СПОСОБ ТОМОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛОТНОСТИ ТЕЛА Советский патент 1995 года по МПК G01N23/08 A61B6/03 

Изобретение относится к исследованиям внутренней структуры объектов с применением ионизирующих излучений и может быть использовано для медицинской диагностики и контроля качества промышленных изделий.

Целью изобретения является повышение качества восстанавливаемого изображения информации и упрощение реализации способа.

Цель достигается тем, что в способе томографического исследования плотности тела, включающем просвечивание объекта проникающим излучением, регистрацию прошедшего через объект излучения с преобразованием сигнала в цифровую форму, фильтрацию измеренных проекционных данных, их обратное проецирование и автоматизированный анализ полученного изображения, предварительно, до начала сканирования, определяется оптимальный для данного объекта набор фильтрующих функций и критерий выбора последних, производится реконструкция изображения с каждой из указанных фильтрующих функций, производится анализ полученных изображений и для каждого элемента изображения выбирают оптимальную фильтрующую функцию из упомянутого набора и принимают для этого элемента изображения значение плотности из соответствующего элемента изображения, реконструированного с выбранной фильтрующей функцией.

Для реализации указанного способа предлагается в устройстве, представляющем собой вычислительный томограф, содержащий источник проникающего излучения, устройство сканирования, последовательно соединенные блок регистрации излучения, блок предварительной обработки измерения данных, буферную память с устройством управления, блок фильтрации с памятью фильтрующих функций, блок обратного проецирования, блок анализа изображения с памятью, ЭВМ с устройством отображения томографического изображения, устройство управления буферной памятью, память фильтрующих функций и память блока анализа изображения выполнить с одним входом и выходом каждый, причем вход устройства управления буферной памятью соединить с ЭВМ, а выход - с буферной памятью, вход памяти фильтрующих функций соединить с ЭВМ, а выход - с блоком фильтрации, вход памяти блока анализа изображения соединить с ЭВМ, а выход - с блоком анализа изображения.

Достижение поставленной цели возможно потому, что в подавляющем большинстве случаев имеется большой объем априорной информации о структуре исследуемого объекта. Например, в медицинской интроскопии известны сведения о внутреннем строении тела - о возможных размерах органов, их взаимном расположении, плотностях тканей и т.д. Аналогичная информация имеется и при дефектоскопии промышленных изделий, поскольку заранее известен состав и структура этих изделий, а также свойства возможных дефектов. Если воспользоваться такой априорной информацией, то можно заранее до начала сканирования, подготовить набор оптимальных для ожидаемой структуры объекта фильтрующих функций и набор критериев выбора указанных функций. В результате отпадает необходимость производить формирование параметров фильтрации и фильтрующих функций в процессе сканирования, что позволяет повысить скорость обработки информации упростить реализацию способа.

Наиболее целесообразно в качестве критерия локального выбора фильтрующих функций принять значение реконструированной плотности в данной точке. При этом резко упростится и ускорится процесс анализа изображения, который сведется к определению того, в какой интервал попадает плотность данного элемента изображения, причем границы указанных интервалов и оптимальные для каждого интервала фильтрующие функции устанавливаются заранее на основе анализа априорной информации об исследуемом объекте.

Увеличение скорости обработки информации достигается за счет отказа от выбора параметров фильтрации и формирования фильтрующих функций в процессе реконструкции изображения и исключения зависимости функционирования блока фильтрации от процедуры анализа изображения. Одновременно, за счет исключения канала обратной связи и блока формирования фильтрующей функции достигается упрощение устройства. Эффективность устройства будет особенно высокой, если в блоке анализа изображения в качестве информативного признака использовать реконструированное значение плотности в данной точке.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для реализации способа; на фиг. 2-5 - результаты численного моделирования процесса конкретной реализации способа.

Рассмотрим пример выполнения способа. Перед проведением сканирования исследуемого объекта производится анализ априорной информации о его структуре и задается оптимальный набор фильтрующих функций и критерий их выбора. Это можно сделать, например, путем выполнения серии пробных сканирований известных объектов (фантомов), сходных по структуре с исследуемым объектом. Например, если исследуется одножильный кабель, то можно подобрать две фильтрующие функции, из которых одна оптимальна для проводника, а другая - для изоляционного слоя. Далее производят сканирование исследуемого объекта и реконструкцию изображения с каждой фильтрующей функцией из упомянутого набора. В рассматриваемом конкретном примере реконструкция изображения производится дважды. Затем производят анализ одного из упомянутых реконструированных изображений. В частности, этот анализ может быть произведен путем сравнения плотности в каждом элементе изображения с заранее определенными граничными значениями интервалов плотности. В рассматриваемом конкретном примере, если плотность в данной точке оказывается меньше принятого порогового значения, то выбирают соответствующую точку из изображения реконструированного с оптимальной для изоляционного слоя фильтрующей функцией, а в противном случае - выбирают соответствующую точку из изображения, реконструированного с фильтрующей функцией, оптимальной для проводника.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит источник 1 проникающего излучения, механическое устройство сканирования 2, последовательно соединенные блок 3 регистрации излучения, блок 4 предварительной обработки измеренных данных, буферную память 5 с устройством управления 6, блок фильтрации 7 с памятью 8 фильтрующих функций, блок 9 обратного проецирования, блок 10 анализа изображения с памятью 11, ЭВМ 12 с устройством отображения томографического изображения. При этом вход блока управления 6 буферной памятью 5 соединен с ЭВМ 12, а выход - с буферной памятью, вход памяти 8 фильтрующих функций соединен с ЭВМ, а его выход - с блоком фильтрации, вход памяти 11 численных значений параметров, необходимых для анализа изображения, соединен с ЭВМ 12, а его выход - с блоком 10 анализа изображения.

Томографическое устройство работает следующим образом.

По сигналу управляющей ЭВМ 12 устройство сканирования 2 производит синхронное перемещение источника 1 излучения и блока 3 регистрации относительно объекта. Ослабление интенсивности излучения при прохождении через объект по различным направлениям фиксируется блоком 3 регистрации, на выходе которого сигналы преобразуются в цифровую форму. Измеренные проекционные данные передаются на вход блока 4 предварительной обработки, в котором может производиться логарифмирование, вычитание проекционных данных, полученных при сканировании эталонного фантома. Далее проекционные данные поступают в буферную память 5, объем которой должен быть достаточным для хранения полного набора проекционных данных. Блок управления 6 буферной памятью 5 организует циклическую передачу полного набора проекционных данных в блок фильтрации 7, причем количество таких циклов передается по каналу связи с ЭВМ 12 и равно априорно установленному количеству числу циклов реконструкции изображения с разными фильтрующими функциями. Блок фильтрации 7 производит фильтрацию проекционных данных путем непосредственного вычисления свертки с фильтрующей функцией или с помощью быстрого преобразования Фурье. В памяти фильтрующих функций 8 хранятся наборы фильтрующих функций, переданные до начала сканирования из ЭВМ, причем число фильтрующих функций равно заданному числу циклов реконструкции. Отфильтрованные проекции поступают на вход блока 9 обратного проецирования, в котором производится формирование матрицы изображения путем обратного проецирования отфильтрованных проекций. После окончания каждого цикла реконструкции матрица изображения передается в блок 10 анализа изображения. Особенность работы блока анализа изображения состоит в том, что после выбора для каждой точки изображения оптимальных значений параметра фильтрующей функции эти значения не передаются обратно в блок фильтрации, а сравниваются с значениями из множества априорно заданных параметров, хранящихся в памяти блока 11 анализа изображения, и выбирается ближайшее значение параметра фильтрующей функции и указанного множества. В памяти блока анализа изображения могут также храниться численные значения критериев классификации изображения и выбора оптимальных значений рассматриваемых параметров. В конечном счете блок анализа изображения производит запись данного элемента изображения в память ЭВМ 12, где накапливается конечное изображение, причем эта запись для каждой точки реконструированного изображения производится только в том случае, если параметр фильтрующей функции в данном цикле реконструкции близок к оптимальному для данной точки значению.

Устройство и принцип работы блока анализа изображения на основе установления факта принадлежности реконструированного значения плотности в данной точке к одному из заданных интервалов не требует дополнительных объяснений, поскольку эта задача может быть решена стандартными техническими средствами, например путем применения цифровых компараторов.

Эффективность способа проверялась в численных экспериментах, в которых моделировался способ томографического обследования с учетом реальных особенностей протекающих процессов, в том числе - зашумления измеренных данных. В качестве примера рассматривался объект, представляющий собой однородный цилиндр с высококонтрастным включением в центре. Распределение плотности в объекте показано на фиг. 2. Такой объект можно рассматривать как идеализированную модель кабеля, состоящего из проводника, окруженного слоем изоляции. На фиг. 3 показан профиль плотности, полученный в результате реконструкции изображения с фильтрующей функцией, оптимальной для зоны малоразмерного высококонтрастного включения. Можно видеть, что в данном случае указанная зона воспроизводится вполне удовлетворительно, однако изображение в окружающей ее области сильно зашумлено. На фиг. 4 показан профиль плотности, полученный в результате реконструкции тех же проекционных данных, но с другой фильтрующей функцией, которая оптимальна для области, окружающей высококонстрастное включение. Можно видеть резкое снижение шумов во внешней области, однако при этом плотность высококонтрастного включения сильно искажается. На фиг. 5 показан профиль плотности, реконструированный с применением способа. В данном примере на основе изображений, показанных на фиг. 3 и 4, конечное изображение получалось путем анализа изображения фиг. 3, а именно путем сравнения плотности в каждой точке с пороговым значением, причем точки с плотностью выше порога брались из изображения фиг. 3, а точки с плотностью ниже порога - из изображения фиг. 4. Качество конечного изображения фиг. 5 существенно улучшилось по сравнению с исходными изображениями фиг. 3 и 4, что подтверждает работоспособность предлагаемого способа.

Таким образом, предлагаемый способ томографического исследования сохраняет адаптивный режим реконструкции изображения и позволяет повысить скорость обработки информации, причем одновременно достигается упрощение устройства, реализующего способ.

Использование: исследование внутренней структуры объектов с применением ионизирующих излучений. Сущность изобретения: при томографическом исследовании производят определение оптимального для исследуемого объекта набора фильтрующих функций и критерия их выбора, производят восстановление изображений на основе каждой из фильтрующих функций, для каждого элемента изображения выбирают оптимальную фильтрующую функцию и для этого элемента изображения принимают значение плотности из соответствующего элемента изображения, восстановленного с помощью выбранной оптимальной функции. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. СПОСОБ ТОМОГРАФИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ПЛОТНОСТИ ТЕЛА, заключающийся в просвечивании исследуемой зоны объекта проникающим излучением в режиме сканирования, регистрации прошедшего через объект излучения с формированием измерительных сигналов, преобразовании сигналов в цифровую форму, фильтрации измерительных данных, их обратном проецировании, анализе данных и восстановлении изображения исследуемой зоны объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения качества восстанавливаемого изображения, предварительно, до начала сканирования, определяют оптимальный для исследуемого объекта набор фильтрующих функций и критерий их выбора, производят восстановление изображения на основе каждой из фильтрующих функций, производят автоматизированный анализ полученных изображений и для каждого элемента изображения выбирают оптимальную фильтрующую функцию из упомяутого набора и для этого элемента изображения принимают значение плотности из соответствующего элемента изображения, восстановленного с помощью данной оптимальной фильтрующей функции. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения реализации способа, в качестве критерия выбора фильтрующей функции используют факт принадлежности значения плотности в данной точке к одному из априорно определенных интервалов.