тест-объект для контроля эксплуатационных параметров и характеристик рентгеновских компьютерных томографов

Формула изобретения

Тест-объект для контроля эксплуатационных параметров и характеристик рентгеновских компьютерных томографов, содержащий объемный корпус из оргстекла, заполненный водой и снабженный съемными вставками, выполненными с возможностью установки в его полости, отличающийся тем, что объемный корпус выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда со съемной крышкой, снабженной отверстием для заполнения его водой, одна из съемных вставок выполнена в виде плоской алюминиевой пластины прямоугольной формы толщиной 0,9-1,0 мм, с возможностью установки ее в полости корпуса под наклоном и имеет сквозные отверстия разного диаметра в диапазоне от 0,5 до 2,5 мм, выполненные по всей длине пластины с шагом 0,5 мм, а другая - в виде жесткой объемной рамы из оргстекла, во внутренней полости которой размещены вольфрамовые проволоки диаметром 0,1-0,5 мм, и жестко центрирована внутри резервуара посредством цилиндрических втулок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рентгенодиагностической аппаратуре и предназначено для контроля эксплуатационных параметров и характеристик рентгеновских компьютерных томографов (РКТ).

В рентгенодиагностике компьютеры начали применяться с создания в 1972 году реконструкционного вычислительного томографа для исследования поперечных срезов головного мозга. В настоящее время такие устройства используются для исследования практически всех органов и систем организма человека.

Для проверки качества изображения компьютерных томографов используют специальные тест-объекты (фантомы). Они содержат в слое однородного материала определенной толщины набор геометрических тел разных размеров: цилиндр, шар, и т.п., отличающихся по плотности от окружающего материала.

Используя единую методику измерений основных параметров РКТ с помощью тест-объекта, можно оценить качество изображения и провести сравнение между собой различных томографов по их диагностическим возможностям.

Известен тест-объект (фантом) для контроля эксплуатационных параметров и характеристик рентгеновских компьютерных томографов, содержащий объемный корпус, заполненный однородным материалом в виде воды, и набор вставок разных размеров (см. «Рентгеновские диагностические аппараты». В 2 т. Том 2. Под ред. Н.Н.Блинова, Б.И.Леонова. М., ВНИИИМТ, НПО «Экран», 2001, стр.104-106, рис.9.5).

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является фантом для компьютерной томографии, содержащий объемный корпус из оргстекла, заполненный водой и снабженный съемными вставками, выполненными с возможностью установки в его полости. (Э.Г.Чикирдин и др. «Техническая энциклопедия рентгенолога», М.: МНПИ, 1996, с.411).

Анализ существующих аппаратно-программных средств контроля РКТ и нормативной документации, посвященной системам "quality assurance" РКТ, позволяет сделать заключение, что аппаратное обеспечение испытаний существенно отстает от интенсивного развития самой аппаратуры РКТ.

В частности, особенности оценки трехмерных (3D) изображений, которые реализуются во всех выпускаемых в настоящее время РКТ, до настоящего времени не нашли отражения в конструкциях тест-объектов для испытания РКТ.

Необходимость анализа 3D изображений, полученных с помощью спиральных и мультидетекторных РКТ, диктует ряд дополнительных требований к устройствам и приспособлениям для контроля.

1. Если применяемые ранее тест-объекты представляли собой, как правило, однослойные секции водно-пластмассовых дисков с различными геометрическими включениями, то для современных РКТ более пригодны протяженные конструкции, которые должны позволить за одно исследование (в крайним случае, за два-три) определить соответствующий параметр РКТ, например толщину слоя на всех сечениях одновременно.

2. Если существующие тест-объекты были ориентированы на исследования прежде всего головы и имели круглую форму, то подавляющее большинство современных РКТ-исследований относятся к исследованию всего тела, и, соответственно, форма тест-объектов для определения их параметров и характеристик не обязательно должна быть в форме цилиндра.

3. Протяженность тест-объекта, соответствующая многослойным РКТ изображениям, должна соответствовать длине 3D изображений. Это значение соответствует длине, приблизительно равной 250-300 мм. С учетом размеров современных гентри, имеющих диаметр, близкий к 600 мм, и среднего размера центральной области человеческого тела (грудная клетка на уровне сердца) ориентировочные размеры универсального тест-объекта РКТ должны составлять 300×200×300 мм.

4. Заполненный водой резервуар такого размера чрезвычайно громоздок при транспортировке и установке. Поэтому возможно уменьшение его длины в два-три раза при соответственной перестановке его по деке стола при исследовании. Однако такая перестановка может привести к дополнительной погрешности измерений из-за неточностей перестановки неточными движениями и установками при повторных включениях высокого напряжения.

5. Учитывая значительные размеры и вес подобного тест-объекта, целесообразно выполнять его разборным с возможностью заполнения водой и сборки после установки на деке РКТ в положение измерений.

Из перечисленных выше требований, предъявляемых к современным устройствам контроля, следует целесообразность изготовления тест-объекта в форме прямоугольного параллелепипеда из клееного оргстекла с крышкой из того же материала, отделенной от корпуса водозащитной прокладкой. Крышка должна легко сниматься для смены вставок, выполненных в форме удобных для транспортирования достаточно прочных конструкций.

Техническая задача изобретения - разработка тест-объекта для контроля эксплуатационных параметров и характеристик спиральных и мультидетекторных рентгеновских компьютерных томографов с целью контроля качества реконструкции трехмерных изображений.

Техническая задача достигается тем, что в тест-объекте для контроля эксплуатационных параметров и характеристик рентгеновских компьютерных томографов, содержащем объемный корпус из оргстекла, заполненный водой и снабженный съемными вставками, выполненными с возможностью установки в его полости, объемный корпус выполнен в форме прямоугольного параллелепипеда со съемной крышкой, снабженной отверстием для заполнения его водой, одна из съемных вставок выполнена в виде плоской алюминиевой пластины прямоугольной формы толщиной 0,9-1,0 мм с возможностью установки ее в полости корпуса под наклоном и имеет сквозные отверстия разного диаметра в диапазоне от 0,5 до 2,5 мм, выполненные по всей длине пластины с шагом 0,5 мм, а другая - в виде жесткой объемной рамы из оргстекла, во внутренней полости которой размещены вольфрамовые проволоки диаметром 0,1-0,5 мм, и жестко центрирована внутри резервуара посредством цилиндрических втулок.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид корпуса тест-объекта для РКТ, передняя стенка не показана; на фиг.2 - конструкция вставки для контроля высококонтрастного пространственного разрешения, крышка и передняя стенка не показаны; на фиг.3 - конструкция вставки для определения функции передачи модуляции (MTF).

Устройство контроля (тест-объект) включает корпус 1 (фиг.1), представляющий собой резервуар в форме прямоугольного параллелепипеда и съемные вставки 2 (фиг.2) и 3 (фиг.3).

Корпус 1 выполнен из оргстекла и снабжен съемной крышкой с отверстием для заполнения внутренней полости резервуара водой.

Съемная вставка 2 выполнена в виде плоской алюминиевой пластины 4 толщиной, например, 0,9-1,0 мм. Толщина пластина определяется, с одной стороны, тем, что необходимо обеспечить как можно больший контраст (желательно иметь толстую пластину), а, с другой стороны, тем, что при оценке толщины слоя точность оценки увеличивается при уменьшении толщины пластины. Указанные размеры толщины пластины представляют собой разумное решение этой проблемы.

При проведении контрольных операций с тест-объектом пластину 4 размещают во внутренней полости резервуара под наклоном. В плоской алюминиевой пластине 4 выполнены сквозные отверстия 5, оси которых ориентированы под углом к поверхности пластины, разного диаметра в диапазоне от 0,5 до 2,5 мм с шагом 0,5 мм. Отверстия необходимы для того, чтобы обеспечить требуемое пространственное разрешение. Указанный диапазон диаметров обеспечивает диапазон высококонтрастного пространственного разрешения рентгеновской томографической системы от 2 до 10 пар линий на см. Отверстия 5 повторяются по всей длине пластины 4. Съемная вставка 2 в виде пластины 4 с отверстиями 5 предназначена для контроля толщины выделяемого слоя и высококонтрастного пространственного разрешения рентгеновского компьютерного томографа, работающего в спиральном режиме.

Съемная вставка 3 выполнена в виде жесткой объемной рамы 6 из оргстекла, во внутренней полости которой размещены вольфрамовые проволоки 7 диаметром, например, 0,1-0,5 мм. Диаметр проволок должен быть много меньше, чем размер пикселя томографического изображения для того, чтобы «реакция» томографической системы на объект в виде проволоки была схожа с «откликом» линейной системы на импульс бесконечно малой длительности и бесконечно большой амплитуды ( -функция). Заметим, что в нашем случае бесконечно малая длительность -функции определяется диаметром проволоки, а бесконечно большая амплитуда - контрастом проволоки по отношению к окружающей среде (как правило, используется вода), именно поэтому в данном тест-объекте в качестве материала для проволок выбран вольфрам.

Вольфрамовые проволоки 6 расположены на различных расстояниях от центра тест-объекта.

Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.

Основными параметрами, проверяемыми при проведении контроля качества изображения рентгеновского компьютерного томографа, являются: уровни сигнала и шума, отношение сигнал/шум, однородность поля изображения, а также высококонтрастная разрешающая способность и толщина выделяемого слоя. Также при проведении испытаний проводят оценку частотно-контрастной характеристики (функции передачи модуляции) рентгеновского компьютерного томографа.

Предлагаемая конструкция тест-объекта позволяет контролировать все перечисленные выше параметры.

При проведении контроля РКТ вначале корпус 1 тест-объекта устанавливают на деке стола пациента, центрируют его таким образом, чтобы он попадал в зону трехмерного (3D) изображения по всей его длине, затем устанавливают требуемую вставку, например вставку 2 или вставку 3, производят заполнение резервуара 1 водой с помощью гибкого шланга, прилагаемого к тест-объекту. Затем, проследив отсутствие воздушных вкраплений, надевают и затягивают крышку специальными винтами.

Для контроля высококонтрастного пространственного разрешения и для контроля толщины выделяемого слоя РКТ, работающего в спиральном режиме, во внутреннюю полость резервуара корпуса 1 тест-объекта устанавливают вставку 2, выполненную в виде алюминиевой пластины 4 с отверстиями 5. Вставку 2 располагают под углом, как показано на фиг.2. Затем резервуар заполняют водой.

Контролируемые параметры определяют следующим образом. Выполнив сканирование тест-объекта, получают томографическое изображение наклонной алюминиевой пластины 4. Далее используя специальное программное обеспечение, по полученным томографическим изображениям тест-объекта рассчитывают толщину выделяемого слоя рентгеновского томографического изображения и высококонтрастное пространственное разрешение рентгеновской томографической системы.

С помощью вставки 3 моделируется «реакция» томографической системы на -функцию, роль которой выполняют вольфрамовые проволоки. По полученным изображениям проволок этой вставки оценивают функцию передачи модуляции (MTF).

Для проведения контроля во внутреннюю полость резервуара 1 устанавливают жесткую раму 6, выполненную из оргстекла, с вольфрамовыми проволоками 7, например, как показано на фиг.3.

Используя специальное программное обеспечение, по полученным томографическим изображениям вольфрамовых проволок 7 указанной вставки 3 рассчитывают функцию передачи модуляции рентгеновской томографической системы.

Для определения параметров: уровень сигнала, шума, отношение сигнал/шум, однородность поля (на уровне числа компьютерных томографических единиц равного нулю), съемные вставки не используют. В данном случае внутреннюю полость резервуара корпуса 1 заполняют водой и проводят операции контроля.

Предлагаемое изобретение имеет существенные преимущества по сравнению с ранее известными системами контроля: возможность контроля качества реконструкции трехмерных изображений при достаточно простой конструкции самого устройства контроля (тест-объекта).

Таким образом, предлагаемое изобретение содержит совокупность признаков, необходимых и достаточных для решения поставленной технической задачи, а именно разработка тест-объекта для контроля эксплуатационных параметров и характеристик спиральных и мультидетекторных рентгеновских компьютерных томографов с целью контроля качества реконструкции трехмерных изображений.