Модуль ввода-вывода информации системы цифровой рентгенографии (стр. 1 из 12)

1 Введение

Настоящая пояснительная записка отражает результаты исследований выполненных в период дипломного проектирования по проблеме связанной с совершенствованием аппаратуры цифровой рентгенографии.

За последние десятилетия были разработаны системы для рентгеновских исследований, в которых одновременно используются компьютеры, телевизионные камеры и мониторы, что позволило резко повысить эффективность рентгенографии за счет компьютерной обработки оцифрованных изображений.

Следует отметить, что рентгенография тесно связана с именем выдающегося немецкого ученого – Вильгельмом Конрадом Рентгеном (1845 1923).

Сегодня в медицинскую практику внедрено множество средств и методов получения диагностического изображения. Но основная нагрузка приходится на рентгенодиагностические средства, с помощью которых ставится почти 75% диагнозов. Рентгенография же в диагностике играет ведущую роль.

Вступая в XXI век, рентгенология переходит на качественно новый уровень, подготовленный новейшими разработками, которые базируются на цифровом телевидении и компьютерной технике. Качество рентгеновского изображения в цифровых системах улучшается на столько, что снимок рентгеновского изображения на пленку утрачивает функции эталонного изображения.

Наиболее совершенные рентгенотелевизионные системы с цифровыми камерами уже превзошли рентгенографию на пленку с усиливающими экранами в десятки раз по динамическому диапазону, в несколько раз по

чувствительности, минимум в 2 раза по контрастной чувствительности и сравнились по разрешающей способности. Высокие затраты на расходные материалы (пленка, химикаты), низкая производительность и высокая трудоемкость, а также нечистая технология, связанная с фотохимическими процессом, при съемках на пленку сыграют свою роль и со временем пленка будет полностью вытеснена из рентгенологии цифровыми снимками. Твердая копия рентгеновского изображения будет не нужна, когда отделения лучевой диагностики медицинских учреждений объединятся в информационные сети с цифровыми архивами [2].

Целью дипломного проекта является улучшение качества изображений системы цифровой рентгенографии.

Для достижения указанной цели были решены следующие взаимосвязанные задачи:

· поиск информационных источников по проблемам совершенствования цифровой рентгенографии;

· анализ тенденций модернизации систем цифровой рентгенографии;

· синтез технических решений, направленных на улучшение технических характеристик систем цифровой рентгенографии.

Во 2-ой главе пояснительной записки (ПЗ) представлены материалы об общих положениях систем цифровой рентгенографии.

В 3-ей главе описывается техническое обеспечение системы.

В 4-ой главе представлено описание самого модуля ввода/вывода данных.

В последующих главах содержится информация о безопасности, экологичности и эффективности изделия.

2 Основы цифровой рентгенографии

Современная медицинская интроскопия имеет в своем арсенале сотни разнообразных приборов, использующих рентгеновское излучение с энергиями от 10 до 100 кэВ (рентгеновская диагностика), гамма-излучение искусственных радиоактивных изотопов с энергиями 10 – 300 кэВ (изотопная диагностика), инфракрасное излучение человеческого тела (тепловидение), оптический диапазон излучений (эндоскопия). Ведутся исследования по регистрации излучения человеческим телом радиочастотного диапазона (СВЧ-интроскопия). Используются источники СВЧ для получения изображений внутренних структур организма на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР-интроскопия).

Задачи, решаемые ЭВМ, в медицинской интроскопии можно разделить на три основных типа. Первый – обработка информации, включая и непосредственную обработку изображений. Второй – синтез двух- и трехмерных изображений по серии разноракурсных одномерных сигналов детекторов, чувствительных к применяемому для исследования виду излучения. Это так называемая компьютерная томография. Третий – автоматический анализ медицинских изображений. При всем разнообразии методов по принципу регистрации их можно разделить на четыре группы (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Четыре вида интроскопии по принципу регистрации излучения от объекта, Лист 1

Рисунок 2.1 – Четыре вида интроскопии по принципу регистрации излучения от объекта, Лист 2

· регистрация излучения, прошедшего через исследуемый объект (рисунок 2.1, а). Источник излучения И и приемник П располагаются на противоположных сторонах объекта О. Естественно, такой метод применим только при использовании сильного "проникающего" излучения: рентгеновского, иногда ультразвуковых волн, потока нейтронов.

· регистрация отраженного излучения (рисунок 2.1, б). Приемник при этом может располагаться там же, где и источник, либо рядом с ним в зависимости от того, какой отраженный сигнал требуется зарегистрировать. Иногда источник совмещается с приемником. Подобным образом работают оптические внутриполостные эндоскопы и ультразвуковые сканеры.

· регистрация собственного излучения объекта. Живые организмы излучают инфракрасное и электромагнитное излучения радиочастотного диапазона. Если в исследуемый орган введен радиоактивный изотоп, то регистрируется распределение его активности (изотопная диагностика) (рисунок 2.1, в).

· регистрация рассеянного излучения (рисунок 2.1, г). Взаимодействуя с тканями организма, проникающее излучение частично поглощается, частично проходит через объект без изменений, а существенная доля излучения видоизменяется: меняет направление и энергию – рассеивается во все стороны. Частным случаем рассеяния является отражение. На принципе регистрации рассеянного излучения построены некоторые типы рентгеновских томографов. Сюда же можно отнести томографы на основе ядерного магнитного резонанса.

Во всех четырех типах интроскопии необходимо производить многоступенчатое преобразование изображений для приведения их к виду, доступному для анализа оператором. Несмотря на то, что излучатели и первичные преобразователи излучения в каждом виде интроскопии специфичны по конструкции и целиком зависят от вида применяемого излучения, дальнейший тракт преобразования излучения и его обработки для большинства систем практически одинаков. Преобразователи излучения, как правило, превращают скрытое изображение, полученное в используемом излучении, либо в оптическое, доступное глазу (на флюоресцентном экране, фотопленке или фотобумаге), либо в последовательность электрических сигналов. Оптическое изображение может быть усилено с помощью электронно-оптических методов усиления и также превращено в последовательность электрических сигналов с помощью, например, телевизионных систем либо подано для изучения оператором.

Электрические сигналы представляют собой наиболее удобную форму для последующей обработки изображения. Необходимость этой обработки диктуется особенностями восприятия изображений. Иногда на изображении выгодно подчеркнуть линию, выделить контур, иногда высветить текстуру. Обработка может осуществляться как электронными аналоговыми, так и цифровыми методами. Для целей цифровой обработки аналоговые сигналы превращаются в дискретную форму с помощью аналого-цифровых преобразователей АЦП и в таком виде поступают в ЭВМ [6].

В настоящее время, ведущее место в интроскопии занимает цифровая рентгенография. Это следует из того, что во многих случаях по диагностическим возможностям альтернативы рентгеновским лучам все еще нет. А современные достижения науки и техники позволяют существенно снизить лучевую нагрузку при рентгенологических исследованиях и значительно расширить диагностические возможности.

Следует отметить, что аналоговые системы зачастую имеют очень жесткие ограничения на экспозицию из-за малого динамического диапазона, а также скромные возможности по обработке изображений. Цифровые рентгенографические системы позволяют получать изображения при любом необходимом уровне дозы, причем эти изображения можно обрабатывать и отображать самыми различными способами. Такие системы являются более дорогостоящими, нежели обычные рентгеновские системы, однако по мере развития компьютерной техники и систем визуализации находят все более широкое применение.

2.1 Цифровая рентгенография

Информационная емкость рентгеновского изображения намного превосходит зрительное восприятие врача-рентгенолога. Если при опознании зрительных образов (при чтении рентгеновского изображения) мозг достигает скорости восприятия 70 бит в секунду, то скорость усвоения информации используемых в медицине ЭВМ достигает 7000 бит/с и более.

Разнообразные возможности, возникшие в результате использования эффективных цифровых вычислительных устройств, дали кардинальный толчок развитию радиологической техники. Многие методы исследования, такие как "компьютерная" томография и магнитно-резонансная томография, существуют благодаря цифровой технике, так как при использовании этих методов изображение возникает в результате переработки измеряемых величин в процессоре изображения, и на смену общепринятым проекционной радиографии и рентгеноскопии приходят соответствующие цифровые методы.