автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.10, диссертация на тему:Исследование и разработка методов и аппаратно-программных средств контроля квантовой эффективности регистрации цифровых приемников рентгеновского изображения

На правах рукописи

КАБАНОВ СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ КВАНТОВОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕГИСТРАЦИИ ЦИФРОВЫХ ПРИЕМНИКОВ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Специальность 05.11.10. Приборы и методы для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 8 АВГ 2011

Москва, 2011

4852195

Работа выполнена в Научно-практическом центре медицинской радиологии Департамента здравоохранения г. Москвы.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Зеликман М.И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Таубин М.Л.

доктор технических наук Черний А.Н.

Ведущая организация: НИИ Интроскопии МНПО «Спектр»

Защита состоится «2(» сентября 2011 г. в « /О» часов на заседании диссертационного совета Д 208.001.01 при ФГУ «Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники» Росздравнадзора по адресу: 129301, Москва, ул. Касаткина, д.З.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУ ВНИИИМТ Росздравнадзора.

Автореферат разослан « V » августа 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. За последнее десятилетие цифровые рентгенодиагностические системы получили широкое распространение в отечественной медицинской практике. Парк цифрового оборудования в медицинских учреждениях России постоянно увеличивается и для надежной, безопасной и эффективной работы этого оборудования необходимо обеспечивать надлежащий контроль качества в процессе эксплуатации.

В настоящее время большинство производителей цифровых приемников рентгеновского изображения признают, что наиболее информативными характеристиками для оценки качества формирования изображений в цифровых рентгенодиагностических системах являются: функция передачи модуляции (MTF - Modulation Transfer Function), а также обобщенная характеристика — зависимость квантовой эффективности регистрации (DQE -Detective Quantum Efficiency) от пространственных частот и дозы в плоскости приемника.

На данный момент существуют три стандарта Международной электротехнической комиссии (МЭК), регламентирующие методы оценки DQE (первая часть стандарта IE С 62220-1 предназначена для рентгеновских аппаратов общего назначения, вторая IEC 62220-1-2 - для маммографов, третья IEC 62220-1-3 - для динамических систем). Первая часть стандарта была гармонизирована в России под названием ГОСТ Р МЭК 62220-1-2006 «Изделия медицинские электрические. Характеристики цифровых приемников рентгеновского изображения. Часть 1. Определение квантовой эффективности регистрации».

Данные стандарты полностью определяют порядок действий по расчету DQE(u,v), однако в этих документах не определены методы измерения угла наклона тест-объекта и формирования «профиля» края, что может приводить к неоднозначности результатов испытаний в интересах оценки функции передачи модуляции, которая в последующем используется для определения DQE(u,v). В стандартах также не представлены рекомендации по выбору аналитической функции для аппроксимации полученной усредненной функции передачи

модуляции (в тех случаях, когда аппроксимированная функция может использоваться в качестве самостоятельной характеристики, не привязанной к DQE). По этим причинам разработка метода оценки угла наклона и формирования «профиля» края, а также разработка аппаратно-программных средств контроля квантовой эффективности регистрации как функции пространственных частот представляется актуальной задачей в техническом разделе цифровой рентгенодиагностики.

Еще одной актуальной задачей является анализ факторов, влияющих на оценки квантовой эффективности регистрации и функции передачи модуляции, таких как неравномерность рентгеновского потока в плоскости приемника, рассеяние и потери энергии в тракте преобразования, а также внутренние шумы системы. Результаты данного исследования помогут специалистам, занятым разработкой, производством и техническим обслуживанием цифровых рентгеновских систем, в грамотной интерпретации результатов экспериментов по оценке DQE и МТР.

Определение DQE как функции пространственных частот с полным соблюдением требований стандарта ГОСТ Р МЭК 62220-1-2006, особенно это касается обеспечения «геометрии» проведения измерений, возможно только в лабораторных условиях, к тому же этот метод трудоемок и требует больших временных затрат, что затрудняет определение ООЕ(и,\•) при приемосдаточных испытаниях и практически исключает применение этого метода при периодических испытаниях цифровых приемников рентгеновского изображения в условиях их эксплуатации. В процессе эксплуатационных проверок и при проведении различных регламентных работ удобнее использовать оценку Б()Е в области нулевых пространственных частот, так как в этом случае не требуется выполнения жестких требований по условиям проведения эксперимента. Разработка алгоритма и программных средств оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот является еще одной важной задачей на настоящий момент.

Теоретической и методической базой данной диссертационной работы послужили труды ведущих ученых и специалистов - С.Е. Бару, H.H. Блинова, JI.B. Владимирова, М.И. Зеликмана, Б.М. Кантера, В.В. Клюева, Э.Б. Козловского, Б.И. Леонова, А.И. Мазурова, А.Н. Черния и ряда других.

Цель и основные задачи исследования. Основная цель диссертационной работы заключается в теоретическом исследовании, разработке и внедрении в практику эксплуатационных испытаний медицинских цифровых рентгенодиагностических аппаратов методов и аппаратно-программных средств, позволяющих оперативно оценивать квантовую эффективность регистрации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные научно-технические задачи:

1. Разработать алгоритм измерения угла наклона тест-объекта и формирования «профиля» края в интересах оценки функции передачи модуляции, а также разработать и внедрить в практику аппаратные средства, позволяющие повысить точность, а также ускорить процесс оценки функции передачи модуляции. На основе международных и отечественных стандартов и разработанных алгоритмов оценки функции передачи модуляции создать программное обеспечение для оценки квантовой эффективности регистрации как функции пространственных частот и дозы в плоскости детектора.

2. Провести исследование влияния таких факторов, как неравномерность рентгеновского потока в плоскости приемника, рассеяние сигналов в каналах приемника, а также внутренние шумы системы, на результаты оценки квантовой эффективности регистрации и функции передачи модуляции.

3. Разработать алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот для цифровых приемников рентгеновского изображения. На основе разработанного алгоритма создать программное обеспечение, позволяющее оперативно оценить этот параметр в процессе эксплуатационных технических испытаний.

4. Провести апробацию разработанных в процессе диссертационной работы методов, аппаратных и программных средств контроля на рентгенодиагностических аппаратах с различными типами цифровых приемников, представленных в медицинских учреждениях г. Москвы и других регионов РФ. Провести сравнительный анализ оценок квантовой эффективности регистрации, полученных с использованием разработанного программного обеспечения и программного обеспечения зарубежных производителей.

5. Разработать и внедрить в практическое здравоохранение методику контроля параметров и характеристик цифровой рентгенодиагностической аппаратуры в условиях эксплуатации.

Методы исследований. При выполнении настоящей работы были использованы следующие методы теоретических и экспериментальных исследований: методы математического анализа, теории вероятностей и математической статистики, численные методы, методы математического и физического моделирования процессов формирования и обработки изображений в цифровых приемниках рентгеновского излучения.

Научная новизна.

1. Разработан алгоритм оценки угла наклона тест-объекта и формирования «профиля» края в интересах оценки функции передачи модуляции, позволяющий повысить точность оценки этих параметров.

2. Разработано устройство для оценки функции передачи модуляции приемников рентгеновского изображения по методу «острого края». Конструкция тест-объекта защищена Патентом РФ на изобретение и Патентом РФ на полезную модель.

3. Разработан алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот, который учитывает влияние на оцениваемый параметр неравномерности распределения рентгеновского потока по полю приемника, а также корреляции сигналов в каналах

б

приемника и позволяет эффективно оценивать этот параметр в процессе проведения эксплуатационных технических испытаний. 4. Разработаны, утверждены на федеральном уровне и внедрены в практическое здравоохранение методические указания «Методы оценки параметров и характеристик цифровой рентгенодиагностической аппаратуры в условиях эксплуатации».

Практическая значимость. Практическая значимость работы подтверждается тем, что разработанные программное обеспечение, средства контроля и методические указания успешно применяются инженерами Научно-практического центра медицинской радиологии ДЗ г. Москвы при проведении испытаний цифровых рентгеновских аппаратов в ЛПУ г. Москвы и других регионов Российской Федерации. Также данное программное обеспечение и аппаратные средства контроля используются рядом отечественных производителей рентгенодиагностической техники для оценки параметров выпускаемого оборудования в заводских условиях.

На защиту выносится:

• Алгоритм оценки угла наклона тест-объекта и формирования «профиля» края в интересах оценки функции передачи модуляции.

• Конструкция тест-объекта для оценки функции передачи модуляции приемников рентгеновского изображения по методу «острого края».

• Теоретическое обоснование методов оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот, учитывающих влияние неравномерности распределения рентгеновского потока по полю приемника и корреляции сигналов в каналах детектора.

• Алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы были представлены и обсуждались на 3 Всероссийских и 2 международных научных конгрессах и конференциях.

Результаты исследований отражены в 15 публикациях в российской научной литературе, из них 5 публикаций в изданиях, включенных в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы, состоящего из 123 источников и 5 приложений.

Общий объем работы составляет 137 листов текста, набранного на персональном компьютере, в том числе 59 рисунков и 4 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Введение содержит обоснование актуальности решаемой научно-технической задачи. В нем сформулированы цель работы и основные задачи исследования, научная новизна и практическая значимость полученных результатов, приведены сведения об апробации работы и публикациях по теме диссертации.

Глава 1. Обзор литературы. В данной главе представлена классификация цифровых рентгеновских приемников, рассмотрены конструктивные особенности и параметры каждого типа приемников рентгеновского изображения, а также анализируются вопросы проведения их эксплуатационного технического контроля. На основании проведенного анализа литературных источников формулируются основные задачи исследования.

Глава 2. Разработка программного обеспечения и средств контроля для оценки как функции пространственных частот и дозы в плоскости приемника. Данный раздел диссертационной работы посвящен особенностям построения алгоритма оценки квантовой эффективности регистрации как функции пространственных частот. Алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации как функции пространственных частот разрабатывался в соответствии со стандартом ГОСТ Р МЭК 62220-1-2006. Данный стандарт полностью описывает порядок действий при оценке DQE(u,v), однако в этом документе не определены методы измерения угла наклона тест-

объекта в интересах оценки функции передачи модуляции системы. В этом случае регламентированы только диапазон углов, на который поворачивают тест-объект относительно соответствующей оси приемника, размер анализируемой области зарегистрированного изображения, а также набор коэффициентов для численного дифференцирования по трехточечной схеме «профиля» края с целью определения функции рассеяния линии. Для разработки метода оценки угла наклона тест-объекта был проведен ряд экспериментальных исследований, в процессе которых оценивалась функция передачи модуляции для двух видов цифровых приемников рентгеновского изображения — плоских панелей на основе аморфного кремния компании «Canon», а также сканирующей системы ПроСкан-7000 компании «Рентгенпром».

Рис. 1. Пиксельное изображение идеального непрозрачного края и его профиль.

Угол а наклона края пластины относительно оси приемника (Рис. 1) оценивался двумя способами: путем аппроксимации (по методу наименьших квадратов) линейной функцией определенной на зарегистрированном изображении границы тест-объекта и с использованием оценки среднего количества пикселей, через которые проходит край тест-объекта, с использованием выражения:

а = агад(1/Ыср),

где 1Чгр обозначает среднее количество пикселей, через которые проходит край тест-объекта, в соответствующих колонках (строках) анализируемой области

интереса. Определение пикселей, соответствующих краю тест-объекта, проводилось численным дифференцированием функции распределения яркостей вдоль соответствующих строк (столбцов) области интереса по двухточечной, трехточечной и пятиточечной схемам. Причем, при использовании двухточечной схемы дифференцирования в одном случае применялось сглаживание функции распределения яркостей с шириной окна сглаживающего фильтра 4 пикселя. Анализ полученных данных показывает, что наиболее точные результаты при оценке угла наклона края тест-объекта относительно центральных осей приемника дает метод аппроксимации (по методу наименьших квадратов) найденных на зарегистрированном изображении границ тест-объекта линейной функцией, при этом границу края рекомендуется определять с помощью численного дифференцирования по 5-ти точечной схеме.

О 500 ЮН) 1500 2000 2500 3000

Номер отсчет«

а Ь

Рис. 2. Профиль, построенный для одной группы пикселей вдоль линии края (а) и усредненный по всем группам, полученным в области исследования (Ь).

Система ПроСкан 7000. Доза в плоскости приемника 58,5 мкГр.

По результатам определения угла наклона тест-объекта строились «профили» края для различных углов наклона и соответствующие усредненные «профили» (Рис. 2, кривые а и Ь). Для усредненного «профиля» края методом численного дифференцирования по трехточечной схеме с ядром [-1,0,1] определялась функция рассеяния линии. Расчет МТР осуществлялся путем применения преобразования Фурье к полученным функциям рассеяния линии. На основании полученных результатов были сделаны рекомендации

относительно того, что функцию рассеяния линии необходимо определять по характеристике, соответствующей усредненному «профилю» края, при этом лучших результатов удается добиться при углах, соответствующих верхней части рекомендуемого стандартом диапазона, т.е. близких к 3°. Методы аппроксимации функции передачи модуляции. В процессе обработки данных экспериментов анализировались также результаты аппроксимации полученной усредненной МТР при использовании различных аналитических функций. Наименьшую ошибку при аппроксимации удалось реализовать при использовании обратного полинома 4-ой степени.

Анализ результатов сравнения аппроксимированных МТР, полученных в процессе наших экспериментов, с литературными данными показывает, что предложенный метод аппроксимации дает хорошие результаты. Разработка конструкции тест-объекта для оценки МТР. В процессе экспериментальных исследований была разработана конструкция тест-объекта (Рис. 3). Данная конструкция позволила повысить качество и скорость измерений, а также повторяемость результатов при оценке функции передачи модуляции приемников рентгеновского изображения за счет более точного расположения устройства по центру приемника и под заданным углом относительно вертикальной или горизонтальной осей на его поверхности.

поверхность приемника

J

Рис. 3. Тест-объект для оценки МТБ и его расположение на поверхности приемника.

Представленная конструкция тест-объекта защищена патентами РФ на изобретение и полезную модель.

Анализ факторов влияющих на оценку й()Е. В диссертационной работе аналитически и методом математического моделирования исследовано влияние на оценку В<2Е(и,\') таких факторов, как рассеяние сигналов в каналах приемника, неравномерность распределения рентгеновского потока во входной плоскости приемника, а также внутренних шумов системы.

Результаты моделирования влияния рассеяния сигналов в каналах приемника представлены на Рис. 4 в виде семейства кривых нормированного к значению в области нулевых пространственных частот спектра мощности шума (на выходе цифрового рентгеновского приемника), прошедшего через частотно-зависимые фильтры, один из которых обусловлен канальной структурой цифрового приемника, а второй наличием корреляции сигналов в соседних каналах с коэффициентами корреляции р = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5.

Рис. 4. Семейство кривых нормированного к значению в области нулевых пространственных частот спектра мощности шума при различных значениях коэффициента корреляции р.

Из Рис. 4 видно, что наличие источников корреляции приводит к «завалу» спектра мощности шума на верхних пространственных частотах, аналогично ведет себя и ИОЕ(иу).

Наличие неравномерности распределения рентгеновского потока на входе приемника приводит к завышенной оценке спектра мощности шума в узкой

области в окрестности нулевых частот и, как следствие, к спаду DQE(u, г) в этой области.

Семейство кривых Б()Е(и,у) при различных значениях параметра неравномерности е представлено на Рис. 5 (под неравномерностью понимается разница в уровнях сигналов на противоположных краях детектора отнесенная к меньшему из этих уровней). В данном случае для расчета спектра мощности шума использовалось изображение, обработанное фильтром с переходной характеристикой, обусловленной только канальной структурой приемника. К изображению был аддитивно добавлен внутренний шум системы.

Уровень внутреннего шума (МС2ИС) при моделировании сопоставлялся с уровнем квантового шума и определялся как:

N¿,0 Чо,

где кш — коэффициент пропорциональности,

— плотность потока рентгеновских квантов на входе приемника.

Из Рис. 5 видно, что с увеличением параметра неравномерности частота, при которой ВОЕ(и,\') выходит на уровень, соответствующий отсутствию неравномерности входного поля, сдвигается вправо. Исходя из того, что эффект неравномерности поля проявляется в узкой области вблизи нулевых частот, на Рис. 5 диапазон представленных пространственных частот ограничен значением Для представленного примера /сш= 0,1.

0,9 0,8 0,7 0,6 £0,5 а 0,4 0,3 0,2 ОД 0

0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 Пространственная частота, нормированная к частоте Найквиста

/

/ / /

/ * / /

/

У /

у

- -£ = 0,05

----Е = 0,1

- ■ £ = 0,2

Рис. 5. Семейство кривых Б0Е(и,V) при различных значениях параметра неравномерности е и наличии внутренних шумов.

Внутренний шум системы представляет собой суперпозицию шумов различной физической природы (по этой причине он имеет характер «белого» шума, т.е. равномерный частотный спектр). Таким образом, внутренний шум системы оказывает влияние на DQE(u,v) как в области низких, так и в области высоких пространственных частот.

Анализ оценок DQE(u,v), полученных при различных соотношениях плотностей спектра внутренних шумов системы и квантовых шумов на ее входе, показывает, что с увеличением дисперсии внутренних шумов значение ВОЕ(и,у) в области нулевых пространственных частот уменьшается и частота, в окрестности которой 1>0Е(и,у) начинает заметно спадать, сдвигается влево.

Наличие рассеяния сигналов в каналах приемника лишь усугубит скорость спадания И()Е(и,у) в области верхних частот, а неравномерность входного рентгеновского потока приведет к «провалу» кривой В()Е(и,у) в области нулевых пространственных частот.

Разработка пакета программ для оценки й()Е(и,у), На основе разработанных в рамках диссертационных исследований методов и требований соответствующих стандартов разработано специализированное программное обеспечение «БС>Е(и,у)» и «ВС>Е(и,у)_Матто», позволяющее оценивать функцию передачи модуляции и квантовую эффективность регистрации как функцию пространственных частот для аппаратов общей рентгенодиагностики и маммографических систем соответственно. На программное обеспечение получены свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Глава 3. Методы и средства оценки 0()Е в области нулевых пространственных частот. Глава посвящена разработке метода оценки Б()Е в области нулевых пространственных частот, в которой учитывается влияние на оцениваемый параметр неравномерности распределения рентгеновского потока в плоскости приемника и корреляции сигналов в его каналах.

Под ВОЕ(0,0) понимают нормированное к плотности потока квантов на входе детектора выходное отношение сигнал/шум по мощности:

О2

о(2Е(от =

<?о

Выходной сигнал цифрового приемника определяется как среднее от числовых значений яркости на выходе парциальных каналов. Произвести оценку шума на выходе приемной системы, можно, обработав данные, полученные на выходе одного из каналов при большом числе экспозиций, что значительно усложняет исследование и увеличивает его время, или же, взяв для расчета значения яркости набора пикселей в заданной области, полученных при одной экспозиции. При этом необходимо учитывать два фактора, искажающих оценку дисперсии шумов на выходе приемника:

• наличие корреляция сигналов в соседних каналах приемника,

• неравномерность распределения входного рентгеновского потока в плоскости приемника.

Компенсировать влияние корреляции в каналах приемника можно путем усреднения значений в этих каналах по подобластям. Дисперсия шумов в этом случае определяется произведением дисперсии средних по подобластям на число элементов в подобласти. Критерием компенсации влияния корреляции сигналов на оценку мощности шума может служить зависимость произведения дисперсии шума (ст^) на количество элементов в подобласти (N) от количества элементов в подобласти: при значении N больше некоего Nrp произведение дисперсии шумов на количество элементов в подобласти выходит на постоянный уровень, в этом случае можно считать влияние корреляции нивелированным:

N • <Tjv = const, при N > Nrp.

При этом, чем больше корреляция сигналов в каналах приемника, тем выше значение А^,, т.е. подобласть должна содержать большее количество элементов.

В ходе работ по анализу влияния корреляции в каналах приемника на оценку дисперсии шумов аналитически было получено выражение, описывающее зависимость оценки дисперсии шумов на выходе каналов приемника (о^) от среднего уровня коэффициента корреляции сигналов в каналах (рср) и числа элементов в подобластях усреднения:

= = (Т2[1 + Рср(ЛГ - 1)], (1)

где а2 — дисперсия шумов внутри области интереса, рассчитанная без усреднения по подобластям.

На Рис. 6 пунктиром представлены зависимости нормированной оценки мощности шума на выходе цифрового приемника от размера подобласти для усреднения при различных значениях коэффициента корреляции элементов анализируемого изображения, полученные при использовании выражения (1), здесь же (сплошными линиями) представлены зависимости полученные методом математического моделирования с использованием прикладного программного обеспечения МаШСаё.

_N_

Рис. 6. Зависимости нормированной оценки мощности шума на выходе цифрового рентгеновского приемника от размера подобласти для усреднения при различных значениях коэффициента корреляции р.

Анализ представленных зависимостей показывает, что предложенный алгоритм оценки мощности шума на выходе приемника обладает хорошей сходимостью. При этом устойчивые оценки мощности шума обеспечиваются выбранным размером подобластей усреднения 8Х8 (р 2 0,2) и 16x16 (р > 0,2).

Наличие неравномерности рентгеновского потока в плоскости приемника приводит к появлению еще одной составляющей корреляции сигналов в каналах приемника и, как следствие, к дополнительным погрешностям при оценке отношения сигнал/шум и 25£Ж Особенностью рассматриваемой корреляционной составляющей является тот факт, что ее невозможно

компенсировать путем усреднения сигналов в подобластях. Данное обстоятельство было подтверждено экспериментально.

В этом случае дисперсию шумов оценивают через спектральные характеристики. Дисперсию шумовой составляющей двухмерного дискретного сигнала /(хп,ут) через его спектральные характеристики можно определить следующим образом:

х х У У к=0 1=0 х х у у к=0 5=0

где Р(ик, — отсчеты спектральной плотности мощности шума:

Ых-1 Л/у-1 ,

1 Л Д К—' ^—' I —7 7715

х х У У X у п=д т=0 I

йх, Ау — размеры пикселей в горизонтальном и вертикальном направлениях, Ых, Ыу — число элементов в области интереса вдоль оси хиу. Р(ик, р5) — отсчеты спектральной плотности шума.

В процессе разработки метода оценки шума в случае наличия неравномерности рентгеновского потока по обеим пространственным координатам сравнивались одномерный спектр мощности шума на модели изображения (с добавленными корреляцией и неравномерностью, см. Рис. 7, кривая а) и одномерный спектр мощности шума при наличии неискаженного рентгеновского потока на входе приемника (Рис. 7, кривая Ь). Кривую а можно условно разделить на 3 области:

1. Область влияния неравномерности. Спектральные значения в этой области завышены относительно среднего уровня неискаженного сигнала.

2. Область практически неискаженного спектра. В этой области значения спектров мощности шума неискаженного сигнала и сигнала с добавленными неравномерностью и корреляцией практически не отличаются.

3. Область влияния корреляции. Эта область спектра мощности шума отличается заниженными значениями относительно среднего уровня спектра неискаженного сигнала.

По результатам проведенного анализа оценку дисперсии шумов предлагается проводить путем экстраполяции на ось ординат значений одномерного спектра мощности шума, исключив из расчета область искаженную неравномерностью распределения яркости по полю изображения. В качестве аппроксимирующей функции был выбран полином 3-ей степени. Одномерный спектр мощности шума формировался из двумерного путем усреднения спектральных отсчетов по частотам.

Рис. 7. Модели одномерных спектров мощности шума.

Номер граничного отсчета между областями 1 и 2 определялся экспериментальным путем на основе анализа построенных для различных типов приемников зависимостей оценки шума от номера отсчета, с которого начинается экстраполяция. В процессе экспериментальных исследований, было установлено, что отсчет, соответствующий пространственной частоте 0,25 п.л./мм, для всех рассматриваемых типов приемников находится в области неискаженного спектра мощности шума (Рис. 7, Область 2) и экстраполяция значений спектра мощности шума, начиная с этого отсчета, позволяет получить достоверную оценку дисперсии. Данный вывод иллюстрируют приведенные ниже графики (Рис. 8) для приемника РахБсап (размер пикселя А=0,194 мм), частоте 0,25 п.л./мм в данном случае соответствует 12-й отсчет, который находится в неискаженной области спектра.

Таким образом, можно сделать вывод, что для определения неискаженной наличием неравномерности входного рентгеновского потока и корреляции

сигналов в каналах приемника оценки мощности шума, достаточно экстраполировать значения одномерного спектра мощности шума, зарегистрированного на выходе приемника на ось ординат, исключив при этом из расчета отсчеты в области, соответствующей частоте меньше 0,25 п.л./мм.

14

12 ю 8 6 4 2 о

♦

-у-^-

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Номер отброшенного отсчета

♦ 7,8 мкГр

<гш 25

-1 20

о

и

15 1 10

<► О

♦ о <►

2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Номер отброшенного отсчета

♦ 9,905 мкГр

Рис. 8. Зависимость оценки дисперсии шумов от номера граничного отсчета.

Приемник РахБсап.

Разработка алгоритма оценки 0()Е в области нулевых пространственных частот и программного обеспечения «1)ЦЕ(0,0)». С учетом предложенного метода оценки дисперсии шумов в рамках диссертационной работы был разработан алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации, в основе которого лежит выражение:

О2

0(}Е{ 0,0) = Увыхо , (2)

л ' -^о ' ^пр

где £>пр — доза во входной плоскости приемника [мкГр], А0 — площадь элемента изображения [мм2],

К — коэффициент, зависящий от заданного качества излучения [1/(мкГр • мм2)].

В формуле (2) выходное отношение сигнал/шум (?вых, определяется как:

где ^лых — сигнал на выходе приемника;

— оценка дисперсии шума на выходе приемника.

Для решения поставленной задачи оценки Ь()Е алгоритмом задается следующая последовательность операций:

• Загрузка зарегистрированного изображения «чистого поля»;

• Загрузка зарегистрированного «темнового» изображения, т.е. изображения полученного на выходе приемника, без включения высокого напряжения;

• Выделение области интереса (ROI) на изображениях в соответствии с параметрами, заданными на входе алгоритма. Рекомендуемый размер области - 256x256 пикселей, оптимальное расположение области - по центру изображения;

• Расчет среднего значения яркости по ROI, выделенной на изображении «чистого поля»;

• Расчет уровня «темнового тока», путем усреднения значений яркости пикселей по ROI, выделенной на «темновом» изображении. Данная операция может не производиться, если уровень «темнового тока» задается во входных данных, либо автоматически компенсируется при формировании изображения;

• Определение уровня сигнала 5ВЫХ, представляющего собой разность среднего значения яркости по ROI изображения «чистого поля» и уровня «темнового тока»;

• Оценка мощности шума <x¿;

• Расчет отношения сигнал/шум в соответствии с выражением (3);

• Расчет квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот в соответствии с выражением (2);

• Формирование отчета, содержащего рассчитанные значения отношения сигнал/шум и квантовой эффективности регистрации.

Разработанный алгоритм был реализован в программном обеспечении «DQE(0,0)». Данное программное обеспечение позволяет оценить квантовую эффективность регистрации в области нулевых пространственных частот, отношение сигнал/шум на выходе приемника и неравномерность распределения яркости по полю изображения.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований квантовой эффективности регистрации с использованием разработанных аппаратно-программных средств. Разработанное программное обеспечение и аппаратные средства были апробированы в процессе эксплуатационных проверок цифровых рентгенодиагностических аппаратов в ЛПУ города Москвы и других регионов РФ. Экспериментальным исследованиям подверглись цифровые приемники различных типов. Для каждого приемника рентгеновского изображения определялись функция передачи модуляции, спектр мощности шума и квантовая эффективность регистрации вдоль обеих пространственных частот. Анализ зависимостей MTF, NPS и DQE позволяет получить исчерпывающую информацию о качестве приемника, а сравнение характеристик квантовой эффективности регистрации различных приемников может помочь в выборе оптимального оборудования, отвечающего клиническим требованиям.

В работе был проведен сравнительный анализ оценок DQE(0, 0) и оценок, полученных при использовании программы «DQE(u,v)» . На Рис. 9 совместно представлены усредненные оценки квантовой эффективности регистрации как функции пространственной частоты и оценка квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот в виде точки на оси ординат (при различных значениях дозы в плоскости приемника) для CR-системы Kodak Classic.

30

25

20

ш 15 а

а

10 5 0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Пространственная частота [п.л./мм]

Рис. 9. CR-система Kodak Classic.

Погрешность оценки DQE в области нулевых пространственных частот относительно экстраполированной на ось ординат оценки DQE(u,v) для всех рассмотренных типов приемников не превышает 12%. Анализ результатов сравнения свидетельствует о достаточно высокой степени совпадения результатов, полученных с использованием двух представленных в диссертационной работе методов. При этом необходимо отметить, что использование метода оценки £)0Е' в области нулевых пространственных частот значительно упрощает процедуру проведения испытаний.

В работе также был проведен сравнительный анализ программ для оценки квантовой эффективности регистрации как функции пространственных частот «В0>Е(и,у)» и «БрЕ(и,у)_Матшо» с зарубежными аналогами, который подтверждает корректность работы представленного в диссертации алгоритма, а также простоту и удобство в использовании разработанных на его основе компьютерных программ.

Проведенная апробация предложенных методов и средств контроля позволила разработать методику «Методы оценки параметров и характеристик цифровой рентгенодиагностической аппаратуры в условиях эксплуатации». Данная методика была утверждена на федеральном уровне и в настоящее время используется при проведении эксплуатационных испытаний цифровой рентгенодиагностической техники.

ВЫВОДЫ.

1. Разработаны методы формирования профиля края и оценки угла наклона тест-объекта относительно центральных осей приемника, которые позволяют оценивать функцию передачи модуляции с высокой точностью, а также представлены рекомендации по аппроксимации функции передачи модуляции, в том случае, если она используется как самостоятельная характеристика.

2. Аналитически и методами математического моделирования исследовано влияние на оценку квантовой эффективности регистрации рассеяния сигналов в соседних каналах приемника, неравномерности распределения

рентгеновского потока в плоскости приемника и внутренних шумов приемной системы.

3. Разработана оригинальная конструкция тест-объекта для оценки функции передачи модуляции, позволяющая быстро и точно позиционировать его по центру и под заданным углом относительно вертикальной и горизонтальной осей на поверхности приемника рентгеновского изображения. Конструкция тест-объекта защищена Патентом РФ на изобретение и Патентом РФ на полезную модель.

4. Разработан алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот, в котором учтено влияние на оцениваемый параметр неравномерности распределения рентгеновского потока в плоскости приемника и корреляции сигналов в его каналах.

5. На основе разработанных методов и алгоритмов создано специализированное программное обеспечение для оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот «0(}Е(0,0)» и квантовой эффективности регистрации как функции пространственных частот и дозы в плоскости приемника для аппаратов общей рентгенодиагностики «БС>Е(и,у)» и маммографических систем «ЭС>Е(и,у)_Матто». Проведен сравнительный анализ разработанного программного обеспечения с зарубежными аналогами. На программное обеспечение получены свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

6. Разработанные аппаратные средства «ТОК-1» и программное обеспечение «БС)Е(и,у)», «В(ЗЕ(и,у)_Матто» и «0<ЗЕ(0,0)» прошли апробацию на различных типах цифровых рентгенодиагностических аппаратов, представленных в лечебно-профилактических учреждениях г. Москвы и других регионов РФ, в процессе проведения приемочных и периодических технических испытаний. Для использования в клинической практике разработанных аппаратно-программных средств (с целью обеспечения надежной и эффективной работы цифрового рентгенодиагностического оборудования) была выпущена методическая разработка «Методы оценки

параметров и характеристик цифровой аппаратуры в условиях эксплуатации».

рентгенодиагностической

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кокуев А.Н., Кручинип С.А., Лобов Д.П. «Анализ частотно-контрастных характеристик цифровых приемников рентгеновского изображения» //Медицинская техника, 2006, №5, стр.23-27.

2. Зеликман М. И., Кабанов С. П., Кокуев А. Н., Кручинип С. А., Лобов Д. П. «Оценка качества формирования цифровых рентгеновских изображений при использовании экспериментально-расчетных методов» //Медицинская техника, 2006, №5, стр.14-17.

3. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Лобов Д.П. «Методы контроля параметров качества изображения цифровых флюорографов» //Медицинский алфавит, 2006, №4, стр.8-9.

4. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А. «Методы и средства обеспечения качества цифровых рентгенообразующих систем» //Материалы Ш-ей научно-практической конференции «Лучевая диагностика и научно-технический прогресс», Москва, 2006.

5. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Лобов Д.П. «Методы контроля параметров качества изображения цифровых флюорографов» //Тезисы докладов Всероссийской научно-практической конференции «Современные медицинские изделия для здравоохранения России» («Медизделия 2006»), Москва, 2006, стр.67-68.

6. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А., Лобов Д.П. «Анализ факторов, влияющих на оценку квантовой эффективности регистрации цифровых рентгеновских приемников в областях низких и высоких пространственных частот» //Медицинская техника, 2007, №5, стр.6-9.

7. Блинов H.H., Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А. «Устройство для оценки функции передачи модуляции приемников рентгеновского изображения по методу «острого края» //Патент на полезную модель №62466, 2007.

8. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А., Лобов Д.П. «Контроль квантовой эффективности цифровых рентгеновских приемников на базе

фотостимулируемых люминофоров» //Медицинская техника, 2008, №5, стр.25-29.

9. Кабанов С.П., Зеликман М.И., Лобов Д.П. «Особенности контроля квантовой эффективности цифровых рентгеновских приемников на базе фотостимулируемых люминофоров» //Материалы 2-го Всероссийского национального конгресса по лучевой диагностики и терапии, Москва, 2008, стр.115.

10. Блинов Н.Н., Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А. «Устройство для оценки функции передачи модуляции приемников рентгеновского изображения по методу «острого края» //Патент РФ на изобретение №2330612, 2008.

11. Варшавский Ю.Б., Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А.

«Методы оценки параметров и характеристик цифровой рентгенодиагностической аппаратуры в условиях эксплуатации» //Методическая разработка, Москва, 2009, —46 с.

12. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А. «Сравнительный анализ программного обеспечения для оценки квантовой эффективности регистрации цифровых приемников рентгеновского изображения» //Радиология-Практика, 2010, №1, стр.60-66.

13. Kabanov S.P., Kruchinin S.A., Zelikman M.I. «Detective quantum efficiency in the region of zero spatial frequencies evaluation for digital X-ray systems» //International Conference «Advancements in Nuclear Instrumentation, Measurement Methods and their Applications», ANNIMA 2011/Book of Abstracts, Ghent, Belgium, 2011, P.166.

14. Kruchinin S.A., Kabanov S.P., Zelikman M.I. «Software for detective quantum efficiency of X-ray digital devices evaluation» //«International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery», v.6, Suppl. 1, June, 2011, P. S31-S32.

15. Кабанов С.П. «Алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации цифровых приемников рентгеновского изображения в области нулевых пространственных частот» //Вестник АМТН, 2011, (в печати).

Подписано в печать 15.07.2011г. Заказ №05319 Тираж: 100 экз.

Копицентр «ЧЕРТЕЖ.ру» ИНН 7701723201 107023, Москва, ул.Б.Семеновская 11, стр.12 (495) 542-7389 www.chertez.ru

Введение.

Глава 1. Литературный обзор.

1.1. Преимущества цифровых систем.

1.2. Классификация цифровых приемников рентгеновского изображения.

1.3. Особенности контроля характеристик цифровых приемников.

1.4. Основные задачи исследования.

Глава 2. Разработка программного обеспечения и средств контроля для оценки ООЕ как функции пространственных частот и дозы в плоскости приемника.

2.1. Разработка алгоритма оценки DQE(u,v).

2.1.1. Определение функции передачи модуляции.

2.1.2. Методы аппроксимации функции передачи модуляции.

2.2. Разработка конструкции тес -объекта для оценки МП7.

2.3. Анализ факторов влияющих на оценку DQE.

2.3.1. Рассеяние сигналов в каналах приемника.

2.3.2. Неравномерность рентгеновского потока во входной плоскости приемника.

2.3.3. Внутренние шумы системы.

2.4. Разработка пакета программ для оценки DQE(u,v).

Выводы к главе 2.

Глава 3. Методы и средства оценки БС^Е в области нулевых пространственных частот.

3.1. Влияние корреляции сигналов соседних каналов приемника и неравномерности потока в раскрыве приемника на оценку DQE(0,0).

3.1.1. Влияние корреляции сигналов в каналах приемника.

3.1.2. Влияние неравномерности рентгеновского потока в раскрыве приемника

3.2. Метод оценки дисперсии шума, учитывающий одновременное влияние корреляции сигналов в каналах приемника и неравномерности входного рентгеновского потока.

3.3. Разработка алгоритма оценки DQE в области нулевых пространственных частот.

3.4. Требования к изображениям при реализации предложенных алгоритмов.

3.5. Разработка программного обеспечения для оценки DQE(0,0).

Выводы к главе 3.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований квантовой эффективности регистрации с использованием разработанных аппаратно-программных средств.

4.1. Результаты оценки DQE(u,v) приемников рентгеновского изображения различных конструкций

4.2. Результаты апробации разработанных метода и программных средств оценки DQE(0,0) на различных цифровых приемниках рентгеновского изображения.

4.3. Сравнительный анализ эффективности программного обеспечения «DQE(u,v)» и «DQE(u,v)Mammo» с зарубежными аналогами.

Выводы к главе 4.

Выводы.

В настоящее время среди различных методов медицинской интроскопии рентгеновские методы по-прежнему занимают доминирующие позиции — с их помощью получают более 50% всех визуализируемых диагностических изображений. Методы получения рентгеновского изображения можно разделить на две большие группы:

• аналоговые методы,

• цифровые методы.

Еще совсем недавно основная часть рентгеновских изображений при исследованиях получалась с использованием аналоговых методов (рентгеновская пленка в рентгенографии и УРИ с аналоговым трактом формирования изображения в рентгеноскопии), но наука не стоит на месте и повсеместно развивающиеся цифровые технологии пришли и в медицинскую технику, в том числе и в рентгенодиагностику. К цифровой рентгенологии относятся все методы, при которых рентгеновское изображение преобразуется в цифровой сигнал с последующей обработкой данных с помощью вычислительной техники. В настоящее время цифровые методы формирования рентгенографических изображений получили широкое признание и интенсивно внедряются в медицинскую практику. Этому способствуют: снижение цены на рентгеновское цифровое оборудование; приближение пространственной разрешающей способности и качества цифрового рентгеновского изображения к аналоговому; а также многочисленные разработки программного обеспечения, позволяющего облегчить труд врача-рентгенолога.

Повсеместное применение цифровых технологий не только улучшило диагностику, но и оказало огромное влияние на развитие современных методов лечения, позволило пересмотреть многие устоявшиеся подходы, как к диагностике, так и к лечению.

Парк цифрового оборудования в медицинских учреждениях России постоянно увеличивается и для обеспечения надежной, безопасной и эффективной работы этого оборудования необходимо обеспечивать надлежащий контроль качества в процессе эксплуатации.

В настоящее время большинство производителей цифровых приемников рентгеновского изображения признают, что наиболее информативными характеристиками для оценки качества формирования изображений в цифровых рентгенодиагностических системах являются: функция передачи модуляции (MTF — Modulation Transfer Function), а таюке обобщенная характеристика — зависимость квантовой эффективности регистрации (DQE -Detective Quantum Efficiency) от пространственных частот и дозы в плоскости приемника.

На данный момент существуют три стандарта Международной электротехнической комиссии (МЭК), регламентирующие методы оценки DQE (первая часть стандарта IEC 62220-1 предназначена для рентгеновских аппаратов общего назначения, вторая IEC 62220-1-2 — для маммографов, третья IEC 62220-1-3 - для динамических систем). Первая часть стандарта была гармонизирована в России под названием ГОСТ Р МЭК 62220-1-2006 «Изделия медицинские электрические. Характеристики цифровых приемников рентгеновского изображения. Часть 1. Определение квантовой эффективности регистрации».

Данные стандарты полностью определяют порядок действий по расчету DOE (и, v), однако в этих документах не определены методы измерения угла наклона тест-объекта и формирования «профиля» края, что может приводить к неоднозначности результатов испытаний в интересах оценки функции передачи модуляции, которая в последующем используется для определения DOE(u,v). В стандартах также не представлены рекомендации по выбору аналитической функции для аппроксимации полученной усредненной функции передачи модуляции (в тех случаях, когда аппроксимированная функция может использоваться в качестве самостоятельной характеристики, не привязанной к DOE). По этим причинам разработка метода оценки угла наклона, метода формирования «профиля» края, а также разработка аппаратно-программных средств контроля квантовой эффективности регистрации как функции пространственных частот представляется актуальной задачей в техническом разделе цифровой рентгенодиагностики.

Еще одной актуальной задачей является изучение факторов, влияющих на оценки квантовой эффективности регистрации и функции передачи модуляции, таких как неравномерность рентгеновского потока в плоскости приемника, рассеяние и потери энергии в тракте преобразования, а также внутренние шумы системы. Результаты данного исследования помогут специалистам, занятым разработкой, производством и техническим обслуживанием цифровых рентгеновских систем, в грамотной интерпретации результатов экспериментов по оценке DOE и MTF.

Определение DOE как функции пространственных частот с полным соблюдением требований стандарта [27], особенно это касается обеспечения «геометрии» проведения измерений, возможно только в лабораторных условиях, к тому же этот метод трудоемок и требует больших временных затрат, что затрудняет определение DQE(u,v) при приемосдаточных испытаниях и практически исключает применение этого метода при периодических испытаниях цифровых приемников рентгеновского изображения в условиях их эксплуатации. В процессе эксплуатационных проверок и при проведении различных регламентных работ удобнее использовать оценку DQE в области нулевых пространственных частот, так как в этом случае не требуется выполнения жестких требований по условиям проведения эксперимента. Разработка алгоритма и программных средств оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот является еще одной важной задачей на настоящий момент.

В соответствии с вышеизложенным, основная цель диссертационной работы заключается в теоретическом исследовании, разработке и внедрении в практику эксплуатационных испытаний медицинских цифровых рентгенодиагностических аппаратов методов и аппаратно-программных средств, позволяющих оперативно оценивать квантовую эффективность регистрации.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные научно-технические задачи:

1. Разработать алгоритм измерения угла наклона тест-объекта и формирования «профиля» края в интересах оценки функции передачи модуляции, а также разработать и внедрить в практику аппаратные средства, позволяющие повысить точность, а также ускорить процесс оценки функции передачи модуляции. На основе международных и отечественных стандартов и разработанных алгоритмов оценки функции передачи модуляции создать программное обеспечение для оценки квантовой эффективности регистрации как функции пространственных частот и дозы в плоскости детектора.

2. Провести исследование влияния таких факторов, как неравномерность рентгеновского потока в плоскости приемника, рассеяние сигналов в каналах приемника, а также внутренние шумы системы, на результаты оценки квантовой эффективности регистрации и функции передачи модуляции.

3. Разработать алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот для цифровых приемников рентгеновского изображения. На основе разработанного алгоритма создать программное обеспечение, позволяющее оперативно оценить этот параметр в процессе эксплуатационных технических испытаний.

4. Провести апробацию разработанных в процессе диссертационной работы методов, аппаратных и программных средств контроля на рентгенодиагностических аппаратах с различными типами цифровых приемников, представленных в медицинских учреждениях г. Москвы и других регионов РФ. Провести сравнительный анализ оценок квантовой эффективности регистрации, полученных с использованием разработанного программного обеспечения и программного обеспечения зарубежных производителей.

5. Разработать и внедрить в практическое здравоохранение методику контроля параметров и характеристик цифровой рентгенодиагностической аппаратуры в условиях эксплуатации.

Теоретической и методической базой данной диссертационной работы послужили труды ведущих ученых и специалистов - С.Е. Бару, H.H. Блинова, JI.B. Владимирова, М.И. Зеликмана, Б.М. Кантера, В.В. Клюева, Э.Б. Козловского, Б.И. Леонова, А.И. Мазурова, А.Н. Черния и ряда других.

В работе использованы следующие методы теоретических и экспериментальных исследований: методы математического анализа, теории вероятностей и математической статистики, численные методы, методы математического и физического моделирования процессов формирования и обработки изображений в цифровых приемниках рентгеновского излучения.

Научная новизна полученных теоретических, экспериментальных и практических результатов сводится к следующему:

1. Разработан алгоритм оценки угла наклона тест-объекта и формирования «профиля» края в интересах оценки функции передачи модуляции, позволяющий повысить точность оценки этих параметров.

2. Разработано устройство для оценки функции передачи модуляции приемников рентгеновского изображения по методу «острого края». Конструкция тест-объекта защищена Патентом РФ на изобретение и Патентом РФ на полезную модель.

3. Разработан алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот, который учитывает влияние на оцениваемый параметр неравномерности распределения рентгеновского потока по полю приемника, а также корреляции сигналов в каналах приемника и позволяет эффективно оценивать этот параметр в процессе проведения эксплуатационных технических испытаний.

4. Разработаны, утверждены на федеральном уровне и внедрены в практическое здравоохранение методические указания «Методы оценки параметров и характеристик цифровой рентгенодиагностической аппаратуры в условиях эксплуатации».

Практическая значимость работы подтверждается тем, что разработанные программное обеспечение, средства контроля и методические указания успешно применяются инженерами Научно-практического центра медицинской радиологии ДЗ г. Москвы при проведении испытаний цифровых рентгеновских аппаратов в ЖГУ г. Москвы и других регионов Российской Федерации. Также данное программное обеспечение и аппаратные средства используются рядом отечественных производителей рентгенодиагностической техники для оценки параметров выпускаемого оборудования в заводских условиях. На защиту выносится:

• Алгоритм оценки угла наклона тест-объекта и формирования «профиля» края в интересах оценки функции передачи модуляции.

• Конструкция тест-объекта для оценки функции передачи модуляции приемников рентгеновского изображения по методу «острого края».

• Теоретическое обоснование методов оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот, учитывающих влияние неравномерности распределения рентгеновского потока по полю приемника и корреляции сигналов в соседних каналах детектора.

• Алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот.

Материалы диссертационной работы были представлены и обсуждались на 3 Всероссийских и 2 международных научных конгрессах и конференциях.

Результаты исследований отражены в 15 публикациях в российской научной литературе, из них 5 публикаций в изданиях, включенных в перечень ВАК.

Выводы.

1. Разработаны методы формирования профиля края и оценки угла наклона тест-объекта относительно центральных осей приемника, которые позволяют оценивать функцию передачи модуляции с высокой точностью, а также представлены рекомендации по аппроксимации функции передачи модуляции, в том случае, если она используется как самостоятельная характеристика.

2. Аналитически и методами математического моделирования исследовано влияние на оценку квантовой эффективности регистрации рассеяния сигналов в соседних каналах приемника, неравномерности распределения рентгеновского потока в плоскости приемника и внутренних шумов приемной системы.

3. Разработана оригинальная конструкция тест-объекта для оценки функции передачи модуляции, позволяющая быстро и точно позиционировать его по центру и под заданным углом относительно вертикальной и горизонтальной осей на поверхности приемника рентгеновского изображения. Конструкция тест-объекта защищена Патентом РФ на изобретение и Патентом РФ на полезную модель.

4. Разработан алгоритм оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот, в котором учтено влияние на оцениваемый параметр неравномерности распределения рентгеновского потока в плоскости приемника и корреляции сигналов в его каналах.

5. На основе разработанных методов и алгоритмов создано специализированное программное обеспечение для оценки квантовой эффективности регистрации в области нулевых пространственных частот <<0(ЗЕ(0,0)» и квантовой эффективности регистрации как функции пространственных частот и дозы в плоскости приемника для аппаратов общей рентгенодиагностики <<БС)Е(и,у)» и маммографических систем «ОС)Е(и,у)Матто». Проведен сравнительный анализ разработанного программного обеспечения с зарубежными аналогами. На программное обеспечение получены свидетельства о государственной регистрации программы для ЭВМ.

6. Разработанные аппаратные средства «ТОК-1» и программное обеспечение «БОЕ(и,у)», «БС2Е(и,у)Матто» и «БС)Е(0,0)» прошли апробацию на различных типах цифровых рентгенодиагностических аппаратов, представленных в лечебно-профилактических учреждениях г. Москвы и других регионов РФ, в процессе проведения приемочных и периодических технических испытаний. Для использования в клинической практике разработанных аппаратно-программных средств (с целью обеспечения надежной и эффективной работы цифрового рентгенодиагностического оборудования) была выпущена методическая разработка «Методы оценки параметров и характеристик цифровой рентгенодиагностической аппаратуры в условиях эксплуатации».

1. Вайза К., ХентерЛ., ХолбокШ. «Рентгенотехника». //Будапешт: Академии наук Венгрии, 1973.

2. Баскаков С.И. «Радиотехнические цепи и сигналы». 3-е изд. //Москва: «Высшая школа», 2000. — 462 с.

3. Белова И.Б., Kumaee В.М. «Цифровые технологии получения рентгеновского изображения: принцип формирования и типы» //Медицинская визуализация, 2000, стр.33-40.

4. Бердяков Г.И., Ртищева Г.М, Кокуев А.Н. «Особенности построения и применения цифровых рентгенодиагностических аппаратов для исследования легких». //Медицинская техника, 1998, №5, стр.35-40.

5. Блинов H.H., Владова Е.П. «XI Европейский конгресс радиологов ECR». //Медицинская техника, 1999, №5, стр.44-46.

6. Блинов H.H., Горелик Ф.Г., Резник К.А. «Зеленочувствительные рентгенографические системы и особенности работы с ними». //Медицинская техника, 2002, №5, стр. 13-15.

7. Блинов H.H., Гуржиев А.Н., Гуржиев С.Н., Кириченко М.Г., Кострицкий A.B. «Исследование параметров сканирующих рентгенографических систем». //Медицинская техника, 2004, стр.8-11.

8. Блинов H.H., Гуржиев А.Н., Гуржиев С.Н., Кириченко М.Г., Кострицкий A.B. «Новый сканрующий малодозовый цифровой флюорограф «ПроСкан-7000». //Медицинская техника, 2004, стр.47.

9. Блинов H.H., Жуков Е.М., Козловский Э.Б., Мазуров А.Н. «Телевизионные методы обработки рентгеновских и гамма-изображений». //Москва: Энергоиздат, 1982. —200 с.

10. Блинов H.H., Козловский Э.Б., Лузин С.И., Первое А.Ю., Сонин А.Ф., Плутов И.Г., Родин В.И. «Особенности цифровых электронно-оптических систем для рентгенодиагностики» //Медицинская техника, 1999, №5, стр.24-26.

11. Блинов H.H., Леонов Б.И. «Рентгеновские диагностические аппараты». В 2-х томах. Том 1. //Москва: Экран, 2001. —220 с.

12. Блинов H.H., Леонов Б.И. «Рентгеновские диагностические аппараты». В 2-х томах. Том 2. //Москва: Экран, 2001. —208 с.

13. Блинов H.H., Мазуров А.И. «Медицинская рентгенотехника на пороге XXI века». //Медицинская техника, 1999, №5, стр.3-6.

14. Блинов H.H., Мазуров А.И. «Новые реальности в современной рентгенотехнике» //Медицинская техника, 2003, №5, стр.3-6.

15. Блинов H.H., Мазуров А.И. «Современная роль рентгеновской техники в медицинской интроскопии». //Медицинская техника, 1998, №6, стр.3-5.

16. Борисов A.A., ВейпЮ.А., Мазуров А.И., РебониВ.О., Фальк Я. «Цифровой рентгеновский аппарат АРЦ-01-«ОКО». //Медицинская техника, 2004, №5, стр.42-45.

17. Борисов A.A., ВейпЮ.А., Мазуров А.И., ЭлинсонМ.Б. «О двух технологиях постоения цифровых приемников рентгеновских изображений» //Медицинская техника, 2006, №5, стр.7-10.

18. Варшавский Ю.В., Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А. «Методы оценки параметров и характеристик цифровой рентгенодиагностической аппаратуры в условиях эксплуатации» //Методическая разработка, Москва, 2009, —46 с.

19. ВейпЮ.А. «К определению динамического диапазона цифровых рентгеновских приемников». //Медицинская техника, 2005, №5, стр.8-10.

20. Вейп Ю.А., Мазуров А.И. «Сравнительный анализ технологий построения цифровых детекторов рентгеновских изображений». //Медицинская техника, 2008, №5, стр.36-40.

21. ВейпЮ.А., МазуровА.И., ЭлинсонМ.Б.' «Усилители рентгеновского изображения с цифровым выходом». //Медицинская техника, 1998, №6, стр.10-13.

22. Гоноровский И.С. «Радиотехнические цепи и сигналы». 4-е изд. // Москва: Радио и связь, 1986. — 512 с.

23. Гонсалес Р., Вудс Р. «Цифровая обработка изображений». //Москва: Техносфера, 2005.— 1072 с.

24. Горелик Ф.Г., Станкевич Н.Е. «Цифровые рентгенографические системы изображения на основе фотостимулируемых экранов и их сравнение с рентгенографическими комплектами экран-пленка». //Медицинская техника, 2006, №5, стр.10-13.

25. ГОСТ Р 51531-99 (МЭК 61262-4-94). «Изделия медицинские электрические. Характеристики электронно-оптических усилителей рентгеновского изображения. Часть 4. Определение дисторсии изображения». //Москва: Издательство стандартов, 2001.

26. ГОСТ Р МЭК 61267-2001. «Аппараты рентгеновские медицинские диагностические. Условия излучения при определении характеристик».

27. ГОСТ Р МЭК 62220-1-2006. «Изделия медицинские электрические -Характеристики цифровых приемников рентгеновского изображения -Часть 1 : Определение квантовой эффективности регистрации.»

28. Дмоховский В.В. «Основы рентгенотехники». //Москва: Медгиз, 1960.— 352 с.

29. Евфимьевский Л.В., Зеликман М.И., Степанченко А.П. «Архивирование и передача данных радиологических исследований при использовании международного стандарта DICOM 3.0». //Радиология-практика, 2004, № 4, стр.51-55.

30. Жлобинская C.B., Моргун О.Н., Немченко К.Э. «Исследования многофункциональных цифровых приемников рентгеновского изображения». //Медицинская техника, 2008, №5, стр.32-36.

31. ЗАО «Ренекс», Материалы с сайта компании www.renex.ru.

32. ЗАО «Рентгенпром», Материалы с сайта компании www.rentgenprom.ru.

33. Зеликман М.И. «К определению квантовой эффективности детекторов рентгеновского излучения» //Медицинская техника, 2001, № 4, стр.5-11.

34. Зеликман М.И., Евфимьевский Л.В. «Анализ эффективности алгоритмов повышения информативности рентгеновских изображений при цифровой флюорографии» //Медицинская техника, 2001, №3, стр.35-40.

35. Зеликман М.И., Кабанов С. П., Коку ев А.Н., Кручинин С. А., Лобов Д.П. «Анализ частотно-контрастных характеристик цифровых приемников рентгеновского изображения» //Медицинская техника, 2006, №5, стр.23-27.

36. Зеликман М. П., Кабанов С. П., Кокуев А. Н., Кручинин С. А., Лобов Д. П. «Оценка качества формирования цифровых рентгеновских изображений при использовании экспериментально-расчетных методов». //Медицинская техника, 2006, №5, стр. 14-17.

37. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А., Лобов Д.П. «Контроль квантовой эффективности цифровых рентгеновских приемников на базе фотостимулируемых люминофоров». //Медицинская техника, 2008, №5, стр.25-29.

38. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А. «Методы и средства обеспечения качества цифровых рентгенообразующих систем» //Материалы Ш-ей научно-практической конференции «Лучевая диагностика и научно-технический прогресс», Москва, 2006.

39. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А. «Сравнительный анализ программного обеспечения для оценки квантовой эффективности регистрации цифровых приемников рентгеновского изображения.» //Радиология-Практика, 2010, №1, стр.60-66.

40. Зеликман М.И., Кабанов С.П., Лобов Д.П. «Методы контроля параметров качества изображения цифровых флюорографов». //Медицинский алфавит, 2006, №4, стр. 8-9.

41. Зеликман М.И. «Методы контроля качества изображения в цифровых приемниках-преобразователях рентгеновского излучения» //Медицинская физика, 2001, № Ю, стр.67-73.

42. Зеликман М.И. «Особенности контроля характеристик цифровых рентгенодиагностических систем» //Медицинская техника, 2002, № 5, стр.3-6.

43. Зеликман М.И. «Цифровые системы в медицинской рентгенодиагностике». //Москва: Медицина, 2007. —208 с.

44. Кантер Б.М. Владимиров Л.В., Лыгин В.А. Медведева H.H., Столов И.Ю. «Развитие систем цифровой флюорографии и рентгенографии на базе усилителей рентгеновского изображения». //Медицинская техника, 2006, №1, стр.41-42.

45. Кантер Б.М., Владимиров Л.В., Лыгин В.А., Медведева H.A., Чулюков Г.И. «Исследование цифровых рентгенографических систем регистрации с оптическим переносом изображения». //Медицинская техника, 2006, №5, стр.42-45.

46. Козловский Э.Б. «Измерение динамического диапазона цифровых систем визуализации рентгеновских изображений» //Медицинская техника, 2000, № 5, стр.26-28.

47. Козловский Э.Б. «Особенности построения цифровых рентгенографических аппаратов на основе ПЗС-матриц». //Медицинская техника, 2006, №5, стр.29-31.

48. Корн Г., Корн К. «Справочник по математике для научных работников и инженеров» 2-е изд. //Москва: Наука, 1970. —720 с.

49. Лазаков В.Н., Бекешев О. С., Сизых В.Г., Таргоня Н.М. «Цифровой рентгенографический аппарат с линейным и угловым сканированием АРСЦ-02-«Н». //Медицинская техника, 2008, №4, стр.53-56.

50. Левин Б.Р. «Теоретические основы статистической радиотехники» 2-е изд. //Москва: Советское радио, 1974. —552 с.

51. Мазуров А.И. «Эволюция приемников ренгеновских изображений». //Медицинская техника, 2004, №5, стр.34-37.56. «Медицинская техника для лучевой диагностики». Справочник. Под ред. Б.И. Леонова, H.H. Блинова //Москва: Интелфорум, 2004. — 420 с.

52. Мишкинис A.B., ЧернийА.Н. «Тест-объект для контроля простраснтвенной разрешающей способности и контрастной чувствиетльности рентгенодиагностических аппаратов». //Медицинская техника, 2002, №4, стр.11-14.

53. НИПК «Электрон», Материалы с сайта компании www.electronxray.com.

54. НПП «С.П.Гелпик», Материалы с сайта компании www.helpic.ru.

55. Осадчий A.C. «Компьютерная обработка рентгенологических изображений органов грудной клетки и метод вейвлет-преобразования (wavelet) сигнала». //Материалы конференции "Радиология 2008", Москва, 2008, стр.206.

56. Блинов H.H., Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А. «Устройство для оценки функции передачи модуляции приемников рентгеновского изображения по методу «острого края». //Патент РФ на изобретение №2330612, 2008.

57. Блинов H.H., Зеликман М.И., Кабанов С.П., Кручинин С.А. «Устройство для оценки функции передачи модуляции приемников рентгеновского изображения по методу «острого края». //Патент РФ на полезную модель №62466, 2007.

58. Поросев В.В., Шехтман Л.И. , Зеликман М.И., Блинов H.H. «Влияние корреляции шумов в каналах цифрового рентгеновского приемника-преобразователя на оценку квантовой эффективности регистрации» //Медицинская техника, 2004, № 5, стр. 16-19.

59. Портной Л.М., Степанова Е.А. «CR-система цифровой радиографии в практическом здравоохранении» //Москва: Академкнига, 2006. —200 с.

60. Поршнев C.B., Беленкова И.В. «Численные методы на базе MathCad». Учебное пособие. //Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2005. —456 с.

61. Прэтт У. «Цифровая обработка изображений». Пер. с англ. Кн. 1.//Москва: Мир, 1982. —312 с.

62. Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. Кн. 1. Под общ. ред. В.В. Клюева //Москва: Машиностроение, 1992. — 480 с.

63. Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. Кн. 2. Под общ. ред. В.В. Клюева //Москва: Машиностроение, 1992. — 368 с.

64. Сергиенко А. Б. «Цифровая обработка сигналов» 2-е издание //СПб: Питер, 2006. —607 с.

65. Сергиенко Е.Б., Иванов Н.В., Харитонов Г.И. «Цифровая рентгенография и ее место в системе лучевой диагностики». //Материалы конференции "Радиология 2008", Москва, 2008, стр.259.

66. Тихонов В.И. «Статистическая радиотехника» 2-е изд. //Москва: Радио и связь, 1982. —624 с.

67. Уваров В.В. «Маммографы». //Медицинский бизнес, март 2002.

68. Украинцев Ю.Г. «Сканирующий метод цифровой рентгенографии лучевой диагностики» // Медицинский бизнес, 2007, №13, стр.28-29.

69. ХаркевичА.А. «Спектры и анализ». //Москва: Государственное издательство теоретико-технической литературы, 1952. —192 с.

70. Хенкеманс Д., JIu М. «Программирование на С++». Пер. с англ. //СПб: Символ-Плюс, 2004. — 416 с.

71. Элинсон М.Б. «Анализ преимущества цифровых рентгеновских аппаратов перед пленочными» . //Медицинская техника, 2005, №5, стр. 37-39.

72. Элинсон М.Б. «Разработка цифровых рентгеновских аппаратов с приемниками на основе ПЗС-матриц и оптимизация их параметров». Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. //Спб., 2006.

73. Aach Т., Schiebel U., Spekowius G. «Digital Image Acquisition and Processing in Medical X-Ray Imaging». //Journal of Electronic Imaging, Vol.08, №01, 1999, PP.7-22.

74. Beuiel Jacob, Kundel Harold L., Van Metier Richard L. «Handbook of Medical Imaging. Volume 1. Physics and Psychophysics». //SPIE The International Society for Optical Engineering, Bellingham, 2000. — 955 p.

75. Bracewell Ronald N. «The Fourier Transform and its Applications». Third Edition //New York: McGraw-Hill Companies, 2000. —636 p.

76. Datasheet CR-2008,CR-2010. Материалы с сайта www.rt-image.com.

77. Estribeau M., Magnan P. «Fast MTF measurement of CMOS imagers slanted-edge methodology». //Proceedings of SPIE, Detectors and Associated Signal Processing, Vol.5251, 2004.

78. Fetterly K.A., Schueler B.A. «Performance evaluation of a "dual-side read" dedicated mammography computed radiography system». //Med Phys., Jul 2003, T. 30(7): 1843-54.

79. Freiherr Greg. «Carestream unveils wireless x-ray detector retrofit». //Diagnostic Imaging, Vol.30, №11, 2008.

80. Frija Guy «Flat Panel Sensors: Questions and Answers» //Medical Imaging Technology, Vol.17, №2, 1999.94. «Fuji Computed Radiography». //US FDA PMA P050014. July 2006.

81. Gomi Tsutomi, Miyagawa Jun, Hirano Hiroshi. «Experimental Comparison of Flat-panel Detector Performance for Direct and Indirect Systems». //Journal of Digital Imaging, Vol.19, №4, December 2006, PP.362-370.

82. Harvey Dan. «Bone Battle — DR and CR Fight for X-Ray Dominance». //Radiology Today, Vol.10, №4, P.8, February 2009.

83. International Standard IEC 62220-1: 2003. Medical electrical equipment -Characteristics of digital X-ray imaging devices Part 1: Determination of the detective quantum efficiency.

84. International Standard IEC 62220-1-2: 2007. Medical electrical equipment -Characteristics of digital X-ray imaging devices Part 1-2: Determination of the detective quantum efficiency - Detectors used in mammography.

85. International Standard IEC 62220-1-3: 2008. Medical electrical equipment -Characteristics of digital X-ray imaging devices Part 1-3: Determination of the detective quantum efficiency - Detectors used in dynamic imaging.

86. Kaku Irisawa, Takahisa Arai, Hajime Nakata «Development of High-sensivity and High-resolution Digital Mammography System 'Amulet'» //Fujifilm Research & Development, №54, 2009.n

87. Koichi Tanabe, Naoyuki Hori, Shiny a Hirasawa, Toshinori Yoshimuta, Susumu Adachi. «Dual-application Flat Panel Detector (FPD) for Radiographic and Fluoroscopic Imaging». //Technology Research Laboratory, SHIMADZU Co.: MEDICAL NOW №43, 2000, PP.12-13.

88. Kruchinin S.A., Kabanov S.P., Zelikman M.I. «Software for detective quantum efficiency of X-ray digital devices evaluation». //«International Journal of

89. Computer Assisted Radiology and Surgery», v.6, Suppl. 1, June, 2011, P. S31-S32.

90. Lawinski C., Mackenzie A., Cole H., Blake P., Honey I. «Digital Detectors for General Radiography. A comparative technical report». //Report 05078, October 2005.

91. Lee D. L., Cheung L. K, Jeromin L. S., Palecki E. F., Rodrics B. G. «Radiographic imaging characteristics of a direct conversion detector using selenium and thin film transistor array». //Physics of Medical Imaging, February 1997, PP.88-96.

92. Mackenzie A., Honey I., Emerton D., Blake P., Cole H., Lawinski C. «Computed Radiography Systems for General Radiography. Agfa Healthcare DX-S» //Report 06004, March 2006.

93. Monnin P., Verdun F.R. «Qualification of digital mammography imaging systems». //Institut universitaire de Radiophysique Appliquee, 2009.

94. Pascoal A., Lawinski C.P., Mackenzie A., Tabakov S., Lewis C.A. «Chest radiography: a comparison of image quality and effective dose using four digital systems». //Oxford Journals, Vol.114, Issue 1-3, 2005, PP.273-277.

95. Rivetti Stefano, Lanconelli Nico, Campanini Renato, Bertolini Marco и др. «Comparison of different commercial FFDM units by means of physical