Способ калибровки программы асинхронной количественной компьютерной томографии

Изобретение относится к области медицины, а именно к лучевой диагностике, и может быть использовано для калибровки программы асинхронной количественной компьютерной томографии (ККТ). Проводят сканирование тест-объекта на компьютерном томографе, поддерживающем режим асинхронной ККТ. Для полученной серии изображений рассчитываются показатели среднего значения единиц Хаунсифлда (HU) и среднеквадратического отклонения HU для каждого функционального элемента тест-объекта. При этом тест-объект представляет собой фантом, выполненный в форме полого цилиндра, внутри которого располагаются три функциональных элемента в виде цилиндрических контейнеров, заполняемых со стороны свободно оканчивающихся оснований раствором дигидрофосфата калия в концентрациях, соответствующих норме, остеопении и остеопорозу, а остальное свободное пространство фантома в процессе проведения испытаний заполняется дистиллированной водой. Способ обеспечивает оптимизацию и сокращение времени проведении исследования за счет предложенного алгоритма калибровки и используемого тест-объекта. 4 ил.

 

Данное изобретение относится к области медицинской техники и может использоваться для определения межкалибровочного интервала количественной компьютерной томографии (ККТ) с помощью тест-объекта (калибровочного фантома) и специально разработанного программного обеспечение (ПО).

Из уровня техники известны следующие аналоги заявляемого технического решения:

Способ определения калибровочного интервала при помощи фантома ESP (European Spine Phantom) без специального ПО (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/7588873/, http://eknygos.lsmuni.lt/springer/549/231-256.pdf). Фантом используется для проведения ежедневного контроля качества денситометрических исследований, имеет размеры 18×26 см, состоит из 3 секций, заполненных раствором гидроксиапатита. Основной недостаток данного способа - проведение межкалибровачного контроля без использования ПО, в связи с чем - проведение испытания занимает достаточно длительное время.

Еще один аналог заявляемого способа - способ калибровки от Sun Nuclear Corporation. Осуществляется данный способ при помощи фантома ICRU-44 (https://www.sunnuclear.com/products/advanced-electron-density-phantom) эллипсовидной формы размерами 40×30 см, в котором имеются отверстия для маркеров. Каждый маркер соответствует определенной плотности (к примеру, вода, кортикальной слой кости, трабекулярный слой кости и печень). При КТ-сканировании идентифицируется каждый материал и автоматически создают таблицы физической и электронной плотности с помощью программного обеспечения RapidCHECK™. Несмотря на то, что данная разработка схожа с нашим изобретением, она нацелена в основном на определение дозы для тканей различной плотности.

Наиболее близким аналогом заявляемого технического решения является способ калибровки асинхронной ККТ от MindWays (https://www.qct.com/CliniQCT.html, https://www.qct.com/Downloads/Model%204%20Phantom%20brief_Т0115.pdf). Для данного исследования используется фантом CliniQCT (Model 4) и программное обеспечение Mindways QCT Pro Software (Mindways Software Inc., Austin, TX, USA). Model 4 представляет собой цилиндр размерами 15,24×5,08 см, заполненный гидроортофосфатом калия в концентрации, соответствующей норме.

Во время исследования происходит сканирования фантома, после которого данные сохраняются в формате DICOM и предаются на станцию. В ПО проводится обработка результатов: определяется место интереса, оценка параметров минеральной плотности кости (МПК) и после чего распечатывается протокол.

Недостатком данного технического решения является то, что фантом Model 4 является однокомпонентным и при оценке точности параметров калибровочная кривая имеет вид прямой, что является «идеальной» и трудно достижимым вариантом. Помимо этого, при наличии неисправности потребуется замена всего фантома, а не отдельного составляющего.

Сущность заявляемого изобретения заключается в периодической оценке параметров контроля качества ККТ.

Технический результат заключается в создании способа определения межкалибровочного периода ККТ с использованием тест-объекта и специально разработанного ПО, направлен на оптимизацию процесса и сокращение времени проведении исследования. Время испытания от момента позиционирования тест-объекта до получения результатов расчета средних единиц /HU и занимает не более 10-15 минут.

Способ определения межкалибровочного периода асинхронной количественной компьютерной томографии направлен на решение о выполнении внеочередной калибровки. На основании проведения периодических испытаний, а также сравнении полученных оценок с данными, определенными по результатам первичных испытаний, принимается решение установки нового калибровочного интервала.

После очередной калибровки и далее регулярно, с периодичностью не реже одного раза в неделю, на рентгеновском компьютерном томографе, поддерживающем режим асинхронной ККТ, проводят сканирование тест-объекта с параметрами съемки, соответствующими параметрам исследования.

Тест-объект (фантом) представляет собой выполненный из полиметилметакрилата полый цилиндр с внешним диаметром 200 мм, толщиной стенки 10 мм и высотой 100 мм, к торцам которого с одной стороны жестко, а с другой стороны посредством резьбового соединения прикреплены, выполненные из того же материала, боковые цилиндрические крышки диаметром 200 мм и высотой 10 мм, внутри которого располагаются три жестко закрепленных, на неразборной боковой крышке, функциональных элемента, предназначенных для оценки параметров, используемых при определении межкалибровочного интервала асинхронной ККТ, а остальное свободное пространство в процессе проведения испытаний заполняется дистиллированной водой, при этом функциональные элементы представляют собой выполненные из полиметилметакрилата цилиндрические контейнеры с внешним диаметром 25 мм, толщиной стенки 2 мм и высотой 90 мм, заполняемые, со стороны свободно оканчивающихся оснований, раствором дигидрофосфата калия в различной концентрации, соответствующая норме, остеопении и остеопорозу. Данное решение позволяет приблизить калибровочную кривую к более точным показателям.

Схематическое изображение тест-объекта представлено на Фиг. 1, где используются следующие обозначения элементов: 1 - полый цилиндр; 2 - боковая цилиндрическая крышка, жестко прикрепленная к полому цилиндру (нижняя часть); 3 - боковая крышка, прикрепленная к полому цилиндру посредством резьбового соединения (верхняя часть); 4 - продольные метки; 5 - кольцевая метка.

На Фиг. 2 представлен тест-объект в разрезе (вид сбоку): 1 - полый цилиндр; 4 - продольные метки, положение которых соответствуют областям 3-х, 9-и и 12-и часов; 6 - цилиндрический контейнер, заполняемый дигидрофосфатом калия с концентрацией, соответствующей норме; 7 - цилиндрический контейнер, заполняемый дигидрофосфатом калия концентрацией, соответствующей остеопении; 8 - цилиндрический контейнер, заполняемый дигидрофосфатом калия с концентрацией, соответствующей остеопорозу

На Фиг. 3 показан тест-объект в разрезе (вид сверху): 1 - полый цилиндр; 2 - боковая цилиндрическая крышка, жестко прикрепленная к полому цилиндру (нижняя часть); 3 - боковая крышка, прикрепленная к полому цилиндру посредством резьбового соединения (верхняя часть); 5 - кольцевая метка; 6 - цилиндрический контейнер, заполняемый дигидрофосфатом калия с концентрацией, соответствующей норме (на размере не показана съемная крышка, используемая для закупорки контейнера); 8 - цилиндрический контейнер, заполняемый дигидрофосфатом калия с концентрацией, соответствующей остеопорозу (не показана съемная крышка, используемая для закупорки контейнера).

На полученных зарегистрированных изображениях, в пределах различных функциональных элементов конструкции тест-объекта, устанавливаются области интереса, для которых с использованием специализированного ПО. ПО создано на базе профессиональной среды разработки программ «Microsoft Visual Studio» с использованием языка программирования С++.

Функционально программа состоит из трех основных модулей. Первый модуль содержит набор процедур и функций, реализующих алгоритмы работы со всей поступающей в программу информацией. В качестве исходных данных выступают: набор зарегистрированных изображений фантома; тип проводимой проверки (получение базовых значений или контроль постоянства параметров); задаваемые пользователем сведения об аппарате (модель, заводской номер, предприятие-изготовитель, год выпуска и т.д.) и лечебно-профилактическое учреждение (ЛПУ), в котором он установлен (название, адрес, телефоны и т.д.); значения основных конструктивных параметров используемого при проведении испытаний фантома (диаметры и толщины стенок полого цилиндра, а также цилиндрических контейнеров); уровни допустимых отклонений оцениваемых параметров от базовых величин.

Второй модуль реализует алгоритмы расчета средних значений HU с использованием зарегистрированных изображений фантома, а также сравнения полученных значений с базовыми величинами и, наконец, третий модуль представляет собой базу данных. В этой базе содержится следующая информация: данные об аппарате и ЛПУ, указываемые пользователем; значения параметров съемки, при которых зарегистрированы изображения; геометрия расположения областей интереса для оценки средних значений HU, а также рассчитанные в различные моменты времени значения средних значений HU и уровни их отклонений от базовых величин.

При проведении первичных испытаний область интереса на изображениях тест-объекта задаются испытателем вручную, а рассчитанные значения средних чисел единиц Хаунсфилда сохраняют в базе данных программного обеспечения для последующего использования в качестве эталонных уровней. При проведении периодических испытаний установка областей интереса и определение в этих областях средних чисел единиц Хаунсфилда происходит автоматически.

Разработан метод, а также аппаратно-программный комплекс контроля точности определения МПК для периодического контроля параметров точности ККТ в рамках процедуры контроля параметров КТ. Оценка средних значений HU осуществлялась по трем центральным тест-объектам, имитирующим диапазон МПК от нормы до остеопении. На Фиг. 4 показан интерфейс основного окна ПО, используемого для обработки данных, регистрируемых при периодическом контроле параметров КТ, а также показано сообщение о положительном прохождении проверки.

Фиг. 4 демонстрирует интерфейс основного окна ПО. Стрелками отмечены границы области интереса, выбранные в пределах изображений функциональных элементов (цилиндрических контейнеров, заполненных дигидрофосфатом калия в различных концентрациях). В пределах областей интереса проводят расчет средних чисел единиц Хаунсфилда, а также среднеквадратичных отклонений чисел единиц Хаунсфилда в целях определении межкалибровочного интервала асинхронной ККТ.

Способ калибровки программы асинхронной количественной компьютерной томографии, заключающийся в том, что проводят сканирование тест-объекта на компьютерном томографе, поддерживающем режим асинхронной количественной компьютерной томографии, для полученной серии изображений рассчитываются показатели среднего значения единиц Хаунсифлда (HU) и среднеквадратического отклонения HU для каждого функционального элемента тест-объекта, при этом тест-объект представляет собой фантом, выполненный в форме полого цилиндра, внутри которого располагаются три функциональных элемента в виде цилиндрических контейнеров, заполняемых со стороны свободно оканчивающихся оснований раствором дигидрофосфата калия в концентрациях, соответствующих норме, остеопении и остеопорозу, а остальное свободное пространство фантома в процессе проведения испытаний заполняется дистиллированной водой.