Компьютерная томография (КТ) - метод рентгеновского исследования, основанный на неодинаковой поглощаемости рентгенологического излучения различными тканями организма, в основном используется в диагностике патологий. Компьютерная томография позволяет получить сведения о конфигурации, размерах, расположении и распространенности любого образования, поскольку этот метод дифференцирует по плотности твердые и мягкие ткани.
Существует четыре поколения компьютерных томографов. Каждое последующее поколение компьютерных томографов имело существенно меньшее время реконструкции КТ-изображений и все большую скорость вращения рентгеновской трубки, что позволило ускорить и расширить сферы диагностического применения КТ-исследований.
Спиральная КТ, то есть компьютерная томография четвертого поколения, используется в клинической практике с 1988 года, когда компания Siemens Medical Systems представила первый спиральный компьютерный томограф. Спиральное сканирование заключается в одновременном выполнении двух действий: непрерывного вращения гентри, и непрерывного поступательного движения стола с пациентом вдоль продольной оси сканирования через апертуру гентри.
|
|
Самыми крупными компонентами КТ являются устройство для непосредственного выполнения томограмм (гентри) и стол для пациента. При вращении гентри происходит вращение входящих в состав гентри источника излучения – рентгеновской трубки и детекторов.
Компьютерные томографы создают цифровое изображение путем измерения интенсивности рентгеновских лучей, прошедших через тело во время вращения рентгеновской трубки вокруг пациента. Коэффициент поглощения веерного пучка рентгеновских лучей в объекте измеряется с помощью набора, состоящего из рентгеновских детекторов в количестве от нескольких сот до нескольких тысяч. Детекторы собирают информацию в каждой из проекций, которая затем оцифровывается и анализируется компьютером. На основе полученных данных компьютер реконструирует поперечное компьютерно-томографическое изображение. Полученные с помощью компьютерной томографии снимки отображают анатомическую структуру объекта в данном сечении.
Рис. 1.1.1 Компьютерный томограф SOMATOM Sensation 64
Типичный размер области исследования (внутренний диаметр гентри) составляет около 50 см, при апертуре гентри равной 70 см. Расстояние от оптического центра вращения до рентгеновской трубки составляет 60 см.
Уже в первых моделях механических систем компьютерных томографов к конструкции механических узлов предъявлялись очень высокие требования, связанные с обеспечением необходимой точности их перемещений в процессе регистрации данных. Уровень требований к конструкции механических узлов существенно вырос в связи с повышением скорости вращения в современных системах.
|
|
Дополнительные технические сложности возникают из-за действия центробежных сил. Чтобы представить, насколько они серьезны, следует учесть, что масса вращающейся части гентри составляет от 400 до 1000кг. Чтобы раскрутить этот массивный узел до скорости 1-2 об/с, используются электродвигатели, встроенные в основание гентри и обеспечивающие достаточно равномерное движение. Несложно рассчитать величину возникающих при этом центробежных сил. Расстояние между рентгеновской трубкой и осью вращения обычно составляет 600 мм, а скорость вращения — 2 об/с (360° за 0,5 с), при этом возникает ускорение, равное 9,66 • g, что примерно в десять раз превышает ускорение свободного падения. Для типичной рентгеновской трубки массой 100 кг (вместе с креплением) возникает центробежная сила около 10 000 N, которую необходимо компенсировать. Из этого следует, что к таким компонентам, как рентгеновская трубка, детектор и система реконструкции изображений, предъявляются очень высокие требования, в том числе и в механическом отношении.
Подача электропитания к рентгеновской трубке и другим компонентам вращающейся части гентри, а также прием данных от них осуществляются с помощью кольцевых токосъемников со скользящими контактами. Данные с систем регистрации (детекторов) также могут передаваться по оптическим линиям или радиоканалам. Выбор конкретного решения определяется его стоимостью и надежностью.
Привод гентри осуществляется обычно от асинхронного двигателя, к которому предъявляется ряд требований, обусловленных спецификой нагрузки. Во-первых, при статическом характере угловой скорости вращения ротора нагрузочный момент определяется моментом сухого трения и моментом вязкого трения, активный момент отсутствует. Во-вторых, большой динамический момент, обусловленный большим моментом инерции, влияет на уменьшение времени разгона двигателя, которое определяется большим электромагнитным моментом.
Использование частотного регулирования позволяет справиться с перечисленными трудностями, но требует знания закона управления приводом при пуске, обеспечивающего требуемый пусковой момент, ограничение величины пускового тока, снижение потерь, обусловленных реактивными токами.
Для решения вышеперечисленных задач необходимо исследовать динамические характеристики асинхронного управляемого привода методом математического моделирования.