Томограф

 

Соеэ Советскин

Социалистическин

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. спид-ву— (22) Заявлено 19. 03. 81 {21) 3254002/18-25 с присоединением заявки М— (23) Приоритет

6 01 Т 1/17

С 01 К 23/04// ..А 61 В 6/02.

9кудеретмнный квинтет

СССР но делеи нзееретеннй н етнритнй

Опубликовано 15.05.82. Бюллетень М 18 (53) 3 ДК 616-073.75(088.8) Дата опубликования описания 15.05.82

И. Б. Рубашов, А. А. Тимонов, 6. И. Рап ин, Ю. В. Дорофеев и А. В. Бестряков,-. !

Всесоюзный научно-исследовательский п1 оектно--, Р конструкторский и технологический инстйтут сабельной промышленности (72) Авторы изобретения (7!} Заявитель (54 ) ТОМОГРАФ

Изобретение относится к устройст- вам для реконструктивной (компьютерной) томографии и предназначено для количественных интроскопических исследований различных. сред и медицинской диагностики с помощью ионизирующего излучения.

Известны способы и устройства для реконструктивной томографии, которые содержат источники ионизирующего из" лучения, блоки регистрации, блоки предварительной обработки данных, усиления сигналов, преобразования их в цифровую форму, фильтрации проекций, формирования томографического изображения, ЭВИ и средства отображения т3 томографического изображения t1) .

Однако во всех устройствах процесс реконструкции томографического изображения, осуществляемый с помощью аналоговых или цифровых устройств и основанный на синтезе двумерного изображения из фильтрованных одномер-. ных измеренных проекций объекта, не учитывает в полном объеме того,что результаты томографического обследования известны с некоторой погрешностью, а фильтрация экспериментальных результатов осуществляется с помощью фильтра, характеристики которого недостаточно согласованы с погрешностью результатов измерений и качественными характеристиками томографического изображения. Это приводит к тому, что томографическое изображение может в ряде случает не отве" чать таким требованиям исследований, как визуализация малоконтрастных неоднородностей, отсутствие требуемого пространственного разрешения, что может привести к неоднозначности, например; медицинского диагноза.

Во всех известных устройствах не предусматриваются средства для осуществления оперативного вмешательства в процесс формирования и реконструкции томографического изображе"

:ния, а также отсутствуют средства, 3 92827 позволяющие работать устройствам в диалоговом режиме.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для реконструктивной томографии, содержащее источник ионизирующего (рентгеновского ) излучения и последовательно соединенные блок регистрации излучения, блок преобразования данных, блок фильтрации, щ блок формирования данных, ЭВИ и блок отображения томографического изображения Г2).

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

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

35 блоком регистрации излучения, и характерными особенностями реконструируемого томографического изображения.

4О

Поставленная цель достигается тем, что томограф, содержащий источник ионизирующего излучения и последовательно соединенные блоки регистрации излучения, преобразования данных, фильтрации, формирования проекций, ЭВИ и блок отображения томографического изображения дополнительно содержит блоки аналоговой коррекции и формирования фильтрующей функции с двумя входами, а также блок формирования параметров фильтрации, причем первый вход блока аналоговой коррекции соединен с выходом блока регистрации излучения, выход соединен с входом блока преобразования данных, выход которого соединен с первым входом блока форми7 4 рования фильтрующей функции, выход которого соединен с входом блока фильтрации, вход блока формирования параметров фильтрации соединен с

ЭВМ и выходом блока формирования проекций,а его выход соединен с вторымй входами блоков аналоговой коррекции и формирования фильтрующей функции.

Блок аналоговой коррекции содержит два мультиплексора на первом входе и выходе соответственно, на втором входе — формирователь корректирующей функции, соединенный с мультиплексорами через синхронизатор, систему последовательно соединенных друг с другом пар интеграторов и умножителей, которые параллельно подключены к мультиплексорам, причем управляющие входы умножителей соединены с выходом формирователя корректирующей функции, а управляющие входы интеграторов соединены с выходом синхронизатора, вход которого подключен к первому входу блока аналоговой коррекции.

Блок формирования фильтрующей функции содержит на первом входе блок быстрого преобразования Фурье, последовательно соединенный с арифметическим устройством и блоком быстрого обратного преобразования

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

На фиг. 1 изображена блок-схема томографа; на фиг. 2 — схема блока аналоговой коррекции; на фиг. 3 схема блока формирования фильтрующей функции; на .фиг. 4 - диаграмма работы блока аналоговой коррекции.

Томограф {фиг.t) содержит источник ионизирующего излучения, платформу 2 для установки исследуемого объекта, блок 3 регистрации излучения детекторы ионизирующего излучения, усилители, механическую систему сканирования и устройства их синхронизации, выход которого соединен с первым входом блока 4 аналоговой коррекции, выход которого через блок

5 преобразования данных соединен с первым входом блока 6 формирования фильтрующей функции и входом блока

7 фильтрации, ко входу которого подключен выход блока 6, а выход блока

7 соединен через блок 8 формирования проекций с блоком 9 формирова5 928277 6 ния параметров фильтрации, причем поговой коррекции, устраняющего исего выходы соединены со вторыми вхо- кажения вносимые в измерения блоком дами блока 4 аналоговой коррекции . 3 регистрации излучения (нестабильи блока б формирования фипьтрующей :ность работы детекторов, усилитефункции на вход подключена ЭВМ 1О > пей, неточность движения механичеспоследовательно с блоком 11 отобра- кой системы сканирования) . жения томографического изображения. "о пРихоДУ первого сигнала синБлок 9 формирования параметров фильт- хронизатор 15 Формирует управляющие рации может быть выполнен из пяти импульсы, поступающие на мультиплек- последовательно соединенных специ- 1О соры 12 и 13, а также на формироализированных процессоров, а блок 11, атель 14 корректирующей функции, отображения томографического изоб- интеграторы 16 и умножители 17, Входражения представляет собой систему ной мультиплексор 12 коммутирует сигвнешних запоминающих устройств, тер- Hs, поступающие с блока 3 на вхоминалов и дисплеев. gy ды умножителей 17 в каждый. момент

Блок 4 (фиг.2) аналоговой кор- времени. В этот же момент времени рекции содержит два мультиплексора формирователь 14 подает на входы

12 и 13 на первом входе и выходе со- умножителей 17 аналоговый сигнал, ответственно, также содержит на вто- представляющий .собой корректирующую ром входе формирователь 14 коррек- функцию Kdo(t -t) (фиг.Ц, который тирующей функции, соединенный с муль- формирует произведение скоммутиротиплексорами 12 и 13 через синхрониэа- ванного мультиплексором 12 сигналов тор 15, систему последовательно сое- . c корректирУющей Функцией в интердиненных друг с другом. пар интегра- - вале времени. (й -Т, t + ц. С выторов 16 и умножителей 17, которыа хода умножителей 17 аналоговые сигпараллельно подключены к мультиплек- .: напы поступают на вход интегратоcops 12 и 13, причем управляющие . poa 16, каждый из которых накаппивходы умножителей 17 соединены с вы" ходом формирователя 14, а управляю- . i 1 ®"сто(.-МЖ щие входы интеграторов 16 соединены

30 с выходом синхронизатора 15, вход ко-. Фиг. 4, которые, в свою очеторого подключен к первому входу . Редь, поступают в каждый момент блока 4 аналоговой коррекции. в выходной мультиплексор 1.3, осущест

Блок 6 Формирования Фильтрующей вляющий формирование скорректированфункции (фиг 3) содержит на первом ных сигнапов в аналого-дискретной вхо е блок 18 оде блок 18 быстрого преобразова- форме. Параметры d.o, необходимые

М. ния Фурье, последовательно соеди- : для формирования функции tc + (t - ) ненный с арифметическим устройст- поступают на вход формирователя о вом 19 и блоком 20 быстрого обратно- с блока 9. Далее скорректированные го преобразования Фурье на выходе, сигналы квантуются по уровню и преобразуются в цифровую форму блоком

19 снабжено числовым в

9 с абжено числовым входом, обра" 5 преобразования данных и поступают зующим второй вход блока б формиро" На вход блока 7 фильтрации и первый вания фильтрующей функции. . вход блока 6 формирования фильтрую"

Томограф работает следующим об- щей функции.В блоке 6 с помощью бло ° разом. °, 45 ка 18 быстрого преобразования Фурье

Вся система регистрации и обра- находится Фурье-образ измеренных сигботки сигналов приводится в началь- налов Р@(ю), арифметическое устный режим с помощью управляющей ЭВИ - ройство 19 вычисляет фильтрующую

10. Источник l ионизирующего иэлу- функцию )с (м)«-, где А=6o 1 чения совместно с блоком 3 регистра- ® dy - параметры фильтрации, формиру= -аш = o 3(Lo)) ции излучения сканирует исследуемый емые блоком 9 и поступающие на счетобъект, установленный на платформе ный вход арифметического устройст2. С выхода блока 3, усиленные сиг- ва 19; A(w) и S(w)- оценки спектналы, характеризующие пространст- ральных плотностей шума и сигнала венное положение источника 1 и де- 1 соответственно, полученные на оснотекторов и связанные с интенсивно- ве предварительных фантомных изместью регистрируемого излучения, по- рений. После умножения Pg(uo) на ступают на первый вход блока 4 ана- k (m), т.е. после осуществления

920277 фильтрации, сигналы поступают на блок 20, осуществляющий быстрое обратное преобразование Фурье отфильтрованных сигналов, которые поступают на блок 8 формирования проекций и через блок 9 формирования параметров фильтрации и ЭВИ 10 на блок 11 отображения томографического изображения. Блок 9 с помощью первого процессора осуществляет поиск и анализ информативных признаков изображения.

Второй процессор осуществляет кластеризацию изображения, третийпосле статистического анализа фор- >5 мирует ковариационную матрицу, четвертый - осуществляет сегментацию изображения и пятый — формирует параметры фильтрации aLо, которые поступают в блоки 4 и б, формирующие кор- гв ректирующую и фильтрующую функции соответственно, причем синхронизация работы всех процессоров осуществляет управляюцая ЭВМ 10 с возможностью оперативного вмешательства операто- 25 ра через блок,11 отображения томографического изображения.

Предложенный томограф реализует адаптивный режим обработки регистрируемой информации в процессе из- 5В мерения, который математически описывается выражениями

Р (1) 1 1<с (S 1)Р (5) дэ (1)

f(x,y)= -") Рд(х.cos &+y-51пе) -d8>

Jt где Р (1) - фильтровалыные проекции1

1(х,у) - реконструированное томографическое изоб- 4> ражение;

Q(S-1) - фильтрующая функция, зависящая от параметров фильтрации

4.о, которые каждый раз выбираются на основе анализа погрешности результатов измерений и информативных признаков, получаемого в процессе измерений томографического изображения, причем параметры eLO также позволяют уменьшить погрешность ре50 зультатов путем их коррекции еще до их цифровой обработки.

В известном устройстве вид фильтрующей функции к(Б-1) априори задан и не учитывает информации, получае55 мои в процессе измерений, что приводит к нежелательному подавлению высокочастотных составляющих спектра Ъ

РВ(м), а значит — к потере информации о тонкой структуре томографического иэображения, Таким образом, томограф, реализующий,режим адаптивной обработки информации в процессе измерений, позволяет повысить точность результатов, пространственное разрешение и контрастность томографического изображения, поскольку производит реконструкцию каждой выделенной зоны изображения с адаптированными к этой зоне параметрами Фильтрации и осуществляет сегментацию реконструированного изображения в соответствие с требуемой целью исследований, что, в конечном счете, существенно повышает достоверность диагноза при использовании томографа в медицинской диагностике.

Формула изобретения

1, Томограф, содержаций источник ионизируюцего излучения и последовательно соединенные блок регистрации излучения, блок преобразования данных, блок фильтрации, блок отоб ражения томографического изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности результатов, пространственного разрешения и контрастности томографического изображения путем использования адаптивного режима обработки регистрируемой информации в процессе измерений, томограф дополнительно содержит блоки аналоговой коррекции и формирования фильтрующей функции с двумя входами, а также блок формирования параметров фильтрации, причем первый вход блока аналоговой коррекции соединен с выходом блока регистрации излучения, выход соединен с входом блока преобразования данных, выход которого соединен с первым входом блока формирования фильтрующей функции, выход которого соединен со входом блока фильтрации, вход блока формирования параметров фильтрации соединен с ЭВМ и выходом блока формирования проекций, а его выход соединен с вторыми входами блоков аналоговой коррекции и формирования фильтрующей функции.

2. Томограф по и. 1, о т л и ч аю шийся тем, что блок аналоговой коррекции содержит два мультиплексора на первом входе и выходе

9282 соответственно, на втором входеформирователь корректирующей Функции, соединенный с мультиплексорами через синхронизатор, систему последовательно соединенных друг с другом пар интеграторов и умножителей, которые параллельно подключены к мультиплексорам, причем управляющие входы умножителей соединены с выходом формирователя корректирующей функции, а yn- >o равляющие входы интеграторов соединены с выходом синхронизатора, вход которого подключен к первому входу блока аналоговой коррекции.

3. Томограф по п.l, о т л и ч а- и ю шийся тем, что блок формирования фильтрующей функции содержит

77 1О на первом входе блок быстрого преоб разования Фурье, последовательно соединенный с арифметическим устройством и блоком быстрого обратного преобразования Фурье на выходе

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

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Brooks R.À. Phys. Med and

Biol, 1976, v 21, р, 689-7322. Проспект фирмы- "Siemens"

information on Computed Tomography

Systems, Fields of Арр1ication,р.4"5, выставка "Здравоохранение-80".

928277

1 ь

Ф у

4с

Ь

Фф

Составитель В. Мухин

Редактор Т. Парфенова Техред M. Надь Корректор H. Стец

Заказ 3232/58 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, M-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,. ул. Проектная, 4