Cone-beam CT felépítése

   Tankönyv Fizikusoknak  »  A röntgendiagnosztika alapjai  »  Kúpsugaras röntgentomográfia ( Cone-beam CT )  »  Cone-beam CT felépítése

Az 1. ábra egy nagyon egyszerű, kisméretű (3-7cm átmérőjű) minták vizsgálatára alkalmas kúpsugaras CT készülék felépítését mutatja. A berendezés két fő komponense a röntgencső és a detektor, melyek egy közös mechanikai vázon (ún. gantry-n) egymással szemben helyezkednek el, és a vizsgálat során a közös tengely körül elfordulva tapogatják le az objektumot.

1. ábra. __Egy egyszerű cone-beam CT készülék felépítése.__ Az ábrán egy kúpsugaras CT berendezés gyakorlati megvalósítása látható. 1, a berendezés közös alaplemeze, mely egy forgó vázra van felszerelve 2, mikro fókuszú röntgencső; 3, flat panel detektor; 4, röntgencső vezérlő elektronika; 5, fix alumíniumszűrő; 6, röntgensugár határoló kollimátor (pre-patient collimator); 7, objektum helye, a nyíláson keresztül tolható be az objektum a detektor látómezejébe és ennek középpontjában található a váz forgástengelye.

Röntgencső

 
A röntgencső a felhasználási területtől függően változatos kialakítású lehet. A kisállatok és ex-vivo minták vizsgálatára alkalmas berendezéseknél általában mikrofókuszú röntgencsövet használnak, melynek fókuszmérete a 10µm-es tartományba esik. Ezek általában kis teljesítményű (<100W), a nagyfeszültségű tápforrással egybe épített folyamatos üzemű röntgencsövek, álló – legtöbbször wolfram - anóddal és léghűtéssel. Ennek köszönhetően kompakt kialakításúak és kis súlyúak. A fogászatban, vagy SPECT és PET kamera mellett elnyelési korrekciós célokra használt berendezéseknél nagyobb teljesítményű röntgencsövekre van szükség (1-10kW), melyek már forgó anóddal rendelkeznek és fókuszméretük is jóval nagyobb. A röntgencső paraméterek szintén az alkalmazási területtől függően változók. A csőfeszültség értékek 40kVp-től (kisállatok, lágyszövet minták) egészen 80-100kVp-ig (humán vizsgálatok, elnyelési korrekció) terjednek, míg a csőáram értékeket általában az adott feszültség értéken elérhető teljesítmény határozza meg (néhány 100µA – 10mA). Néhány kúpsugaras CT készülékben alkalmazott röntgencső paramétereit mutatja az 1. táblázat.

1. táblázat Kúpsugaras CT-ben gyakran használt röntgencsövek paramétereinek összehasonlítása (példák)

Röntgendetektor

 

A röntgendetektor lehet analóg (pl. röntgen képerősítő – image intensifier) vagy digitális, melyeket gyűjtőnéven flat panel detektornak is hívnak. Ezeken belül a detektálási elv alapján alapvetően két csoportot különíthetünk el. A direkt konverziós típus a röntgen fotonokat közvetlenül elektromos jellé alakítja (pl. amorf szelén detektor), míg az indirekt konverziós eszközökben található szcintillációs kristályban a beérkező röntgen fotonok látható fényfelvillanásokat hoznak létre, melyek optikailag csatolt fényérzékelőkkel (fotoszenzor) detektálhatók. A detektorok leképezési tulajdonságait alapvetően meghatározza a szcintillációs kristály anyaga (pl. Gd₂O₂S – Gadolínium-oxiszulfid vagy CsI – cézium-jodid), vastagsága, szerkezete (amorf vagy oszlopokból álló) valamint a fényérzékelő típusa (pl. CMOS fotodióda mátrix vagy CCD) és a kettő közötti optikai csatolás minősége (pl. direkt vagy optikai szálakkal megvalósított csatolás). Néhány kúpsugaras CT készülékben alkalmazott röntgendetektor paramétereit mutatja a 2. táblázat.

2. táblázat Kúpsugaras CT-ben gyakran használt röntgendetektorok paramétereinek összehasonlítása (példák)

Mechanikai szűrők

 
A hagyományos röntgen és CT készülékekhez hasonlóan kúpsugaras CT-kben is használnak különféle mechanikai szűrőket, mellyel a röntgensugár spektrumát lehet módosítani. A szűrők anyaga leggyakrabban alumínium (Al), ezüst (Ag) vagy akár cérium (Ce), a vastagságuk a röntgenteljesítménytől függően pár tized millimétertől a néhány milliméterig terjed. A filterek alkalmazásának egyik célja, hogy a folytonos spektrumból kiszűrjük azokat az alacsony energiás komponenseket, melyek az objektumban teljesen elnyelődve amúgy sem vesznek részt a képalkotásban, viszont hozzájárulnak a dózishoz. A másik cél, hogy a folytonos spektrumot közelítsük a monokróm, azaz egy domináns energiával rendelkező spektrumhoz, ezáltal is csökkentve a sugárkeményedés által okozott műterméket (lásd Sugárkeményedés korrekció, 13. oldal)

Kollimátorok

 
A röntgensugár alakjának formálására szintén más röntgenkészülékekhez hasonlóan kollimátort használnak. Ennek célja, hogy a csak azokat a röntgensugarakat engedje az objektumon áthaladni, melyek a detektor aktív felületére vetülnek, hiszen csak ezek vesznek részt a képalkotásban, ezáltal csökkentve a vizsgált objektumot érő dózist.

Kúpsugaras CT koordináta rendszere

 
A kúpsugaras CT készülékek koordináta rendszerét mutatja a 2. ábra. A jobb oldalon található S pontból indulnak ki a röntgensugarak (szaggatott vonal), mely a röntgencső fókuszpontjának felel meg és a leképezés szempontjából első közelítésben pontszerűnek tekinthető. A baloldalon a fókusztól D távolságra (fókusz–detektor távolság) található a sík röntgendetektor. A detektor és a röntgencső a fókusztól d távolságra (fókusz-forgástengely távolság) lévő forgástengely (axis of rotation, AOR) mentén fordulnak el a leképezés során. Koordináta rendszer három merőleges tengelye közül hagyományosan a z-tengely párhuzamos a forgástengellyel (AOR).

2. ábra A kúpsugaras CT készülékek leképezésének koordináta rendszere.

 
A leképezés geometriájából adódik, hogy a forrás fókuszából kilépő röntgensugarak széttartóak, így a forgástengelybe helyezett objektum nagyított képe vetül a detektor aktív területére (2. ábra, szürkével jelölt terület). A forgástengelyre vonatkoztatott nagyítás (n) egyenlő a forrás–detektor (D) és forrás–forgástengely (d) távolság arányával:

 
Ha a forrást és a detektort közös keretre fogatva – tehát a közöttük lévő távolságot állandó értéken tartva – együtt mozgatjuk el a forgástengelyhez viszonyítva, úgy, hogy a forrás közelebb kerüljön hozzá, akkor mivel D > d , kis elmozdulással is hatékonyan lehet növelni a készülék nagyítását:

 
A detektor aktív területének forgástengelyre vonatkoztatott vetületét hívjuk a készülék látómezejének (field of view, FOV). Mivel a detektorok általában téglalap alakúak, a látómező nagyságát a forgástengellyel párhuzamos irányú axiális (axial field of view, AFOV) és erre merőleges irányú transaxiális (transaxial field of view, TFOV) kiterjedéssel adják meg. A nagyítással természetesen fordítottan arányosan változik a detektor forgástengelyre vonatkoztatott látómezeje és pixelmérete, ami nagy nagyítás esetén igen jó térbeli felbontás elérését teszi lehetővé.