Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки Российской Федерации
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»
|
Кафедра биотехнологии и биотехнических систем |
||||||||
|
(наименование кафедры) |
||||||||
|
Пакулина Мария Сергеевна |
||||||||
|
(фамилия, имя, отчество студента) |
||||||||
|
Институт |
ТиПХ |
курс |
4 |
группа |
2410909 |
|||
|
РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА |
||||||||
|
По дисциплине |
Технические методы диагностических |
|||||||
|
исследований и лечебных воздействий |
||||||||
|
На тему |
Улучшение качества рентгеновских |
|||||||
|
(наименование темы) |
||||||||
|
компьютерных томограмм методом пространственной фильтрации |
||||||||
|
Отметка о зачёте |
||||||||
|
(дата) |
||||||||
|
Руководитель |
доцент |
О.Е. Карякина |
||||||
|
(должность) |
(подпись) |
(и. о. фамилия) |
||||||
|
(дата) |
||||||||
|
Архангельск |
||||||||
|
2013 |
ЛИСТ ДЛЯ ЗАМЕЧАНИЙ
ОГЛАВЛЕНИЕ
|
Введение.................................................................................................................... |
4 |
|
|
1 |
Параметры реконструкции ренгеновских компьютерных томограмм |
5 |
|
в томаграфах разных поколений.................................................................................. |
||
|
2 |
Фильтрация рентгеновских компьютерных томограмм........................................ |
8 |
|
заключение................................................................................................................. |
12 |
|
|
Список использованной литературы....................................................................... |
13 |
ВВЕДЕНИЕ
Открытие немецким физиком Рентгеном проникающих сквозь непрозрачные объекты Х-лучей 8 ноября 1893 г. в лаборатории в Вюрцбурге произвело революцию в медицинской диагностике. Первое медицинское применение аппаратов Рентгена было сделано в Бирмингеме (Великобритания) для обнаружения и последующего удаления иголки в ладони.
С тех пор конструкция рентгеновских аппаратов и методики их использования не претерпели существенных изменений — совершенствовались отдельные узлы и детали, но не менялись основные принципы.
Основным недостатком обычной рентгенодиагностики является то, что происходит проектирование структур на плоскость и, вследствие этого, затенение одних органов другими, что можно избежать в компьютерной томографии.
Революционным изобретением, позволившим избавиться от этого недостатка, стало изобретение в начале 1970 г. компьютерного томографа. Это сделали Хаунсфнлд и Мак-Кормак, удостоенные за это Нобелевской премии 1979 г. В рентгеновском компьютерном томографе Хаунсфилда и Мак Кормака используется тонкий пучок рентгеновских квантов, пересекающий объект по всем возможным направлениям в необходимой плоскости.
Впервые такая задача была поставлена и решена математиком Радоном еще в 1917 г. Хаунсфнлд и Мак-Кормак и их последователи переоткрыли решение Радона, разработав попутно ряд новых алгоритмов решения основной задачи КТ, использующих возможности современной вычислительной техники. Они первыми получили реальное томографическое изображение [2].
1 ПАРАМЕТРЫ РЕКОНСТРУКЦИИ РЕНГЕНОВСКИХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТОМОГРАММ В ТОМОГРАФАХ РАЗНЫХ ПОКОЛЕНИЙ
Прогресс компьютерных томографов напрямую связан с увеличением количества детекторов, т.е. с увеличением числа одновременно собираемых проекций.
Аппарат первого поколения появился в 1973 г. Компьютерные томографы первого поколения были пошаговыми. Сканирование производилось шаг за шагом, делая по одному обороту на слой. Один слой изображения обрабатывался около 4 минут.
В компьютерных томографах второго поколения использовался веерный тип конструкции. На кольце вращения напротив рентгеновской трубки устанавливалось несколько детекторов (16 - 60). Время обработки изображения составило 20 сек.
Третье поколение компьютерных томографов ввело понятие спиральной компьютерной томографии. Трубка и детекторы за один шаг стола синхронно осуществляли полное вращение по часовой стрелке, что значительно уменьшило время исследования. Увеличилось и количество детекторов (512 - 1400). Время обработки и реконструкций заметно уменьшилось.
Четвертое поколение компьютерных томографов имеет 1100 - 1200 детекторов, расположенных по всему кольцу гентри. Вращается лишь рентгеновская трубка. Благодаря этому методу время вращения сократилось до 0,7 сек. Но существенного отличия в качестве изображений с КТ аппаратами третьего поколения не имеет.
Принципиальные схемы сканирования томографов 1-4 поколений представлены на рисунке 1.
а - 1 поколение; б - 2 поколение; в - 3 поколение; г - 4 поколение
Рисунок 1 - Принципиальные схемы сканирования томографов 1-4 поколений
В 1986 г.фирмой "Иматрон" выпущен компьютерный томограф V поколения, работающий в реальном масштабе времени [3].
Принципиальная схема сканирования в томографах пятого поколения представлена на рисунке 5.
Рисунок 5 - Принципиальная схема сканирования
в томографах пятого поколения
Внедрение в 1989 г. в медицинскую практику новой методики КТ спиральной томографии открыло принципиально новые возможности в диагностике целого ряда патологических состояний.
Спиральное сканирование заключается в одновременном выполнении двух действий: непрерывного вращения источника — рентгеновской трубки, генерирующей излучение, вокруг тела пациента, и непрерывного поступательного движения стола с пациентом вдоль продольной оси сканирования через апертуру гентри. В этом случае траектория движения рентгеновской трубки, относительно оси — направления движения стола с телом пациента, примет форму спирали.
Чем выше скорость движения стола, тем больше протяженность области сканирования. Важно то, что длина пути стола за один оборот рентгеновской трубки может быть в 1,5-2 раза больше толщины томографического слоя без ухудшения пространственного разрешения изображения.
Технология спирального сканирования позволила значительно сократить время, затрачиваемое на КТ-исследование и существенно уменьшить лучевую нагрузку на пациента [3].
С использованием программы «CTSim» был смоделирован и изучен процесс сбора данных и обработки изображений для I, II, III поколений рентгеновских компьютерных томографов. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры реконструкции компьютерных томограмм
|
Поколение РКТ |
Геометрия сканирования |
Кол-во детекторов |
Кол-во проекций |
Изображение томограммы |
|
I |
параллельная |
20 |
20 |
|
|
Продолжение таблицы 1 |
||||
|
Поколение РКТ |
Геометрия сканирования |
Кол-во детекторов |
Кол-во проекций |
Изображение томограммы |
|
II |
50 |
50 |
||
|
III |
веерная |
600 |
710 |
По полученным рентгеновским томограммам можно сделать вывод, что результат получаемого изображения зависит от поколения компьютерного томографа. Наиболее четкое и качественное изображение имеет томограф III поколения. Это связано с большим количеством детекторов и проекций.
2 ФИЛЬТРАЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТОМОГРАММ
Обычно изображения, сформированные различными информационными системами, искажаются действием помех. Это затрудняет как их визуальный анализ человеком-оператором, так и автоматическую обработку в ЭВМ. При решении некоторых задач обработки изображений в роли помех могут выступать и те или иные компоненты самого изображения.
Ослабление действия помех достигается фильтрацией. При фильтрации яркость (сигнал) каждой точки исходного изображения, искаженного помехой, заменяется некоторым другим значением яркости, которое признается в наименьшей степени искаженным помехой.
Пространственная фильтрация - воздействие на структуру потока излучения с целью придания желаемых свойств.
Чаще всего пространственная фильтрация сводится к преобразованию фурье-спектра. Кроме разложения волны в фурье-спектр применяются и иные виды разложений, например, с помощью преобразования Френеля, но значительно реже.
Пространственная фильтрация применяется для улучшения качества изображений, распознавания образов, осуществления их сортировки и т. п.
Профиль ослабления - пространственное распределение суммарного ослабления рентгеновского излучения исследуемым объектом, измеренное при определенном положении источника.
Метод реконструкции изображения включает в себя 2 этапа:
- свертка – процесс фильтрации высоких частот, позволяющий избежать размытия и искажения структур;
- обратное проецирование измеренных профилей ослабления – вычисление вклада каждой из измеренных и подвергнутых фильтрации проекций в реконструируемое изображение [1]
Для выполнения пространственной фильтрации рентгеновских компьютерных томограмм была использована программа «MathCAD».
На первым этапом были заданы выражения для тест-объектов: N=63, А=1, i=0..N. Функция для построения графика была определена по формуле (1):
(1)
По имеющимся данным был построен график, изображенный на рисунке 1.
Рисунок 1 – График функции
тест-объекта
Далее было выполнено прямое преобразование Фурье для перехода в частотную область: с=ffft(f), N=last(c), N=32, j=0..N.
В результате получен график спектра тест-объекта, изображенный на рисунке 2.
Рисунок 2 – График спектра тест-объекта
Следующим этапом был применен фильтр для фильтрации деталей с параметрами: Up=32,u0=1/a, α=1, d=1, а=0,2. Функция имеет вид:
Фильтрации тест-объекта была проведена путем умножения спектра на функцию фильтра:
dddj=cj*H(j). (3)
Далее выполнено обратное преобразование Фурье:
cddd=ifft(ddd), (4)
N=last(cddd). (5)
Графика тест-объекта после фильтрации представлен на рисунке 3:
Рисунок 3 – Функция тест-объекта
после фильтрации
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В результате выполнения данной работы было установлено, что увеличение числа детекторов и проекций существенно влияет на четкость получаемых компьютерных томограмм. В компьютерных томографах III, IV, V поколения достигается наилучшее качество изображений. Также было установлено, что на качество компьютерных томограмм оказывают влияние и методы фильтрации.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1 Мартынова Н.А. Автоматизированная обработка данных медико-биологических исследований [Текст]: Учеб. Пособие / Н.А. Мартынова, Т.А. Ермолина, О.Е. Травникова, А.Е. Коптелов. - Архангельск: Арх. гос. техн. ун-т., 2008. – 138 с.
2 Симонов Е.Н. Физико-математические основы проектирования томографических рентгеновских компьютерных комплексов: учеб. пособие для студ. вузов. Москва: Изд-во Наука, 2011. - 68 с.
3 Поколения компьютерных томографов [Электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. meddocjob.ru, свободный. – Загл. c экрана.