Рассмотрим принципиальное устройство компьютерного томографа.

Любой аппарат включает в себя:

• гентри, включающий в себя источник рентгеновских лучей, детекторы сигналов, систему, обеспечивающую необходимые перемещения детекторов и источника;
• систему преобразования информации, которая регистрируется детекторами;
• ЭВМ, которая производит вычисления, необходимые для получения изображения;
• систему записи, воспроизведения и отображения получаемых изображений. 

Диаметр апертуры гентри составляет в среднем 70 см, однако существуют аппараты с большим диаметром – 80-90 см, которые в основном применяются в онкологии, где необходимо обеспечить хорошую доступность патологического очага. При необходимости сканирующая система может наклоняться назад или вперед до 30 градусов.

Гентри характеризуется параметром – временем ротации – временем полного оборота системы трубка-детектор вокруг исследуемого объекта. Чем выше время ротации, тем выше временная разрешающая способность, это имеет большое значение для исследований быстрых процессов и диагностики детей. К примеру, время ротации для томографов, использующихся в рутинных исследованиях, составляет порядка 0,5-0,8 с, для исследований сердца – 0,3-0,4 с.

Сканирующая система (гентри) состоит из детекторной системы и рентгеновской трубки. В томографах третьего поколения трубка и детекторы расположены на одной раме.

В свою очередь детекторы подразделяются на следующие категории:

• газовые детекторы, содержащие ксенон;
• твердотельные, которые бывают сцинтилляционные (имеют в составе сочетание кристаллов солей или керамики с фотодиодами) и полупроводниковые.

Практически во всех компьютерных томографах используются твердотельные детекторы. Чем больше размер детектора, тем больший участок можно просканировать за один оборот. Использование детектора большего размера в совокупности с высокой скоростью оборота гентри позволяет с высокой скоростью выполнить сканирование довольно протяженной области, что имеет большое значение при диагностике детей, пациентов, находящихся в критических состояниях, при исследовании сердца и пр.  Аппараты для компьютерной томографии четвертого поколения содержат от 1400 до 4800 детекторов, расположенных по кольцу на раме.

Рассмотрим детальнее устройство рентгеновской системы. Она состоит из рентгеновской трубки и генератора. Трубка мощностью 30-50 кВт работает в импульсном режиме при напряжении 100-130 кВт и с частотой импульсов 50Гц. Рентгеновская трубка обладает двойным охлаждением: она сама охлаждается маслом, которое в свою очередь охлаждается вентилятором или водой. Вращающийся анод трубки с обратной стороны покрыт графитом с целью предохранения от перегрева. Поглощение мягких компонентов рентгеновского излучения выполняется с помощью фильтрации, в трубке находится коллиматор (специальное устройство для получения параллельных пучков частиц или лучей света) для ограничения потока Х-лучей либо для придания ему оптимальной формы.

Коллимация происходит автоматически при выборе толщины срезов и их количества и вручную не корректируется. Первая коллимация выполняется вблизи фокуса, где неподвижный коллиматор придает веерную или конусную форму пучку в зависимости от формы приемника. Второй коллиматор придает пучку необходимую для определенного исследования форму. Дополнительный коллиматор находится практически вплотную к корпусу гентри и необходим для уменьшения зоны полутеней.

Чем протяженнее объект, тем больше времени требуется на его исследование и тем больше нагревается рентгеновская трубка. Из-за неравномерного линейного расширения материалов при ее нагреве необходим предварительный разогрев трубки перед обследованием и последующее поддержание температуры на определенном уровне для того, чтобы трубка не вышла из строя. Чтобы томограф был всегда готов к немедленному проведению сканирования нагрев не должен быть ниже 10-12%.

Как выполняется сканирование пациента? Рентгеновская трубка испускает коллимированный, тонкий, веерообразный пучок Х-лучей, который является перпендикулярным длинной оси тела. Такой пучок может быть широким и охватывать весь диаметр тела, а, регулируя коллимацию, можно изменять его толщину, следовательно, варьировать толщину обследуемого среза органа или ткани. Пропускаемый через организм пациента пучок Х-лучей фиксируется не пленкой, а системой детекторов, о которых было упомянуто выше. Рентгеновские фотоны, таким образом, генерируют электрические сигналы в детекторах.

Чем больше интенсивность первичного луча, который достиг детектора, тем интенсивнее получаемый электрический сигнал. Таким образом, можно вычислить ослабление первичного луча, фиксируя интенсивность пропущенного излучения.

Процедура получения томограммы основывается на выполнении следующих этапов: 

• формирование необходимой ширины рентгеновского луча; 
• сканирование выбранного участка пучком рентгеновского излучения, которое осуществляется при движении устройства «излучатель-детекторы» (вращательном и поступательном) вокруг неподвижного объекта; 
• оценка излучения и определение его ослабления с дальнейшим преобразованием результатов в цифровой вид; 
• компьютерный синтез томограммы на основании всех данных измерения, относящихся к заданному слою; 
• построение изображения требуемого слоя на экране видеомонитора.

Восстановление изображения изучаемого среза по сумме собранных проекций представляет собой весьма трудный процесс, а окончательный результат является некой матрицей с числами, соответствующими уровню поглощения каждой отдельной точки.

Для обеспечения четкого изображения важным условием является неподвижное положение пациента, т.к. любое движение приводит к возникновению артефактов, к примеру, белых полос от элементов с высоким коэффициентом поглощения (например, костная ткань) и полос темного цвета от структур с низким коэффициентом поглощения (воздух), что может снижать диагностические возможности.

Помимо трубки, детекторов и ЭВМ в состав томографа входит стол и пульт управления.

Стол томографа состоит из подвижной части, где крепится транспортер для укладки пациента, и из основания. Движение пациента в горизонтальной плоскости при сканировании выполняется при помощи пульта управления в автоматическом режиме. Опускание и поднятие стола при укладке пациента осуществляется от системы управления стола.

В свою очередь пульт управления является важной частью компьютерного томографа, он непосредственно связан с ЭВМ и сканирующей системой. Пульт состоит из двух видеомониторов, один из которых является текстовым, второй же необходим для получения изображения срезов, клавиатуры, с помощью которой выполняется выбор технических параметров сканирования, выполнения диалога специалистом, введения данных о пациенте. На пульте оператора находятся кнопки управления для включения индикаторной системы и всего аппарата.

Здесь также Вы можете подробнее узнать об истории развития КТ и физических основах метода.