Томограф Советский патент 1982 года по МПК G01T1/17 G01N23/04 A61B6/02 

(Ъ) ТОМОГРАФ

Изобретение относится к устройствам для реконструктивной (компьютерной) томографии и преднёзначено для количественных интроскопических исследований различных сред и медицинской диагностики с помощью ионизирую щего излучения. Известны способы и устройства для реконструктивной томографии, которые содержат источники ионизирующего излучения, блоки регистрации, блоки предварительной обработки данных, усиления сигналов, преобразования их в цифровую форму, фильтрации проекци формирования томографического изображения, ЭВМ и средства отображения томографического изображения tl. Однако во всех устройствах процес реконструкции томографического изображения, осуществляемый с помощью зн логовых или цифровых устройств и основанный на синтезе двумерного изображения из фильтрованных одномер-. ных измеренных проекций объекта, не учитывает в полном объеме того,что результаты томографического обследования известны с некоторой погрешностью, а фильтрация экспериментальных результатов осуществляется с помощью фильтра, характеристики которого недостаточно согласованы с погрешностью результатсэв измерений и качественными характеристиками томографического изображения. Это приводит к тому, что томографическое изображение может в ряде случает не отвечать таким требованиям исследований, как визуализация малокбнтрастных неоднородностей, отсутствие требуемого пространственного разрешения, что может привести к неоднозначности, например; медицинского диагноза. Во всех известных устройствах не предусматриваются средства для осуществления оперативного вмешательства в процесс формирования и рекон:струкции томографического изображения, а также отсутствуют средства.

позволяющие работать устройствам в диалоговом режиме.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для реконструктивной томографии, содержащее источник ионизирующего {рентгеновского ) излучения и последовательно соединенные блок регистрации излучения, блок преобразования данных, блок фильтрации, блок формирования данных, ЭВМ и бло отображения томографического изображения 2. .

Недостаток известного устройства состоит в том, что отсутствует возможность реконструировать томографическое изображение с учетом погрешности, непрерывно изменяющейся в процессе измерений, что приводит к большой погрешности получаемых результатов, низкому разрешению и слабой контрастности томографического изображения.

Цель изобретения - повышение точности результатов, пространственног разрешения и контрастности томографического изображения путем использования адаптивного режима обработки информации в .процессе измерений, учитывающего с одной, стороны особенность исследуемого объекта, а с другой - изменения характеристик блока регистрации излучения в процессе измерения и установления соответствия между погрешностью результатов измерений, искажениями, вносимыми блоком регистрации излучения, и характерными особенностями реконструируемого томографического изображения.

Поставленная цель достигается тем, что томограф, содержащий источник ионизирующего излучения и последовательно соединенные блоки регистрации излучения, преобразования данных, фильтрации, формирования проекций, ЭВМ и блок отображения томографического изображения дополнительно содержит блоки аналоговой коррек(ии и формирования фильтрующей функции с двумя входами, а также блок формирования параметров фильрации, причем первый вход блока аналоговой коррекции соединен с выходом блока регистрации излучения, выход соединен с входом блока преобразования данных, гзыход которого соединен с первым входом блока формирования фильтрующей функции, выход которого соединен с входом блока фильтрации, вход блока формирования параметров фильтрации соединен с 5 ЭВМ и выходом блока формирования проекций,а его выход соединен с вторыми входами блоков аналоговой коррекции и формирования фильтрующей функции. Блок аналоговой коррекции содержит два мультиплексора на первом входе и выходе соответственно, на втором входе - формирователь корректирующей функции, соединенный с мультиплексорами через синхронизатор,

5 систему последовательно соединенных друг с другом пар интеграторов и умножителей, которые параллельно подключены к мультиплексорам, причем управляющие входы умножителей

0 соединены с выходом формирователя корректирующей функции, а управляющие входы интеграторов соединены с выходом синхронизатора, вход которого подключен к первому входу блока

аналоговой коррекции.

Блок формирования фильтрующей функции содержит на первом входе блок быстрого преобразования Оурье, последовательно соединенный с арифметическим устройством и блоком быстрого обратного преобразования Фурье на выходе, причем арифметическое устройство снабжено числовым входом, образующим второй вход блока формирования фильтрующей функции.

На фиг. 1 изображена блок-схема томографа; на фиг. 2 - схема блока аналоговой коррекции; на фиг. 3 схема блока формирования фильтрующей функции; на .фиг. k - диаграмма

работы блока аналоговой коррекции.

Томограф (фиг.1) содержит источник 1 ионизирующего излучения, платформу 2 для установки исследуемого объекта, блок 3 регистрации излучения детекторы ионизирующего излучения, усилители, механическую систему сканирования и устройства их синхронизации, выход которого соединен с первым входом блока Ц аналоговой коррекции, выход которого через блок 5 преобразования данных соединен с первымВХОДОМ блока 6 формирования фильтрующей функции и входом блока 7 фильтрации, ко входу которого подключен выход блока 6, а выход блока 7 соединен через блок 8 формирования проекций с блоком 9 формировгэНИИ параметров фильтрации, причем его выходы соединены со вторыми вхо дами блока k аналоговой коррекции и блока 6 формирования фильтрующей функции на вход подключена ЭВМ 10 последовательно с блоком 11 отображения томографического изображения. Блок 9 формирования параметров филь рации может быть выполнен из пяти последовательно соединенных специализированных процессоров, а блок 1 отображения томографического изображения представляет собой систему внешних запоминающих устройств, тер миналов и дисплеев. Блок (фиг.2) аналоговой коррекции содержит два мультиплексора 12 и 13 на первом входе и выходе со ответственно, также содержит на вто ром входе формирователь t корректирующей функции, соедименяый с мул типлексорами 12 и 13 синхрониз тор 15, систему последовательно сое диненных друг с другом пар интеграторов 16 и умножителей 17, которые параллельно подключены к мультиплек сорам 12 и 3, причем управля«01цие входы умножителей 1 соединемы с вы ходом формирователя Т, а управляющие входы интеграторов 16 соединены с выходом синхронизатора 15, вход к торого подключен к первому входу блока k аналоговой коррекции. Блок 6 формирования фильтруюце функции (фиг.З) содержит на первом входе блок t8 быстрого преббразования Фурье, последовательно сое;диненный с арифметическим устройством 19 и блоком 20 быстрого обратно го преобразования Фурье на выходе, причем арифметическое устройство 19 снабжено числовым входом, образующим второй вход блока 6 формиро вания фильтрующей функции. Томограф работает следующим образом. , Вся система регистрации и обработки сигналов приводится в начальный режим с помощью управляющей ЭВМ 10. Источник 1 ионизирующего излучения совместно с блоком 3 регистра ции излучения сканирует исследуемый объект, установленный на платформе 2. С выхода блока 3, усиленные сигналы, характеризующие пространственное положение источника 1 и детекторов и связанные с интенсивностью регистрируемого излучения, поступают на первый вход блока А ана97 логовой коррекции, устраняющего искажения вносимые в измерения блоком 3 регистрации излучения (нестабильность работы детекторов, усилителей, неточность движения механической системы сканирования). По приходу первого сигнала синхронизатор 15 формирует управляющие импульсы, поступающие на мультиплек- соры 12 и 13, а также на формирователь Н корректирующей функции, интеграторы 16 и умножители 17. Входной мультиплексор 12 коммутирует сигналы, постзя1а1ицие с блока 3 на входы умножителей 17 в каждый момент времени. В этот же момент времени формирователь 14 подает на входы умножителей Т7 аналоговый сигнал,представляющий собой корректирующую функцию (t-t) (фиг.) который формирует произведение скоммутированного мультиплексором 12 сигналов с корректирующей функцией в интервале времени , ТЗ. С выхода умножителей 17 аналоговые сигналы поступают на вход интеграторов 16, каждый из которых накаплиL, fei+T - - вает суммы iS(i)5: f {/ ittJK Ci-ib . иг. ч , которые, в свою оче- едь, поступают в каждый момент t выходной мультиплексор 13, осущест-, вляющий формирование скорректированных сигналов в аналого-дискретной форме. Параметры ctg, необходимые для формирования функции поступают на вход формирователя 1 с блока 9. Далее скорректированные сигналы квантуются по уровню и преобразуются в цифровую форму блоком 5 преобразования данных и поступают на вход блока 7 фильтрации и первый вход блока 6 формирования фильтрующей функции.В блоке 6 с помощью бло-. ка 18 быстрого преобразования Фурье находится Фурье-образ измеренных сигналов д(.шК арифметическое устройство 19 вычисляет фильтрующую,. функцию ) tjjrXTu) f f)) АО параметры фильтрации, формируемые блоком 9 и поступающие на счетный вход арифметического устройства 19; J(J)и S(u))- оценки-спектральных плотностей шума и сигнала соответственно, полученные на основе предварительных фантомных измерений. После умножения Ра(а))на k(u)), т.е. после осуществления фильтрации, сигналы поступают на блок 20, осуществляющий быстрое обратное преобразование Фурье отфильт рованных сигналов, которые поступаю на блок 8 формирования проекций и через блок 9 формирования параметро фильтрации и ЭВМ 10 на блок 11 отоб томографического изображения. Блок 9 с помощью первого процессора осуществляет поиск и анализ информативных признаков изображения Второй процессор осуществляет кластеризацию изобра ; ения, третий после статистического анализа формирует ковариационную матрицу, четвертый - осуществляет сегментацию изображения и пятый - формирует пара метры фильтрации с1о, которые посту пают в блоки Ц , формирующие кор ректирующую и фильтрующую функции соответственно, причем синхронизация работы всех процессоров осуществляет управляющая ЭВМ 10 с возможностью оперативного вмешательства оператора через блок 1I отображения томографического изображения. Предложенный томограф реализует адаптивный обработки регистрируемой информации в процессе измерения, который математически описывается выражениями (S-OPe(S)-ds; ) f (х,у) 4 5 PQ (x.cos в+у.з1пв) -de где Р0 () °- фильтровальные проек Ции; f(x,y) - реконструированное томографическое изображение;) - фильтрующая функция, зависящая от параметров фильтрации do , которые каждый раз выбираются на основе анализа погрешности результатов измерений и информативных признаков, получаемого в процессе измерений томографического изображения, причем параметры do также позволяют уменьшить погрешность результатов путем их коррекции еще до их цифровой обработки. В известном устройстве вид фильтрующей функции k(S-l) априори задан и не учитывает информации, получаемой в процессе измерений, чта приводит к нежелательному подавлению высокочастотных составляющих спектра PG() э значит - к потере инфор78мации о тонкой структуре томографическо.го изображения. Таким образом, томограф, реализующий .режим адаптивной обработки информации в процессе измерений, позволяет повысить точность результатов, пространственное разрешение и контрастность томографического изображения, поскольку производит реконструкцию каждой выделенной зоны изображения с адаптированными к этой зоне параметрами фильтрации и осуществляет сегментациюреконструированного изображения в соответствие с требуемой целью исследований, что, в конечном счете, существенно повышает достоверность диагноза при использовании томографа в медицинской диагностике. Формула изобретения 1,Томограф, содержащий источник ионизирующего излучения и последовательно соединенные блок регистрации излучения, блок преобразования данных, блок фильтрации, блок отображения томографического изображения, о тл и ч а ющ ий с я тем, что, с целью повышения точности результатов, пространственного разрешения и контрастности томографического изображения путем использования адаптивного режима обработки регистрируемой информации в процессе измерений, томограф дополнительно содержит блоки аналоговой коррекции и формирования фильтрунзщей функции с двумя входами, а также блок формирования параметров фильтрации, причем первый вход блока аналоговой коррекции соединен с выходом блока регистрации излучения, выход соединен с входом блока преобразования данных, выход которого соединен с первым входом блока формирования фильтрующей функции, выход которого соединен со входом блока фильтрации, вход блока формирования параметров фильтрации соединен с ЭВМ и выходом блока формирования проекций, а его выход соединен с вторыми входами блоков аналоговой коррекции и формирования фильтрующей функции. 2.Томограф по п.1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что блок аналоговой коррекции содержит два мультиплексора на первом входе и выходе

соответственно, на втором входе формирователь корректирующей функции, соединенный с мультиплексорами через

синхронизатор, систему последовательно соединенных друг с другом пар интеграторов и умножителей, которые параллельно подключены к мультиплексорам, примем управляющие входы умножителей соединены с выходом формирователя корректирующей функции, а управляющие входы интеграторов соединены с выходом синхронизатора , вход которого подключен к первому входу блока аналоговой коррекции.

на первом входе блок быстрого преоб разования фурье, последовательно соединенный с арифметическим устройством и блоком быстрого обратного преобразования Фурье на выходе,

причем арифметическое устройство снабжено числовым входом, образующим второй вход блока формирования фильтрующей функции.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

S Systems, Fields of Applicat on,p.4-5, выставка Здравоохранение-80.

У

-5Ь

/V

Гч

:s

IffoS

/ Artf/

J IxoS

19

Чг

дыход fcj