ТЕСТ-ОБЪЕКТ Российский патент 2002 года по МПК A61B6/02 

Изобретение относится к рентгенотехнике, а именно к устройствам для оценки точности топометрии внутренних органов по рентгеновским снимкам.

Известен также тест-объект (фантом), изготовленный из эпоксидной смолы в форме молочной железы. Внутри тест-объекта находятся метрические эталоны различной формы и размеров, изготовленные из рентгеноконтрастного материала [1].

Тест-объект предназначен для контроля параметров рентгеномаммографических аппаратов и не может быть использован для оценки точности рентгенотопометрии объемных органов, например легких.

Известен тест-объект для оценки качества рентгеновских снимков легких компании "INOVISION", имеющий корпус из рентгенопрозрачного материала, заполненный веществом, плотность которого близка к плотности легочной ткани. Внутри тест-объекта также находятся метрические эталоны из рентгеноконтрастного материала [2].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является тест-объект (водяной фантом), содержащий корпус из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, заполненный водой, внутри которого жестко закреплены метрические элементы, выполненные из рентгеноконтрастного материала [3, с. 348].

Известный тест-объект предназначен для оценки качества цифровых рентгеновских снимков, полученных на компьютерном томографе, и не может быть использован в качестве точного прибора при контроле качества рентгеновского изображения, полученного центральным пучком, например при оценке геометрической нерезкости. Это связано с тем, что геометрическая нерезкость изображения минимальна в непосредственной близости от приемника излучения, например рентгеновской кассеты, и линейно возрастает при удалении структурных элементов объекта съемки над плоскостью кассеты. Поэтому тест-объект, предназначенный для исследования геометрической нерезкости, должен содержать механизм перемещения метрических элементов тест-объекта относительно его основания. Такого механизма в прототипе нет.

Цель изобретения - обеспечение возможности исследования геометрической нерезкости изображения по всей толщине объекта рентгенографии.

Поставленная цель достигается тем, что в тест-объекте, имеющем корпус из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, например оргстекла, заполненного водой и метрическими элементами, корпус состоит из двух камер, разделенных поршнем, на одной из торцевых поверхностей которого закреплены метрические элементы, причем камеры соединены между собой внешним трубопроводом, проходящим через водяной насос реверсивного типа. Кроме этого на внешней стороне корпуса тест-объекта закреплена линейка, шкала которой проходит вдоль направления движения поршня.

На фиг.1, 2, 3 показана конструкция тест-объекта. Фиг.1 - тест-объект в разрезе. Фиг.2 - вид сбоку и сверху. На фиг.3 показан метрический эталон для оценки геометрической нерезкости (увеличенное изображение).

Корпус 1 тест-объекта изготовлен из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, например оргстекла, в форме полого цилиндра. Он имеет крышку 2, герметично соединенную с цилиндром посредством резьбы 3. Крышка 2 изготовлена из того же материала, что и цилиндр. Внутри корпуса 1 находится поршень 4, разделяющий цилиндр на две камеры 5 и 6. Поршень 4 изготовлен также из оргстекла. На верхней торцевой поверхности поршня 4 имеется пять гнезд 7, в которых закреплены метрические эталоны 8. Центральным рентгеновским пучком метрические эталоны 8 проецируются в центр и в угловые зоны снимка. Границы рентгеновского пучка в плоскости метрических эталонов 8 показаны квадратом 9. В основании поршня 4 имеется сквозное отверстие 10 с резьбой, закрытое пробкой 11, имеющей форму винта. А на диаметрально противоположной стороне поршня находится рукоятка 12. Для ориентации тест-объекта относительно рентгеновского излучателя используется перекрестие 13, нанесенное на внешней поверхности крышки 2 рентгенопрозрачной краской. Ориентация выполняется с помощью светового центратора рентгеновской трубки. Корпус 1 имеет два боковых отверстия 14 и 15, в которых закреплены патрубки 16 и 17. Камеры 5 и б заполнены водой 18 и соединены между собой через патрубки 16 и 17 гибким трубопроводом 19 и 20, проходящим через водяной насос 21 реверсионного типа. На поперечном разрезе тест-объекта (фиг.1) слой воды не показан. С помощью пульта управления 22, подключенного к насосу 21, можно изменять направление перемещения жидкости 18 и, соответственно, направление движения поршня 4. Поршень 4 может перемещаться между ограничителями 23 и 24, изготовленными из оргстекла. При достижении поршнем 4 крайнего положения электродвигатель водяного насоса 21 автоматически выключается. Механизм отключения двигателя на чертежах не показан. Положение поршня 4 в цилиндре можно определить с помощью линейки 25, закрепленной с внешней стороны светопрозрачного корпуса 1.

При измерении геометрической нерезкости рентгеновского изображения используют метрический эталон, имеющий форму креста (фиг.3). Эталон образован рентгеноконтрастными элементами, нанесенными на поверхность диска 26, изготовленного из оргстекла. В основании диска 26 имеется выступ 27 круглой формы, предназначенный для фиксации метрического эталона в посадочном гнезде 7 поршня 4. Рентгеноконтрастные элементы изготовлены из свинца толщиной 0,3 мм. Вертикальные элементы 28 предназначены для измерения геометрической нерезкости в направлении, параллельном оси абсцисс рентгеновского снимка. Горизонтальные элементы 29 используются для измерения геометрической нерезкости в направлении, параллельном оси ординат рентгеновского снимка. Центральный элемент 30, имеющий форму кольца, предназначен для измерения геометрической нерезкости вдоль линии, идущей под углом к осям рентгеновского снимка.

На фиг. 4 показано положение тест-объекта 1 на горизонтальном столе рентгеновского аппарата. Здесь: 1 - тест-объект; 31 - дека горизонтального стола; 32 - рентгеновская кассета или полномасштабная цифровая матрица; 33 - рентгеновский излучатель; 34 - оптический центратор.

На фиг. 5 показано положение тест-объекта при оценке качества рентгеновского изображения на цифровом легочном флюорографе. Здесь: 1 - тест-объект; 35 - подставка для тест-объекта; 36 - подъемник пациента; 37 - цифровая флюорографическая камера, установленная на штативе 38; 39 - рентгеновский излучатель с оптическим центратором 40, закрепленные на штативе 41.

Рассмотрим методику использования тест-объекта при анализе геометрической нерезкости рентгеновского изображения.

В интервалах между исследованиями прибор хранится в складском помещении, при этом корпус 1 тест-объекта не заполнен водой 18 и отключен от гибких трубопроводов (шлангов) 19 и 20.

В процессе подготовки тест-объекта к работе при снятой крышке 2 рукояткой 12 поднимают поршень 4 в верхнее положение и откручивают пробку 11. В гнезда 7 устанавливают метрические эталоны 8, предназначенные для исследования геометрической нерезкости рентгеновского изображения. Эти эталоны имеют форму креста (см. фиг.3). Необходимо следить, чтобы ориентация перекрестий метрических эталонов соответствовала изображению фиг.1 (сечение А-А). Закончив эту операцию, поршень 4 опускают вниз до контакта его основания с ограничителем 23. Гибкий шланг 19, идущий к водяному насосу 21, подключают к патрубку 16, а шланг 20 вводят в емкость с водой. Вода должна быть очищенной от солей (дистиллированной) и не содержать твердых микрочастиц. После этого включают насос 21 и следят за заполнением водой корпуса 1. Вначале вода заполняет пространство под дном поршня 4 и далее через отверстие 10 проникает в верхнюю камеру 6. Как только уровень воды 18 поднимется над поршнем 4 приблизительно на 30 мм, отверстие 10 закрывают пробкой 11. При дальнейшей работе насоса 21 под действием давления воды в нижней камере 5 поршень 4 будет медленно подниматься вверх. При достижении поршнем 4 верхнего ограничителя 24 насос 21 выключают. После этого верхнее отверстие корпуса 1 закрывают крышкой 2, а шланг 20 подсоединяют к патрубку 15. С помощью пульта управления 22 изменяют режим работы насоса 21 на обратный, в результате чего вода 18 будет поступать из нижней камеры 5 в верхнюю камеру 6, в результате чего поршень 4 будет опускаться вниз. При достижении поршнем 4 нижнего ограничителя 23 водяной насос 21 выключают. В таком положении тест-объект готов к работе.

Тест-объект 1 устанавливают на деку 31 горизонтального рентгеновского стола, под которой находится рентгеновская кассета 32, а в случае цифровой рентгенографии специальный детектор, например полномасштабная полупроводниковая матрица (фиг.4). Рентгеновский излучатель 33 приводят в горизонтальное положение и путем его перемещения добиваются, чтобы световое перекрестие оптического центратора 34 совпало с перекрестием 13, нанесенным на крышке 2 тест-объекта. При этом фокусное расстояние рентгеновской трубки должно соответствовать рабочему режиму съемки.

При исследовании геометрической нерезкости рентгеновского изображения на цифровом легочном флюорографе тест-объект 1 устанавливают перед входным окном цифровой флюорографической камеры 37 с помощью подставки 35, как показано на фиг.5.

На фиг.6 показана геометрия формирования исследуемой нерезкости.

Здесь: F - величина фокусного пятна рентгеновской трубки; r - приемник рентгеновского излучения (фотопленка или полупроводниковая матрица); k - рентгеноконтрастный элемент метрического эталона 8: f - фокусное расстояние снимка; h - превышение рентгеноконтрастного элемента k над плоскостью приемника r; d - денситограмма изображения рентгеноконтрастного элемента k.

Геометрическая нерезкость выражается в краевой нерезкости (размытости) q рентгеновского изображения. Она характеризуется следующим известным уравнением: q=Fh/(f-h).

В каждом конкретном рентгенологическом исследовании, например при получении обзорного снимка легких, фокусное расстояние f и фокусное пятно F рентгеновской трубки являются величинами постоянными. Поэтому согласно приведенной формуле геометрическая нерезкость рентгеновского изображения структурных элементов объекта съемки будет зависеть от их превышения h над плоскостью приемника r. Для элементов объекта, расположенных вблизи приемника r, геометрическая нерезкость будет минимальна (фиг.6, а). Денситограмма изображения d отличается крутым перепадом оптической плотности. При удалении структурных элементов объекта съемки от плоскости приемника г геометрическая нерезкость изображения q возрастает. Это хорошо видно на фиг.6, б, в. На денситограмме d геометрическая нерезкость выражается в пологом перепаде оптических плотностей рентгеновского изображения.

При экспериментальном исследовании геометрической нерезкости рентгеновского изображения с помощью предложенного нами тест-объекта выполняется серия рентгенограмм элементов метрического эталона 8. Первый снимок получают при минимальном превышении контрольных элементов над плоскостью приемника излучения, когда поршень 4 находится в крайнем нижнем положении (в контакте с ограничителем 23). Далее, перемещая поршень 4 с помощью водяного насоса 21 с шагом, например 20 мм, производят другие снимки. Перемещение поршня 4 контролируют с помощью линейки 25. Полученные снимки обрабатывают на ЭВМ по специальной программе. В итоге получают цифровые и графические данные, характеризующие геометрическую нерезкость изображения для конкретного рентгенологического исследования.

Предложенный тест-объект может быть использован и для других экспериментальных исследований, например анализа пространственной разрешающей способности рентгеновского изображения. Для этого потребуется лишь замена метрических эталонов. При исследовании пространственного разрешения рентгеновского изображения в качестве метрических эталонов используются специальные рентгеноконтрастные миры.

Литературные ссылки
1. Чикирдин Э. Г., Кочетова Г.П., Колос А.С. Проверка параметров рентгеномаммографических аппаратов в условиях кабинета // Медицинская техника, 1999, 5, С. 27-30.

2. Каталог компании "INOVISION" "Diagnostic imaging and radiation therapy catalog", 2000, С. 73-75.

3. Рентгеновская техника (справочник), М.: Машиностроение, 1980, Книга 2, С. 348.

Изобретение относится к рентгенотехнике, а именно к устройствам для оценки точности топометрии внутренних органов по рентгеновским снимкам. Тест-объект содержит корпус из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, например оргстекла, заполненного водой, и имеет метрические элементы, корпус состоит из двух камер, разделенных поршнем, на одной из торцевых поверхностей которого закреплены метрические элементы, причем камеры соединены между собой внешним трубопроводом, проходящим через водяной насос реверсионного типа. Кроме этого на внешней стороне корпуса тест-объекта закреплена линейка, шкала которой соответствует направлению движения поршня. Это обеспечивает возможность исследования геометрической нерезкости изображения по всей толщине объекта рентгенографии. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Тест-объект, содержащий корпус из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, заполненный водой и имеющий внутри метрические эталоны, отличающийся тем, что корпус имеет две камеры, разделенные поршнем, выполненным с возможностью его перемещения между двумя ограничителями, а метрические эталоны закреплены на одной из торцевых поверхностей поршня, при этом камеры соединены между собой внешним трубопроводом, проходящим через водяной насос реверсивного типа. 2. Тест-объект по п. 1, отличающийся тем, что с внешней стороны корпуса установлена линейка, шкала которой соответствует направлению движения поршня.