СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ РЫБ Российский патент 2012 года по МПК G01N23/83 

Заявляемое изобретение относится к области рыбного хозяйства, в частности к способам идентификации рыб, и может быть использовано для выявления видовых и популяционных аномалий строения их скелета.

Из всех известных способов идентификации рыб идентификация по их скелету является наиболее надежной. Для каждого вида рыб существуют свои значимые видовые и популяционные идентификационные признаки различных частей скелета, в том числе черепа, жаберного аппарата, челюстей, зубов, позвоночника, ребер, плавников и т.д. (Фиг.1). При этом наиболее значимые признаки популяционных аномалий скелета заключаются в мелких костях, диаметр которых d_k в зависимости от общего размера отдельной рыбы может составлять до 0,05 мм.

В настоящее время для изучения скелетов рыб используются два основных способа: визуальное исследование и рентгенография. Для визуального исследования скелета рыбы необходима ее препарация - отделение от скелета всех мышечных тканей. Эта процедура сложна, трудоемка и не обеспечивает сохранность отдельных костей, в особенности при исследовании рыб малого размера.

Рентгенографический способ изучения скелета в отличие от визуального позволяет обнаруживать те элементы скелета и особенности их строения, которые при препарировании не фиксируются. К достоинствам этого способа относятся также простота, малое время проведения исследования, достоверность получаемых результатов, возможность исследования как живых, так и неживых рыб, а также наличие на рентгеновских снимках дополнительной информации - изображения внутренних органов рыб.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату является так называемый контактный способ получения рентгеновского изображения рыб, при котором рыба располагается на значительном расстоянии от источника рентгеновского излучения и вплотную (в контакте) к кассете с рентгеновской пленкой (Аминева В.А., Тот А. О применении рентгенографического метода исследования в ихтиологии // Труды Калининградского Технического института рыбной промышленности и хозяйства Министерства рыбного хозяйства. Ихтиология и рыболовство. Калининград, вып. XX, 1968 г., с.200-203).

Вследствие этого размеры рентгеновского изображения рыбы равны ее истинным анатомическим размерам. На Фиг.2 представлена геометрическая схема рентгеновской съемки (а) и получаемое изображение (б). Указанный способ обладает рядом существенных ограничений.

Во-первых, поскольку разрешающая способность человеческого глаза составляет 0,1-0,15 мм (Кишковский А.Н., Тютин Л.А., Есиновская Г.Н. Атлас укладок при рентгенологических исследованиях. - Л.: Медицина, 1987, с.200), для изучения мелких деталей изображения скелета, получаемого на безэкранную рентгеновскую пленку (разрешающая способность R которой позволяет визуализировать кости диаметром 0,05 мм), необходимо увеличить изображение скелета или отдельных его участков не менее чем в три раза с помощью специальных средств - лупы, микроскопа и т.д. Во-вторых, визуализация рентгеновского изображения на рентгеновскую пленку - процесс сложный и трудоемкий, требующий значительных затрат времени, что существенно усложняет сбор и обработку статистической информации об аномалиях скелета. Использование электронных, в том числе цифровых, приемников рентгеновского изображения при контактном способе съемки практически невозможно, так как для визуализации отдельной детали изображения размером 0,05 мм разрешающая способность R приемника должна составлять не менее 10 пар лин./мм. Для сравнения, разрешающая способность R современных приемников рентгеновского изображения не превышает 5-6 пар лин./мм (Основы рентгенодиагностической техники / Под ред. Н.Н.Блинова: Учебное пособие. - М.: Медицина, 2002 г. - 392 с.).

Задачей заявляемого изобретения является обеспечения возможности оперативного получения резких, увеличенных в три и более раз изображений рыб, включая кости диаметром 0,05 мм, наиболее значимые для изучения видовых и популяционных аномалий строения их скелета.

Для получения технического результата, который заключается в получении рентгеновских снимков высокого качества, в предлагаемом способе получения рентгеновского изображения рыб рыба помещается между источником рентгеновского излучения и приемником рентгеновского изображения, расстояние X₁ между источником рентгеновского излучения и рыбой равно длине L рыбы или исследуемой области рыбы и в три раза меньше, чем расстояние Х₂ между источником рентгеновского излучения и приемником рентгеновского изображения, диаметр фокусного пятна d_фп определяется выражением:

где d_k - диаметр наименьшей значимой для идентификации рыбы кости, разрешающая способность приемника изображения составляет не менее 5 пар лин./мм, а диаметр D входного окна приемника изображения определяется выражением:

В отличие от известного способа-прототипа рыба располагается вблизи источника рентгеновского излучения на расстоянии X₁, равном длине L рыбы или исследуемой области рыбы (X₁=L), и на значительно большем расстоянии Х₂ от приемника изображения (Фиг.2). Соотношение указанных расстояний определяет коэффициент увеличения изображения К рыбы в соответствии с выражением:

где X₁ - расстояние между источником излучения и рыбой;

Х₂ - расстояние между источником излучения и приемником изображения;

L - длина рыбы или исследуемой области рыбы.

С целью уверенного обнаружения кости диаметром 0,05 мм общая нерезкость Н изображения, которая будет определять его разрешающую способность R, должна быть не больше диаметра кости d_k:

Общая нерезкость изображения Н рассчитывается по следующему выражению (Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1980. - Кн. 2. - 382 с.):

где Н_Г - геометрическая составляющая нерезкости, ;

Н_D - динамическая составляющая нерезкости;

Н_Э - экранная составляющая нерезкости.

При условии съемки неподвижного объекта с увеличением К в три и более раз общая нерезкость изображения Н будет определяться геометрической составляющей Н_Г, поскольку динамическая составляющая Н_D=₀, а вклад экранной составляющей Н_Э незначителен вследствие увеличения изображения. Поэтому выражение для общей нерезкости изображения Н может быть записано следующим образом:

где d_фп - диаметр фокусного пятна источника рентгеновского излучения.

Из выражений 1, 2 и 4 может быть определен диаметр фокусного пятна, необходимого для получения резких увеличенных рентгеновских изображений рыб заявляемым способом:

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими графическими материалами:

Фиг.1 - схема скелета рыбы, который состоит из черепа 1, скелета грудного плавника 2, скелета спинного плавника 3, позвоночника 4, скелета хвостового плавника 5, жаберной крышки 6, скелета плечевого пояса 7, скелета брюшного плавника 8, ребер 9, скелета анального плавника 10.

Фиг.2 - геометрическая схема рентгеновской съемки способом-прототипом, а) - схема съемки, б) - получаемое изображение;

Фиг.3 - геометрическая схема рентгеновской съемки заявляемым способом, а) - схема съемки, б) - получаемое изображение;

Фиг.4 - функциональная схема цифровой рентгенодиагностической установки ПРДУ-02 для определения аномалий строения скелета рыб;

Фиг.5 - внешний вид окуня (а), рентгеновские изображения скелета окуня (б) и некоторых его составных частей (в);

Фиг.6-8 - рентгеновские изображения наиболее важных для идентификации и выявления видовых и популяционных особенностей частей скелета разных видов рыб.

Предлагаемый способ съемки реализуется следующим образом (Фиг.3). В качестве источника излучения используется рентгеновский аппарат с диаметром фокусного пятна рентгеновской трубки не более 0,025 мм (25 мкм). Рыбу располагают на расстоянии X₁ от фокусного пятна d_фп. Величина X₁ определяется величиной рыбы или исследуемого участка рыбы L (X₁=L). Приемник рентгеновского изображения располагают на расстоянии Х₂ от фокусного пятна d_фп. Величину расстояния Х₂ выбирают в три раза больше, чем расстояние X₁. При таком соотношении расстояний изображение будет увеличено в три раза, соответственно размер изображения кости диаметром 0,05 мм составит 0,15 мм и существенно превысит разрешающую способность R современных цифровых приемников рентгеновского изображения (0,1 мм при R=5 пар лин./мм). Минимальный диаметр входного окна приемника изображения D определяют по выражению:

(Следует отметить, что увеличение расстояния Х₂ приводит к дальнейшему увеличению изображения рыбы и его разрешающей способности R.)

Приведенные рентгенооптические параметры съемки: диаметр фокусного пятна d_фп, расстояния X₁ и Х₂, разрешающая способность R и диаметр D входного окна приемника рентгеновского изображения взаимосвязаны и только все вместе позволяют достичь поставленного технического результата.

Данный способ реализуется с помощью цифровой рентгенодиагностической установки ПРДУ-02 (Фиг.4). В состав установки входят: рентгенозащитная камера 14 с источником излучения 13, штативным устройством 12, на котором располагается объект съемки (рыба) 17, цифровое устройство для визуализации изображения 11 на основе фотостимулируемого экрана 15 и персональный компьютер 16. В качестве источника рентгеновского излучения 13 установки используется рентгеновский аппарат с диаметром фокусного пятна рентгеновской трубки 20-25 мкм. Штативное устройство позволяет расположить рыбу на расстоянии от фокусного пятна, которое обеспечивает увеличение рентгеновского изображения рыбы в 3-5 раз. В качестве приемника рентгеновского изображения используется система визуализации на основе экрана с фотостимулируемым люминофором - разрешающая способность R=6 пар лин./мм, формат экрана 240×300 мм.

На фиг.6-8 представлены увеличенные рентгеновские изображения разных видов рыб. Снимки позволяют уверенно выявить отличительные особенности отдельных частей скелета, в том числе типичные кости, диаметр которых не превышает 0,05 мм.

Изобретение используется для получения рентгеновского изображения рыб. Сущность заключается в том, что рыба помещается между источником рентгеновского излучения и приемником рентгеновского изображения, при этом расстояние X₁ между источником рентгеновского излучения и рыбой равно длине L рыбы или исследуемой области рыбы и в три раза меньше, чем расстояние X₂ между источником рентгеновского излучения и приемником рентгеновского изображения, а диаметр фокусного пятна d_фп определяется соответствующим математическим выражением с учетом указанных выше параметров. Технический результат - обеспечение возможности оперативного получения резких, увеличенных в три и более раз изображений рыб, включая кости диаметром 0,05 мм, наиболее значимые для изучения видовых и популяционных аномалий строения их скелета. 8 ил.

Способ получения рентгеновского изображения рыб, при котором рыба помещается между источником рентгеновского излучения и приемником рентгеновского изображения, отличающийся тем, что расстояние X₁ между источником рентгеновского излучения и рыбой равно длине L рыбы или исследуемой области рыбы и в три раза меньше, чем расстояние Х₂ между источником рентгеновского излучения и приемником рентгеновского изображения, диаметр фокусного пятна d_фп определяется выражением:

где d_к - диаметр наименьшей значимой для идентификации рыбы кости, разрешающая способность приемника изображения составляет не менее 5 пар лин./мм, а диаметр D входного окна приемника изображения определяется выражением: