автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.10, диссертация на тему:Разработка цифровых рентгеновских аппаратов с приемниками на основе ПЗС-матриц и оптимизация их параметров

Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники

РАЗРАБОТКА ЦИФРОВЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ АППАРАТОВ С ПРИЕМНИКАМИ НА ОСНОВЕ ПЗС- МАТРИЦ И ОПТИМИЗАЦИЯ ИХ ПАРАМЕТРОВ

Специальность 05.11.10 «Приборы и методы для измерения ионизирующих излучений и рентгеновские приборы»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

Элинсон Моисей Борисович

Москва, 2006

Работа выполнена в Научно-исследовательской производственной компании «ЭЛЕКТРОН», Санкт-Петербург

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

доктор технических наук, профессор P.E. Быков

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

доктор технических наук, профессор H.H. Блинов

доктор технических наук, М.И. Зеликман

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: МНПО «Спектр»

Защита диссертации состоится 4 октября 2006 г. в 10-00 часов на заседании Регионального диссертационного совета ДМ 208.001.01 при ГУН «Всероссийский научно-исследовательский и испытательный институт медицинской техники» МЗ и СР РФ по адресу: 129301 Москва, ул. Касаткина, д. 3.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУН ВНИИИМТ. Автореферат разослан "_"_2006 г.

Ученый секретарь регионального диссертационного совета ДМ 208.001.01, кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Уровень и состояние технических средств рентгенологической службы лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ) определяют качество диагностического процесса, производительность персонала, экономические затраты, лучевую нагрузку и комфорт пациента.

В связи с тем, что парк эксплуатируемой в России рентгеновской аппаратуры физически и морально устарел (не менее 70% парка состоит из отработавших срок аппаратов, не отвечающих современному уровню рентгенотехники), своевременными являются задачи правильного проектирования и выбора аппаратуры для переоснащения ЛПУ. В Российской Федерации разработка цифровой рентгеновской аппаратуры идет с заметным отставанием от разработок ведущих иностранных фирм. Особенно остро ощущается необходимость в цифровых аппаратах для общей рентгенологии, флюорографии и хирургии.

Несмотря на наметившийся прогресс, до настоящего времени не существует научно-обоснованных технических требований к параметрам цифровых аппаратов различных классов. Отсутствует подробный анализ их преимуществ перед аналоговой рентгенотехникой. Не выявлены потенциальные возможности снижения лучевых нагрузок на пациента и обслуживающий персонал, которые таят в себе переход на новые способы преобразования сигналов и цифровые технологии. Внедрение в рентгенотехнику цифровых технологий требует переосмысления многих устоявшихся представлений, начиная с геометрии съемки, заканчивая способами воспроизведения изображений и методами их интерпретации. В цифровых аппаратах, в отличие от аналоговых, имеются достаточно простые возможности адаптивного изменения пространственной, временной и градационной разрешающих способностей в зависимости от детальности, подвижности и контраста изображения исследуемого органа. Однако практические рекомендации по адаптивному изменению параметров дискретизации изображения в литературе отсутствуют. Эффективное использование обменных операций требует детального изучения свойств различных классов рентгеновских изображений.

Таким образом, дальнейшие исследования и разработки в области повышения чувствительности и качества формируемого изображения за счет использования всех преимуществ цифровых методов регистрации и обработки сигнала следует считать актуальными.

Цель диссертациониой работы состоит в оптимизации параметров и разработке малодозовых цифровых рентгеновских аппаратов, использующих приемники на базе ПЗС-матриц и цифровую обработку сигналов изображения.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

выявить преимущества и оценить эффективность цифровой рентгенотехники; проанализировать состояние разработок и принципы построения цифровых рентгеновских аппаратов для общей диагностики, флюорографии и хирургии;

исследовать пути снижения лучевых нагрузок в цифровых аппаратах, построенных на базе ПЗС- матриц;

оптимизировать требования к параметрам и характеристикам этих аппаратов; исследовать методы цифровой обработки, повышающие диагностическое качество рассматриваемого класса аппаратов;

разработать, испытать и внедрить в клиническую практику цифровые аппараты с применением приемников на ПЗС- матрицах, которые чувствительнее и эффективнее аналоговых аппаратов.

Методы исследования. Для решения поставленных задач в теоретической части диссертационной работы использовались методы математического моделирования и математической статистики.

Экспериментальная часть выполнена на реальных сигналах и устройствах, созданных непосредственно в процессе выполнения диссертационной работы и испытанных в процессе эксплуатации в клиниках Москвы и Санкт-Петербурга.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Сравнительный анализ цифровой и пленочной рентгенографии, который показал, что сочетание в одном носителе информации (пленка) процессов детектирования, обработки, визуализации и хранения не позволяет их оптимизировать независимо друг от друга. В результате квантовая эффективность детектирования рентгенографических комплектов ограничивается на уровне близком к 0,2, а динамический диапазон не превышает 50. В цифровых приемниках на базе ПЗС- матриц такие ограничения отсутствуют: достигнутая квантовая эффективность детектирования может составлять 0,65, а динамический диапазон 400. Высокая разрешающая способность рентгенографических комплектов (до 10 мм"'), как правило, не реализуется, что связано с геометрией съемки и подвижностью исследуемых органов. Поэтому цифровые аппараты превосходят пленочные как по чувствительности, так и по качеству изображения.

2. На основе анализа полученных соотношений (глава 1) и соответствующих расчетов показаны пути снижения лучевых нагрузок в цифровом аппарате, которые могут быть уменьшены не менее чем в 10 раз за счет увеличения жесткости рентгеновских лучей, использования растров с высокой избирательностью, применения приемников на ПЗС-матрицах с высокой квантовой эффективностью и оптимизации (сокращении

избыточности) качества изображения.

3. На основе проведенных исследований детальности, подвижности, контраста и размеров изображений в рентгеновском пучке оптимизированы требования к параметрам цифровых рентгеновских аппаратов для общих исследований, флюорографии и хирургии (глава 2). С целью минимизации лучевой нагрузки пространственную разрешающую способность цифровых флюорографов целесообразно ограничить величиной 2,5 мм"', а цифровых рентгенографических аппаратов - величиной 3,7 мм'1.

4. Разработанные и внедренные в клиническую практику цифровые рентгеновские аппараты с приемниками на ПЗС- матрицах (глава 4).

Научная новизна работы:

1. На основе сравнительного анализа цифровой и пленочной рентгенографии показано, что цифровые методы детектирования и обработки сигналов в сочетании с детекторами на ПЗС- матрицах, в отличие от пленочной технологии, обеспечивают широкий диапазон независимой оптимизации процедур детектирования, обработки, визуализации и хранения.

2. Получены аналитические соотношения для определения дозы в зависимости от порогового разрешения, для оценки разрешающей способности, для определения параметров изображения движущихся объектов и оптимального увеличения изображения. Показано, что основной резерв снижения лучевых нагрузок заключается в увеличении жесткости рентгеновских лучей, использовании растров с высокой избирательностью, увеличении квантовой эффективности приемников за счет использования ПЗС- матриц и оптимизации (сокращении избыточности) качества изображения. Как показывают расчеты, в цифровых аппаратах лучевые нагрузки могут быть уменьшены не менее чем в 10 раз по сравнению с пленочными.

3. Показано при исследовании детальности изображений в рентгеновском пучке, что в общих задачах рентгенодиагностики и флюорографии с целью минимизации лучевой нагрузки пространственную разрешающую способность цифровых флюорографов следует ограничить величиной 2,5 мм"1, а цифровых рентгенографических аппаратов — величиной 3,7 мм'1.

4. Совокупность проведенных исследований может быть классифицирована как основа расчета тракта формирования цифрового рентгеновского изображения с приемниками на основе ПЗС-матриц.

Практическая ценность:

1. На основании проведенных исследований выработаны требования к параметрам цифровых рентгеновских аппаратов для общих исследований, флюорографии и хирургии.

2. Определены потенциальные возможности увеличения чувствительности цифровых

аппаратов.

3. Показано, что в цифровой рентгенодиагностической аппаратуре на современном этапе ее развития успешно могут быть использованы коррекция аппаратурных искажений, препарирование изображения и согласование параметров изображения на мониторе со свойствами зрения. По результатам клинических испытаний из первого класса обработок для цифровых систем рекомендованы к практическому использованию коррекция неравномерности сигнала и фона по полю изображения, коррекция геометрических искажений и подавление шумов; препарирование изображения, которое традиционно используется в субтракционной ангиографии в цифровых системах, реализуется с более высокой эффективностью.

Внедрение результатов

Результаты проведенных исследований использованы при разработке, изготовлении и испытаниях телеуправляемого рентгенодиагностического комплекса КРТ- «Электрон», цифрового рентгенографического аппарата АРЦ-01-«ОКО», цифрового флюорографа ФЦ-01-«Электрон» и передвижных хирургических аппаратов серии РТС-612.

Все цифровые аппараты, разработанные в рамках настоящей работы, прошли технические и медицинские испытания и выпускаются серийно с 1993-2004 гг. Более 1000 таких аппаратов в настоящее время внедрены в клиническую практику и успешно эксплуатируется в ведущих клиниках страны, таких как: Центральный НИИ туберкулеза РАМН, Москва, Национальный медико-хирургический центр им. И.Н. Пирогова Москва, Главный военный клинический госпиталь им. H.H. Бурденко Москва, Военно-медицинская академия им. С.М. Кирова, Санкт-Петербург, НИИ онкологии им. проф. Петрова, Санкт-Петербург, ЦНИРИ, Санкт-Петербург, а также в больницах, поликлиниках и в ведомственных лечебных учреждениях РФ.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• Международной научно-технической конференции «Измерительные информационные технологии и приборы в охране здоровья» «Метромед-99», С.Петербург, 1999.

• 2-й и 4-й Международных конференциях «Телевидение: передача и обработка изображений», С.Петербург, 2000, 2005 гг.

• Невском радиологическом форуме «Из будущего в настоящее», С.Петербург, 2003.

• Невском радиологическом форуме «Наука - клинике», С.Петербург, 2005.

• II Евразийском конгрессе «Медицинская физика -2005», Москва, 2005.

Публикации

По материалам диссертации опубликованы 15 печатных работ, из них 6 статей и 9 тезисов докладов на международных и российских научно-технических конференциях и симпозиумах.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 69 наименований, и приложений. Текст диссертации изложен на 128 машинописных страницах. Работа включает 25 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определена цель и сформулированы задачи исследований, приведены научные положения, выносимые на защиту, научная новизна и практическая значимость результатов.

В первой главе диссертации приведен обзор современного состояния рентгенотехники, показано, что в результате многолетних исследований ряда ученых во главе с С. Нудельманом доказана возможность создания цифровой рентгенологии на базе новых технологий и аппаратов, работающих полностью по беспленочной технологии, и обоснована их экономическая эффективность.

За рубежом цифровая рентгенотехника широко внедряется в клиническую практику. В России наибольший прогресс достигнут в области флюорографии. Для флюорографии разработаны три класса цифровых флюорографов. Наиболее близкими по принципу построения к классическим пленочным флюорографам являются цифровые аппараты, в которых используется тот же метод съемки с рентгеновского экрана, но не на пленку, а на ПЗС-матрицу телевизионной камеры.

Второй класс малодозовых флюорографов создан на базе линеек высокочувствительных рентгеновских детекторов с механическим сканированием грудной клетки узким веерным пучком рентгеновского излучения.

Третий класс флюорографов разработан на базе усилителя рентгеновского изображения, который для обеспечения требуемого рабочего поля последовательно перемещается по четырем квадратам рабочего поля с последующим соединением («сшивкой») 4-х оцифрованных изображений в единое изображение.

Отечественные цифровые аппараты для общей рентгенологии находятся в состоянии разработок.

Проведенный анализ состояния разработок цифровых рентгеновских аппаратов показывает, что для воплощения концепции цифровой рентгенотехники в медицинскую практику в общей рентгенологии и хирургии необходимо решить целый ряд научно-технических задач, сформулированных выше, для создания аппаратов, обеспечивающих

цифровую рентгенографию и рентгеноскопию при диагностике, хирургии и массовых профилактических обследованиях.

Далее в первой главе анализируются преимущества цифровых технологий по сравнению с пленочной.

Из проведенного анализа и расчетов следует, что пленочный рентгенографический комплекс по сравнению с идеальной системой имеет примерно в 5 раз меньшую квантовую эффективность и обеспечивает относительно узкий динамический диапазон. Ограничение квантовой эффективности рентгенографических комплектов на уровне близком к 0,2 является принципиальным, так как связано с физикой формирования скрытого изображения в пленке. В цифровых приемниках такое ограничение практически отсутствует. В уже существующих цифровых приемниках некоторых классов достигнута квантовая эффективность детектирования 0,65. Широкий динамический диапазон - одно из главных преимуществ цифровых рентгеновских аппаратов. Следствием узкого динамического диапазона пленочных приемников по дозе является высокий процент брака.

Известно, что если контраст входного рентгеновского изображения не укладывается в динамический диапазон пленки, то для прозрачных участков объекта и участков с высоким поглощением необходимо делать дополнительные снимки. В цифровой системе с широким динамическим диапазоном всю информацию о плотностях исследуемой области тела пациента можно извлечь из одного снимка. В этих случаях один цифровой снимок заменяет до трех пленочных.

Цифровые технологии ускорили подход к рентгеновскому аппарату как единой системе получения, обработки и хранения изображений, аналогичный тем, которые повсеместно используются в других областях информационной техники. Весь научно-технический задел информационных технологий стало возможным использовать в рентгенотехнике. Появление систем передачи и хранения изображений и рентгенологических информационных сетей предоставило новые возможности управления рентгеновскими изображениями. Облегчилось их хранение, извлечение из архива и доставка пользователю. Снизилась возможность утери или неправильного размещения конкретного изображения. Стал возможным одновременный просмотр одного снимка в различных отделениях больницы, значительно упростился анализ снимков.

Существенные изменения в технику построения рентгеновских аппаратов внес новый тип преобразователя - ПЗС- матрицы. Ряд свойств ПЗС- матриц идеально подходят для рентгеновских приемников цифровых аппаратов. ПЗС- матрицам присуща высокая квантовая эффективность (может достигать 0,8). Динамический диапазон ПЗС- матриц превышает 3000. В таком широком диапазоне освещенностей они имеют линейную амплитудную характеристику. ПЗС- матрицы — это безынерционные приборы высокого разрешения: существуют матрицы с числом элементов 4000 х 4000 и более. Жесткий дискретный растр с точно известными координатами каждого элемента, отсутствие дисторсии, малые

потребляемая мощность и габариты, высокая механическая прочность, стойкость к вибрациям и электромагнитным полям, надежность и большой срок службы, безподстроечный режим работы соответствуют требованиям к преобразователям свет-сигнал цифровых приемников.

Проведенный анализ литературы подтвердил необходимость проведения исследований, связанных с изучением эффективности методов и цифровой аппаратуры, непосредственно предназначенной для визуализации рентгеновских изображений, и выработки требований к структуре цифровых рентгеновских аппаратов для флюорографии, общей рентгенологии и хирургии.

В работе исследованы пути снижения лучевых нагрузок в цифровых аппаратах. Получено аналитическое соотношение, показывающее, что для обнаружения неоднородности площадью Дхх Ду с контрастом по толщине объекта Д^/ доза перед объектом (поверхностная доза) Д„ при пороговом отношении сигнал/шум у/п, с учетом величины вторичного (рассеянного) излучения в плоскости приемника изображения (коэффициент 5) с растром, характера энергетического спектра рентгеновского излучения (Л>) и эффективного линейного коэффициента ослабления рентгеновского излучения (аэф), составляет:

Д =--1!—!±_1 (1)

Л.ДхЛуДг'а^Т;

где г) - квантовая эффективность приемника в области низких пространственных частот, Тр , Г, - прозрачности растра для первичного и вторичного рентгеновских излучений.

Исследование путей снижения лучевой нагрузки при работе на цифровых аппаратах показало, что потенциально эти нагрузки можно снизить не менее чем в 10 раз. Основной резерв, как показывают- расчеты (1), заключается в подавлении рассеянного излучения, увеличении квантовой эффективности, увеличении жесткости рентгеновских лучей, ограничении рабочего поля в соответствии с размером просвечиваемого органа и сокращении избыточности качества изображения.

Вторая глава посвящена выработке требований к информативным параметрам цифровых рентгеновских аппаратов. Чтобы не потерять информацию о внутреннем строении исследуемого объекта, параметры цифрового аппарата должны быть согласованы с каждым показателем теневого изображения, характеризующим его диагностическое качество. Диагностическое качество теневого изображения, как известно, определяется размером, детальностью, подвижностью, контрастом, интенсивностью и зашумленностью.

Исходя из размеров просвечиваемых органов, в работе для цифровых флюорографов и цифровых рентгенографических аппаратов рекомендуются рабочие поля не менее 385x385 мм, а для аппаратов с телеуправляемыми столами-штативами - диаметром не менее 290 мм, что

соответствует РЭОПу диаметром 12 дюймов. В передвижных рентгеновских аппаратах для хирургии оптимальное рабочее поле составляет 215 мм.

Детальность входного рентгеновского изображения определяет требования к разрешающей способности аппарата. Исследования показали, что детальность рентгеновских изображений определяется фокусом рентгеновской трубки и геометрией съемки, определяющей увеличение слоев исследуемого объекта. Их спектр в общей рентгенологии в большинстве случаев не превышает пространственную частоту 5 мм"1. Учитывая, что граница полезного спектра передаваемых аппаратом пространственных частот изображения определяется точкой пересечения контрастно-частотной характеристики аппарата с функцией порогового контраста. Предложено разрешающую способность аппарата Л определять по соотношению:

где К— контраст гармоники максимальной частоты, обнаруживаемой с заданной вероятностью при выбранной мощности дозы, ст. - среднеквадратичное отклонение аппаратной функции, приведенное к входной плоскости приемника.

Расчеты и эксперименты показали, что функция порогового контраста (2), зависящая от шумов в изображении, существенно ограничивает разрешающую способность рентгеновского аппарата. Это ограничение тем больше, чем меньше экспозиционная доза.

Для оценки относительного влияния на разрешающую способность аппарата К разрешающей способности приемника К„, оцениваемой по фиксированному уровню КЧХ, размеров фокуса / рентгеновской трубки, скорости V движения объекта и увеличения т изображения объекта в плоскости приемника получено соотношение:

Здесь Г- время экспозиции, а ,Ь ,с - постоянные коэффициенты.

Анализ соотношения (3) показал, что при визуализации движущихся органов, когда V/ > основной вклад в разрешающую способность вносит динамическая нерезкость. Разрешающая способность аппарата может быть как меньше, так и больше разрешающей способности приемника. Для цифровых аппаратов параметр /??„ рекомендовано выбирать равным единице. В этом случае разрешающая способность аппарата при увеличениях т0 =1,1-1,8, получающихся на большинстве аппаратов, будет не ниже разрешающей способности приемника. Рентгеновские аппараты для пленочной рентгенографии имеют параметр /К„ существенно больше единицы, поэтому разрешающая способность рентгенографических

Л = Л

(3)

и

комплектов Л„=5-10мм"') практически никогда не реализуется. И только для очень тонких объектов, вплотную придвинутых к приемнику, при больших расстояниях фокус трубки -приемник разрешающая способность пленочного аппарата приближается к разрешающей способности рентгенографического комплекта.

Низкоконтрастные высокочастотные компоненты спектра патологических образований тонут в шумах раньше, чем высокочастотные компоненты 100% контраста. Поэтому границу спектра, передаваемого аппаратом, необходимо определять на тестах-фантомах органов, для исследования которых предназначен аппарат. Эксперименты показали, что при дозах на кадр до 1мР для цифровых флюорографов полосу пространственных частот целесообразно ограничить величиной 2,5 мм'1, а для цифровых рентгенографических аппаратов - 3,7 мм"1.

Лучевые нагрузки можно минимизировать за счет согласования временной разрешающей способности цифровых аппаратов для рентгеноскопии с подвижностью исследуемых органов; при этом цифровой приемник должен обеспечивать переменную частоту кадров от 1 до 30 кадров/с с последующим их мультиплексированием.

Одним из основных преимуществ цифровых аппаратов перед пленочными является их широкий динамический диапазон. Требования к динамическому диапазону определяются контрастом объекта и уровнем доз, на которые рассчитан аппарат. Контраст Квх изображения, формируемого на входе приемника, связан с диапазоном изменения толщины однородного объекта Аг, эффективным коэффициентом линейного ослабления азф и относительной величиной рассеянного излучения 5 соотношением:

К„ = ' + * . (4)

Г* +<5

Минимально необходимый динамический диапазон рентгеновского аппарата должен быть не ниже контраста входного изображения, который в соответствии с соотношением (4) даже для самого мягкого излучения (а,ф Ат=<Х) при отсутствии рассеянного излучения (5=0) не превышает 54. Только при исследованиях контрастированных органов и попадании в рабочее поле приемника инородных включений (пули, осколки, шторки диафрагмы и др.) контраст будет выше. Если для рентгенографического комплекта, имеющего динамический диапазон не более 50, оптимальная экспозиционная доза строго фиксирована и комплекты по чувствительности делятся на классы: 100, 200, 400, 600, 800, то один цифровой приемник, имеющий динамический диапазон 250 может заменить все эти комплекты. Широкий динамический диапазон исключает брак при ошибках в выборе режима съемки.

Третья глава посвящена исследованию эффективности и целесообразности использования цифровой обработки сигналов рентгеновских изображений. Цифровая обработка рентгеновских изображений эффективна, если она увеличивает вероятность правильной постановки диагноза. К сожалению, как показывает практика эксплуатации

рентгеновских аппаратов, не все цифровые преобразования отвечают этому требованию. Поэтому прежде чем рекомендовать разработанный алгоритм обработки изображения к использованию рентгенологом, он требует тщательной проверки на предмет увеличения точности как на стадии лабораторных, так и медицинских испытаний рентгеновских аппаратов.

Все методы цифровой обработки по функциональному назначению можно разделить на три класса, указанных на рис. 1. На диаграмме указаны также приборы и аппараты, в которых нашли внедрение результаты выполненных исследований и разработок.

Рис.1 Результаты анализа и внедрения цифровой обработки рентгеновских изображений.

К первому классу относится коррекция аппаратурных искажений, которые возникают в рентгеновском изображении вследствие несовершенства звеньев (функциональных узлов) рентгеновского аппарата. Второй класс обработок связан с препарированием изображения, цель которого состоит в исключении из изображения информации, которая мешает данному исследованию, и выделению полезной для этого исследования информации. Третий класс обработок рассчитан на согласование параметров изображения на мониторе со свойствами зрительного анализатора рентгенолога.

Целью приведенных ниже результатов исследования эффективности цифровых методов обработки рентгеновских изображений явились экспериментальные и клинические испытания коррекции аппаратурных искажений и препарирования изображений путем цифровой обработки видеосигналов. Основным критерием при оценке эффективности были результаты клинических испытаний.

Из методов коррекции аппаратурных искажений исследованы, показана эффективность их применения и внедрены в цифровые аппараты коррекция геометрических искажений, коррекция неравномерности сигнала по полю изображения и подавление шумов.

Проведены исследования спектра пространственных частот в линейном томографе. Показано, что на томограмме большая часть спектра низких пространственных частот является паразитной, которую можно эффективно убрать с помощью цифровых фильтров.

Исследования показали, что в цифровой аппаратуре для согласования со свойствами зрения эффективно применение метода амплитудных разрезов (режим окна или амплитудной лупы), масштабирование, изменение полярности сигнала (позитив-негатив), регулировка яркости и контраста; показано, что яркость свечения экрана монитора в белом должна быть не менее 1000 кД/м2.

Разработка цифровой рентгеновской аппаратуры, соответствующей современному уровню развития техники, была бы невозможна без проведения рассмотренных выше исследований. Исследованные методы цифровой обработки сигналов рентгеновских изображений нашли применение в аппаратуре: разработанный метод коррекции геометрических искажений использован в цифровом флюорографе ФЦ-01-«Электрон» и цифровом рентгенографическом аппарате АРЦ-01-«ОКО»; для коррекции неравномерности сигнала использован метод фильтрации низкочастотных компонентов спектра изображения, а для подавления шумов в аппарате АРЦ-01-«ОКО» используется пространственное суммирование сигналов с соседних пикселов ПЗС - матриц, а также вейвлет- преобразование; цифровая субтракция внедрена в передвижном хирургическом аппарате РТС-612 (рис. 2).

Четвертая глава посвящена рассмотрению цифровых рентгенодиагностических аппаратов с приемниками на ПЗС- матрицах фирмы «Электрон», в которых нашли внедрение результаты диссертационной работы.

При выборе принципов построения телеуправляемого рентгенодиагностического комплекса КРТ-«Электрон», разработанного при непосредственном участии автора, использовались исследования и результаты анализа возможности и целесообразности применения рассмотренных выше методов цифровой обработки сигналов изображения.

Комплекс КРТ-«Электрон» является рентгеновским аппаратом, заменяющим рентгеио-диагностический комплекс для общей диагностики на три рабочих места: поворотный стол-штатив, стол снимков и стойку снимков. С помощью дистанционного управления телеуправляемый комплекс позволяет рентгенологу проводить непрерывные исследования в течение всего рабочего дня, не подвергая облучению себя и другой персонал. Целесообразность объединения трех рабочих мест в одно признана всеми ведущими фирмами в области рентгеновского аппаратостроения.

Комплекс КРТ-«Электрон» разработан для широкого диапазона рутинных и некоторых специальных диагностических исследований с проведением импульсной рентгеноскопии, цифровой рентгенографии, пленочной рентгенографии, продольной томографии и ряда других исследований.

Основными функциональными узлами комплекса являются рентгеновское питающее устройство, излучатель, диафрагма, фильтры, дозиметр, растр, экспонометр, поворотный телеуправляемый стол-штатив с электронными блоками управления перемещением стола, УРИ и кассетодержатель для рентгенографического комплекта, АРМ лаборанта, рабочая станция врача, сервер и пульт дистанционного управления. Видеопроцессор всех вариантов УРИ позволяет осуществлять цифровую коррекцию изображений (шумоподавление, выравнивание фона и др.), запоминать последний кадр и поворачивать изображение (верх-низ, лево-право).

Универсальный пульт позволяет управлять функциями рентгеновского питающего устройства, УРИ и столом-штативом. Для удобства использования программ устройств автоматики на сенсорном экране пульта предусмотрен специальный интерфейс.

В соответствии с рекомендациями автора, с целью минимизации лучевой нагрузки, в комплексе применен высокоэффективный растр с отношением 16 и импульсная рентгеноскопия с частотой кадров от 1,875 до 30 с последующим мультиплексированием, которое сокращает дозу на пациента пропорционально скважности импульсов.

С этой же целью для комплекса рекомендовано мощное среднечастотное питающее устройство, позволяющее формировать для импульсной рентгеноскопии мощные короткие импульсы (от 2 мс) с крутыми фронтами, что снижает лучевые нагрузки и устраняет динамическую нерезкость на движущихся органах.

В комплексах используются УРИ на 9-, 12-, 14- и 16-дюймовых РЭОПах с телевизионными камерами на ПЗС-матрицах, формирующих растры с 512x512, 1024x1024 и 2048x2048 элементами. УРИ на 16-дюймовых РЭОПах и телевизионных камерах с 2048x2048-ю элементами позволяют практически полностью перейти на беспленочную цифровую технологию. В видеопроцессоре для всех вариантов УРИ осуществляется шумоподавление и выравнивание фона. Программное обеспечение рабочих станций

обеспечивает анализ изображения с возможностями регулировки яркости и контрастности изображения, изменения диапазона отображенных плотностей объекта (амплитудная лупа), масштабирование изображения, изменение позитива на негатив.

Цифровой флюорограф ФЦ-01-«Электрон» на ПЗС- матрице с числом элементов 2048><2048 включает следующие основные компоненты: цифровую флюорографическую камеру КФЦ-«Электрон» с тремя автоматизированными рабочими местами, устройством получения твердой копии и сетевым оборудованием для передачи изображений на другие рабочие станции; среднечастотное питающее устройство мощностью 50 кВт; излучатель с двухфокусной трубкой и штатив.

Цифровая флюорографическая камера КФЦ-«Электрон» формирует видимое изображение на рентгеновском экране, передает его с помощью светосильного объектива на фотоприемник (ПЗС-матрицу) и преобразует видеосигнал с матрицы в цифровой сигнал. Камера включает также датчик сигнала автоматического контроля экспозиции.

Цифровой сигнал камеры поступает на АРМ лаборанта и записывается в оперативную память. АРМ лаборанта реализует следующие функции: осуществляется предварительная обработка видеосигнала, компенсация фона и неравномерности сигнала по полю изображения, подавление шумов, подбор параметров яркости, контраста и др. С помощью АРМ лаборанта осуществляется формирование режима питающего устройства, контроль качества полученного изображения и его пересылка в АРМ рентгенолога. В АРМ рентгенолога предусмотрены цифровые обработки по согласованию параметров изображения со зрением рентгенолога.

Цифровой флюорограф ФЦ-01-«Электрон» серийно производится с 2001г. Анализ отзывов медицинских учреждений (эксплуатируется более 200 флюорографов) позволяет сделать следующие выводы по качеству изображения ФЦ-01-«Электрон».

Цифровое изображение, получаемое на флюорографе, характеризуются высокой пространственной разрешающей способностью, обеспечивающей визуализацию мелких объектов размером до 1 мм, широким динамическим диапазоном, позволяющим визуализировать на одном снимке структуры низкой и высокой плотности, возможностью различать слабоконтрастные объекты и высокой чувствительностью, снижающей дозу на снимок в несколько раз.

Получаемое на флюорографе изображение является диагностически значимым, позволяет выявлять патологические изменения в большинстве случаев, определять их морфологическую принадлежность. При этом, как правило, отпадает необходимость в дополнительных уточняющих рентгенологических исследованиях.

По качеству изображения ФЦ-01 -«Электрон» существенно превосходит пленочные флюорографы, что позволяет его использовать в поликлиниках и стационарах, как для скрининга, так и для диагностики органов грудной полости.

С появлением цифровых приемников для рутинной рентгенологии концепция ВОЗ по базовому рентгенографическому аппарату была распространена на цифровые аппараты. ЗАО «НИПК Электрон» для этих целей при участии автора разработало цифровой рентгенографический аппарат АРЦ-01-«ОКО». В этом аппарате изображение светосильным проекционным объективом передается на ПЗС- матрицу сверхвысокого разрешения, которая преобразует изображение в видеосигнал. В камере используется растр с высокой избирательностью, что позволяет в значительной степени увеличить отношение сигнал/шум в плоскости экрана цифровой камеры при рентгенографии органов, создающих значительный фон рассеянного излучения. При просвечивании органов с низким рассеянием, когда отношение вторичного излучения к первичному меньше единицы, растр не эффективен. Поэтому имеется возможность оперативного съема растра. Видеосигнал в камере оцифровывается и поступает на автоматизированное рабочее место лаборанта.

На АРМ лаборанта оценивается качество снимка и производится запись его в цифровую память компьютерной стойки. Из памяти снимок может быть запрошен на АРМ врача-рентгенолога, где на мониторе происходит его анализ и интерпретация. Результаты исследования при необходимости могут быть распечатаны на принтере.

В отличие от пленочной рентгенографии, где для получения снимка оптимальной плотности требуется фиксированная доза, аппарат может работать в широком диапазоне доз в плоскости приемника. Он перекрывает диапазон чувствительности рентгенодиагностических комплектов (от 50 до 400), что соответствует дозам в плоскости приемника от 2 мР до 250мкР соответственно.

Аппарат не ограничивает контраст изображения любого органа. Напротив, один снимок в ряде случаев может заменить несколько снимков, например, просмотр легких и средостения. В зависимости от дозы в плоскости приемника контрастная чувствительность аппарата изменяется от 0,5 до 2%. Геометрические искажения изображения не превышают 2%. Время получения изображения не превосходит 10 с.

Объем памяти базы данных аппарата позволяет сделать до 30000 снимков, после чего они переносятся в долговременный архив, расположенный в компьютерной стойке. Объем памяти архива на дисках В\ТЖЛУ емкостью 4 Г6-8Г6 может наращиваться в течение всего срока службы аппарата.

Программное обеспечение аппарата имеет широкие функциональные возможности, например, автоматическое управление экспозицией в зависимости от исследуемого органа.

Установлены автоматические режимы рентгеновского питающего устройства для исследований черепа, грудной и брюшной полостей, позвоночника, нижних и верхних конечностей. В аппарате запрограммирована реализация свыше 70 стандартных проекций в соответствии с «Руководством по радиографической технике» ВОЗ. Экспозиция автоматически изменяется при указании полноты пациента и его возраста.

Организован компактный архив в виде базы данных с быстрым и удобным поиском. Реализовано автоматизированное создание статистических отчетов с помощью выборок по задаваемым параметрам.

Цифровая обработка изображения предусматривает изменение контраста и яркости, гамма-коррекцию, масштабирование, изменение позитива на негатив, увеличение резкости границ, выравнивание контраста по полю снимка, измерение расстояний, углов и площадей и ряд других обработок.

Аппарат комплектуется мониторами высокой четкости, на которых воспроизводятся снимки с высоким качеством. Твердые копии на принтере теряют часть информации и поэтому носят вспомогательный характер. Качество изображения, полученное на цифровом аппарате АРЦ-01-«ОКО», сравнимо с качеством снимков на традиционных рентгенографических комплексах по четкости, а по числу градаций - существенно выше.

В аппарате предусмотрено определение эффективных доз облучения пациентов с помощью измерителя произведения дозы на площадь ДРК-1. Медицинские испытания аппарата АРЦ-01-«ОКО» показали, что аппарат может заменить обычный рентгеновский аппарат, имеющий два рабочих места. Использование аппарата позволяет увеличить производительность рентгеновского кабинета и почти полностью исключить расход рентгеновской пленки и фотохимикатов. Результаты медицинских испытаний аппарата свидетельствуют о том, что структурные элементы грудной клетки, легких, средостения, диафрагмы, черепа, верхних и нижних конечностей, области позвоночника, брюшной полости, области таза при исследованиях в различных проекциях воспроизводятся с хорошим или отличным диагностическим качеством.

В 1994 г. в клиниках России появился первый отечественный передвижной хирургический рентгеновский аппарат РТС-612, разработанный при непосредственном участии автора. Принцип работы РТС-612 поясняет функциональная схема, приведенная на рис. 2. На схеме указано место элементов обработки цифровых сигналов изображения, рассмотренных в главе 3.

Рентгеновское излучение, генерируемое источником с преобразованием частоты моноблочного типа, проходит через исследуемого пациента и создает в плоскости входного экрана рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОП) невидимое теневое изображение. РЭОП преобразует это изображение в оптическое,

которое усиливается РЭОПом по яркости. На выходном экране РЭОП создается яркое уменьшенное видимое изображение.

Изображение с выходного экрана РЭОПа с помощью светосильного объектива (оптический узел) переносится на фоточувствительную поверхность ПЗС - матрицы.

Источник Оптический Блок канала

Рис. 2. Функциональная схема РТС-612

Сигнал, снимаемый с ПЗС - матрицы, поступает на схему автоматической регулировки усиления и далее, после цифровой обработки, в блок телевизионного канала. В процессе цифровой обработки происходит компенсация неравномерности сигнала и фона по полю изображения, подавление шумов, регулировка яркости и контрастности, разворот изображения (верх-низ, лево-право).

В режиме рентгеноскопии при выключении высокого напряжения последний кадр запоминается в оперативной памяти и отображается на экране монитора. В оперативную память может быть записано также четыре текущих кадра в процессе просвечивания.

Аппаратно-программный комплекс «Эльф» служит для формирования базы данных пациентов, цифровой обработки и архивирования изображений.

Комплекс «Эльф» может быть интегрирован в компьютерную сеть медицинского учреждения. Управление аппаратом осуществляется с пульта с помощью контактно-пленочной клавиатуры с цифровой и световой индикацией.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Сравнительный анализ цифровой и пленочной рентгенографии показал, что сочетание в одном носителе информации (пленка) процессов детектирования, обработки, визуализации и хранения не позволяет их оптимизировать независимо друг от друга. В

результате квантовая эффективность детектирования рентгенографических комплектов принципиально ограничивается на уровне близком к 0,2, а динамический диапазон не превышает 50. В цифровых приемниках такие ограничения отсутствуют. В существующих цифровых приемниках (преобразователях рентгеновских изображений) достигнутая квантовая эффективность детектирования составляет 0,65, а динамический диапазон -более 400, поэтому цифровые аппараты превосходят пленочные как по чувствительности, так и по качеству изображения.

2. На основе полученных соотношений (главы 1, 2), показывающих степень снижения лучевых нагрузок следует, что в цифровых аппаратах доза может быть уменьшена не менее чем в 10 раз по сравнению с пленочными аппаратами, Это достигается увеличением жесткости рентгеновских лучей, применением растров с высокой избирательностью, увеличением квантовой эффективности приемников изображения, оптимизации (сокращении избыточности) качества изображения.

3. Проведено исследование детальности, подвижности, контраста и размеров изображений в рентгеновском пучке, и на основании этих исследований оптимизированы требования к параметрам цифровых рентгеновских аппаратов для общих исследований, флюорографии и хирургии. С целью минимизации лучевой нагрузки пространственную разрешающую способность цифровых флюорографов рекомендовано ограничить величиной 2,5 мм"1, а цифровых рентгенографических аппаратов - величиной 3,7 мм'1. В цифровых аппаратах для рентгеноскопии возможно минимизировать лучевые нагрузки, если использовать импульсный режим цифрового приемника с переменной скважностью импульсов рентгеновского излучения частотой от 1 до 30 Гц.

4. Показано, что расширение динамического диапазона цифровых аппаратов до 200 крат является тем пределом, который достаточен для замены рентгенографических комплектов во всем диапазоне применяемых чувствительностей и исключает брак при ошибках в выборе режима съемки.

5. Методы цифровой обработки рентгеновских изображений по функциональному назначению можно разделить на три класса: коррекция аппаратурных искажений, препарирование изображения и согласование параметров изображения на мониторе со свойствами зрения. По результатам клинических испытаний из первого класса обработок для цифровых систем рекомендованы к практическому использованию коррекция неравномерности сигнала и фона по полю изображения, коррекция геометрических искажений и подавление шумов. Препарирование изображения, которое традиционно используется в субтракционной ангиографии в цифровых системах, реализуется с более высокой эффективностью. Предложено использование препарирования изображения в линейной томографии, заключающееся в устранении изображений расфокусированных

слоев. Испытания цифровых аппаратов в клиниках показали, что цифровая обработка для реализации ее возможностей требует прецизионного согласования параметров изображения на мониторе со свойствами зрительного анализатора рентгенолога по яркости, контрасту, детальности и ряду других характеристик.

6. Результаты проведенных исследований использованы при разработке, изготовлении и испытаниях телеуправляемого рентгенодиагностического комплекса КРТ-«Электрон», цифрового рентгенографического аппарата АРЦ-01 -«ОКО», цифрового флюорографа ФЦ-01-«Электрон» и передвижных хирургических аппаратов серии РТС-612. Все цифровые аппараты, разработанные в рамках настоящей работы, прошли технические и медицинские испытания и рекомендованы ведущими клиниками России к применению в медицинской практике.

7. Все цифровые аппараты, разработанные в рамках настоящей работы, прошли технические и медицинские испытания и выпускаются серийно с 1993-2004 гг. Более 1000 таких аппаратов в настоящее время внедрены в клиническую практику и успешно эксплуатируется в ведущих клиниках страны.

Таким образом, на базе проведенных исследований решена научно-техническая задача разработки малодозовых цифровых рентгеновских аппаратов с приемниками изображения на ПЗС- матрицах и цифровой обработкой сигналов изображения, предназначенных для общей диагностики, флюорографии и хирургии, и выведены соотношения для оптимизации их параметров. Они позволяют улучшить качество диагностики, сократить лучевые нагрузки и на более совершенном уровне организовать службу лучевой диагностики по беспленочной технологии.

Публикации по теме диссертации

1. Вейп Ю.А., Мазуров А.И., Элинсон М.Б. Хирургические рентгеновские аппараты серии РТС-612 // Медицинская техника. - 1998. - № 6. - С. 8 -10.

2. Вейп Ю.А., Мазуров А.И., Элинсон М.Б. Усилители рентгеновского изображения с цифровым выходом // Медицинская техника. - 1998. - № 6. - С. 10-13.

3. Блинов H.H. (мл.), Борисов A.A., Вейп Ю.А., Головастое С.А., Мазуров А.И., Элинсон М.Б. Цифровая камера ЦФК-1 для флюорографии и рентгенографии // Медицинская техника. -1999.-№ 5.-С. 30-31.

4. Вейп Ю.А., Власова М.М., Мазуров А.И., Элинсон М.Б. Ряд усилителей рентгеновского изображения серии УРИ-612 // Медицинская техника. - 2000. - № 5, с.28-31.

5. Мазуров А.И., Элинсон М.Б. Оптимизация разрешающей способности цифровых флюорографов // Радиология-Практика. - 2004. - № 4. - С. 56-58.

6. Элинсон М.Б. Анализ преимущества цифровых рентгеновских аппаратов перед пленочными // Медицинская техника. - 2005. - № 5. - С. 37-39.

7. Элинсон М.Б., Мазуров А.И. Цифровые рентгено-телевизионные системы // Труды Международной научно-технической конференции «Измерительные информационные технологии и приборы в охране здоровья» «Метромед-99». - СПб., 1999. - С. 53.

8. Элинсон М.Б., Beim Ю.А., Мазуров А.И. Цифровые рентгено-телевизионные системы // Материалы международной конференции «Телевидение: передача и обработка изображений». - СПб., 2000. - С. 102-104.

9. Элинсон М.Б., Вейп Ю.А., Мазуров А.И., Элинсон A.M. Цифровые технологии в рентгенотехнике II Материалы Невского радиологического форума «Из будущего в настоящее». - СПб., 2003. - С. 318-319.

10. Элинсон М.Б., Элинсон A.M., Мазуров А.И., Вейп Ю.А. Выбор цифровой аппаратуры для оснащения рентгенологической службы лечебно-профилактических учреждений // Материалы Невского радиологического форума «Наука-клинике». - СПб., 2005. - С. 432433.

11 .Элинсон М.Б., Мазуров А.И. Пути снижения лучевых нагрузок в рентгенодиагностике // Материалы Невского радиологического форума «Наука-клинике». — СПб., 2005. - С. 404.

12. Борисов A.A., Вейп Ю.А., Ребони В.О., ФалькЯ., Элинсон М.Б. Рентгеновский аппарат АРЦ-01-«ОКО» для цифровой рентгенографии II Материалы Невского радиологического форума «Наука-клинике». - СПб., 2005. - С. 425-426.

13. Элинсон М.Б. Эффективность и чувствительность цифровых рентгенотелевизионных систем //Материалы IV Международной конференции «Телевидение: передача и обработка изображений». - СПб., 2005. - С. 114-115.

14. Элинсон М.Б. Качество изображения цифрового флюорографа ФЦ-01 -«Электрон» // Материалы II Евразийского конгресса «Медицинская физика -2005». - Москва, 2005. - С. 131.

15. Вейп Ю.А., Мазуров А.И., Элинсон М.Б., Элинсон A.M. Цифровые рентгеновские аппараты под торговой маркой «ОКО» // Материалы II Евразийского конгресса «Медицинская физика-2005». - Москва, 2005. - С. 94.

Подписано в печать 24.08.2006 г. Формат издания 60x84/16 Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ 4424. Типография РШНШЗА. 197342, Санкт-Петербург, Белоостровская ул., 22

Введение.

Глава 1 Анализ основных путей развития цифровой рентгенотехники

1.1 Состояние разработок цифровых рентгеновских аппаратов.

1.2 Анализ преимуществ цифровых рентгеновских аппаратов по сравнению с аналоговыми.

1.3 Исследование путей снижения лучевых нагрузок в цифровых аппаратах.

Выводы.

Глава 2 Исследование информативных параметров цифровых рентгеновских аппаратов

2.1 Исследование качества рентгеновского изображения на входе цифрового приемника.

2.2 Исследование пространственной разрешающей способности.

2.3 Разрешающая способность во времени.

2.4 Динамический диапазон.

Выводы.

Глава 3 Исследование эффективности цифровой обработки рентгеновских изображений

3.1 Цели цифровой обработки рентгеновских изображений.

3.2 Коррекция аппаратурных искажений.

3.2.1 Коррекция геометрических искажений.

3.2.2 Коррекция неравномерности сигнала по полю изображения.

3.2.3 Подавление шумов.

3.3 Препарирование рентгеновских изображений.

3.3.1 Цифровая субтракция.

3.3.2 Пространственная фильтрация в линейном томографе.

3.3.3 Согласование параметров изображения на мониторе со зрительным анализатором.

Выводы.

Глава 4 Разработка цифровых рентгеновских аппаратов

4.1 Телеуправляемый рентгенодиагностический комплекс КРТ-Электрон».

4.2 Цифровой флюорограф ФЦ-01 -«Электрон».

4.3 Аппарат рентгенографический цифровой АРЦ-01-«ОКО».

4.4 Хирургические рентгеновские аппараты серии РТС-612(611).

Выводы.

Как известно, от уровня технических средств рентгенологической службы лечебно-профилактических учреждений (ЛПУ) во многом зависят качество диагностического процесса, производительность персонала, экономические затраты, лучевая нагрузка, комфорт пациента.

В связи с тем, что парк эксплуатируемой в России рентгеновской аппаратуры физически и морально устарел (не менее 70% парка состоит из отработавших срок аппаратов и не отвечает современному уровню рентгенотехники), актуальной является задача правильного проектирования и выбора аппаратуры для переоснащения ЛПУ.

Вместе с окончанием XX века закончилась эра классической аналоговой медицинской рентгенотехники. На современном этапе развитие рентгенотехники перешло на цифровые технологии, которые интенсивно внедряют во все функциональные узлы рентгеновских аппаратов. В высокоразвитых странах цифровая рентгенотехника уже является реальностью: от 10 до 15% парка рентгеновских аппаратов в год заменяется на цифровые аппараты. Рентгенография на пленку, которая господствовала целое столетие, больше не является единовластной царицей рентгенологии. Это обусловлено целым рядом преимуществ цифровых рентгеновских аппаратов [1].

В Российской Федерации разработка цифровой рентгеновской аппаратуры идет с заметным отставанием от разработок ведущих иностранных фирм [1]. Особенно остро ощущается необходимость в цифровых аппаратах для общей рентгенологии, флюорографии и хирургии. Разделение СССР практически разрушило рентгеновскую промышленность России. Только в последние годы в России появились новые фирмы, которые разрабатывают цифровые модели систем визуализации рентгеновских изображений [2-5,10]. Несмотря на наметившийся прогресс, до настоящего времени не существует научно-обоснованных технических требований к цифровым аппаратам различных классов. Отсутствует подробный анализ их преимуществ перед аналоговой рентгенотехникой. Не выявлены потенциальные возможности снижения лучевых нагрузок на пациента и обслуживающий персонал, которые таят в себе переход на новые способы преобразования сигналов и цифровые технологии. Внедрение в рентгенотехнику цифровых технологий требует переосмысления многих устоявшихся представлений, начиная с геометрии съемки и заканчивая способом воспроизведения изображения и методом его интерпретации. В цифровых аппаратах, в отличии от аналоговых, имеются достаточно простые возможности адаптивного изменения пространственной, временной и градационной разрешающих способностей в зависимости от детальности, подвижности и контраста изображения исследуемого органа. Однако практические рекомендации по адаптивному изменению параметров дискретизации изображения в литературе отсутствуют. Эффективное использование обменных операций требует детального изучения, свойств различных классов рентгеновских изображений.

Любое теневое рентгеновское изображение искажено в той или иной степени. Оно содержит информацию обо всех органах, пронизываемых первичным пучком, но плохо согласовано со свойствами зрительного анализатора. Поэтому после преобразования изображения в цифровой видеосигнал должна быть произведена его обработка по трем направлениям. Это коррекция аппаратных искажений, препарирование, связанное с выделением интересующих и подавлением несущественных для данного исследования структур, и, наконец, согласование наблюдаемого рентгенологом изображения (по яркости, контрасту, детальности, динамическому диапазону и т.д.) с возможностями зрительного анализатора. Значение цифровых обработок рентгеновских изображений не только до конца не исследовано, но даже не в полной мере осознано. »

Благодаря цифровой рентгенотехнике родилось новое направление рентгенологии - интервенционная радиология. Аппараты для интервенционной радиологии имеют широкий диапазон клинического применения на рабочих местах, где осуществляется инструментальное вмешательство, позиционирование, терапия и хирургия под рентгеновским контролем.

Наиболее остро проблема перехода на цифровые технологии стоит в общей рентгенологии, флюорографии и хирургии под рентгеновским контролем, на которые расходуется большая часть бюджета, выделяемого на оснащение рентгенологической службы. Такой переход должен обеспечить более точную диагностику, наименьшее отрицательное воздействие облучения на организм пациента и минимальную стоимость исследования.

Таким образом, в начале XXI века развитие теоретических основ и практических конструкций медицинской рентгенотехники следует рассматривать как переход ее на качественно новый цифровой уровень. Медицинская рентгенотехника еще очень далека от потенциально достижимого предела и, спустя столетие с момента своего появления, фактически находится в начале пути к полностью цифровой рентгенологии, объединенной во всемирную сеть телерадиологии.

Отечественная промышленность наиболее подготовлена для разработки цифровых рентгеновских аппаратов с использованием ПЗС- матриц в приемниках изображений. Выбор в качестве преобразователя свет-сигнал ПЗС-матрицы обусловлен следующими причинами. Приборам с зарядовой связью присущи высокая квантовая эффективность (может достигать 0,8). Динамический диапазон ПЗС-матриц превышает 3000. В таком широком диапазоне освещенностей ПЗС имеют линейную зависимость сигнала от освещенности. ПЗС-матрицы - это безынерционные приборы. Ряд свойств ПЗС-матриц: жесткий дискретный растр с точно известными координатами каждого элемента, отсутствие дисторсии, малые потребляемая мощность и габариты, высокая механическая прочность, стойкость к вибрациям и электромагнитным полям, надежность и большой срок службы, безподстроечный режим работы, идеально вписываются в рентгеновские приборы, построенные по цифровой технологии.

Теоретической и методической базой данной диссертационной работы послужили труды ведущих ученых и специалистов - Е.С. Бару, Н.Н. Блинова, Р.Е. Быкова, Ю.В. Варшавского, JI.B. Владимирова, С.Б. Гуревича, М.И. Зеликмана, Б.М. Кантера, В.В. Клюева, Э.Б. Козловского, Б.И. Леонова, Р.В. Ставицкого, Э.Г. Чикирдина, С. Нудельмана, А. Роуза и ряда других.

В соответствии с вышеизложенным, основная цель диссертационной работы состоит в оптимизации параметров и разработке малодозовых цифровых рентгеновских аппаратов, использующих приемники на базе ПЗС-матриц и цифровую обработку сигналов изображения.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи исследования:

- проанализировать принципы построения и состояние разработок цифровых рентгеновских аппаратов для общей диагностики, флюорографии и хирургии;

- выявить преимущества и оценить эффективность цифровой рентгенотехники;

- исследовать пути снижения лучевых нагрузок в цифровых аппаратах, построенных на базе ПЗС-матриц;

- выработать требования к параметрам и характеристикам этих аппаратов;

- исследовать методы цифровой обработки, повышающие диагностическое качество рассматриваемого класса аппаратов;

- разработать, испытать и внедрить в клиническую практику цифровые аппараты с применением приемников на ПЗС-матрицах, которые чувствительнее и эффективнее аналоговых аппаратов.

Проведенные исследования позволили решить поставленные выше задачи, сформулировать основные полученные научные результаты и положения, выносимые на защиту.

К числу основных научных результатов отнесены следующие:

1. На основе сравнительного анализа цифровой и пленочной рентгенографии показано, что цифровые методы детектирования и обработки сигналов в сочетании с детекторами на ПЗС-матрицах, в отличие от пленочной технологии, обеспечивают широкий диапазон независимой оптимизации процедур детектирования, обработки, визуализации и хранения.

2. Получены аналитические соотношения, одно из которых (1.13) позволяет исследовать пути снижения лучевых нагрузок, а второе (2.20) дать количественную оценку относительного влияния на предельную разрешающую способность аппаратной функции приемника, размеров фокусного пятна, увеличения объекта и скорости его движения. Показано, что основной резерв заключается в увеличении жесткости рентгеновских лучей, использовании растров с высокой избирательностью, увеличении квантовой эффективности приемников за счет использования ПЗС-матриц и оптимизации (сокращении избыточности) качества изображения. Как показывают расчеты, в цифровых аппаратах лучевые нагрузки могут быть уменьшены не менее чем в 10 раз.

3. Исследование детальности, подвижности, контраста и размеров изображений в рентгеновском пучке показали, что в задачах общих диагностических исследований, флюорографии и хирургии с целью минимизации лучевой нагрузки пространственную разрешающую способность цифровых флюорографов следует ограничить величиной 2,5 мм-1, а цифровых рентгенографических аппаратов - величиной 3,7 мм-1.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Сравнительный анализ цифровой и пленочной рентгенографии показал, что сочетание в одном носителе информации (пленка) процессов детектирования, обработки, визуализации и хранения не позволяет их оптимизировать независимо друг от друга. В результате квантовая эффективность детектирования рентгенографических комплектов ограничивается на уровне близком к 0,2, а динамический диапазон не превышает 50. В цифровых приемниках на базе ПЗС-матриц такие ограничения отсутствуют: достигнутая квантовая эффективность детектирования составляет 0,65, а динамический диапазон 400. Высокая разрешающая способность рентгенографических комплектов (до 10 мм-1), как правило, не реализуется, что связано с геометрией съемки и подвижностью исследуемых органов. Поэтому цифровые аппараты превосходят пленочные как по чувствительности, так и по качеству изображения.

2. На основе анализа полученных соотношений (глава 1) и соответствующих расчетов показаны пути снижения лучевых нагрузок, которые могут быть уменьшены не менее чем в 10 раз за счет увеличения жесткости рентгеновских лучей, использования растров с высокой избирательностью, применения ПЗС-матриц с высокой квантовой эффективностью и оптимизации (сокращении избыточности) качества изображения. ■<

3. На основе проведенных исследований детальности, подвижности, контраста и размеров изображений в рентгеновском пучке оптимизированы требования к параметрам цифровых рентгеновских аппаратов для общих исследований, флюорографии и хирургии (глава 2). С целью минимизации лучевой нагрузки пространственную разрешающую способность цифровых флюорографов целесообразно ограничить величиной 2,5 мм'1, а цифровых рентгенографических аппаратов - величиной 3,7 мм'1.

4. Разработанные и внедренные в клиническую практику цифровые рентгеновские аппараты с приемниками на ПЗС-матрицах (глава 4).

Практическую ценность составляют:

1. На основании проведенных исследований выработаны требования к параметрам цифровых рентгеновских аппаратов для общих исследований, флюорографии и хирургии.

2. Показано, что в цифровой рентгенодиагностической аппаратуре на современном этапе ее развития успешно могут быть использованы коррекция аппаратурных искажений, препарирование изображения и согласование параметров изображения на мониторе со свойствами зрения. По результатам клинических испытаний из первого класса обработок для цифровых систем рекомендованы к практическому использованию коррекция неравномерности сигнала и фона по полю изображения, коррекция геометрических искажений и подавление шумов; препарирование изображения, которое традиционно используется в субтракционной ангиографии в цифровых- системах, реализуется с более высокой эффективностью.

Внедрение результатов

1. Результаты проведенных исследований использованы при разработке, изготовлении и испытаниях телеуправляемого рентгенодиагностического комплекса КРТ-«Электрон», цифрового рентгенографического аппарата АРЦ-01-«ОКО», цифрового флюорографа ФЦ-01 -«Электрон» и передвижных хирургических аппаратов серии РТС-612.

2. Все цифровые аппараты, разработанные в рамках настоящей работы, прошли технические и медицинские испытания и рекомендованы ведущими клиниками России к применению в медицинской практике. и

Выводы

В настоящем разделе рассмотрены промышленные разработки, выполненные под руководством и при непосредственном участии автора, в которых нашли внедрение результаты проведенных исследований:

1 Проведенные исследования позволили повысить уровень разработки цифровых рентгеновских аппаратов для общей диагностики (телеуправляемый рентгенодиагностический комплекс КРТ-«Электрон» и цифровой рентгенодиагностический аппарат АРЦ-01-«ОКО»), флюорографии (цифровой флюорограф ФЦ-01-«Электрон») и хирургии (аппарат серии РТС-612).

2 Впервые в России разработан телеуправляемый комплекс для общей рентгенодиагностики КРТ-«Электрон» с рабочим полем диаметром 290 мм, с цифровой камерой на ПЗС-матрице с числом элементов 1024x1024. В комплексе реализованы импульсная рентгеноскопия, сокращающая дозу пропорционально скважности импульсов, и цифровая рентгенография, с возможностью цифровой обработки изображения в автоматизированных рабочих местах.

3 В цифровом рентгенографическом аппарате АРЦ-01-«ОКО», заменяющем стол снимков и стойку снимков традиционного комплекса на три рабочих места, реализованы требования ВОЗ к рентгенографическим аппаратам.

4 Цифровой флюорограф ФЦ-01-«Электрон» с разрешающей способностью 2,5 мм"1 позволяет проводить не только массовые профилактические исследования грудной клетки, но и осуществлять дифференциальную диагностику легочных заболеваний.

5 Впервые разработан отечественный передвижной хирургический аппарат, имеющий широкий диапазон клинического применения на рабочих местах, где осуществляются инструментальное вмешательство, терапия и позиционирование под рентгеновским контролем

6 Проведенные разработки позволили начать внедрение в практику отечественной рентгенодиагностики аппаратов, построенных * на базе современных цифровых технологий, улучшающих диагностический процесс и сокращающих лучевые нагрузки на пациентов и обслуживающий персонал.

Заключение

1 Сравнительный анализ цифровой и пленочной рентгенографии выявил, что сочетание в одном носителе информации (пленка) процессов детектирования, обработки, визуализации и хранения не позволяет их оптимизировать независимо друг от друга. В результате квантовая эффективность детектирования рентгенографических комплектов принципиально ограничивается на уровне близком к 0,2, а динамический диапазон не превышает 50. В цифровых приемниках такие ограничения отсутствуют. В существующих цифровых приемниках (преобразователях рентгеновских изображений) достигнутая квантовая эффективность детектирования составляет 0,65, а динамический диапазон 400. Высокая разрешающая способность рентгенографических комплектов (до 10 мм"1), как правило, не реализуется, что связано с геометрией съемки и подвижностью исследуемых органов. Поэтому цифровые аппараты превосходят пленочные как по чувствительности, так и по качеству изображения.

2 Анализ основных тенденций развития техники и технологии лучевой диагностики убедительно показывает необходимость реорганизации службы лучевой диагностики именно на базе цифровых технологий, так как она эффективнее пленочной со всех точек зрения: диагностической, экономической, радиационной, экологической и эргономической.

3 На основе полученных соотношений (1.8), (1.9), (1.10) и (1.14) исследованы пути снижения лучевых нагрузок, которые в цифровых аппаратах, как показывают расчеты, могут быть уменьшены не менее чем в 10 раз. Основной резерв заключается в увеличении жесткости рентгеновских лучей, использовании растров с высокой избирательностью, увеличении квантовой эффективности приемников изображения, оптимизации (сокращении избыточности) качества изображения.

4 Проведено исследование детальности, подвижности, контраста и размеров изображений в рентгеновском пучке и на основании этих исследований оптимизированы требования к параметрам цифровых рентгеновских аппаратов для общих исследований, флюорографии и хирургии. С целью минимизации лучевой нагрузки пространственную разрешающую способность цифровых флюорографов рекомендовано ограничить величиной 2,5 мм"1, а цифровых рентгенографических аппаратов - величиной 3,7 мм"1.

В цифровых аппаратах для рентгеноскопии возможно минимизировать лучевые нагрузки, если использовать импульсный режим цифрового приемника с переменной скважностью импульсов рентгеновского излучения частотой от 1 до 30 Гц.

Показано, что расширение динамического диапазона цифровых аппаратов до 200 является достаточным, чтобы заменить рентгенографические комплекты различной чувствительности, и исключает брак при ошибках в выборе режима съемки.

5 Методы цифровой обработки рентгеновских изображений можно разделить на три класса по функциональному назначению: коррекция аппаратурных искажений, препарирование изображения и согласование параметров изображения на мониторе со свойствами зрения. По результатам клинических испытаний из первого класса обработок для цифровых систем рекомендованы к практическому использованию коррекция неравномерности сигнала и фона по полю изображения, коррекция геометрических искажений и подавление шумов. Препарирование изображения, которое традиционно используется в субтракционной ангиографии в цифровых системах, реализуется с более высокой эффективностью. Предложено использование препарирования изображения в линейной томографии, заключающееся в устранении изображений расфокусированных слоев. Испытания"' цифровых аппаратов в клиниках показали, что цифровая обработка для реализации ее возможностей требует прецизионного согласования параметров изображения на мониторе со свойствами зрительного анализатора рентгенолога по яркости, контрасту, детальности и ряду других.

6 Результаты проведенных исследований использованы при разработке, изготовлении и испытаниях телеуправляемого рентгенодиагностического комплекса КРТ-«Электрон», цифрового рентгенографического аппарата АРЦ-01-«ОКО», цифрового флюорографа ФЦ-01-«Электрон» и передвижных хирургических аппаратов серии РТС-612.

7 Все цифровые аппараты, разработанные в рамках настоящей работы, прошли технические и медицинские испытания и рекомендованы ведущими клиниками России к применению в медицинской практике (см. Приложения). Таким образом, в ходе проведенных исследований решена научно-техническая задача разработки малодозовых цифровых рентгеновских аппаратов для общей диагностики, флюорографии и хирургии, которые позволяют улучшить качество диагностики, сократить лучевые нагрузки и на более совершенном уровне организовать службу лучевой диагностики по беспленочной технологии. Этим функциональным возможностям удовлетворяют разработанные аппараты КРТ-«Электрон», АРЦ-01-«ОКО», ФЦ-01 -«Электрон» и РТС-612.

1. Зеликман М.И. Теория, исследование и разработка методов и аппаратно-программных средств медицинской цифровой рентгенографии. Дисс. на соиск. уч. степ, д.т.н. М.: НПЦ Медицинской радиологии, 2001.

2. Медицинская техника для лучевой диагностики. Справочник/ Под ред. Б.И. Леонова и Н.Н. Блинова. М.: НПЦ «Интелфорум», 2004.

3. Блинов Н.Н. Теоретическое обоснование, исследование и разработка . -методов и средств минимизации лучевой нагрузки в современных рентгенодиагностических аппаратах. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, д.т.н. М.: ВНИИИМТ, 2004.

4. Кантер Б.М. Исследование и разработка методов и средств рентгеновской цифровой медицинской диагностики. Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, д.т.н. М., 2000.

5. Нудельман С., Фишер Х.Д., Фрост М.М. и др. Электронно-оптическая цифровая рентгенография. Часть I. Отделение электронно-оптической цифровой рентгенологии. ТИИЭР. 1982. - Т. 70. - № 7. - С. 14-24.

6. Нудельман С., Рерих X., Кэпп М.П. Электронно-оптическая цифровая рентгенография. Часть III. Устройства формирования изображения и принципы проектирования систем. ТИИЭР. 1982. - Т. 70. - №7. - С. 33-48.

7. Физика визуализации изображений в медицине. В 2-х томах/ Под ред. С. Уэбба.-М.: Мир, 1991.

8. Блинов Н.Н. Исследование и разработка цифровых рентгенопреобразующих систем для исследования легких. Дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. М.: ВНИИИМТ МЗ РФ, 1998.

9. Основы рентгенодиагностической техники/ Под ред. Н.Н. Блинова. М.: Медицина, 2002.

10. Рентгенотехника. Справочник в 2-х томах/ Под ред. В.В. Клюева.-М.: Машиностроение, 1992.

11. Бонтрагер K.JI. Руководство по рентгенографии с рентгеноанатомическим атласом укладок. -М.: Интелмедтехника, 2005.

12. Общее руководство по радиологии/ Под ред. Holger Pettersson M.D. -Юбилейная книга NICER, 1995.

13. Universal Radiographic System. Проспект фирмы Sedecal plus LP. Италия, 2004.

14. Lowers J. Role of DR hinges on efficiency and technology// Diagnostic imaging. -December. -2001. P. 61-62.

15. Рентгеновские диагностические аппараты: в 2 т/ Под ред. Н.Н. Блинова, Б.И. Леонова. М.: ВНИИИМТ, НПО «Экран», 2001.

16. Пиццутиелло Р., Куллинан Дж. Введение в медицинскую рентгенографию. Нью Йорк, 1996.

17. Блинов Н.Н., Мазуров А.И. Разрешающая способность систем воспроизведения рентгеновских изображений// Медицинская техника. -2000.-№5.-С. 12-15.

18. Технические средства медицинской интроскопии/ Под ред. Б.И. Леонова. -М.: Медицина, 1989.

19. Медицинская рентгенология: технические аспекты, клинические материалы, радиационная безопасность/ Под ред. Р.В. Ставицкого. М.: МНПИ, 2003.

20. Роуз А. Зрение человека и электронное зрение. М.: Мир, 1977.

21. Блинов Н.Н., Жуков Е.М., Козловский Э.Б., Мазуров А.И. Телевизионные методы обработки рентгеновских и гамма-изображений. -М.: Энергоиздат, 1982.

22. Игнатьев Н.К. Дискретизация и ее приложения. М.: Связь, 1980.

23. Pfeiler М., Reiss К.Н., Schott О. Die Intensitatsverteilung im Strahlenrelief als Eingangsgrobe bei Rontgenfernsehen// Elektromedizin. 1966. - Bl. 11. - № 4. -S. 17-28.

24. Дмоховский B.B. К теории рентгеновского изображения// Вестник рентгенологии и радиологии. 1974. - № 2. - С. 61-67.

25. Иванов С.А., Комяк Н.И., Мазуров А.И. Рентгенотелевизионные методы исследования микроструктур. JL: Машиностроение, 1983.

26. ГОСТ 26141-84. Усилители рентгеновского изображения медицинских рентгеновских аппаратов. Общие технические требования. Методы испытаний.

27. Стандарт предприятия 01-22-04. Приемники рентгеновского изображения рентгеновских диагностических аппаратов с цифровой регистрацией изображений. Номенклатура параметров и характеристик качества изображения, методы и средства их определения.

28. Харкевич А.А. Теоретические основы радиосвязи. М.: ГИТТЛ, 1957.

29. Лебедев Д.С., Цукерман И.И. Телевидение и теория информации. М.-Л.: Энергия, 1965.

30. Линденбратен Л.Д., Королюк И.П. Медицинская радиология. М.: Медицина, 2000.

31. Власов В.В. Эффективность диагностических исследований М.: Медицина, 1998.

32. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. М.: Мир, 1982.

33. Ярославский Л.П. Введение в цифровую обработку изображений. М.: Сов. Радио, 1979.

34. Козловский Э.Б. Исследование и разработка методов оценки и коррекции рентгенотелевизионных изображений. Дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. М.: ВНИИИМТ, 1978.

35. Adams J.E. Signal and dual energy X-ray absorptiometry// European Journal of Radiology. 1977. - №7.

36. Чикирдин Э.Г., Стольцер C.M., Астраханов Ф.А. Рентгеновские томографические аппараты. -М.: Медицина, 1976.

37. Богатов Г.Б. Контрастные искажения в телевидении и их коррекция. М.-JL: Энергия, 1965.

38. Блинов Н.Н., Мазуров А.И. Новые реальности в современной рентгенотехнике// Медицинская техника. 2003. - № 5. - С. 3-6.

39. Ллойд Дж. Системы тепловидения. М.: Мир, 1978.

40. Мазуров А.И. Эволюция приемников рентгеновских изображений// Медицинская техника. 2004. - № 5 - С. 34-37.

41. Семенов А.В., Борисов А.А., Головастов С.А. Телеуправляемые рентгенодиагностические комплексы КРТ-«Электрон»// Материалы Невского радиологического форума «Наука-клинике». СПб., 2005.

42. Мазуров А.И., Пахарьков Г.Н. Оптимизация технических средств рентгенологической службы лечебно-профилактических учреждений// Вестник Северо-Западного регионального отделения Академии медико-технических наук. 2003. - № 7 - С. 102-107.

43. Вейп Ю.А., Мазуров А.И., Элинсон М.Б., Элинсон A.M. Цифровые технологии в рентгенотехнике// Материалы Невского радиологического форума «Из будущего в настоящее». СПб., 2003. - С. 318-319.

44. Вейп Ю.А., Мазуров А.И., Элинсон М.Б., Элинсон A.M. Цифровые рентгеновские аппараты под торговой маркой «ОКО»// Материалы II Евразийского конгресса «Медицинская физика-2005». М., 2005.

45. Элинсон М.Б. Качество изображения цифрового флюорографа ФЦ-01 -«Электрон»// Материалы II Евразийского конгресса «Медицинская физика-2005». М., 2005.

46. Элинсон М.Б., Элинсон A.M., Вейп Ю.А., Мазуров А.И. Выбор цифровой аппаратуры для оснащения рентгенологической службы лечебно-профилактических учреждений// Материалы Невского радиологического форума «Наука-клинике». СПб., 2005.

47. Мазуров А.И., Элинсон М.Б. Оптимизация разрешающей способности цифровых флюорографов// Радиология-практика. 2004. - № 4. - С. 56-58.

48. Линденбратен Л.Д. Очерки истории российской рентгенологии. М.: Видар, 1995.

49. Блинов Н.Н. (мл.), Борисов А.А., Вейп Ю.А., Головастов С.А., Мазуров А.И., Элинсон М.Б. Цифровая камера ЦФК-1 для флюорографии и рентгенографии// Медицинская техника. 1999. - № 5. - С. 30-31.

50. Вейп Ю.А., Ребони В.О. Оснащение флюорографической службы цифровыми рентгеновскими аппаратами ФЦ-01-«Электрон»// Материалы Невского радиологического форума «Наука-клинике». СПб., 2005.

51. Вейп Ю.А., Мазуров А.И., Ребони В.О. Проблемы технического оснащения флюорографической службы// Медицинская техника. 2003. - № 5. - С. 1215.

52. Элинсон М.Б., Вейп Ю.А., Мазуров А.И. Цифровые рентгено-телевизионные системы// Материалы международной конференции: «Телевидение: передача и обработка изображений». СПб., 2000.

53. Борисов А.А., Вейп Ю.А., Ребони В.О., Фальк Я., Элинсон М.Б. Рентгеновский аппарат АРЦ-01-«ОКО» для цифровой рентгенографии. Материалы Невского радиологического форума «Наука-клинике». СПб., 2005.

54. Ионизирующее излучение, радиационная безопасность. Методические указания МУК 2.3.1.962-00. М., 2000.

55. Тарасов А.И. Способ вычислительной субтракционной рентгенографии. Патент RU 2 200 469С2, МПК А 61В6/03,2000.

56. Вейп Ю.А., Мазуров А.И., Семенов А.В. Комплексы рентгенодиагностические телеуправляемые КРТ-«Электрон»// Медицинская техника. 2003. - № 6. - С. 45-46.

57. Блинов Н.Н. (мл.), Родина В.Г., Федотов А.А. Телеуправляемый рентгенодиагностический комплекс: современное состояние и проблемы развития// Радиология-практика. 2004. - № 3. - С. 49-52.

58. Элинсон М.Б. Эффективность , и чувствительность цифровых рентгенотелевизионных систем. IV Международная конференция «Телевидение: Передача и обработка изображений». СПб., 2005.

59. Гуревич С.Б. Эффективность и чувствительность телевизионных систем. -М.: Энергия, 1964.

60. Мазуров А.И. Исследование влияния шумов на воспроизведение полутонов рентгенотелевизионными системами. Дисс. на соиск. уч. степ, к.т.н. Д.: ЛЭТИ, 1971.

61. А ван дер Зил. Шумы при измерениях. М.: Мир, 1979.

62. Вейп Ю.А., Мазуров А.И., Элинсон М.Б. Хирургические рентгеновские аппараты серии РТС-612// Медицинская техника. 1998. № 6 - С. 8-10.

63. Вейп Ю.А., Мазуров А.И., Элинсон М.Б. Усилители рентгеновского изображения с цифровым выходом// Медицинская техника. 1998. - № 6. -С. 10-13.

64. Вейп Ю.А., Власова М.М., Мазуров А.И., Элинсон М.Б. Ряд усилителей рентгеновского изображения серии УРИ-612// Медицинская техника. -2000.-№5.-С. 28-31.

65. Элинсон М.Б., Мазуров А.И. Цифровые рентгено-телевизионные системы// Труды Международной научно-технической конференции «Измерительные информационные технологии и приборы в охране здоровья. Метромед-99». СПб., 1999. - С. 53.

66. Элинсон М.Б., Мазуров А.И. Пути снижения лучевых нагрузок в рентгенодиагностике// Материалы Невского радиологического форума «Наука-клинике». СПб., 2005.

67. Дьяконов В.П. Вейвлеты. От теории к практике. М.: Солон-Р, 2002.

68. Элинсон М.Б. Анализ преимущества цифровых рентгеновских аппаратов перед пленочными// Медицинская техника. 2005. - № 5. - С. 37-39.

69. Street R.A., Ready S.E. Comparison of РЫ2 and HgI2 for direct detection activematrix X-ray image sensors// Journal of applied physics. V. 91. - № 5. - P. 3345-3355.

70. Empirical and theoretical investigation, active matrix flat-panel images (AMFPes)for diagnostic radiology// Med. Phys. 1997. - 24(1). - P. 71-89.1. УТВЕРЖДАЮ

71. Врид заместителя начальника Военно-медицинской академии по научной работе1. Ю.В. Лобзин1. РАМН,2001 г.1. АКТ

72. Медицинских испытаний комплекса рентгеновского телеуправляемого КРТ «Электрон» производства ЗАО НИПК «Электрон»

73. В выездных испытаниях приняли участие начальник кафедры рентгенологии и радиологии ВМедА, Главный рентгенолог МО РФ, профессор В.М. Черемисин, и начальник рентгеновского отделения кафедры рентгенологии и радиологии ВМедА врач рентгенолог Рязанов1. В.В.

74. Цель испытаний оценка медицинских и эксплуатационных качеств комплекса КРТ - «Электрон» и определение необходимости серийного производства и возможности его клинического использования, в том числе и в интересах военно-медицинской службы.

75. У 56% обследованных пациентов выявлены различные патологические процессы.

76. Применение в комплексе 12 дюймового УРИ с рабочим полем 290 мм вместо 9 дюймового (215 мм) расширяет диагностические возможности комплекса за счет увеличения рабочего поля.

77. Дизайн и эргономические параметры комплекса оцениваются положительно. Сбоев в работе комплекса при проведении испытаний не было.1. Заключение

78. Комплекс КРТ-«Электрон» может быть рекомендован к серийному производству и применению в медицинской практике, в том числе в лечебных учреждениях МО РФ.

79. Начальник кафедры рентгенологии и радиологии Главный^рентгенолог МО РФ профессор1. В.М. Черемисин

80. Начальник рентгеновского отделения кафедры рентгенологи^ ирадиологии1. В.В. Рязанов1. Я, оФусГА 2001 года

81. КОМИТЕТ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ МОСКВЫ

82. Государственное учреэедение

83. Научно-практический Центр медицинской радиологии109028, Москва, Яузский бульвар д.9/6 тел. 917-17-02, 917-45-81, 917-17-021. УТВЕРЖДАЮ»1. Л, Директор

84. НПЦ медицинской радиологии, профессор1. Щ^щ Ю.В. Варшавский1. AJLL. m0hJJjJO£J* ■1. На№ от1. О/ » 2001г.1. ПРОТОКОЛмедицинских испытаний аппарата флюорографического цифрового1. АФЦ1 «Электрон»

85. Основание испытаний. Решение Комиссии по аппаратам и оборудованию, применяемым в рентгенологии, Комитета по новой медицинской технике Министерства здравоохранения РФ (протокол № 1 от 19 февраля 2001 г.)

86. Объект испытаний. Образец аппарата флюорографического АФЦ1-«Электрон», изготовленного ЗАО «НИПК «Электрон»

87. Место проведения испытаний. Отделение рентгенодиагностики ГКБ № 13 КЗ Москвы.

88. Сроки исптаний. 16-31 октября 2000 г.

89. Следует обратить внимание на присущий аппарату широкий динамический диапазон, что, по сравнению с пленочной флюорографией, позволяет практически свести на нет необходимость повторения исследований из-за технического брака.

90. Применение двух автоматизированных рабочих мест (АРМ рентгенолабо-ранта и АРМ врача-рентгенолога) позволяет осуществить анализ полученной информации без ущерба проведению приема пациентов.

91. Аппарат флюорографический цифровой АФЦ1-«Электрон» соответствует медицинским требованиям, предъявляемым к цифровым флюорографам, и имеет явные преимущества перед пленочными флюорографическими установками.

92. Аппарат флюорографический цифровой АФЦ1-«Электрон» (с рентгенозащитной кабиной и без нее) может быть рекомендован к серийному производству, применению в медицинской практике, регистрации и его включению его в Государственный Реестр медицинских изделий.

93. Зав. отделение НПЦ медицинской радиологии, профессор1. Л.А. Низовцова1. Зав. отделениемрентгенодиагностики ГКБ № 131. Н.В. Ремизов

94. ДЕПАРТАМЕНТ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ

95. Государственное учреждение1. УТВЕРЖДАЮ:

96. Научно-практический Центр медицинской радиологии109028, Москва, Яузский бульвар, д.9/6 тел./ф. 917-17-021. Or {1. ПРОТОКОЛмедицинских испытаний цифрового рентгенографического аппарата «АРЦ1-ОКО», производства ЗАО НИПК «Электрон», г. Санкт-Петербург

97. Основание для проведения медицинских испытаний:

98. Решение Комиссии Комитета по новой медицинской технике МЗ 1'Ф (протокол №5 от 07.10.2002 г.).

99. Место проведения испытаний:

100. Ленинградская Областная больница, г. Санкт-Петербург.

101. Сроки проведения испытаний: с 21.09.03 г. по 26.09.03 г.

102. Для проведения испытания были предъявлены:1. цифровой рентгенографический аппарат «АРЦ 1- ОКО»;2. техническая документация:- Акт приёмочных технических испытаний ВНИИИМТ МЗ РФ (№ АТНЛ.009.29.70 от 15.04.03 г.).- руководство по эксплуатации.

103. Назначение и краткая техническая характеристика аппарата:

104. Аппарат имеет следующие основные параметры и характеристики (по проекту ТУ). Напряжение питания трехфазная сеть (380±38) В, 50Гц для всех компонентов аппарата, кроме автоматизированных рабочих мест, которые питаю к-я от однофазной сети (220±22) В, 50Гц.

105. Наибольшая потребляемая при снимке мощность: не более 100 кИЛ.

106. Масса аппарата не превышает 1200 кг.

107. Время установления рабочих режимов не более 10 мин.

108. Уставки анодного напряжения на рентгеновской трубке от 40 до 145 кВ. ступенями через 1 кВ.

109. Рентгенография грудины, косая.1. Рентгенография ребер.

110. Рентгенография органов грудной клетки.

111. Рентгенография почек, урографии.

112. При изучении изображений отмечена хорошая визуализация вышспа шшшы.м аналитических структур с необходимой детализацией мельчайших детали, необходимойдля формулировки правильного диагноза.

113. Существенных недостатков в конструкции аппарата комиссия не обнаружено.

114. Аппарат «АРЦ1-ОКО» комиссия рекомендует отнести к стационарным цифровым рентгенографическим аппаратам общего назначения (включая исполмование его в травматологии и ортопедии).1. Заключение.

115. Зав. рентгеновским отделением Ленинградской областной клинической больниц к.м.н.

116. Главный рентгенолог г. Санкт-Петербурга, профессор