Будь умным!


У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.ru

Северный Арктический федеральный университет имени М.html

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2016-01-17


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

С помощью операции свертки (фильтрации) можно избежать искажения и размытия структур. Процессы фильтрации и обратного проецирования позволяют отобразить структуры с низкой плотностью. Процесс обратного проецирования приводит к вычислению вклада каждой из измеренных фильтрации проекций в реконструируемое изображение [1].


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.




1. 2012р Шифр Вказати правильну відповідь закінчити реченнядописати пропущене слово в
2. РостовскийнаДону колледж информатизации и управления ГБОУ СПО РО РКИУ
3. Доклад- Социальная дезадаптация
4. странице http---www.bmompress
5.  Становление сущности иудейского права
6. Тема Микроэкономика как часть современной экономической теории Выполнил- Студент Абдуллина Л
7. Дипломная работа СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ГЛАВА 1
8. Реферат- Технические открытия и изобретения в XI-XV веках
9. В Подпись- Замечания консультанта-
10. реферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата медичних наук Харків 1999 Дисертацією є
11. Элемент управления привязывается к ячейке и затем создается формула использующая адрес связи для поиска
12. Географические открытия
13. ТЕМАХ НА ОСНОВІ НЕКЛАСИЧНИХ МЕТОДІВ СТАТИСТИКИ 05
14. модуль ПМ.01 Организация и управление торговосбытовой деятельностью Разработала
15. 1 Понятие и нормативные основы рассмотрения дел в суде кассационной инстанции
16. Физическая география
17. Берестейська церковна унія та її наслідки для укр
18. РЕФЕРАТ Политическая воля Выполнила- Студентка 3 курса 13 группы Юридического факультета Специально.html
19. Эмманюэль Шмитт Оскар и Розовая дама Аннотация Книга Э
20. реферат дисертації на здобуття наукового ступенякандидата технічних наук Тернопіль ~