СПОСОБ ДЛЯ ЦИФРОВОЙ СУБСТРАКЦИОННОЙ АНГИОГРАФИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК A61B6/00 

Изобретение относится к медицине, в частности к рентгенодиагностическим методам исследования.

Известен способ компьютерно-томографического исследования сердца (а.с. СССР N 1232217, кл. А 61 В 6/00, 1983), при котором вводят контрастное вещество в исследуемые сосуды пациента, проводят первую серию сканирования для получения изображения исследуемой области, при которой определяют время наступления пиков контрастирования, затем повторно вводят контрастное вещество и в момент наступления пиков контрастирования проводят исследование.

Недостатком данного способа является необходимость многократного, по меньшей мере двукратного, ввода контрастного вещества, обеспечивающего по своей концентрации в крови достаточный эффект контрастности и, как следствие, увеличение дозы рентгеновского облучения.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, по технической сущности, является способ и устройство для осуществления субстракции рентгеновского изображения при внутривенном введении рентгеноконтрастного вещества. В известном способе делают серию снимков до введения контрастного вещества в исследуемый сосуд, затем эту серию продолжают во время прохождения контрастного вещества по сосуду. Зарегистрированные изображения в виде цифровых сигналов вводят в память процессора и совместно обрабатывают с целью получения качественного изображения.

Устройство для осуществления этого способа содержит рентгеновскую установку, цифровой видеопроцессор, АЦП, контроллер, микропроцессор, запоминающее устройство, цифровой умножитель, два сумматора, два блока памяти, ЦАП, дисплей, ТВ-монитор, блок памяти на видеодиске.

Недостатком этого способа является сложность выделения изображения исследуемого сосуда в тех случаях, когда его изображение маскируется другими органами тела, дающими близкое по яркости на экране ТВ-монитора изображение, а главное, необходимостью иметь большой объем видеопамяти для размещения многочисленных изображений, большая часть которых полезной информации не несет.

Устройство для реализации известного способа не позволяет реализовать предложенный способ.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что:
осуществляют просвечивание пациента рентгеновским излучением;
фиксируют электрические режимы рентгеновской установки с видеопреобразователем;
устанавливают режим выборки серии рентгеновских изображений;
получают серию рентгеновских изображений в виде видеосигнала на выходе видеопреобразователя рентгеновской установки;
исключают составляющие видеосигнала, выходящие за пределы заранее выбранного амплитудного диапазона и приводят сигнал к нормированному уровню;
регистрируют видеосигнал в виде массива цифровых данных; вводят в исследуемые сосуды рентгеноконтрастное вещество;
повторно осуществляют просвечивание (на зафиксированном ранее режиме);
получают вторую серию рентгеновских изображений;
регистрируют вторую серию рентгеновских изображений в виде второго массива цифровых данных;
математически обрабатывают полученные массивы;
осуществляют субтракцию первой и второй серии рентгеновских изображений;
выводят результирующее изображение на экран монитора;
анализируют полученное изображение.

Предлагаемый способ для цифровой субтракционной ангиографии отличается от известного тем что:
дополнительно перед регистрацией серии рентгеновских изображений фиксируют электрические режимы рентгеновской установки с видеопреобразователем;
при регистрации рентгеновских изображений исключают составляющие видеосигнала, выходящие за пределы ранее выбранного амплитудного диапазона и приводят видеосигнал к нормированному уровню, при этом устанавливают режим выборки первой и второй серии рентгеновских изображений.

Устройство для цифровой субтракционной ангиографии отличается от известного тем, что в него дополнительно введены системная магистраль, накопители на гибких и жестких магнитных дисках, блок выборки кадров, блок регистров управления, блок формирования адреса и сигналов управления, генератор синхроимпульсов, источник опорного напряжения, блок фазовой автоподстройки частоты, коммутатор и принтер.

Указанные отличия позволяют повысить точность диагностирования за счет улучшения качества изображения при рентгеновском исследовании, что достигается за счет предварительного анализа видеосигнала и его обработки, коррекции амплитудной характеристики видеотракта, селективной выборки и обработки изображений и в конечном счете повышения информативности.

Кроме того высокая точность диагностирования, более высокая вероятность распознать заболевание на его ранних стадиях дают возможность не только улучшить качество лечения, но и значительно снизить затраты.

На фиг. 1 показан алгоритм предложенного способа субтракционной ангиографии; на фиг. 2 структурная схема устройства для цифровой субтракционной ангиографии; на фиг. 3 функциональная схема блока обработки видеосигнала; на фиг. 4 функциональная схема блока регистров управления; на фиг. 5 схема блока формирования адреса и сигналов управления; на фиг. 6 схема блока выборки кадров.

Устройство для осуществления способа цифровой субтракционной ангиографии содержит блок 1 формирования видеоинформации, служащий для обработки телевизионного видеосигнала, его преобразования в цифровой код, для хранения, перекодирования цифрового массива данных, представляющего собой цифровой эквивалент телевизионных изображений, для обратного преобразования цифрового массива данных в аналоговые видеосигналы, а также для формирования тактовых импульсов и синхросигналов.

Блок 1 имеет вход для стандартного электрического видеосигнала, подключенный к видеовыходу рентгеновской установки (не показана), имеющей в своем составе преобразователь рентгеновского изображения в телевизионное (видеопреобразователь).

Блок 1 имеет второй вход внешнего запуска, электрически связанный с кнопкой дистанционного управления, которая размещена в непосредственной близости от врача.

Выходы блока 1 подключены к видеовходу и синхровходу телевизионного монитора 2, а информационно-управляющий вход-выход связан с системной магистралью 3 устройства. В качестве системной магистрали 3 в устройстве используется шина UME-bus [см. спецификацию магистрали UME, ред С1 магистраль МЭК 821, 1986 г.

Блок 1 имеет выход для связи с видеомагнитофоном.

К системной магистрали 3 подключены процессор 4, оперативное запоминающее устройство 5 (ОЗУ) и контроллер 6 магнитных дисков (КМД), связанный с накопителем на гибких магнитных дисках НГМД 7 и накопителем на жестких магнитных дисках 8 (НЖМД) типа Винчестер.

Процессор 4 через имеющиеся в его составе последовательные интерфейсы связан с алфавитно-цифровым дисплеем (АПД) 9 и принтером 10.

Процессор 4, ОЗУ 5, КМД 6, объединенные системной магистралью 3, а также НГМД 7, НЖМД 8, АЦД 9, принтер 10, образуют вычислительное ядро устройства, работа которого поддерживается системным программным обеспечением (операционной системой). Системная магистраль 3, используемая в устройстве, допускает применение процессоров с различной системой команд, различной производительностью и разрядностью от 8 до 32 бит. В соответствии с характеристиками и системой команд используемого процессора выбирается операционная система для вычислительного ядра устройства. Для практической проверки описываемого изобретения применен процессор на основе однокристального микропроцессора К1801ВМ3 с системой команд по ОСТ-11.305.909.-82, обеспечивающий совместимость с ЭВМ класса "Электроника-60" и т.п. и соответственно операционная система "РАФОС", адаптированная под выбранную архитектуру вычислительного ядра с шиной UME-bus.

Неотъемлемой частью устройства является прикладная программа, обеспечивающая различные режимы обработки видеоизображения по выбору оператора, хранящаяся на НЖМД 8. Блок 1 формирования видеоинформации содержит блок 11 обработки видеосигнала, первый вход которого является видеовходом блока 1, а первый выход подключен к первому (информационному) входу аналого-цифрового преобразователя 12 (АЦП). Второй и третий входы блока 11, а также соответственно второй и третий входы АЦП 12 связаны с выходами источника 13 опорных напряжений (ИОН).

Второй выход блока 11 соединен с первым входом блока 14 фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ), а третий и четвертый выходы соединены с первым и вторым входами блока 15 регистров управления, первый многоразрядный выход которого подключен к управляющему входу блока 11 обработки видеосигнала.

Выход блока 14 ФАПЧ подключен к четвертому входу АЦП 12 (входу тактирования), входу блока 16 формирования адресов и сигналов управления, входу генератора 17 синхроимпульсов, первый выход которого подключен ко второму входу блока 14, второй выход является синхровыходом блока 1 формирования видеоинформации.

Выход АЦП 12 подключен к первому информационному входу видеооперативного запоминающего устройства 18 (видеоОЗУ), информационный выход которого соединен с первым входом коммутатора 19.

Первый адресный вход видеоОЗУ 18 подключен к выходу блока 16, а второй адресный вход и вход управления к первому и соответственно второму выходам блока 20 выборки кадров, первый вход которого является входом внешнего запуска блока 1, а второй вход соединен со вторым многоразрядным выходом блока 15 регистров управления, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющим и вторым информационным соответственно входами коммутатора 19. Третий вход блока 20 выборки кадров соединен с третьим выходом генератора 17.

Выход коммутатора 19 подключен к адресному входу запоминающего устройства 21, информационный вход-выход которого подключен к входу первого цифроаналогового преобразователя 22 и через интерфейс 23 подключен к информационному входу-выходу блока 1.

Выход ЦАП 22 соединен с видеовыходом блока 1 и входом смесителя 24.

Второй вход смесителя 24 соединен со вторым выходом генератора 17, а выход смесителя 24 используется для связи с видеомагнитофоном. Информационный вход-выход блока 15, третий адресный вход, а также информационный вход-выход видеоОЗУ 18 через интерфейс 23 связаны с информационно-управляющим входом блока 1.

Технические возможности устройства в значительной степени определяются характеристиками узлов блока 1: блока 11 обработки видеосигнала, АЦП 12, видеоОЗУ 18. В состав блока входят: амплитудный селектор 25, обеспечивающий выделение строчных синхроимпульсов (ССИ) из входного полного видеосигнала; блок 26 задания нелинейности; регулируемый усилитель-сумматор 27 видеосигнала; цифроаналоговый преобразователь 28 (ЦАП); пиковые детекторы 29 и 30, а также компараторы 31 и 32.

Выход амплитудного селектора 25 является вторым выходом блока 11, а его вход, а также соединенный с ним вход блока 26 образуют видеовход блока 11 обработки видеосигнала и соответственно видеовход блока 1 и устройства в целом. Выход блока 26 подключен к первому входу усилителя-сумматора 27, выход которого является первым выходом блока 11. Второй вход усилителя-сумматора 27 связан с выходом ЦАП 28, а его выход подключен к входам пиковых детекторов 29, 30, выходы которых соединены соответственно с первыми входами компараторов 31, 32, вторые входы которых соответственно являются вторым и третьим входами блока 11. Выходы компараторов 31, 32 являются соответственно третьим и четвертым выходами блока 11, а многоразрядные управляющие входы блока 26, усилителя-сумматора 27, ЦАП 28, образуют в совокупности управляющий вход блока 11.

Конструктивно амплитудный селектор 25 выполнен по схеме, широко используемой в бытовых телевизорах. Блок 26 задания нелинейности выполнен в виде усилителя, охваченного глубокой отрицательной связью, и имеющего коэффициент передачи близкой к единице.

Обратная связь в нем замыкается через матрицу нелинейных и линейных элементов, коммутируемую управляющим кодовым сигналом. В качестве активного элемента может быть применена микросхема типа К154УД4 (операционный усилитель).

Регулируемый усилитель-сумматор видеосигнала 27 может быть выполнен также на основе микросхемы К154УД4 в виде масштабного усилителя, коэффициент передачи которого коммутируется управляющим кодовым сигналом.

Пиковые детекторы строятся на основе полупроводниковых диодов и конденсаторов. В качестве компараторов могут быть применены компараторы в интегральном исполнении типа К554СА1 и т.п.

АЦП 12 имеет время преобразования tпр Тпр/n_эл, где Тпр время прямого хода строчной развертки (определяется характеристиками соответствующих преобразователей изображения рентгеновской установки);
-n_эл количество элементов, на которое разбивается телевизионная строка в процессе дискретизации телевизионного растра.

Диапазон возможных напряжений входного видеосигнала для АЦП 12 соответствует интервалу
Δ U=Uоп2-Uоп1,
где Uоп1, Uоп2 опорные напряжения на втором, третьем АЦП 12.

Количество уровней квантования, обеспечиваемое АЦП 12, должно превосходить количество уровней яркости, различаемое на телевизионном изображении человеческим глазом. Реально это число должно быть N=256 и выше, что соответствует разрядности АЦП, равной С ≥ 8. АЦП 12 может быть выполнен на основе микросхем типа К1107ПВ2, К1107ПВ3.

Функционально доступ к видеоОЗУ 18 обеспечивается через три порта. Первый порт, образованный первым и вторым адресными и первым информационным входами, предназначен для записи данных в одну из страниц видеоОЗУ 18 в темпе преобразования видеосигнала в код (т.е. каждая операция записи выполняется за время tпр).

Второй порт, образованный также первым адресным входом и первым информационным выходом служит для чтения данных одной из страниц памяти с темпом, равным темпу записи.

Третий порт видеоОЗУ 18 образован третьим адресным входом и двунаправленным информационным входом-выходом. Он предназначен для обеспечения доступа к любой странице памяти видеоОЗУ 18 через интерфейс 23.

ВидеоОЗУ 18 должно иметь информационную емкость, достаточную для запоминания нескольких кадров изображения. Для каждого кадра в видеоОЗУ выделяется одна страница. Емкость одной страницы составляет
U=n.m.c, бит, где n количество элементов в строке;
m количество строк, запоминаемых в одном кадре;
с количество бит, используемое для кодирования яркости каждого элемента изображения при аналого-цифровом преобразовании.

При m=n=512 и с=8 имеем U=256 Кбайт.

Один из возможных вариантов видеоОЗУ описан в изобретении по а.с. N 1524438, 1989.

Процесс фиксации наиболее информативных кадров, имеющих наивысший кон-траст в исследуемой области трудно предсказуем, так как скорость прохождения контрастного вещества по сосудам пациента зависит от ряда субъективных факторов.

Для повышения вероятности фиксации кадров, имеющих близкую к наивысшей информативность, необходимо обеспечить прием, преобразование и запоминание видеосигнала в интервале от 2 до 30 сек. Это вынудило бы иметь в видеоОЗУ 50-750 страниц памяти. Экспериментальные данные показывают, что динамика изменения контраста невысока и запоминать можно каждый К-й кадр из непрерывной последовательности кадров. Причем, значение К может лежать в диапазоне 2-16.

Это обстоятельство позволяет ограничить объем памяти видеоОЗУ 18 на реально достижимом уровне. В созданном для проверки сущности изобретения макете устройства объем видеоОЗУ составляет 1 Мбайт.

Блок 20 выборки кадров содержит два последовательно соединенных счетчика: счетчик кадров и счетчик страниц памяти видеоОЗУ 18. Эти счетчики имеют вход начальной установки и вход сброса в нулевое (исходное) состояние. Они могут быть выполнены на микросхемах К1555ИЕ7 и т.п.

Запоминающее устройство 21, представляет собой сверхоперативное запоминающее устройство, количество ячеек в котором равно
Q≥ 2^c, где с разрядность АЦП 12 и соответственно разрядность информационного выхода видеоОЗУ 18.

Блок ЗУ 21 может быть выполнен на микросхемах К132РУ8. Следует отметить, что при большой разрядности информационного входа (первого) и выхода видеоОЗУ 18 нецелесообразно для связи с ЗУ 21 использовать более восьми разрядов. Также нецелесообразно разрядность ячеек ЗУ 21 и соответственно разрядность первого ЦАП 22 делать более восьми, так как человеческий глаз не сможет воспринять более 256 градаций яркости.

Коммутатор 19 может быть выполнен на микросхемах типа К555КП11. Информационные входы коммутатора 19 и его выход многоразрядны. ЦАП 22 выполняется на микросхемах типа К1118ПА1 или аналогичных. Блок 15 содержит несколько многоразрядных регистров, которые могут быть выполнены на микросхемах типа К155ИР1, К580ИР86.

Блок 14 ФАПЧ содержит управляемый генератор и детектор ошибки, который имеет два входа для импульсных сигналов, сравниваемых по частоте. Блок 14 ФАПЧ может быть выполнен по схеме, описанной в документации на комплекс вычислительный персональный "Электроника МС 0585". Контроллер НМД. Техническое описание.

Генератор 17 синхроимпульсов и смеситель 23 также строятся по известным схемам, например описанным в журнале "Микропроцессорные средства и системы" N 1, 1986 г. Д. А. Лукьямнев "ПЗУ универсальный элемент цифровой техники" с. 75 и соответственно в журнале "Техника кино и телевидения" N 4, 1984 г. В. В. Казаков, А. А. Рысин "Входные цепи устройств отображения ТВ информации с плоским экраном" с. 38.

Интерфейс 23, а также системная магистраль 3 строятся по принципам, подробно изложенным в журнале "Микропроцессорные средства и системы" N 5, 1987 г. В. А. Канцеров, А. С. Першин "UME магистраль нового поколения", с. 47.

Блок 15 регистров управления содержит дешифраторы 33, 34, четыре регистра 35, шинный формирователь 36. Входы "запись" дешифратора 33, адресные входы дешифраторов 33, 34, вход "чтение" дешифратора 34, шина данных, соединенная с входами каждого из четырех регистров 35 представляют собой вход-выход блока 15, который подключен к интерфейсу 23. Каждый из четырех выходов дешифратора 33 соединен со вторым входом каждого из регистров 35.

Выход дешифратора 34 соединен с первым входом шинного формирователя 36, второй вход которого соединен с шиной данных блока 15. Выходы регистров 35 являются первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока 15.

Входы шинного формирователя 36 являются первым и вторым входами блока 15.

Дешифраторы могут быть выполнены на ИС типа 155ИД4, регистры на ИС типа 155ИР1, шинный формирователь на ИС типа К589АП16.

Блок 16 формирования адреса и сигналов управления содержит элементы задержки 37, 38, 39, 42, 44, элементы И40, 47, RS-триггеры 41, 46, счетчик 43 элементов изображения, дешифраторы 45, 49, счетчик 48 строк. Первый вход блока 16 соединен с первым входом элемента 40 И, второй вход которого соединен с выходом RS-триггера 41.

S-вход триггера 41 через элемент задержки 42 соединен с синхровходом блока 16, R-вход подключен к выходу дешифратора 45, вход которого соединен с выходом счетчика 43 элементов изображения, вход которого соединен с выходом элемента 40 И и входами элементов 37, 38, 39 задержки, выходы которых являются управляющими выходами блока 16. Выходы счетчика 43 элементов изображения и счетчика 48 строк вместе с управляющими выходами являются выходом блока 16, соединенным с видеоОЗУ 18.

Выход счетчика 43 элементов изображения соединен с первым входом элемента 47 И, выход которого соединен со входом счетчика 48 строк, второй выход которого через дешифратор 49 соединен с R-входом RS-триггера 46, S-вход которого через элемент 44 задержки соединен с третьим входом блока 16.

Блок 20 выборки кадров состоит из RS-триггера 50, счетчика-делителя 51, дифференцирующего звена 52, RS-триггера 53, счетчика 54 страниц.

S-вход триггера 50 является первым входом блока 20 и соединен с входом внешнего запуска, R-вход триггера 50 подключен к выходу счетчика 54 страниц.

Выход триггера 50 соединен с входом разрешения счета счетчика-делителя 51, счетный вход которого соединен с третьим входом блока 20. Выход счетчика-делителя 51 соединен с S-входом триггера 53, счетным входом счетчика 54 страниц, выход которого соединен с R-входом триггера 50.

Вход счетчика 51 является вторым входом блока 20 и связан с выходом блока 15. Второй выход счетчика 54 страниц и выход триггера 53 соединены соответственно с первым и вторым входами видеоОЗУ 18.

Предлагаемое устройство имеет три основных режима работы:
режим подготовки;
режим приема, преобразования и запоминания изображений;
режим обработки изображений и вывода результата на ТВ-монитор, а при необходимости на видеомагнитофон.

В зависимости от режима работы используется соответствующая часть (фрагмент) прикладной программы, которая загружается с НЖМД 8 в ОЗУ 5 и выполняется процессором 4. При этом операции по загрузке прикладной программы выполняются также процессором 4, для чего используются соответствующие компоненты и команды операционной системы. Совершенно очевидно, что для загрузки тех или иных программ в ОЗУ 5 процессор 4 использует системную магистраль 3. Прикладная программа обеспечивает для выполнения ряда операций диалоговый режим общения оператора с устройством.

В режиме подготовки выполняются следующие процедуры (операции);
настройка блока 20 выборки кадров в блоке 1 на прием определенного количества кадров, и задается режим селекции кадров;
настройка блока обработки видеосигнала 11 на исходный коэффициент усиления видеосигнала, а также задание вида и коэффициента нелинейности характеристики видеоусилителя;
задание номера страницы видеоОЗУ 18, содержимое которой должно отображаться на экране ТВ-монитора 2;
загрузка блока ЗУ21 массивами данных. Настройка блока 20 осуществляется путем подачи на второй вход этого блока многоразрядного кодового сигнала, который формируется на втором многоразрядном выходе блока 15 в процессе исполнения прикладной программы. Некоторая группа разрядов этого кодового сигнала (3-5 разрядов) определяет коэффициент пересчета счетчика кадров т.е. задает чиcло К. Это означает, что только каждый К-ый кадр из непрерывной последовательности кадров может быть обработан и записан в видеоОЗУ 18.

Другая часть кодового сигнала на втором входе блока 20 управляет счетчиком страниц, имеющимся в блоке 20, и определяет количество кадров, которые будут записаны за один прием в видеоОЗУ 18 по команде оператора (врача).

В зависимости от выбранной стратегии проведения операции могут быть реализованы различные варианты настройки блока 20, в частности возможны фиксированное или изменяемое в процессе операции значение числа К.

Блок 11 обработки видеосигналов обеспечивает:
выделение из входного полного видеосигнала строчных синхронизирующих импульсов;
усиление входного видеосигнала в Z раз, причем число Z задается кодовым сигналом, поступающим на усилитель-сумматор 27 с первой части разрядных выходов блока 15 регистров управления;
смещение видеосигнала по уровню (подмешивание постоянной составляющей) на величину, определяемую также соответствующей группой разрядов кодового сигнала с блока 15;
введение нелинейности в амплитудную характеристику тракта прохождения видеосигнала, вид нелинейности задается кодовым сигналом на управляющем входе блока 26 задания нелинейности;
контроль верхнего и нижнего (пиковых) значений переменной составляющей видеосигнала.

В свою очередь функции регулирования коэффициента усиления, смещения уровня, а также функции контроля значений переменной составляющей видеосигнала обеспечивают возможность согласования уровней переменной составляющей видеосигнала с диапазоном входных напряжений АЦП 12.

Первоначальная настройка блока 1 обработки видеосигнала осуществляется при кратковременном включении рентгеновской установки. Время включения определяется врачом и должно быть достаточным для того, чтобы увидеть на ТВ-мониторе, входящем в состав рентгеновской установки, исходное (эталонное) изображение в течение 2-3 или более c. Этого времени достаточно для завершения процесса автоматической настройки рентгеновской установки на оптимальный режим облучения.

Если при этом на изображении обнаруживаются участки, не "закрытые" исследуемыми органами (или частями тела) пациента, то врач должен закрыть эти зоны непрозрачными (для рентгеновских лучей) экранами. Таким образом исключается появление в видеосигнале составляющих, соответствующих полностью прозрачным участкам пространства, попадающих в зону облучения. Эти составляющие имеют наибольший размах и существенно искажают результат нормализации уровня исходного видеосигнала, которая выполняется в процессе автоматической настройки рентгеновской установки на конкретного пациента. При этом на вход блока 11 поступает полный видеосигнал, имеющий некоторую переменную составляющую с полезной информацией, размах которой, как правило, меньше чем полный размах видеосигнала (под полным размахом имеется в виду разница между уровнем белого и уровнем черного). Следует отметить, что полный размах видеосигнала также меняется от случая к случаю. Настройка блока 11 производится в следующей последовательности.

Прикладная программа с помощью блока 15 задает некоторый минимальный коэффициент усиления видеосигнала Zmin и нулевое смещение.

Максимальный положительный уровень видеосигнала (для позитивного видеосигнала это соответствует самым ярким точкам изображения) с помощью первого пикового детектора 29 и первого компаратора 31, имеющихся в блоке 11, сравнивается с опорным напряжением Uоп1, которое поступает с источника опорного напряжения 13 на второй вход блока 11. Следует отметить, что напряжение Uоп1 поступает на второй вход АЦП 12 и задает верхнюю границу допустимых напряжений на его первом (информационном) входе.

Изменяя последовательно малыми приращениями величину постоянного смещения, которое вырабатывается с помощью ЦАП-28 и суммируется с видеосигналом, прикладная программа также последовательно анализирует результат сравнения максимального положительного уровня видеосигнала с напряжением Uоп1, до тех пор, пока результат сравнения не изменит знак.

Такое состояние будет означать, что положительные максимумы, видеосигнала (пиковые значения) с точностью до малого приращения совпадают с опорным напряжением Uоп1 и соответственно с верхней границе диапазона входных напряжений АЦП 12. В этом состоянии значение постоянного смещения программно фиксируется.

Затем прикладная программа проводит анализ результата сравнения нижних уровней видеосигнала с опорным напряжением Uоп2, которое подается на третий вход блока 11 и далее на второй вход коммутатора 32.

Результат сравнения формируется вторым пиковым детектором 30 и компаратором 32 и через четвертый выход блока 11 поступает на второй вход блока 15.

Загружая соответствующие коды в один из регистров блока 15 и воздействуя таким образом на соответствующие разряды управляющего входа блока 11, связанные с управляющим входом усилителя-сумматора 27, прикладная программа дискретно увеличивает коэффициент усиления Z и снова анализирует результат сравнения нижних уровней видеосигнала с напряжением Uоп2. Эти операции повторяются до тех пор, пока результат сравнения не изменит знак. Такое состояние также будет означать, что отрицательные выбросы видеосигнала с точностью до некоторого малого приращения совпадают по уровню с опорным напряжением Uоп2 и соответственно с нижней границей допустимых напряжений видеосигнала на первом входе АЦП 12.

Так как изменение коэффициента усиления может привести к уходу верхних уровней видеосигнала, процедура контроля верхних и нижних уровней повторяется и после нескольких итераций завершается. Процедуре установки уровней может предшествовать процедура установки вида амплитудной характеристики тракта видеосигнала. Может быть задана линейная, экспоненциальная или логарифмическая форма амплитудной характеристики. Это достигается подачей соответствующего кодового сигнала на управляющий вход блока 26.

Возможность управления формой амплитудной характеристики является крайне важной, так как преобразование рентгеновского излучения в видеосигнал носит явно нелинейный характер, причем крутизна этого преобразования снижается для наиболее темных участков изображения.

Так как возможности квантования видеосигнала по уровню ограничиваются техническими характеристиками аналого-цифровых преобразователей, введение компенсирующей нелинейности в тракт усиления видеосигнала позволяют существенно выровнять разрешающую способность предлагаемого устройства в целом по выявлению малых приращений сигнала во всем диапазоне и соответственно малых приращений яркости.

Задание формы амплитудной характеристики осуществляется также с помощью одного из регистров блока 15, связанного с соответствующей группой разрядов первого управляющего входа блока 11. Так как в процессе проведения операции после введения контрастного вещества существует вероятность некоторого увеличения размаха переменной составляющей видеосигнала, в прикладной программе предусмотрена возможность (на этапе первоначальной настройки) регулировки переменной составляющей видеосигнала в сторону уменьшения относительно оптимизированного значения. Под оптимизированным значением понимается размах переменной составляющей, равной по величине
U=Uоп2-Uоп1.

Указанная регулировка осуществляется прикладной программой также путем изменения значений кодов в соответствующих регистрах блока 15 относительно значений, заданных для оптимизированного видеосигнала.

Первоначальная настройка блока 11 может осуществляться как в автоматическом, так и в интерактивном режимах.

Для задания номера отображаемой страницы видеоОЗУ 18 прикладная программа пересылает соответствующий код в один из адресных регистров видеоОЗУ 18 через интерфейс 23, третий адресный вход и информационный вход-выход видеоОЗУ 18. Если оператор не указывает сам номер отображаемой страницы, то программа указывает нулевую страницу.

Данные, загружаемые в ЗУ21, обеспечивают произвольную функциональную зависимость между выходными кодами на входе ЦАП 22. Это позволяет компенсировать нелинейность в тракте передачи и преобразования видеосигнала или наоборот вводить умышленно нелинейность с целью подчеркивания яркостных переходов на участках изображения.

При этом прикладная программа позволяет в интерактивном режиме корректировать данные в ЗУ 21, контролируя результат по изображению.

В процессе проведения операции первоначально осуществляется запись нескольких кадров с исходным (эталонным) изображением диагностируемых органов пациента. При выполнении этой процедуры устройство работает следующим образом.

Врач-ангиолог включает рентгеновскую установку на режим просвечивания. При этом видеопреобразователь, содержащийся в рентгеновской установке, вырабатывает видеосигнал, который поступает на вход блока 1 предлагаемого устройства.

Следует отметить, что указанный видеосигнал используется как сигнал обратной связи и в самой рентгеновской установке с целью ее автоматической настройки на оптимальный уровень рентгеновского излучения.

Режим просвечивания поддерживается несколько секунд. За это время завершается процесс стабилизации уровня рентгеновского излучения. В некоторый момент времени врач фиксирует режим работы рентгеновской установки, в который она вошла в результате самонастройки. Для этого с помощью соответствующих органов управления обратная связь по видеосигналу разрывается, а в качестве сигналов, задающих интенсивность излучения, используются "запомненные" значения, затем он нажимает кнопку дистанционного управления, при этом на вход внешнего запуска блока 1 поступает импульс. Под воздействием этого импульса происходит запуск блока 20, при этом установленные в соответствующее состояние счетчики этого блока переходят в режим ожидания кадровых синхронизирующих импульсов на третьем входе блока 20.

Полный видеосигнал от рентгеновской установки поступает на первый вход блока 11 обработки видеосигнала и, в частности, на вход амплитудного селектора 25.

В результате амплитудной селекции из этого видеосигнала выделяются строчные синхроимпульсы ССИ, которые снимаются со второго выхода блока 11 и поступают на первый вход блока 14 ФАПЧ.

Блок 14 ФАПЧ, представляющий собой автогенератор, работающий в следящем режиме, вырабатывает импульсы с частотой fт, равной частоте дискретизации строки телевизионного растра.

Частота fт в режиме слежения всегда должна удовлетворять условию
fт=D/T стр, где D количество дискретных элементов, укладывающихся на полной телевизионной строке (включая обратный ход);
Тстр период строчной развертки телевизионного канала рентгеновской установки.

Импульсы с выхода блока 14 подаются на четвертый вход АЦП 12, задавая, таким образом, темп преобразования видеосигнала, на вход блока 16 формирования адресов и сигналов управления, а также на вход генератора 17 синхроимпульсов.

Генератор 17 из импульсов блока 14 вырабатывает свои строчные синхронизирующие импульсы, которые получаются путем деления частоты fт в D раз, а также смесь строчных и кадровых синхроимпульсов, которая через соответствующий выход блока 1 поступает на синхровход ТВ-монитора 2 и один из входов смесителя 23 в блоке 1 для формирования полного видеосигнала.

Кроме этого на третьем выходе генератора 17 вырабатываются кадровые синхроимпульсы. Строчные синхроимпульсы с выхода генератора 17 поступают на второй вход блока 26 и второй вход блока 14 и используются в нем для обеспечения следящего режима этого блока, а кадровые синхроимпульсы на третий вход блока 20 и третий вход блока 16.

С выхода блока 11 обработки видеосигнала видеосигнал подается на первый вход АЦП 12, который преобразует его в последовательность С-разрядных кодов, вырабатываемых с частотой fт.

После того, как на вход устройства поступит видеосигнал, соответствующий К-кадрам изображения, а на третьем выходе генератора 17 сформируется 2К кадровых синхронизирующих импульса (количество этих импульсов равно количеству полукадров), на втором выходе с блока 20 сформируется сигнал разрешения записи данных в видеоОЗУ 18, а точнее в нулевую страницу видеоОЗУ 18. Номер страницы задается кодом, формируемым на первом выходе блока 20 с помощью счетчика страниц, и поступающим на второй адресный вход видеоОЗУ 18.

В результате коды, вырабатываемые на выходе АЦП 12, будут записываться в ячейки видеоОЗУ 18, при этом адреса ячеек будут последовательно увеличиваться (инкрементироваться) с помощью блока 16 под воздействием импульсов с выхода блока 14 ФАПЧ. Согласование темпа поступления и преобразования видеосигнала с темпом формирования адресов на выходе блока 16 осуществляется с помощью строчных и кадровых синхроимпульсов.

После того, как информация, соответствующая полному кадру, будет записана в нулевую страницу видеоОЗУ 18 сигнал разрешения записи (со второго выхода блока 20) снимается и запись прекращается, но при этом код на первом выходе блока 20 увеличивается на единицу. Через интервал времени, равный К-кадрам операция записи в видеоОЗУ 18 повторяется, но уже в следующую страницу памяти. Когда необходимое количество страниц видеоОЗУ 18 будет заполнено, счетчик страниц в блоке 20 блокируется и дальнейшая запись в видеоОЗУ 18 прекращается. Данные из ячеек заданной страницы видеоОЗУ 18 непрерывно считываются. При этом операции считывания не мешают операциям записи данных с выхода АЦП 12 в любую ячейку видеоОЗУ 18. С первого выхода видеоОЗУ 18 эти данные поступают через коммутатор 19 на адресные входы ЗУ 21, с информационного выхода которого, претерпев линейное или нелинейное преобразование данные поступают на ЦАП 22. В результате на выходе ЦАП 22 формируется видеосигнал, который подается на вход ТВ-монитора 2 и создает на его экране изображение.

Синхронизация ТВ-монитора 2 осуществляется смесью синхроимпульсов, поступающих со второго выхода генератора 17. Так прикладная программа позволяет оперативно назначить любой номер отображаемой страницы видеоОЗУ 18, всегда обеспечивается возможность просмотреть записанные кадры с целью их контроля.

Видеосигнал с выхода ЦАП 22, а также синхросмесь с выхода генератора 17 поступают на вход смесителя 23, на выходе которого формируется полный видеосигнал.

После визуального контроля записанных кадров информация из соответствующих страниц видеоОЗУ 18 может быть переписана на НЖМД 8, при этом после задания соответствующей директивы прикладная программа (а точнее процессор ПРЦ 4) и контроллер КМД 6 через третий адресный и второй информационный вход-выход видеоОЗУ 18 обеспечивает пересылку указанных данных.

После записи кадров с исходным изображением операция подстройки блока 20 может быть выполнена повторно, в то время как настройка блока 11 сохраняется до полного завершения операции.

Следующий этап операции проводится после ввода в сосуды пациента контрастного вещества. Врач снова в соответствующий момент времени нажимает кнопку дистанционного управления, и на вход внешнего запуска блока 1 снова поступает импульс. В результате в видеоОЗУ 18, описанным выше образом будут записаны кадры, несущие в себе как необходимую информацию, так и все изменения, возникшие за счет введения контрастного вещества.

Поскольку режим работы рентгеновской установки при этом не отличается от исходного режима, во вновь записанных кадрах наиболее вероятные отличия возникают в тех участках изображения, по которым распространялось контрастное вещество. Записанные на этом этапе кадpы можно также проверить визуально на ТВ-мониторе 2 и переписать на НЖМД 8.

На следующем этапе соответствующей директивой запускается программа обработки записанных изображений. При этом прикладная программа может обеспечить фильтрацию изображений, геометрическое преобразование с целью обеспечения поэлементного совпадения исходного изображения с полученным после ввода контрастного вещества и другие виды обработки.

Важнейшей операцией по обработке изображений является субтракция, т.е. получение разностного изображения из двух исходных (полученных до ввода контрастного вещества и после).

Разностное изображение, как результат обработки, представляет собой также массив данных, который может быть загружен в одну из страниц памяти видеоОЗУ 18 и преобразован описанным выше способом в видимое изображение.

Контраст выделенных таким образом участков изображения может быть дополнительно усилен за счет нелинейного преобразования с помощью ЗУ 21. Это выполняется за счет загрузки в ЗУ 21 различных таблиц данных. После того, как изображение будет в наибольшей степени отвечать требованиям, необходимым для проведения диагностики, оно может быть записано на видеомагнитофон с целью накопления (создания) архива.

Использование: в медицине, а именно в рентгенодиагностических методах исследования. Сущность: способ для цифровой субтракционной ангиографии заключается в том, что осуществляют просвечивание рентгеновским излучением пациента, получают серию рентгеновских изображений в виде видеосигнала на выходе видеопреобразователя рентгеновской установки и регистрируют его в виде массива цифровых данных, вводят в исследуемые сосуды рентгеноконтрастное вещество, повторно осуществляют просвечивание, получают вторую серию изображений и регистрируют ее, полученные массивы математически обрабатывают, осуществляют субстракцию серий изображений, выводят их на экран монитора и анализируют, при этом перед регистрацией серий изображений фиксируют электрические режимы рентгеновской установки с видеопреобразователем, а при регистрации изображений исключают составляющие видеосигнала, выходящие за пределы амплитудного диапазона и устанавливают режим выборки первой и второй серии рентгеновских изображений. Способ осуществляют посредством устройства для цифровой субстракционной ангиографии, содержащего рентгеновскую установку с видеопреобразователем, АЦП, элементы задания нелинейности и обработки видеосигнала, ВОЗУ, контроллер, ЦАП, соединенный с телевизионным монитором и видеодиском, дисплей, соединенный с процессором, интерфейс, ЗУ, ОЗУ, а также системную магистраль, накопитель на гибких магнитных дисках, накопитель на жестких магнитных дисках, блок выборки кадров, блок регистров управления, блок формирования адреса и сигналов управления, генератор синхроимпульсов, источник опорного напряжения, блок фазовой автоподстройки частоты, коммутатор и принтер. Технический результат: повышение точности диагностирования за счет предварительного анализа видеосигнала и его обработки. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ для цифрового субтракционной ангиографии, заключающийся в том, что осуществляют просвечивание рентгеновским излучением пациента, получают серию рентгеновских изображений в виде видеосигнала на выходе видеопреобразователя рентгеновской установки и регистрируют его в виде массива цифровых данных, вводят в исследуемые сосуды рентгеноконтрастное вещество, повторно осуществляют просвечивание пациента, получают вторую серию рентгеновских изображений и, соответственно, регистрируют в виде второго массива цифровых данных, полученные массивы математически обрабатывают, осуществляют субтракцию первой и второй серий рентгеновских изображений, выводят результирующее изображение на экран монитора и анализируют полученное изображение, отличающийся тем, что дополнительно перед регистрацией серии рентгеновских изображений фиксируют электрические режимы рентгеновской установки с видеопреобразователем, а при регистрации рентгеновских изображений исключают составляющие видеосигнала, выходящие за пределы заранее выбранного амплитудного диапазона и приводят видеосигнал к нормированному уровню, при этом устанавливают режим выборки первой и второй серии рентгеновских изображений. 2. Устройство для цифровой субтракционной ангиографии, содержащее рентгеновскую установку с видеопреобразователем, аналого-цифровой преобразователь, элементы задания нелинейности и обработки видеосигнала, видеооперативное запоминающее устройство, контроллер, цифроаналоговый преобразователь, соединенный с телевизионным монитором и видеодиском, дисплей, соединенный с процессором, интерфейс, запоминающее устройство и оперативное запоминающее устройство, отличающееся тем, что элементы задания нелинейности и обработки видеосигнала выполнены в виде блока обработки видеосигнала и дополнительно введены системная магистраль, накопитель на гибких магнитных дисках, накопитель на жестких магнитных дисках, блок выборки кадров, блок регистров управления, блок формирования адреса и сигналов управления, генератор синхроимпульсов, источник опорного напряжения, блок фазовой автоподстройки частоты, коммутатор и принтер, причем входы-выходы оперативного запоминающего устройства, процессора и контроллера, объединенные системной магистралью, соединены с входом-выходом интерфейса, видеовыход рентгеновской установки соединен с первым входом блока обработки видеосигнала, кнопка дистанционного управления соединена с первым входом блока выборки кадров, первый выход блока обработки видеосигнала подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, второй и третий входы аналого-цифрового преобразователя, а также второй и третий входы блока обработки видеосигнала соединены с выходами источника опорных напряжений, второй выход блока обработки видеосигнала соединен с первым входом блока фазовой автоподстройки частоты, а третий и четвертый выходы с первым и вторым входами блока регистров управления, первый многоразрядный выход которого подключен к управляющему входу блока обработки видеосигнала, выход блока фазовой автоподстройки частоты подключен к четвертому входу аналого-цифрового преобразователя, первому входу блока формирования адресов и сигналов управления и входу генератора синхроимпульсов, первый выход которого подключен ко второму входу блока фазовой автоподстройки частоты и ко второму входу блока формирования адреса и сигналов управления, а второй выход соединен с первым входом смесителя и синхровходом телевизионного монитора, выход аналого-цифрового преобразователя подключен к первому информационному входу видеооперативного запоминающего устройства, информационный выход которого соединен с первым входом коммутатора, первый адресный вход видеооперативного запоминающего устройства подключен к выходу блока формирования адреса и сигналов управления, а второй адресный вход и вход управления соответственно к первому и второму выходам блока выборки кадров, второй вход которого соединен с вторым многоразрядным выходом блока регистров управления, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющим и вторым входами коммутатора, третий вход блока выборки кадров соединен с третьим выходом генератора синхроимпульсов и третьим входом блока формирования адреса и сигналов управления, выход коммутатора подключен к адресному входу запоминающего устройства, информационный вход-выход которого подключен к входу цифроаналогового преобразователя и, через интерфейс, к системной магистрали, выход цифроаналогового преобразователя подключен к видеовходу телевизионного монитора, а также к второму входу смесителя, выход которого является видеовыходом устройства, информационный вход-выход блока регистров управления, третий адресный и информационный вход-выход видеооперативного запоминающего устройства через интерфейс подключены к системной магистрали. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок обработки видеосигнала дополнительно содержит амплитудный селектор, регулируемый усилитель-сумматор, цифроаналоговый преобразователь, два пиковых детектора, два компаратора, а элементы задания нелинейности выполнены в виде блока задания нелинейности, при этом вход амплитудного селектора и вход блока задания нелинейности являются первым входом блока обработки видеосигнала, выход блока задания нелинейности подключен к первому входу регулируемого усилителя-сумматора, второй вход которого соединен с выходом цифроаналогового преобразователя, а его выход является первым выходом блока и соединен также с входами первого и второго пиковых детекторов, выходы которых соединены с первыми входами первого и второго компараторов, подключенных своими выходами, соответственно, к третьему и четвертому выходам блока, второй выход блока соединен с выходом амплитудного селектора, вторые входы компараторов являются, соответственно, вторым и третьим входами блока, а управляющие входы блока задания нелинейности, цифроаналогового преобразователя и регулируемого усилителя-сумматора соединены с многоразрядным управляющим входом блока. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок регистров управления содержит четыре регистра, два дешифратора, шинный формирователь, при этом входы "Запись" первого дешифратора и "Чтение" второго дешифратора, адресные входы первого и второго дешифраторов, шина данных, соединенная с входами каждого из четырех регистров и выходом шинного формирователя, являются входом-выходом блока, а каждый из четырех выходов первого дешифратора соединен со вторым входом каждого из четырех регистров, выход второго дешифратора соединен с первым входом шинного формирователя, выходы первого, второго, третьего, четвертого регистров являются первым, вторым, третьим, четвертым выходами блока, при этом второй и третий входы шинного формирователя являются первым и вторым входами блока. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок формирования адреса и сигналов управления содержит пять элементов задержки, два элемента И, два RS-триггера, счетчик элементов изображения, счетчик строк, два дешифратора, причем первый вход блока соединен с первым входом первого элемента И, второй вход которого соединен с выходом первого RS-триггера, S-вход которого, через первый элемент задержки соединен с вторым входом блока, а R-вход подключен к выходу первого дешифратора, вход которого соединен с выходом счетчика элементов изображения, вход которого соединен с выходом первого элемента И и входами второго, третьего и четвертого элементов задержки, выходы которых являются управляющими входами блока, выходы счетчика элементов изображения и счетчика строк совместно с управляющими выходами являются выходами блока, выход счетчика элементов изображения соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен со входом счетчика строк, второй выход которого через второй дешифратор соединен с R-входом второго RS-триггера, S-вход которого через пятый элемент задержки соединен с третьим входом блока. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что блок выборки кадров содержит два RS-триггера, счетчик-делитель, дифференцирующее звено, счетчик страниц, причем S-вход первого RS-триггера является первым входом блока и соединен со входом внешнего запуска устройства, R-вход первого RS-триггера подключен к выходу счетчика страниц, а его выход соединен с входом разрешения счета счетчика-делителя и входом дифференцирующего звена, счетный вход счетчика-делителя, а также R-вход второго триггера соединены с третьим входом блока, выход счетчика-делителя соединен с S-входом второго RS-триггера и счетным входом счетчика страниц, входы счетчика-делителя и счетчика страниц являются вторым входом блока, второй выход счетчика страниц и выход второго RS-триггера соединены соответственно с первым и вторым выходами блока.