную информацию.

Измерительная информация -- это количественные сведения о свойстве или свойствах материального объекта, явления или процесса, получаемые с помощью средств измерений в результате их взаимодействия с объектом.

Количество измерительной информации - это численная мера уменьшения неопределенности количественной оценки свойств объекта.

Взаимодействие объекта исследования и средств измерений в процессе эксперимента предполагает наличие сигналов, которые являются носителями информации. Важными носителями информации являются электрический ток, напряжение, импульсы и другие электрические параметры.

Измерительный сигнал -- сигнал, функционально связанный с измеряемой физической величиной с заданной точностью.

Метод измерения -- это совокупность приемов использования принципов и средств измерений. Важное значение в измерительной технике имеет единство измерений.

Единство измерений - такое состояние измерений, при котором их результаты выражены в указанных единицах, а погрешности измерений известны с заданной вероятностью. Единство измерений позволяет сравнивать результаты различных экспериментов, проведенных в различных условиях, выполненных в разных местах с использованием разных методов и средств измерений. Это достигается путем точного воспроизведения и хранения установленных единиц физической величины и передачи их размеров применяемым средствам измерения.

Перечисленные вопросы составляют предмет метрологии.

Метрология -- это учение о мерах, это наука о методах и средствах обеспечения единства измерений и способах достижения требуемой точности. Мера предназначена для воспроизведения физической величины данного размера.

Законодательная метрология -- это раздел метрологии, включающий комплексы взаимосвязанных и взаимообусловленных правил, требований и норм, а также другие вопросы, нуждающиеся в регламентации и контроле со стороны государства, направленные на обеспечение единства измерений и единообразия средств измерений. В соответствии с изложенным характеристики средств измерений, определяющие точность измерения с их помощью, называют метрологическими характеристиками средств измерения. Метрологические характеристики обязательно нормируются и в установленном порядке с целью обеспечения единства измерений.

Контроль -- процесс установления соответствия между состоянием (свойством) объекта контроля и заданной нормой. В результате контроля выдается суждение о состоянии объекта.

2. Компьютерная томография

2.1 Особенности компьютерной томографии

Рентгеновская компьютерная томография (КТ) - наиболее совершенный метод лучевой диагностики. Этот метод основан на оригинальном принципе получения изображения посредством послойного поперечного сканирования объекта узким пучком рентгеновского излучения. Во время сканирования рентгеновский излучатель и приёмник вращаются вокруг стола с пациентом. В ходе вращения, рентгеновское излучение проходит через ткани исследуемого объекта, ослабляется ими и достигает детекторов, которые измеряют его интенсивность. Полученные значения интенсивности фиксируются в каждом из 360 положений сканирующего устройства. По этим данным компьютер вычисляет коэффициенты ослабления излучения или значения рентгеновской плотности тканей во всех элементарных ячейках томографического слоя (по-сути представляющего собой массив коэффициентов ослабления, записанных в квадратную матрицу). Вычисленные коэффициенты ослабления рентгеновского излучения выражаются в относительных величинах (так называемых числах Хаунсфилда). На основании этих коэффициентов на экране монитора формируется двумерное полутоновое изображение исследуемого сечения объекта.

Принципиальное отличие компьютерной томографии от традиционной рентгенодиагностики состоит в том, что КТ-изображение не связано непосредственно с принятым излучением, а является результатом вычислений, производимых электронно-вычислительной машиной по специальным алгоритмам.



Рис. 1. Рентгеновская компьютерная томография (КТ)

Компьютерная томография имеет ряд уникальных особенностей, которые ставят этот метод на особое место среди всех остальных рентгенологических методов.

1. КТ-изображение не имеет теней и помех от неоднородности тканей, содержащихся в других слоях исследуемого отдела, а также не зависит от порядка расположения тканей с различной рентгеновской плотностью.

2. Изображение, полученное при компьютерной томографии, представляет собой массив цифровых данных в виде пространственного распределения величин коэффициентов ослабления в тканях исследуемого слоя, поэтому субъективная ("на глаз") оценка изображения дополнена прямым определением плотности тканей; такие объективные данные можно использовать для углубленного анализа изображений.

3. Высокая точность измерений позволяет различать ткани, незначительно (на 0,5%) отличающиеся друг от друга, но плотности.

Поэтому объем информации, содержащийся в компьютерной томограмме, в сотни раз больше, чем в обычной рентгенограмме.

К настоящему времени насчитывается несколько конструктивных разновидностей ("поколений") КТ-установок, которые отличаются друг от друга характером движения сканирующего устройства, видом пучка излучения и количеством детекторов (приёмников).Если компьютерные томографы 1-го поколения имели только один детектор, и время сканирования одного среза толщиной 5-15 мм составляло 5-6 мин, то томографы 2-го поколения были оснащены 16-60 детекторами, и время сканирования одного среза сократилось до 1-2 мин. Качественный скачок претерпели томографы 3-го поколения. При наличии от 512 до 1400 детекторов и ЭВМ большой мощности время сканирования одного среза (1-5 мм) уменьшилось до 2-5 с, что практически позволило исследовать все органы и ткани организма.

Следующим достижением в конструкции компьютерных томографов стало создание "спиральной" КТ.

Рис. 2. Спиральная КТ

Используя систему из непрерывно вращающейся рентгеновской трубки и синхронно перемещающегося стола, удалось добиться увеличения скорости исследования, повышения разрешающей способность и улучшения качества изображения. В настоящее время все производители (GE, Siemens, Philips, Toshiba и др.) изготавливают только мультиспиральные КТ. Аппараты этого класса позволяют проводить объемное сканирование в пределах 2,5-15см. анатомического пространства за один оборот рентгеновской трубки (0.5-0.8 секунды) и непрерывное сканирование всего тела при задержке дыхания, что обеспечивает четкое дифференцирование минимального патологического очага (опухоли, кисты, метастазы и др.), определение состояния печеночных протоков с оптимальным использованием контрастного вещества. Проведение с помощью спирального КТ ангиографии с внутривенным введением контрастного вещества и возможность получения трехмерного изображения сосудов открывают широкие возможности изучения патологии сосудистой системы (аневризмы аорты, стеноз почечных артерий, сосудистые анастомозы, наличие внутрисосудистых бляшек и состояния кровообращения головного мозга).

Максимальная информативность компьютерной томографии достигается при применении контрастного усиления. Именно поэтому ведущие радиологические центры мира применяют КТ с контрастным усилением в 80-87 % случаев обследования. Контрастирование особенно важно при ранней диагностике онкологических заболеваний, сосудистой патологии, заболеваний паренхимы внутренних органов, при обследовании мозга и органов шеи, когда ткани практически не отличаются друг от друга по рентгеновской плотности.

Контрастное вещество вводится внутривенно посредством автоматического шприца с установленными (в зависимости от диагностической задачи и объекта исследования) скоростью и объемом подачи вещества. Цель контрастного усиления - получение качественного и максимально информативного изображения объекта исследования - артерий, вен, головного мозга, паренхиматозных органов, стенок кишечника, мочевыводящих путей, патологических образований.

После введения рентгеноконтрастного вещества, запуская сканирование в различные фазы контрастного усиления, можно получить диагностическую информацию о накоплении и распределении контраста в тканях. Существуют две фазы усиления: сосудистая и паренхиматозная.Сосудистая фаза связана с прохождением контрастного вещества через сосудистую сеть наблюдаемого томографического слоя и длится не более нескольких секунд. Почти сразу же после введения препарата в паренхиматозных органах (печени, селезенке, поджелудочной железе, почках, предстательной железе, головном мозге) начинается вторая фаза - накопление контрастного вещества в тканях и его выведение. При наличии патологической сосудистой сети или опухолевой ткани паренхиматозная фаза затягивается на 3-5 минут, либо, в некоторых опухолях, начинается несколько позже, чем в нормальной ткани.

При КТ-исследовании кишечника, в качестве рентгеноконтрастного вещества используют водорастворимую взвесь сульфата бария или смеси на его основе. Эти вещества, обволакивая стенки, создают хорошо видимый контрастный слой, выявляющий форму и особенности строения полых органов.

2.2 Показания и противопоказания к компьютерной томографии

Исследование органов грудной клетки. На сегодняшний день КТ является оптимальным методом диагностики заболеваний средостения и легких:

- инфекционные заболевания легких (пневмонии, инфекционные деструкции, туберкулез органов дыхания, паразитарные инфекции);

- опухоли и метастатическое поражение легких;

- заболевания бронхов (бронхоэктазы, кисты, рубцовые стенозы бронхов, инородные тела бронхов, бронхиолит);

- нарушения легочного кровообращения (тромбоэмболия легочной артерии, инфаркт легкого, септическая эмболия, аномалии легочных сосудов);

- интерстициальные заболевания легких (альвеолит, лимфогенныйкарциноматоз, гистиоцитоз, саркоидоз, силикоз и антракоз, эмфизема);

- заболевания и повреждения грудной аорты и ее ветвей;

- внелегочные патологические процессы: заболевания средостения, патология плевры (плевральный выпот, опухоли плевры), грудной стенки.

Исследование органов брюшной полости и забрюшинного пространства:

- первичное или вторичное опухолевое поражение печени и билиарных протоков, жировая дистрофия печени, абсцессы, кисты, цирроз печени;

- заболевания желчевыводящих путей;

- гепатомегалия неясной этимологии;

- повреждения органов брюшной полости и забрюшинного пространства;

- заболевания поджелудочной железы;

- заболевания селезенки, спленомегалия неясной этимологии;

- заболевания и повреждения почек и мочевыводящих путей;

- аномалии органов брюшной полости и забрюшинного пространства;

- заболевания надпочечников;

- заболевания и повреждения брюшной аорты и её ветвей;

- заболевания и повреждения нижней полой, воротной вены и их притоков (например, портальная гипертензия, тромбоз).

Исследование органов малого таза

- заболевания и повреждения мочевыводящих путей;

- заболевания матки, придатков (в частности, опухолевые и воспалительные, установление зон их распространенности);

- заболевания предстательной железы (в особенности для диагностики распространенности опухолевого процесса);

- структура, состояние регионарных лимфоузлов;

- заболевания и повреждения подвздошных сосудов (аневризма, стеноз, расслаивающая аневризма);

- заболевания и повреждения и костных структур таза.

Исследование головного мозга

- опухолевые и воспалительные заболевания головного мозга;

- мальформации сосудов головного мозга, интракраниальных сосудов;

- заболевания и повреждения костей черепа и краниовертебрального перехода;

- острые и хронические нарушения мозгового кровообращения;

- черепно-мозговая травма любой степени тяжести;

- последствия перенесенных травм и воспалительных заболеваний (кисты, гидроцефалия, атрофия коры).

Исследование позвоночника

- дегенеративные изменения (протрузии, грыжи межпозвонковых дисков);

- заболевания и повреждения позвоночника (травмы, воспалительные опухолевые процессы);

- аномалии развития структур позвоночника;

- послеоперационные изменения.

Исследование шеи

- заболевания и повреждения органов шеи (в т.ч. опухолевые для оценки распространенности процесса);

- состояние лимфоузлов шеи;

- заболевания и повреждения сосудов шеи.

Противопоказания к компьютерной томографии

Абсолютных противопоказаний для проведения компьютерной томографии нет. Существуют значительные ограничения показаний для исследования на компьютерной томографии детей и беременных женщин, в особенности в первом триместре беременности. При беременности компьютерная томография производится только по жизненным показаниям.

2.3 Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролю на рентгеновских компьютерных томографах подвергаются следующие группы характеристик:

- система радиационной безопасности;

- электромеханические характеристики сканера;

- качество изображения;

- дозиметрические характеристики.

Для наглядности название каждой контролируемой характеристики, ее допустимое отклонение и частота проверки представлены в виде таблицы.

На рентгеновских компьютерных томографах проверяются следующие устройства, контролирующие радиационную безопасность:

- информационные табло и сигнальные лампочки;

- громкоговорящая связь;

- дверные блокировки;

- аварийные выключатели излучения.

Информационные табло с надписью «Не входить» располагаются рядом с дверью в процедурное помещение и сигнализируют о включении излучения. Сигнальные лампочки, загорающиеся при включении излучения, располагаются на управляющей консоли томографа.

Таблица 1. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
Информационные табло	Должны функционировать	Ежедневно в процессе работы
Сигнальные лампочки	Должны функционировать	Ежедневно в процессе работы

Между оператором за управляющей консолью и пациентом в процедурном помещении существует двухсторонняя звуковая связь посредством встроенных микрофонов.

Таблица 2. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
Громкоговорящая связь оператора с пациентом	Должна функционировать	Ежедневно в процессе работы
Громкоговорящая связь пациента с оператором	Должна функционировать	Ежедневно в процессе работы
Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
Дверные блокировки	Должны функционировать	Ежеквартально

Аварийные выключатели (красные кнопки, кнопки с надписью «STOP») располагаются на управляющей консоли томографа и по бокам гентри. При нажатии кнопки аварийного выключения прекращаются излучение и все перемещения в системе. При этом деблокируется стол пациента и его можно выдвинуть вручную. Для продолжения работы необходимо провести деблокировку в соответствии с инструкцией по эксплуатации.

Таблица 3. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
Аварийные выключатели	Должны функционировать	Ежеквартально

На рентгеновских компьютерных томографах проверяются следующие электромеханические характеристики сканера:

- система световой локализации;

- точность движений стола;

- наклон гентри.

В компьютерных томографах имеется система наружных и внутренних световых лучей, также называемых лазерами, используемых для укладки пациента и планирования уровня исследования.Внутренний луч находится внутри апертуры гентри и должен строго соответствовать плоскости первого среза.Наружный луч находится на определенном постоянном расстоянии от внутреннего и служит для более удобной укладки пациента.При укладке наружный луч устанавливают на уровне начала сканирования, после чего нажатием специальной кнопки на клавиатуре гентри стол передвигают в положение, при котором выставленный уровень начала сканирования должен точно совпасть с внутренним световым лучом.

При нарушении правильного взаимного расположения внутреннего и наружного световых лучей, равно как и при несоответствии внутреннего луча плоскости первого среза, сканирование пациента будет происходить не точно с того места, которое установлено при укладке пациента. Точное и воспроизводимое положение световых лучей имеет особенно важное значение в случае использования компьютерного томографа для планирования лучевой терапии.

Таблица 4. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
Взаимное расположение внутреннего и наружного световых	±2 мм	Ежеквартально
Совпадение внутреннего светового луча и плоскости среза	±2 мм	Ежеквартально

Движение стола пациента может осуществляться при нажатии соответствующих кнопок на клавиатуре гентри в процедурном помещении или в автоматическом режиме при задании программы с консоли оператора томографа. Расстояние, проходимое столом, должно совпадать с показаниями электронного табло гентри, а в автоматическом режиме также с заданным оператором перемещением стола.

Неточность сдвига стола может привести к неправильному воспроизведению пространственных взаимоотношений, например, к искажению истинных размеров объектов. В лучевой терапии опасным следствием погрешностей сдвига стола может быть несоответствие спланированных объемов облучения истинным топографо-анатомическим взаимоотношениям опухоли и окружающих структур.

Таблица 5.Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
Соответствие сдвига стола показаниям электронного табло	±1 мм	Ежегодно
Автоматический сдвига стола	±1 мм	Ежегодно

Наклон гентри, как правило, не используется при планировании лучевой терапии. Поэтому проверка точности наклона гентри имеет наибольшее значение для диагностических сканеров. В сканерах для лучевой терапии большее значение имеет возвращения гентри к строго вертикальному положению после его наклона.

В случае несоответствия показаний электронного табло гентри и реального угла наклона при исследовании, например, головного мозга может произойти нежелательное облучение хрусталиков глаз.

Таблица 6. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
Наклон гентри	±1°	Ежегодно

КТ-изображение является пространственным отображением коэффициентов ослабления рентгеновского излучения тканями, пересчитанных в единицы Хаунсфилда, в поперечном срезе заданной толщины. Точность этого отображения ограничена конструктивными особенностями компонентов КТ-сканера, в основном генератора и детектора рентгеновского излучения. Качество изображения непосредственно влияет на качество диагностики.

В предлучевой подготовке возможность точного нанесения контура опухоли и критических структур также напрямую связаны с качеством изображения. Низкое качество изображения может привести к исключению части опухоли из облучаемого объема или ошибочному включению нормальных тканей в объем облучения.

На рентгеновских компьютерных томографах проверяются следующие параметры качества изображения:

- КТ-число, однородность и шум в однородной среде;

- КТ-числа различных материалов;

- пространственная разрешающая способность;

- контрастная разрешающая способность;

- толщина среза;

- измерение расстояний.

В процессе реконструкции КТ-изображений измеренные сканирующей системой коэффициенты ослабления рентгеновского излучения пересчитываются в единицы Хаунсфилда (англ. HounsfieldUnits, HU), также называемые КТ-числом. Шкала КТ-чисел (шкала Хаунсфилда) имеет две фиксированные точки: воздух с КТ-числом -1000 HU и вода с КТ-числом 0 HU, относительно которых распределяются плотности всех остальных тканей и сред. Производителями каждого КТ-сканера эти точки устанавливаются с большой точностью с помощью фантомных измерений при всех возможных значениях вольтажа в рентгеновской трубке и фильтрации рентгеновского излучения [8]. Поскольку измерение плотностей тканей и объектов является одним из основных количественных показателей в КТ, необходимо периодически контролировать постоянство и однородность КТ-чисел. Принято контролировать КТ-число воды.

Под однородностью понимается равенство измеренных значений КТ-чисел в различных участках однородного объекта. Причиной неоднородности служит сама природа рентгеновского излучения, которое не является моноэнергетическим. По мере прохождения через объект средняя энергия излучения возрастает, так как мягкое излучение поглощается поверхностно расположенными тканями. Еще одна причина неоднородности - артефакты, т. е. элементы КТ-изображения, не соответствующие внутренней структуре объекта. Причинами артефактов являются ошибки измерений и реконструкции изображений. Наличие на изображении кольцевидных артефактов говорит о неправильной работе отдельных детекторных элементов или алгоритма реконструкции.

Под шумом КТ-изображения понимается изменение плотности в пределах определенного участка (зоны интереса) однородной среды, которое не несет полезной информации. Количественно уровень шума оценивается по стандартному отклонению КТ-чисел в зоне интереса на изображении однородного вещества.

Уровень шума зависит от количества фотонов, достигающих детектора, т. е. дозы облучения: больше доза - меньше шум. Соответственно отклонение уровня шума от первоначальных значений может говорить об изменении параметров работы рентгеновской трубки, детектора, коллиматоров, фильтрации луча, а также параметров реконструкции изображений, и является наиболее чувствительным показателем нарушений в работе КТ-сканера. Изменение уровня шума, выявленное при периодических проверках, должно послужить поводом к более детальному тестированию системы.

Неоднородность, не обусловленная структурой самого объекта, и шум снижают диагностическую ценность КТ-изображений и могут исказить расчет распределения дозы при планировании лучевой терапии. Особенно негативно повышение уровня шума сказывается на визуализации низкоконтрастных объектов, например, при КТ-исследованиях мягких тканей.

Таблица 7. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
КТ-число воды	0±4 HU	Ежеквартально
Однородность	±4 HU	Ежеквартально
Шум	В соответствии с технической документацией на аппарат, но не более 15	Ежеквартально

КТ-система должна правильно воспроизводить плотности тканей в широком диапазоне. При этом рассчитываемое системой реконструкции изображений КТ-число должно изменяться пропорционально изменению коэффициента абсорбции рентгеновского излучения тканями, что называется линейностью. Это означает, что при увеличении коэффициента абсорбции в n раз КТ-число должно увеличиться также в n раз. На практике влияние на КТ-число оказывают ряд дополнительных факторов, таких как напряжение в рентгеновской трубке и фильтрация луча. Изменение спектра рентгеновского излучения может больше сказаться на одном участке шкалы Хаунсфилда, чем на других. Поэтому важно проверить стабильность во времени КТ-чисел объектов, представляющих различные участки шкалы плотностей Хаунсфилда.

Стабильность КТ-чисел имеет важное значение для диагностики, но еще большее - для планирования лучевой терапии. В последнем случае значения КТ-чисел пересчитываются компьютерной системой планирования облучения в электронную плотность тканей, на основании которой происходит расчет распределения поглощенной дозы в теле пациента. Нестабильность работы томографа (изменение спектра рентгеновского излучения) может привести к погрешностям в планировании лучевой терапии и, как следствие, снизить ее эффективность и увеличить частоту.

Таблица 8. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Конролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
КТ-числа различных материалов	±4 HU	Ежегодно

Пространственная разрешающая способность характеризует возможность раздельной визуализации деталей КТ-изображения, плотность которых отличается более чем на 100 HU. Поэтому она также называется разрешающей способностью при высокой контрастности, или высококонтрастной разрешающей способностью. Высокая пространственная разрешающая способность важна для визуализации мелких деталей (структуры) объектов, в частности при КТ-исследованиях костей, паренхимы легких, КТ-ангиографии.

Пространственная разрешающая способность выражается в парах линий в см (пл/см) и ограничивается размером минимального элемента изображения - пикселя (англ. pictureelement, pixel). Различить детали изображения менее размера пикселя при КТ-исследовании невозможно.

Размер пикселя определяют делением величины реконструированного поля обзора (варьирует в широких пределах, обычно от 10 до 65 см) на размер матрицы реконструкции изображений (обычно 512х512). Так, при матрице 512х512 и реконструированном поле обзора 30 см размер пикселя составит 300/512-0,6 мм. Тогда размер пары объектов наименьшего размера (равного размеру пикселя) составит 0,6x2=1,2 мм. В этом случае пространственная разрешающая способность равна 10/1,2-8,3 пл/см. В современных КТ-сканерах пространственная разрешающая способность может достигать 25 пл/см [8].

Таблица 9. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
Пространственная разрешающая способность	В соответствии с технической документацией на аппарат и фантом	Ежегодно

Контрастная разрешающая способность характеризует возможность раздельной визуализации деталей КТ-изображения, плотность которых незначительно отличается от окружающего фона. Поэтому она также называется разрешающей способностью при низкой контрастности, или низкоконтрастной разрешающей способностью. Высокая контрастная разрешающая способность имеет наибольшее значение при КТ-исследованиях мягких тканей. Для искусственного повышения контрастной разрешающей способности используют внутривенное введение контрастных веществ.

Контрастная разрешающая способность в значительной степени определяется уровнем шума и лишь незначительно зависит от энергии рентгеновского излучения. Поскольку шум легко измерить проверка контрастной разрешающей способности рекомендуется только при приемке томографа в эксплуатацию и после его модернизации.

Таблица 10. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
Контрастная разрешающая способность	В соответствии с технической документацией на аппарат и фантом	При приемке в эксплуатацию и после модернизации

Толщина среза определяется согласованной работой коллиматора рентгеновской трубки («коллимация перед пациентом») и коллиматора детекторов («коллимация после пациента»). Толщина среза определяет разрешающую способность в направлении сканирования. Тонкие срезы характеризуются повышенным уровнем шума, информативность толстых срезов снижается вследствие артефакта усреднения.

Размеры объектов на КТ-сканах определяют с помощью электронного средства измерения расстояний. Для диагностики и планирования лучевой терапии важно, чтобы реальные геометрические взаимоотношения в сканируемом объекте не нарушались. Геометрические неточности могут привести к искажению планов лучевой терапии неправильному расчету дозиметрического распределения или облучению не тех областей.

Таблица 11. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
Измерение расстояний	±1 мм	Ежеквартально

В рентгеновской компьютерной томографии наибольшее практическое значение имеют две дозиметрические характеристики: компьютерно-томографический индекс дозы и произведение доза-объем.

Компьютерно-томографический индекс дозы (англ. ComputedTomographyDoseIndex, CTDI) служит мерой поглощенной дозы излучения в одном томографическом срезе за полный оборот рентгеновской трубки. CTDI принято измерять в последовательном режиме сканирования. Произведение доза-объем (англ. DoseLengthProduct, DLP) характеризует поглощенную дозу с учетом длины зоны сканирования.

Изменение параметров сканирования (мАс, кВ, время ротации, сдвиг стола за полную ротацию рентгеновской трубки, коллимация, приемы модуляции дозы) автоматически приводит к изменению CTDI. По современным требованиям КТ-сканеры должны в реальном времени выдавать на экране монитора значение CTDIw, вычисляемое как 1/3 CTDI в центре фантома и 2/3 CTDI на его периферии. В процессе планирования КТ-исследования оператор видит, как изменяется значение CTDIw при изменении параметров исследования, что позволяет планировать текущее исследование и создавать собственные протоколы с учетом необходимости ограничения дозы облучения пациента.

Таким образом, определение CTDIw является эффективным средством оптимизации протоколов исследования с целью снижения облучения пациенВтомве.сте с тем, CTDI и DLP не являются мерой дозы облучения данного конкретного пациента, для чего используется эффективная доза облучения. Так, при исследовании полного и худого пациентов CTDI и DLP будут одинаковы, поскольку зависят только от параметров протокола исследования и не зависят от характеристик самого пациента, в то время как полный пациент получит большую дозу, чем худой.

Дозиметрические характеристики работы КТ-сканера должны оставаться стабильными во времени. Для контроля стабильности работы КТ-сканера определение показателя CTDIw является достаточным.

Таблица 12. Характеристики, подлежащие контролю при КТ

Контролируемая характеристика	Допустимое отклонение	Частота проверки
CTDIw	±20%	Ежегодно

Заключение

Важной сферой применения рентгеновских компьютерных томографов является подготовка онкологических больных к проведению лучевой терапии злокачественных опухолей. КТ-исследования, используемые в предлучевой подготовке, существенно отличаются от диагностических. Если в лучевой диагностике главной задачей является постановка диагноза, то в лучевой терапии перед КТ стоят иные задачи: определение топографо-анатомических взаимоотношений опухоли и окружающих нормальных тканей, привязка внутренней структуры тела человека к накожным меткам, передача данных в компьютерную систему планирования дистанционного или контактного облучения, а также мониторинг эффективности лечения.

Практически каждый КТ-сканер, используемый в предлучевой подготовке, может решать диагностические задачи. Но не любой диагностический компьютерный томограф может быть использован в лучевой терапии. С этим связано появление в клиниках разных компьютерных томографов для диагностических и радиотерапевтических отделений.

Компьютерные томографы для лучевой терапии имеют увеличенный диаметр апертуры гентри (80 - 85 см), в то время как у диагностических сканеров диаметр апертуры обычно составляет 70 см. Первые имеют две заменяемые деки стола -вогнутую и плоскую, вторые - только вогнутую. Плоская дека соответствует конфигурации столов радиотерапевтических аппаратов. Увеличенный диаметр апертуры гентри вместе с расширенным полем обзора позволяют производить сканирование в том же положении пациента, в котором он будет облучаться, и получать при этом замкнутый контур тела. Необходимость визуализации контура тела пациента является еще одним отличием КТ-исследований для целей планирования лучевой терапии от диагностических исследований.

Главным методом радиационной защиты пациентов при проведении рентгеновской компьютерной томографии является постоянное соблюдение гарантии качества КТ-исследования. Одним из основных элементов гарантии качества, наряду с применением оптимальных методик КТ-исследований, является контроль качества работы компьютерного томографа.

По сравнению с традиционной рентгенодиагностикой для КТ характерно большее количество технических параметров аппарата и настраиваемых пользователем параметров исследования, изменение которых может существенно повлиять на качество изображения и дозу облучения.

Список использованной литературы

1. Алиев Т. М., Тер-Хачатуров А.А. Измерительная техника: Учебное пособие для техн. вузов. - М.: Высш. шк.,2011.

2. Государственная система приборов и средств автоматизации / Под ред. Г. И. Кавалерова. - М.: ЦНИИТЭИ приборостроения, средства автоматизации и систем управления,2011.

3. Кузьмичев Д. А., Радкевич И. А., Смирнов А. Д. Автоматизация экспериментальных исследований. - М.: Наука, 2013.

4. Левин Г. Г., Вишняков Г. Н. Оптическая томография. М.: Радио и связь, 2009.

5.Математические задачи компьютерной томографии // Соросовский образовательный журнал. 2011. Т. 7, № 5.

Реконструктивная и вычислительная томография // ТИИЭР: (Темат.Вып.). 2013. Т. 71, № 3.

6.Троцкий И. Н. Компьютерная томография. М.: Знание, 2008.

7.Троцкий И. Н. Статистическая теория томографии. М.: Радио и связь, 2009.

8. Хазанов Б. И. Интерфейсы измерительных систем. - М.: Энергия, 2009.

Хермен Г. Восстановление изображений по проекциям. М.: Мир, 2013.

9. Цапенко М. П. Измерительные информационные системы: Структуры и алгоритмы, системотехническое проектирование. - М.: Энергоатомиздат, 2005

Размещено на Allbest.ru