ифровые
системы
в медицинской
рентгенодиагностике
Михаил Израилевич Зеликмандоктор технических наук, замести¬
тель директора по научной работе
НПЦ медицинской радиологии Де¬
партамента здравоохранения г. Мо¬
сквы, профессор кафедры лучевой
диагностики ГОУ ДПО РМАПО
Федерального агентства по здраво¬
охранению и социальному разви¬
тию; автор более 100 научных ра¬
бот.
14t,Tt. ЗелшсмлнЦифровыесистемы
в медицинскомрентгенодиагностикеиМОСКВА «МЕДИЦИНА» 2007
УДК 616-073.75:681.32
ББК 32.995
349Рецензент — доктор технических наук, проф. Н. Н. БлиновЗеликман М. И.349 Цифровые системы в медицинской рентгенодиагно¬
стике. — М.: ОАО «Издательство «Медицина», 2007. —
208 с.: ил. ISBN 5-225-03991-ХВ данной монографии впервые в отечественной научной литературе
на современном уровне изложены способы формирования цифровых
рентгеновских изображений, их математической обработки, особенно¬
сти построения, эксплуатации и контроля характеристик цифрового
оборудования для различных разделов медицинской рентгенодиагно¬
стики.Для врачей-рентгенологов, рентгенолаборантов, инженеров и тех¬
ников, студентов, ординаторов и аспирантов.ББК 32.995ISBN 5-225-03991-Х	© М. И. Зеликман, 2007Все права автора защищены. Ни одна часть этого издания не может быть зане¬
сена в память компьютера либо воспроизведена любым способом без предвари¬
тельного письменного разрешения издателя.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙАРМ — автоматизированное рабочее место
ДЦП — аналого-цифровой преобразователь
ВОЗ — Всемирная организация здравоохранения
£С — Европейское Сообщество
Ж КТ — желудочно-кишечный тракт
ЛВС — локальная вычислительная сеть
ЛПУ — лечебно-профилактическое учреждение
МИК — многоканальная ионизационная камера
МП К — многопроволочная пропорциональная камера
МРТ — магнитно-резонансная томография (магнитно-резонанс¬
ный томограф)МЦРУ — малодозовая цифровая рентгенографическая установкаМЭК — Международная электротехническая комиссияНПЦ — научно-практический центрОЗУ — оперативное запоминающее устройствоПЗС — прибор с зарядовой связьюПО — программное обеспечениеПЭТ — позитронно-эмиссионная томография (позитронно-эмис-сионный томограф)РДА — рентгенодиагностическая аппаратура (рентгенодиагности¬
ческий аппарат)РКТ — рентгеновская компьютерная томография (рентгеновскийкомпьютерный томограф)РПУ — рентгеновское питающее устройство
РЭОП — рентгеновский электронно-оптический преобразователь
СПО — слой половинного ослабления
УЗИ — ультразвуковое исследование
УОРП — устройство для оцифровки рентгеновских пленок
УРИ — усилитель рентгеновского изображения
Ч КХ — частотно-контрастная характеристика
ЭОП — электронно-оптический преобразователь
CAD — Computer Aided Detection / Diagnosis (обнаружение пато¬
логии/постановка диагноза с помощью компьютера)CD — Compact Disk (компакт-диск)CIS _ Continuous Imaging Strip (непрерывная визуализациястроки)frк — Computed Radiography (компьютерная рентгенография)
DICOM- Digital Imaging and Communications in Medicine (цифровая
п	визуализация и связь в медицине)QE — Detective Quantum Efficiency (квантовая эффективность
п	регистрации)JvD — Digital Video Disk (цифровой видеодиск)5
GUID — Global Unique Identifier (глобальный уникальный иденти¬
фикатор)HIS — Hospital Information System (информационная система ле¬
чебно-профилактического учреждения)MTF — Modulation Transfer Function (функция передачи модуля¬
ции)PACS — Picture Archiving and Communication System (система архи¬
вирования и передачи медицинских изображений)RIS — Radiology Information System (информационная системаотделения лучевой диагностики)SQ — Sequence (последовательность элементов данных)UID — Unique Identifier (уникальный идентификатор)VR — Value Representation (представление значения)
ОГЛАВЛЕНИЕПредисловие	 11Глава 1. Методы формирования цифровых изображений	151.1.	Непрерывные и дискретные рентгенодиагностические изо¬
бражения 	 151.2.	Пространственное и частотное представление дискретных
изображений	 16Список литературы	 21Глава 2. Цифровые приемники рентгеновского изображения	222.1.	Классификация цифровых систем для рентгенодиагно¬
стики 	 222.2.	Системы с формированием цифровых изображений в ре¬
жиме нереального масштаба времени	 252.2.1.	Системы на базе стимулируемых люминофоров	252.2.2.	Устройства для оцифровки рентгеновских пленок	292.3.	Системы с формированием цифровых изображений в ре¬
жиме квазиреального масштаба времени		332.3.1.	Прямая рентгенография	 332.3.1.1.	Приемники рентгеновского изображения на
базе селенового барабана	 332.3.1.2.	Приемники рентгеновского изображения, ис¬
пользующие плоские панели на основе
аморфного селена	 372.3.1.3.	Приемники-преобразователи на базе газовых
ионизационных камер для сканирующих сис¬
тем 	 382.3.2.	Непрямая рентгенография	 412.3.2.1.	Системы с трактом формирования цифрового
рентгеновского изображения на основе УРИ
(предназначенные для рентгенографии). . . 412.3.2.2.	Системы с трактом формирования цифрового
рентгеновского изображения, построенном
на основе комбинации: сцинтилляционный
экран — светосильная оптика — ПЗС-мат-
рица	 442.3.2.3.	Приемники с плоскими панелями на основе
аморфного кремния (для рентгенографии) . 46
2.3.2.4. Приемники рентгеновского изображения на
базе линеек полупроводниковых элементов
для сканирующих систем	 482.4.	Системы с формированием цифровых изображений в ре¬
жиме реального масштаба времени	 502.4.1.	Системы с трактом формирования цифрового рентге¬
новского изображения на основе УРИ (предназна¬
ченные для рентгеноскопии)	 502.4.2.	Приемники, содержащие плоские панели на основе
аморфного кремния (предназначенные для рентгено¬
скопии) 	 512.5.	Основные медико-технические характеристики цифровых
приемников рентгеновского изображения	 51Список литературы	 55Глава 3. Аппаратное оснащение и математическое обеспечение
автоматизированных рабочих мест для медицинской цифро¬
вой рентгенологии	 583.1.	Аппаратное оснащение АРМ врача-рентгенолога и рентге-
нолаборанта	 593.2.	Состав и структура математического обеспечения АРМ
цифровых систем для рентгенодиагностики	 643.2.1.	Математическая обработка цифровых рентгеновских
изображений	 663.2.2.	Архивирование рентгенодиагностической информа¬
ции. Международный стандарт DICOM 3.0 ... . 713.2.3.	Возможности формализованного описания результа¬
тов исследований	 79Список литературы	 82Глава 4. Методы и средства контроля характеристик цифро¬
вых приемников рентгеновского изображения	 854.1.	Методы и средства контроля пространственной разрешаю¬
щей способности, контрастной чувствительности, геомет¬
рических искажений и динамического диапазона .... 874.1.1.	Контроль пространственной разрешающей способно¬
сти 		874.1.2.	Контроль контрастной чувствительности		904.1.3.	Контроль геометрических искажений		924.1.4.	Контроль динамического диапазона		944.2.	Методы и средства контроля характеристики деталь-кон-
траст		964.3.	Квантовая эффективность регистрации приемников рент¬
геновского изображения		1004.3.1.	Основные положения	 1014.3.2.	Оценка квантовой эффективности регистрации в об¬
ласти нулевых пространственных частот	 1058
4.3.3. Зависимость квантовой эффективности регистрацииот пространственных частот	 1084 4. Методы и средства экспериментальной оценки квантовойэффективности регистрации	 1104.4.1.	Методы, не требующие оценки функции передачи
модуляции	 1114.4.2.	Методы определения квантовой эффективности ре¬
гистрации на основе оценки функции передачи моду¬
ляции 	 1214.4.3.	Экспериментально-расчетный метод оценки кванто¬
вой эффективности регистрации в области нулевых
пространственных частот	 125Список литературы	 133Глава 5. Оборудование для цифровой медицинской рентгенодиа¬
гностики 	 1375.1.	Аппараты общего назначения		1385.2.	Передвижные и рентгенохирургические установки ....	1485.3.	Ангиографические комплексы 		1545.4.	Маммографические установки 		1575.5.	Дентальные аппараты		161Список литературы		165Глава 6. Комплексы для массовых профилактических исследо¬
ваний органов грудной полости	 1676.1.	Массовая флюорография как эффективный метод выявле¬
ния заболеваний легких	 1676.2.	Основные медико-технические требования к цифровым
рентгенографическим комплексам для массовых профи¬
лактических исследований органов грудной полости ... 1696.3.	Конструктивные особенности цифровых комплексов для
массовых профилактических исследований органов груд¬
ной полости	 1776.3.1.	Стационарные устройства	 1776.3.1.1.	Сканирующие системы с газовыми ионизаци¬
онными камерами	 1786.3.1.2.	Сканирующие системы с линейкой полупро¬
водниковых детекторов	 1806.3.1.3.	Комплексы, тракт приема-преобразования
которых построен на основе комбинации:
сцинтилляционный экран — светосильная
оптика — ПЗС-матрица	 1846.3.1.4.	Комплексы на основе УРИ	 1886.3.2.	Передвижные комплексы для цифровой флюорогра¬
фии 	 1896.3.3.	Переносные комплексы для цифровой флюорогра¬
фии 	 1929
6.3.4.	Сравнительный анализ основных медико-техниче¬
ских характеристик цифровых систем для массовых
профилактических исследований органов груднойполости	 193Список литературы	 195Глава 7. Системы архивирования и передачи цифровых рентге¬
новских изображений и телерадиологические системы	1997.1.	Системы архивирования и передачи медицинских изобра¬
жений и сопутствующей информации	 1997.2.	Отдельные аспекты телерадиологии	 204Список литературы	 207
Памяти моих родителейпосвящаетсяПРЕДИСЛОВИЕВот уже более 10 лет минуло с момента появления первой
отечественной промышленной установки для медицинской
цифровой рентгенографии. За эти годы в лечебно-профилак¬
тические учреждения страны поставлено более тысячи рос¬
сийских цифровых флюорографических систем, предназна¬
ченных для проведения массовых обследований населения.
Помимо того, ряд отделений лучевой диагностики оснастился
современными цифровыми комплексами для общей рентгено¬
диагностики, ангиографии, маммографии, палатными, рентге¬
нохирургическими и дентальными установками как россий¬
ского, так и зарубежного производства. В результате накоплен
богатый опыт использования подобного оборудования для
профилактических исследований органов грудной полости и
дообследования пациентов пульмонологического профиля;
появилась возможность сравнить качество изображения пато¬
логических изменений в различных органах и системах чело¬
веческого организма при использовании традиционных пле¬
ночных (а также на базе усилителей рентгеновского изображе¬
ния с аналоговым телевизионным трактом) и цифровых рент¬
геновских аппаратов.Последние 10—15 лет во всем мире характеризовались дос¬
таточно бурным развитием технологий для цифровой рентге¬
нодиагностики и как следствие появлением различных техни¬
ческих решений на базе этих технологий. В первую очередь
сказанное касается приемников рентгеновского изображения,
разработка и производство которых стали самостоятельными
направлениями у ряда крупнейших компаний, традиционно
занимающихся выпуском оборудования и аксессуаров для лу¬
чевой диагностики. За счет существенного роста производи¬
тельности входящих в состав цифровых рентгеновских ком¬
плексов вычислительных средств и использования новых ал¬
горитмов появилась возможность обрабатывать большие объ¬
емы рентгенологической информации. В ряду этих алгорит¬
мов и реализованных на их базе компьютерных программ так
называемые экспертные системы или электронные ассистенты
врача, позволяющие осуществлять постановку диагноза в ав¬
томатизированном режиме. Здесь также необходимо упомя¬
нуть и заметный прогресс в качественных характеристиках11
отображения зарегистрированной в ходе исследований меди¬
цинской информации. Результатом отмеченных изменений
стало то, что у врачей-рентгенологов заметно расширились
возможности постановки и уточнения диагноза.Современные цифровые рентгенодиагностические установ¬
ки — это достаточно сложные аппаратно-программные ком¬
плексы, для обеспечения надежной, безопасной и эффектив¬
ной эксплуатации которых необходимо предусматривать спе¬
циальные меры. Среди этих мер — технические приемочные
испытания при регистрации изделия, испытания при установ¬
ке оборудования в лечебно-профилактических учреждениях,
периодический контроль характеристик в процессе эксплуата¬
ции, а также проведение регламентных работ; все эти меры
требуют специального методического обеспечения, заметно
отличающегося от обеспечения контроля характеристик тра¬
диционных рентгенодиагностических аппаратов, особенно
при оценке качества формирования изображения в цифровых
рентгеновских приемниках. Разработка ориентированных
именно на цифровые приемники методов и средств контро¬
ля — еще одна актуальная задача для направлений проектиро¬
вания, производства и эксплуатации цифровых рентгенодиаг¬
ностических систем. В этом вопросе наметился определенный
прогресс — в конце 2003 г. был утвержден первый из группы
стандартов Международной электротехнической комиссии,
ориентированных на контроль характеристик цифровых при¬
емников рентгеновского изображения. Стандарт регламенти¬
рует оценку обобщенной характеристики качества формиро¬
вания изображения — квантовой эффективности регистрации
как функции пространственных частот и дозы в плоскости
приемника. Специальный стандарт, оговаривающий методы и
средства контроля основных характеристик цифровых прием¬
ников рентгеновского изображения, разработан и с середины
2004 г. введен в действие и у нас в стране. Это Стандарт
Предприятия 01-22-04 (ГУН ВНИИИМТ).В последние годы все шире не только за рубежом, но и в
России внедряются различные сетевые решения, позволяю¬
щие персоналу лечебно-профилактических учреждений пол¬
ностью отказаться от рентгеновской пленки и бумажных но¬
сителей информации. Подобные сети, ядром которых являют¬
ся системы архивирования и передачи медицинских изобра¬
жений, становятся основой информационных систем отделе¬
ний лучевой диагностики и больниц в целом. В свою очередь
учрежденческие сети могут быть объединены в рамках различ¬
ных телерадиологических проектов, реализуемых в том числе
и при использовании ресурсов глобальной сети Интернет.Перечень новых возможностей, которые привнесли в
рентгенологию цифровые технологии, при желании может
быть значительно расширен (здесь упомянуты только основ¬12
ные из них). Однако, несмотря на столь ощутимый натиск
цифровых решений буквально во всех разделах рентгенодиаг¬
ностики и повышенный интерес к этой теме медицинских
работников и инженеров-специалистов в области рентгено¬
техники, до настоящего времени в стране не опубликовано
ни одной монографии, которая была бы посвящена исключи¬
тельно вопросам разработки и клинического использования
подобной аппаратуры и в которой под одной обложкой были
бы собраны материалы, освещающие на современном уровне
проблемы, о которых сказано выше1. Представленные в дан¬
ной монографии сведения касаются оборудования для раз¬
личных разделов медицинской рентгенодиагностики: общей,
дентальной, маммографии, ангиографии, рентгенохирургии и
палатных исследований. С учетом важности и актуальности
для России налаживания эффективных профилактических
рентгеновских исследований органов грудной полости вопро¬
сы, связанные с аппаратным оснащением этого направле¬
ния, вынесены в самостоятельную главу. Из рассмотрения
сознательно исключено оборудование для таких специфиче¬
ских видов исследований, как рентгеновская компьютерная
томография и рентгеновская остеоденситометрия, которым
посвящена достаточно обширная (в основном зарубежная)
библиография, но, к сожалению, промышленных отечествен¬
ных разработок до настоящего времени не существует. В гла¬
ве, посвященной методам и средствам контроля характери¬
стик цифровых приемников рентгеновского изображения,
особое внимание уделено экспериментально-расчетным мето¬
дам, использование которых позволяет оценить в том числе и
квантовую эффективность регистрации как функцию про¬
странственных частот и дозы в плоскости приемника. С уче¬
том того что эффективной работа врача-рентгенолога на
цифровой рентгенодиагностической установке может стать
лишь при овладении специальными навыками, порой замет¬
но отличающимися от привычных для него с учетом всего
предыдущего опыта, отдельная глава посвящена аппаратному
и программному оснащению автоматизированных рабочих
мест рентгенодиагностических комплексов и особенностям
организации работы при их использовании.1 Наиболее полно цифровые подходы в рентгенодиагностике представ¬
лены в учебном пособии под редакцией профессора Н. Н. Блинова «Ос¬
новы рентгенодиагностической техники» (изд-во «Медицина». — М.,
2002), а также в двухтомном издании под редакцией профессоровН.	Н. Блинова и Б. И. Леонова «Рентгеновские диагностические аппара¬
ты» (ВНИИИМТ. — М., 2001). Однако материалы обоих изданий, отра¬
жающие конструктивные и эксплуатационные особенности цифровых
систем, как правило, являются лишь дополнением к соответствующим
разделам, посвященным традиционной рентгенотехнике.13
Очень важно оговориться: описанные в монографии техно¬
логии развиваются столь стремительно, что отмеченные в ка¬
честве наиболее совершенных и передовых на момент подго¬
товки рукописи к печати характеристики и технические реше¬
ния ко времени выхода издания в свет могут перестать быть
таковыми, т. е. будут заметно превзойдены и улучшены.Каждую главу заключает библиография, в которую по пре¬
имуществу включены основные русскоязычные источники.
Также представлены ссылки на зарубежные публикации
(часть из них имеется в свободном доступе в сети Интернет).По мнению автора, книга может стать полезной студентам
медицинских вузов, изучающим курс «Лучевая диагностика»,
специализирующимся в лучевой диагностике ординаторам и
аспирантам, врачам-рентгенологам, рентгенолаборантам, сту¬
дентам и аспирантам, осваивающим специальности, связан¬
ные с медицинской физикой и биомедицинскими технология¬
ми, а также инженерам и техникам, чья деятельность сопря¬
жена с разработкой, производством и сервисным обслужива¬
нием цифрового рентгенодиагностического оборудования.Наконец, мне очень приятно выразить признательность
проф. Николаю Николаевичу Блинову за важные замечания и
интересные предложения, сделанные им в процессе подготов¬
ки рукописи к публикации.
Глава 1МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ ЦИФРОВЫХ
ИЗОБРАЖЕНИЙ1.1.	Непрерывные и дискретные
рентгенодиагностические изображенияМетод медицинской рентгенодиагностики основан на ана¬
лизе врачом-рентгенологом изображения, полученного в ре¬
зультате облучения исследуемой области тела пациента рент¬
геновским потоком. Традиционно рентгенодиагностические
изображения регистрировались на рентгеновской пленке или
флюоресцентном экране, в последние несколько десятилетий
начали применяться так называемые усилители рентгеновско¬
го изображения (УРИ), при использовании которых изобра¬
жение появляется на экране видеоконтрольного устройства
или записывается на магнитную ленту. Полученные представ¬
ленными способами изображения относятся к классу непре¬
рывных или аналоговых [1, 4, 6].Распределение энергии источника излучения видимого
диапазона длин волн по пространственным координатам (х,у),
времени (I) и области длин волн (X) может быть описано не¬
которой функцией E(x,y,t,X). Энергия излучения представляет
собой действительную положительную величину. В реальных
условиях рассматриваемая функция имеет ограничения по
яркости, например, из-за наличия области насыщения харак¬
теристической кривой светочувствительной пленки или огра¬
ничения диапазона изменения сигналов яркости видеокон¬
трольного устройства [3, 5]. Также имеется ограничение по
пространственным координатам (любое анализируемое изо¬
бражение конечно по размерам) и по времени наблюдения
(изображение анализируется в течение конечного промежутка
времени).Таким образом, непрерывное изображение, формируемое
какой-либо физической системой, может быть представлено в
следующем виде [6]:00f(x,y,t) = $Е(х,у, t, X)S(k)dk,	(1.1)Огде S(X) — спектральная чувствительность анализатора.15
Поскольку для рентгенодиагностики характерен анализ
черно-белых изображений, будем считать, что функция (1.1)
представляет собой распределение яркости или другой физи¬
ческой величины, которая связана с яркостью (например, оп¬
тической плотности).Рассмотрим, каким образом осуществляются дискретизация
(в областях пространственных координат и пространственных
частот) непрерывных изображений и квантование значений
яркости в точках дискретизации, т. е. в нашем случае переход
от аналогового к цифровому представлению рентгенодиагно¬
стической информации. Системы цифровой обработки изобра¬
жений обычно оперируют с массивами данных, полученных
путем дискретизации и квантования исходного непрерывного
изображения. В процессе обработки получают новые массивы
данных, используемые уже для восстановления непрерывного
изображения, которое и подвергается анализу. Необходимо
также отметить, что в общем случае любое изображение можно
рассматривать как суперпозицию детерминированного и слу¬
чайного полей. Однако для большей наглядности и простоты
дальнейшего изложения пренебрежем стохастической (случай¬
ной) составляющей и будем рассматривать исходное непрерыв¬
ное изображение в качестве детерминированного поля в систе¬
ме пространственных координат (.v. v).1.2.	Пространственное и частотное представлениедискретных изображенийПусть непрерывное изображение бесконечных размеров
описывается функцией f(x,y), которая отличается от (1.1) тем,
что не зависит от времени наблюдения (неизменна во време¬
ни). Данная функция описывает распределение яркости или
оптической плотности. Дискретизацию изображения можно
осуществить путем перемножения функции f(x,y) на про-
странственно-дискретизирующую функцию:00 00d(x,y) = £ X Чх - кАх, у ~ тАу),к = —оо т = —оокоторая содержит бесконечное число дельта-функций Дирака,
расположенных на координатной сетке с определенным ша¬
гом:fa(x,y) =f(x,y)d(x,y) =1600 00= Z Z ЛкАх,тАуЩх-кАх,у-тАу), (1.2)к = —со т = —оо
Рис. 1.1. Графическая интерпретация набора дельта-функций Ди¬
рака.где Лх и Ау — шаг дискретизации вдоль осей х и у соответст¬
венно.Выражение (1.2) получено с учетом фильтрующего свойст¬
ва дельта-функции Дирака.Графическая интерпретация набора дельта-функций, с по¬
мощью которого осуществляют пространственную дискрети¬
зацию функции/(x,y), представлена на рис. 1.1.Не менее удобным для анализа и обработки оказывается
представление функций, описывающих изображение, в облас¬
ти пространственных частот. Для этого можно воспользовать¬
ся одной из форм записи непрерывного двухмерного преобра¬
зования Фурье пространственно-дискретизированного изо¬
бражения:оо оо/*д((Йх, СОу)	J— оо —00где угловые частоты сох и соу связаны с пространственными
частотами ы и v (величинами, обратными периоду пространст¬
венной гармоники, соответствующей элементу изображения
определенных линейных размеров вдоль координаты х или у)
следующими соотношениями:С0Х — 2 7Ш,СОу = 2 71V.В соответствии с теоремой о свертке (в данном случае речь
идет об обратной теореме) спектр дискретизированного в про¬
странственной области изображения (1.2) можно представить|/д(^Д;)ехр{-у(юхх+ ayy)}dxdy , (1.3)
в виде свертки спектров исходного изображения и простран-
ственно-дискретизирующей функции:Fa((o„ соу) = 1/(4л2)Дсох, соу)0/)(сох, соу). (1.4)После соответствующих преобразований можно получить
выражение для спектра дискретизированного изображения (в
случае ограниченного по ширине спектра исходного изобра¬
жения) [6]:00	оо^д(^Х’ ®у) 1 / (^х^у)	^(®х ^®xd> ^у ^®yd) » 0*~0к = —оо т = —оогде coxd = 2л/Лх и coyd = 2я/Ау — шаг дискретизации угловой
частоты вдоль соответствующей координаты.Таким образом, в соответствии с (1.5) спектр дискретизи¬
рованного изображения можно представить в виде совокупно¬
сти бесконечного количества повторяющихся спектров исход¬
ного изображения, каждый из которых имеет сдвиг на вели¬
чину, кратную (coxd, coyd), как это показано на рис. 1.2.Выше уже было отмечено, что дискретизированное изобра¬
жение подвергается обработке, после чего должно быть вос¬
становлено для проведения анализа. Восстановление может
осуществляться с помощью, например, метода линейной про¬
странственной фильтрации. В этом случае восстановленное
непрерывное изображение fH(x,y) получают путем свертки по¬
следовательности отсчетов дискретизированной функцииРис. 1.2. Спектр дискретизированного изображения
18
/д(х,у), описываемой (1.2), с импульсным откликом восстанав¬
ливающего фильтра И(х,у):00 00/н(х,У)= Z Z f(kAx,mAy)h(x-кАх,у-тАу). (1.6)к = —оо т = —ооИз (1.6) следует, что восстанавливающий фильтр, имею¬
щий импульсный отклик h(x,y), осуществляет интерполяцию
отсчетов на всю плоскость пространственных координат.Восстановление исходной непрерывной функции, описы¬
вающей изображение, может быть осуществлено и в области
пространственных частот. Для этого в соответствии с теоре¬
мой о свертке необходимо перемножить спектр дискретизиро¬
ванного изображения на частотную характеристику восстанав¬
ливающего фильтра:^Н(«>х,	^д(®х’	®у) •	(1*^)Воспользовавшись выражением для спектра дискретизиро¬
ванного изображения (1.5), получаем:00 00^н(®х’ 0>у) 1 / (^х^у)-^(^х’ ®у)	ДС0Хк = —оо m = —оо—&ooxd, соу — /wcoyd).	(1-8)К восстановленной функции пространственных координат
можно перейти с помощью обратного преобразования ФурьеОТ /^(сОх, ®у)»Из (1.8) следует, что если спектры не перекрываются, а
Н(сох, соу) подавляет все сдвинутые спектры и пропускает
спектр лишь при к = 0, т = 0, то спектр восстановленного не¬
прерывного изображения совпадает со спектром исходного
изображения (при соответствующем масштабировании частот¬
ной характеристики восстанавливающего фильтра). Отсюда
совпадают восстановленное и исходное изображения.Таким образом, для полного и неискаженного восстановле¬
ния исходного изображения необходимо, чтобы при осущест¬
влении дискретизации ограниченные по ширине спектры ис¬
ходного изображения, расположенные на плоскости про¬
странственных частот, как это показано на рис. 1.2, не пере¬
крывались. Данное условие может быть формализовано сле¬
дующим образом:^ Л^xd -^^хгпах?2соу max,	(1-9)где оох тах и соу тах — граничные значения частоты спектра ис¬
ходного изображения вдоль соответствующей координаты.19
Из (1.9) можно заключить, что шаг пространственной дис¬
кретизации исходного непрерывного изображения должен
быть меньше или равен половине периода пространственной
гармоники, соответствующей самой мелкой детали изображе-НИЯ (Axmin И Ay min):Ах ^	max ^х min/^jAy ^ я/сОу max	min/^*Если условия (1.9) или (1.10) выполняются со знаком ра¬
венства, то говорят, что дискретизация исходного изображе¬
ния произведена в соответствии с теоремой Котельникова [2].
В зарубежной научно-технической литературе частота дискре¬
тизации определяется в соответствии с критерием Найквиста
[6].Условия (1.10) должны быть основополагающими при вы¬
боре размеров элемента системы, в которой осуществляется
дискретизация непрерывного изображения.Применительно к задачам рентгенодиагностики эти усло¬
вия можно сформулировать следующим образом: элемент
пространственного разрешения детектора рентгеновской сис¬
темы должен иметь линейные размеры (по каждой из коорди¬
нат), не превышающие половину размера (по соответствую¬
щей координате) наименьшей детали изображения, которую
необходимо обнаружить в процессе исследования.Основой системы визуализации в цифровых рентгенодиаг¬
ностических комплексах служат приемники рентгеновского
изображения. Под приемником рентгеновского изображения
здесь и далее будем понимать совокупность аппаратно-про¬
граммных средств, составляющих тракт приема и преобразо¬
вания информации, содержащейся в рентгеновском потоке,
прошедшем через исследуемую область тела пациента. Дан¬
ный тракт ограничен с одной стороны объектом исследования
(начинается непосредственно за ним), а с другой — экраном
видеоконтрольного устройства, на котором оператор (врач)
может наблюдать и анализировать сформированное изображе¬
ние, либо буфером, в котором регистрируется информация,
полученная при исследовании.Пространственная разрешающая способность системы в
целом определяется пространственным разрешением на каж¬
дой стадии преобразования и не может быть выше наихудше¬
го из показателей, соответствующих любому этапу преобразо¬
вания сигналов [5]. По этой причине разработчикам рентгено¬
диагностических систем необходимо следить за тем, чтобы ус¬
ловия дискретизации исходного изображения соблюдались на
каждом участке тракта приема и преобразования рентгенов¬
ского излучения с учетом возможного изменения размеров
изображения на различных стадиях преобразования.20
Физически процесс дискретизации непрерывного изобра¬
жения может быть реализован при использовании многока¬
нального приемника-преобразователя, линейные размеры ка¬
налов которого (приведенные к входной плоскости приемни¬
ка) выбираются с учетом условий (1.10). Сформированные на
выходе каждого из каналов электрические сигналы, несущие
информацию об интенсивности фотонного излучения в об¬
ласти пространства, соответствующей данному каналу, усили¬
ваются, после чего конвертируются в цифровую форму с по¬
мощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП). Этот
этап преобразования соответствует процедуре квантования
сигналов, пропорциональных яркости изображения, в отдель¬
ных пространственных каналах. В результате получают циф¬
ровой массив данных, каждый элемент которого имеет вполне
определенную привязку на плоскости пространственных ко¬
ординат и содержит информацию о яркости (оптической
плотности) соответствующего элемента изображения. Для
оцифровки электрических сигналов в рентгенодиагностиче¬
ских системах используют АЦП, имеющие, как правило, от 8
до 16 разрядов квантования, что позволяет регистрировать в
памяти рабочей станции изображения с шириной шкалы се¬
рого цвета в диапазоне от 256 до 65 536 градаций.Физические принципы и инженерные решения, на основа¬
нии которых реализуют различные модели цифровых прием¬
ников рентгеновского изображения, обсуждаются в следую¬
щей главе.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.	Белова И. Б., Китаев В. М. Малодозовая цифровая рентгеногра¬
фия (малодозовая цифровая рентгенографическая установка «Си¬
бирь»). — Орел, 2001. — 160 с.2.	Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электриче¬
ские цепи: Учебник. — 10-е изд. — М.: Гардарики, 2000. — 640 с.3.	Блинов Н. Н. Глаз и изображение. — М.: Медицина, 2004. — 320 с.4.	Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. — М.: Тех¬
носфера, 2005. — 1072 с.5.	Дмоховский В. В. Основы рентгенотехники. — М.: Медгиз, 1960. —352 с.6.	Прэтт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ. —
Кн. 1. - М.: Мир, 1982. - 312 с.
Глава 2ЦИФРОВЫЕ ПРИЕМНИКИ РЕНТГЕНОВСКОГО
ИЗОБРАЖЕНИЯ2.1.	Классификация цифровых систем
для рентгенодиагностикиРазработанные к настоящему времени и находящиеся в
эксплуатации рентгеновские приемники-преобразователи для
цифровых медицинских диагностических систем различаются
как по физическим принципам преобразования, так и по ви¬
дам обрабатываемых на каждой стадии преобразования сигна¬
лов (например, рентгеновский поток преобразуется в поток
фотонов оптического диапазона длин волн, оптический сиг¬
нал — в поток электронов и обратно; рентгеновский поток —
непосредственно в электрический сигнал и т. п.).Различаются приемники-преобразователи и по области их
применения: общая рентгенодиагностика, маммография, ден¬
тальная рентгенодиагностика, ангиография, профилактиче¬
ские исследования органов грудной полости и т. д. [6, 8].В литературе, посвященной методам и технологическому
обеспечению цифровой рентгенодиагностики, представлены
различные классификации цифровых приемников рентгенов¬
ского изображения: учитываются метод детектирования рент¬
геновского излучения, способ дальнейшего преобразования
сигналов и область применения тех или иных систем [3, 5, 6,14, 19, 24, 26, 31].Классифицирующим признаком, общим для всех известных
на сегодняшний день методов получения цифровых рентгенов¬
ских изображений (включая оцифровку экспонированных
рентгеновских пленок), также может служить время, необходи¬
мое для получения нормированного изображения на экране
видеоконтрольного устройства; при этом все методы формиро¬
вания и регистрации цифровых рентгеновских изображений (и
соответственно реализующие эти методы технологические раз¬
работки) могут быть условно разделены на 2 группы:■	системы, в которых информация, содержащаяся в рентге¬
новском потоке, прошедшем через исследуемую область
тела пациента, регистрируется на запоминающих устрой¬
ствах (выполняющих роль своеобразных буферов); счи¬
тывание информации и формирование цифрового масси¬
ва данных производится уже с запоминающего устройст-22
Y1 ... V■ " л/АШ-£Ш/вРис. 2.1. Система приема-преобразования рентгеновского изображе¬
ния при использовании запоминающего устройства.А — источник рентгеновского излучения; Б — запоминающее устройство; В —
устройство считывания и оцифровки информации; Г — автоматизированное
рабочее место врача-рентгенолога.ва в специально предназначенной для этих целей аппара¬
туре — при этом формирование цифровых изображений
происходит в режиме нереального масштаба времени
(рис. 2.1),системы с непосредственным приемом и преобразовани¬
ем информации (содержащейся в прошедшем через тело
пациента потоке фотонов) в массив цифровых данных;
они формируют цифровые изображения в режиме реаль¬
ного (когда регистрируется и отображается 24 и более
изображений в 1 с — режим цифровой рентгеноскопии) и
квазиреального (когда отрезок времени от начала экспо-.V	*		 л//77777,ШМШ7/вРис. 2.2. Система приема-преобразования с непосредственным фор¬
мированием рентгеновского изображения.А — источник рентгеновского излучения; Б — приемник-преобразователь;
В — автоматизированное рабочее место врача-рентгенолога.23
зиции до появления изображения на экране монитора не
превышает, как правило, 20—30 с) масштаба времени
(рис. 2.2) [13].К первой группе относятся рентгенодиагностические ком¬
плексы с трактом формирования рентгеновского изображения,
содержащим люминесцентные запоминающие экраны (пла¬
стины), считывание информации с которых осуществляется
при помощи специального лазерного устройства — так назы¬
ваемые системы со стимулируемым люминофором. Срок хра¬
нения информации на этих экранах (с момента окончания экс¬
позиции до начала считывания) может составлять несколько
часов. В качестве буфера с практически неограниченным вре¬
менем хранения информации может рассматриваться и обыч¬
ная экспонированная и обработанная рентгеновская пленка,
изображение с которой преобразуется в цифровую форму с по¬
мощью специальных устройств. Однако оцифровку экспони¬
рованной рентгеновской пленки считать разновидностью циф¬
ровой рентгенографии можно лишь с некоторой долей услов¬
ности, так как на первом этапе в полном объеме реализуется
традиционная процедура обработки рентгеновской пленки.Для второй группы систем характерно большое разнообра¬
зие реализованных в них физических принципов, а также ин¬
женерных и конструктивных решений. В эту группу входят:▲	устройства на базе усилителей рентгеновского изображе¬
ния с аналого-цифровым преобразованием сигналов на
выходе входящей в состав УРИ телевизионной системы
либо камеры с ПЗС-матрицей;а устройства, содержащие сцинтилляционный экран, све¬
тосильную оптику и ПЗС-матрицу (частным случаем
приемников этого типа являются детекторы на основе
комбинации: сцинтиллятор + ПЗС-матрица);а сканирующие системы с различными детекторами: газо¬
выми (многопроволочная пропорциональная камера и
многоканальная ионизационная камера) или твердотель¬
ными (полупроводниковыми);▲	устройства, использующие в качестве приемника плоские
панели различных размеров на основе аморфного крем¬
ния либо селена;а устройства на основе селенового барабана.Приемники рентгеновского изображения, используемые в
системах, работающих в режиме реального (или квазиреаль-
ного) масштаба времени, подразделяются на две группы:■	приемники-преобразователи, в которых на первой стадии
энергия рентгеновского потока преобразуется в энергию
фотонов оптического диапазона длин волн, а на второй
стадии носителями информации становятся электроны24
(детекторы на базе УРИ с аналого-цифровым преобразо¬
ванием сигналов; приемники с трактом преобразования,
построенным на базе комбинации: сцинтилляционный
экран — светосильная оптика — ПЗС-матрица либо сцин¬
тиллятор + ПЗС-матрица; полупроводниковые детекторы
для сканирующих систем; плоские панели на основе
аморфного кремния);■	приемники-преобразователи, не преобразующие энергию
рентгеновского потока в энергию фотонов оптического
диапазона длин волн (плоские панели на основе аморф¬
ного селена; системы на основе селенового барабана; де¬
текторы на основе газовых ионизационных камер).В литературе приемники рентгеновского изображения вто¬
рого типа (за исключением газовых детекторов, не нашедших
широкого применения в зарубежных разработках) часто отно¬
сят к устройствам, предназначенным для «прямой» цифровой
рентгенографии (Direct Radiography) [24, 31—33]. Очевидно,
было бы справедливо включить в эту группу и детекторы на
основе газовых ионизационных камер, которые с середины
90-х годов XX в. активно используют в России в качестве
приемников рентгеновского изображения для цифровых ска¬
нирующих систем [1, 7, 35].Соответственно все остальные приемники-преобразователи
относят к устройствам для «непрямой» цифровой рентгено¬
графии (Indirect Radiography) [32].Для удобства представления и дальнейшего анализа обе
группы и соответствующие типы цифровых приемников рент¬
геновского изображения сведены в табл. 2.1.2.2.	Системы с формированием цифровых изображений
в режиме нереального масштаба времени2.2.1.	Системы на базе стимулируемых люминофоровПринцип действия систем на базе стимулируемых люмино¬
форов (компьютерная рентгенография — Computed Radiogra¬
phy — CR), использующих в качестве запоминающего устрой¬
ства экраны на основе фторида бария, активированного евро¬
пием, основан на эффекте фотостимулируемой люминесцен¬
ции [3, 6, 15, 24, 40].Специальный экран, покрытый тонким слоем люминофо¬
ра, помещается в кассету для рентгеновской пленки соответ¬
ствующего типоразмера. После экспонирования кассеты с эк¬
раном в рентгеновском потоке, прошедшем через исследуе¬
мую область тела пациента, на экране появляется скрытое
изображение (энергия в процессе экспозиции накапливается25
Таблица 2.1. Классификация цифровых приемников рентгеновского изображенияI$ 1
CQ О
О со
о. Ss X
£ -О £
онн 5
ЛS<DН
О5U(D	МS	л£	Юх	gо>	5
Он 3я	й 2sоsX»sSI*оЗсхюо(—0143IСи(D4	Qо 2о >*
« *
Д £* 2
s 5X с5	и(U 5S эа Йс *сч°	1Й	sО	<DЖ	О-о	^°	ооЗ	с-нX	О5	ОнX	оС	03С**0(Dн
оД
о о^	£-Н«	но?	хд	5X ОнSSсоиооДSя(D<L>ISсо03
CQ
2<L>Sя<ио,CQ
«5X<DаОн'о а
8 ш
s а3 н
§ э
Iss о
» 8s g
ж йра схоаSSОнофо3£(DноSи<Dо?Sо£IЛ °•eg
ж(D
Uhн
оз ЯОн Й
Н Оно ®5
„ ДЛ кS g(D СОн о
о о*5 Sи SI Iсв оЗ
* п
Он и
8 3§ £
о £<L>до<Dд
§
S245ДэI1 °
Д I о!1а■&р S^ *7?о £* 5о £У Р2 И)
й О Оа д о- sSоно<и1-1ндоь гг
<-> Й
о 25 5 с s
i ftgl
|§*|
^ Ж <*->D 2 s> „VS й ^ W
о» ш 5г-4 О о, О
С 0,10 Ж(NСПОн<L>S(NСП05Sж<иЙОнVOоСОSоI со>. о„ S Он3 s оI Н-0cd ^ о
& «^ со(Г) 03юISас03CQо<DSэ2оЗдSSос03д(DноSодSS24X3(UОн5RSОнсО?SдIPQодCDн
_ нОн х
S <и
S Он 5о О ^О и 03О Онсо юОООн- Он СОs S оZoS ^о оиноSиII	(DН	(-1о	н«	дО	<DОн	Оно	Sс	в ЙИ	о оД	Он Дга	w "и	3 до	Дсо	О X^	_ sSlyо	S оД	^ 00О	аз оS	И Дгм26
7"Nк АРМАЦП	►VРис. 2.3. Принцип действия системы приема-преобразования рентге¬
новского изображения на базе стимулируемого люминофора.А — люминофор; Б — отражатель; В — луч лазера; Г — фотоэлектронный ум¬
ножитель.электронами, находящимися на метастабильном энергетиче¬
ском уровне), которое может сохраняться до нескольких ча¬
сов. В течение этого срока изображение может быть считано с
экрана сканирующей системой и зарегистрировано в рабочей
станции автоматизированного рабочего места (АРМ) врача-
рентгенолога или рентгенолаборанта.Считывание информации осуществляется с помощью ин¬
фракрасного лазера, луч которого в процессе сканирования
стимулирует люминофор, в результате чего происходит высво¬
бождение энергии, накопленной электронами, в виде вспы¬
шек света различной интенсивности (интенсивность пропор¬
циональна накопленной энергии). Параллельно, с помощью
фотоэлектронного умножителя, производится регистрация
вспышек света и осуществляется преобразование свет — элек¬
тричество; затем сигналы на выходе фотоэлектронного умно¬
жителя усиливаются с помощью усилителя (как правило, с
логарифмической переходной характеристикой), после чего
осуществляется аналого-цифровое преобразование с 8-16-
разрядным квантованием (рис. 2.3). Сформированный таким
образом массив цифровых данных содержит информацию о
соотношении плотностей различных участков исследуемого
объекта. После считывания информации запоминающие экра¬
ны помещают в световое поле большой интенсивности, чтобы
стереть остатки скрытого изображения; современные системы
на базе стимулируемых люминофоров позволяют многократно
(тысячи раз) использовать одни и те же экраны.В настоящее время различными компаниями («Fujifilm»,
«Agfa», «Kodak», «Konica Minolta» и др.) производятся систе¬
мы CR двух типов:27
а располагаемые отдельно от рентгенодиагностического ап¬
парата устройства обработки экспонированных кассет с
помещенными в них запоминающими экранами;▲	бескассетные устройства, которые являются узлом рент¬
генодиагностического комплекса и используются в нем в
качестве приемника рентгеновского изображения.Время, затрачиваемое в современных устройствах первого
типа на обработку кассеты с полноформатным экраном (раз¬
мер 35 х 43 см), лежит в диапазоне от 40 до 120 с и определя¬
ется режимом пространственного разрешения. Процесс пол¬
ностью автоматизирован и включает захват кассеты со входа
устройства, ее раскрытие и выемку экрана; считывание ин¬
формации с экрана, оцифровку и регистрацию данных; полное
стирание оставшейся на экране информации, упаковку экрана
в кассету и выдачу последней на выход устройства. В системах
второго типа, используемых как с вертикальными стойками,
так и со столами для рентгенографии с плавающей декой, ин¬
тервал времени между экспозициями составляет 10—30 с (при
этом осуществляется запись считанной с запоминающих экра¬
нов информации в буфер, входящий в состав системы); время
от момента начала экспозиции до появления первичного изо¬
бражения на экране монитора составляет 10—20 с.Компания «Fujifllm» разработала бескассетную систему, ис¬
пользующую технологию CR, для двухэнергетической суб-
тракционной рентгенографии (рис. 2.4). На двух экранах, раз¬
деленных фильтром из меди, фиксируются скрытые изобра¬
жения исследуемой области тела пациента, полученные в раз¬
личных диапазонах энергетического спектра фотонного излу¬
чения (на первом экране формируется изображение, соответ¬
ствующее практически всему диапазону энергетического спек¬
тра, а на втором экра¬
не — только высоко-
б	энергетической частиспектра). После счи¬
тывания информа¬
ции с экранов и пред¬
ставления ее в циф¬
ровом виде с помо-Рис. 2.4. Система двух¬
энергетической субтрак-
ционной рентгеногра¬
фии.А — источник рентгенов¬
ского излучения; Б — мед¬
ный фильтр; В — экран 1;
Г — экран 2.28■В
шью специальных алгоритмов производят совместную обра¬
ботку массивов данных, соответствующих первому и второму
изображениям (например, вычитание одного из другого).
В результате в зависимости от поставленной задачи можно
получить изображение структур мягких тканей, на котором
практически не видны костные образования, либо наоборот.Технология CR в настоящее время позволяет реализовать
пространственную разрешающую способность до 5 пар ли¬
ний/мм для полноформатных изображений (35 х 43 см) и
около 10 пар линий/мм при использовании двусторонних эк¬
ранов, которые служат для получения цифровых маммогра¬
фических изображений (18 х 24 и 24 х 30 см). Так как полу¬
ченные при использовании CR цифровые изображения обла¬
дают очень широким динамическим диапазоном, этот метод
позволяет обеспечить высокое качество диагностики при про¬
изводстве большинства рентгенодиагностических процедур
[23, 40, 46].Основной недостаток систем на базе CR, в которых ис¬
пользуется отдельное устройство считывания и оцифровки
данных, связан с тем, что не удается исключить процедуру об¬
работки экспонированных кассет с запоминающими экрана¬
ми, напоминающую обработку обычных кассет с рентгенов¬
ской пленкой. Однако развитие технологии бескассетных сис¬
тем уже в настоящее время позволяет включить устройства на
базе стимулируемых люминофоров в категорию приемников-
преобразователей, работающих в режиме квазиреального мас¬
штаба времени.Отметим также, что квантовая эффективность регистрации
систем с запоминающими пластинами практически не отли¬
чается от значения этого параметра для традиционной комби¬
нации экран — пленка. Однако применение двусторонних эк¬
ранов позволяет улучшить эту характеристику на 30—40 % по
сравнению с технологией одностороннего считывания.2.2.2.	Устройства для оцифровки рентгеновских
пленокУчитывая, что полномасштабный перевод отделений луче¬
вой диагностики на цифровую («беспленочную») технологию
требует больших материальных затрат и длительного времени,
использование устройств для оцифровки рентгеновских пле¬
нок (УОРГТ) может рассматриваться как промежуточное реше¬
ние; при этом деятельность отделения не прекращается. Сле¬
дует также отметить, что в ЛПУ, где использовались (или про¬
должают использоваться) традиционные пленочные аппараты,
существуют архивы рентгеновских снимков, срок хранения
которых составляет 5 лет. Таким образом, даже если произве¬29
дено полное переоснащение отделения лучевой диагностики
на цифровое оборудование, необходимость в УОРП на какое-
то время не отпадет — нужно будет конвертировать в цифро¬
вую форму содержимое архива рентгеновских снимков для
полного перевода отделения в разряд «беспленочных».В последние годы обозначились новые области использова¬
ния УОРП: системы архивирования и передачи медицинской
информации, телерадиология и автоматизированные эксперт¬
ные системы на основе компьютерного анализа [30, 41].Устройства для оцифровки рентгеновских пленок различа¬
ются по технологии формирования первичного светового по¬
тока (которая зависит от используемого источника света), а
также по методу детектирования энергии светового потока,
прошедшего через экспонированную и обработанную рентге¬
новскую пленку, которая подвергается оцифровке.В настоящее время используются следующие типы детекто¬
ров:■	детекторы на основе ПЗС-матриц с высоким пространст¬
венным разрешением;■	детекторы на основе высокоэффективных фотоэлектрон¬
ных умножителей;■	детекторы с непрерывной визуализацией строки (Contin¬
uous Imaging Strip — CIS).Первый тип приемников энергии светового потока с даль¬
нейшим преобразованием в электрические сигналы применя¬
ется в сканирующих устройствах для оцифровки рентгенов¬
ских пленок компаний «Vidar», «Canon», «Howtek», «RDI» и
ряда других. При этом используются ПЗС-матрицы, содержа¬
щие до 11 ООО элементов в строке. В качестве источника света
в сканерах компании «Vidar» применяются флюоресцентные
лампы с холодным катодом (Cold Cathode), широкополосные
источники, работающие в ультрафиолетовом диапазоне длин
волн (Broad Band UV Light), а также широкополосные источ¬
ники белого света (Broad Band White Light); компании «How¬
tek» — твердотельные светодиоды, излучающие красный свет
(Solid State Red LED), а компании «Canon» — галогенные лам¬
пы (Halogen Lamp).В сканерах с детекторами на базе фотоэлектронного умно¬
жителя используют лазер как источник первичного светового
потока: ряд сканеров «LS» (компания «Kodak») разработки
компании «Lumisys». В этих устройствах расширения динами¬
ческого диапазона (оптической плотности) добиваются не
только за счет использования высокоэнергетического коге¬
рентного светового потока, но и за счет включения в тракт
приема-преобразования (на выходе фотоэлектронного умно¬
жителя) усилителя с передаточной характеристикой, изменяю¬
щейся по логарифмическому закону.30
Детекторы, использующие CIS-технологию, разработаны
компанией «Howtek» и нашли применение в системах оцифров¬
ки маммографических пленок (размеры 18 х 24 и 24 х 30 см).
Принципиальное отличие CIS-технологии заключается в том,
что использование полноформатного (во всю ширину строки)
детектора позволяет исключить оптическую систему в части ра¬
бочего тракта между сканируемой пленкой и линейкой чувст¬
вительных элементов и таким образом избежать дополнитель¬
ных потерь преобразования.Долгое время считалось, что сканирующие устройства, ис¬
пользующие лазер и фотоэлектронный умножитель, обладают
более высокими техническими характеристиками, однако дос¬
тижения последних лет в технологии производства ГТЗС-мат-
риц позволили добиваться результата, не уступающего, а по
целому ряду характеристик и превосходящего тот, что получен
с помощью лазерных сканеров.Образцы наиболее совершенных на сегодняшний день
УОРП, использующих различные типы детекторов и источни¬
ков первичного светового потока, представлены в табл. 2.21.
Приведенные в таблице медико-технические характеристики
свидетельствуют о том, что в настоящее время существуют
возможности перевода в цифровую форму (без видимой поте¬
ри качества) рентгеновских снимков различных размеров, по¬
лученных по результатам исследований во всех разделах меди¬
цинской рентгенодиагностики.Таблица 2.2. Устройства для оцифровки рентгеновских пленокКомпания-производитель, наименование устройстваХарактери¬стика«Vidar Systems
Corporation»,
«Diagnostic PRO
plus»«How¬tek»,« Multi-
RAD 860»«Ko¬
dak» ,
«LS75»«Сапоп»,«FilmScanner300»«RDI»,
«Cobras-
can СХ-
2000Т»Т ехнологияШирокополос¬Твердо¬He-NeГалоген¬Нет дан¬полученияный источниктельныелазерная лампаныхпервичногобелого светасвето¬световогодиоды,потокаизлучаю¬щиекрасныйсвет1 Компания «Сапоп» в 2003 г. прекратила выпуск автономных уст¬
ройств для оцифровки рентгеновских пленок.31
ПродолжениеКомпания-производитель, наименование устройстваХарактери¬стика«Vidar Systems
Corporation»,
«Diagnostic PRO
plus»«How-tek»,« Multi-
RAD 860»«Ko¬dak»,«LS75»«Сапоп»,«FilmScanner300»«RDI»,
«Cobras-
can СХ-
2000Т»Тип детекто¬
раМаксималь¬
ный размер
пленки, см:ПЗС-матрицаПЗС-матрицаФото-элек-трон-ныйумно¬жительПЗС-мат-рицаПЗС-матрицаширина35,635,635,635,635,6длина129,5101,691,443,245,7Динамиче¬
ский диапа¬
зон (оптиче¬
ская плот¬
ность)0-3,850-3,850,05—3,80-3,50,01 4,0Минималь¬
ный размер
пикселя
(ширина
пленки
35 см), мкм8544 (для маммо¬
графической
пленки
18 х 24 см)43,510084 (при
скорости
движения
пленки
36 мм/с)3417 (с ин¬
терполя¬
цией по
одной
оси)Максималь¬
ная про¬
странствен¬
ная разре¬
шающая
способность
(ширина
пленки
35 см), пары
линий/мм611 (для маммо¬
графической
пленки
18 х 24 см)11,55614,729,4 (с
интерпо¬
ляцией
по од¬
ной оси)Максималь¬
ная ширина
серой шка¬
лы, число
градаций216212212212214Изменяемое
количество
пикселей в
строке1К, 2К, 4КIK, 2K,
4K, 8КIK, 2К,
4К2К,4К0,67К,
IK, 2К,
4К, 4,8К,
9,5К,
19,04К32
ПродолжениеКомпания-производитель, наименование устройстваХарактери¬стика«Vidar Systems
Corporation»,
«Diagnostic PRO
plus»«How-tek»,« Multi-
RAD 860»«Ko¬
dak» ,
«LS75»«Сапоп»,«FilmScanner300»«RDI»,
«Cobras-
сап СХ-
2000Т»Время ска¬
нированияIK — 9IK — 84K —
432K-62К- 12пленки раз¬
мером
35 х 43 см
для различ¬
ных значе¬
ний пара¬
метра разре¬
шения, с2K- 19,5
4K-392K- 16
4K-32
8K-644K- 124К-30Емкость25 различного60 одно¬1 или 6100 раз¬50 раз¬лотка дляразмераго разме¬(оп¬личноголичногопленки
(максималь¬
ное количе¬
ство одно¬
временно
загружае¬
мых пленок)рация)размераразмера(опция)2.3.	Системы с формированием цифровых изображений
в режиме квазиреального масштаба времени2.3.1.	Прямая рентгенография2.3.1.1.	Приемники рентгеновского изображения на базе се¬
ленового барабана. Рассмотрим принцип действия приемни¬
ков-преобразователей, в тракте формирования изображения
которых используется селеновый барабан1 [37, 38].На поверхность металлического (как правило, алюминие¬
вого) полого цилиндра наносят слой аморфного селена (amor¬
phous selenium, a-Se) толщиной порядка 500 мкм. Селен явля¬
ется фотопроводником: вне радиационного поля он ведет себя
как диэлектрик, но в потоке фотонов он начинает обладать
электрической проводимостью, которая пропорциональна ин-В последние годы (с появлением более технологичных решений) вы¬
пуск цифровых рентгенографических систем с приемниками этого типапрекращен.33
+ + + * + + + +1y/fl\ wv/^/7/ / \\\ч
+ + + + ++ + + +SeleniumX XЗарядЭкспозиция+++ +++ +++SeleniumСчитываниеОбработка сигналовОбработка данных
изображения<Рис. 2.5. Стадии преобразования энергии в приемнике-преобразова¬
теле на базе селенового барабана (объяснение в тексте).тенсивности потока. Это свойство используется для преобра¬
зования энергии фотонного излучения непосредственно в
электрический сигнал (рис. 2.5).На первой (подготовительной — до начала экспозиции)
стадии к слою селена прикладывается постоянное электриче¬
ское поле, формируемое с помощью коронного разряда при34
использовании тонкого проводника с высоким потенциалом
(проводник расположен на небольшом расстоянии от поверх¬
ности селена). Поскольку заряды противоположной полярно¬
сти накапливаются на алюминиевой поверхности барабана,
слой селена оказывается в электрическом поле большой на¬
пряженности.На следующей стадии (в процессе экспонирования в рент¬
геновском потоке) в слое селена происходят накопление энер¬
гии фотонов и высвобождение электронов, которые и обеспе¬
чивают электрическую проводимость (так называемую элек-
гронно-дырочную проводимость). Под воздействием постоян¬
ного электрического поля электроны мигрируют в сторону
поверхности слоя селена и частично нейтрализуют приложен¬
ный положительный заряд; при этом уменьшается заряд на
поверхности слоя селена и, следовательно, разность потен¬
циалов между поверхностью селена и поверхностью барабана.
В результате формируется скрытое изображение, которое оп¬
ределяется интенсивностью потока фотонов, прошедших че¬
рез исследуемую область тела пациента и попавших на по¬
верхность селенового барабана.На третьей стадии осуществляется бесконтактное электри¬
ческое сканирование сформированного потенциального рель¬
ефа с помощью электрометров, находящихся на расстоянии
приблизительно 100 мкм от поверхности селенового слоя. По¬
сле считывания, усиления и аналого-цифрового преобразова¬
ния электрических сигналов полученный массив цифровых
данных регистрируется в рабочей станции. В результате появ¬
ляется возможность отображения информации на экране мо¬
нитора, ее обработки, анализа и изготовления твердых копий.
Перед началом следующей экспозиции электрическое поле,
приложенное к слою селена, должно быть компенсировано.Описанный выше подход нашел применение в разработан¬
ном в начале 90-х годов XX в. компанией «Philips» цифровом
рентгенодиагностическом комплексе для исследования орга¬
нов грудной клетки «Thoravision» (рис. 2.6) [38].В этом комплексе использован алюминиевый барабан диа¬
метром 50 см с нанесенным слоем аморфного селена толщи¬
ной 500 мкм. Такой диаметр барабана позволяет использовать
рабочую поверхность для формирования изображения разме¬
ром 43 х 49 см при фокусном расстоянии порядка 200 см. По
краям барабана располагаются устройство формирования ко¬
ронного разряда и устройство считывания информации, со¬
держащее решетку из 36 чувствительных элементов. Для соз¬
дания электрического поля (зарядки барабана) включают уст¬
ройство формирования коронного разряда и начинают срав¬
нительно медленно вращать барабан. После того как поверх¬
ность равномерно заряжена, прекращают вращение и начина¬
ет экспозицию. Сразу же после окончания экспозиции бара-35
Рис. 2.6. Рентгенографическая система «Thoravision» (объяснение в
тексте).бан вращают с большой скоростью и считывают информацию.
В процессе считывания решетку с чувствительными элемента¬
ми медленно перемещают в направлении, параллельном оси
барабана, таким образом, чтобы каждый элемент сканировал
узкую спиралевидную область поверхности. Полностью весь
процесс сканирования занимает не более 10 с. Проекция изо¬
бражения грудной клетки на цилиндрическую поверхность ба¬
рабана приводит к геометрическим искажениям. Однако за
счет применения специализированных алгоритмов математи¬
ческой обработки изображения (при этом учитываются диа¬
метр барабана и фокусное расстояние) эти искажения автома¬
тически компенсируются, и оператор наблюдает на экране
монитора рабочей станции изображение, адекватное сформи¬
рованному при использовании детектора с плоской поверхно¬
стью.Описанная цифровая рентгенографическая система под¬
твердила свою эффективность в клинической практике [21, 37,
38]. Следует отметить, что установки на основе селенового ба¬
рабана имеют пространственную разрешающую способность
порядка 2,5 пары линий/мм, что ниже аналогичного парамет¬
ра для комбинации экран—пленка. Однако эти системы обла¬
дают более широким динамическим диапазоном и более высо¬
кой квантовой эффективностью регистрации в области нуле¬
вых пространственных частот (порядка 60 % при напряжениях
90—100 кВ), что позволяет получать с их помощью цифровые
рентгеновские изображения достаточно высокого диагности¬
ческого качества при сравнительно низких дозовых нагрузках
на пациентов. Как уже отмечалось, в последние годы (после
освоения рядом компаний серийного производства плоских
панелей на базе аморфного селена) системы на основе селено¬
вого барабана не производятся.2.3.1.2.	Приемники рентгеновского изображения, использую¬
щие плоские панели на основе аморфного селена, реализуют те
же физические принципы, что и системы на основе селеново¬
го барабана.К настоящему времени разработаны и выпускаются панели
различных типоразмеров, максимальный из которых соответст¬
вует полноформатному рентгеновскому снимку (35 х 43 см).
Эти панели представляют собой многослойную плоскую
структуру, помещенную в специальный рентгенопрозрачный
корпус с внешними размерами, несколько превосходящими
полезную поверхность (например, размер в сборке детекторов
для полноформатной цифровой рентгенографии, изготовляв¬
шихся компанией «Hologic», 46,7 х 46,7 х 4,2 см). В настоя¬
щее время одним из крупнейших производителей систем с
приемниками рентгеновского изображения на основе аморф¬
ного селена является компания «Kodak» [25, 33, 34].Стадии получения цифрового изображения в рассматривае¬
мых системах представлены на рис. 2.7. Поток фотонов (про¬
шедших через исследуемую область тела пациента) облучает
слой аморфного селена, который находится в постоянном
электрическом поле большой напряженности (к электродам
прикладывается напряжение порядка 5 кВ); на поверхности
селенового слоя формируется потенциальный рельеф. Про¬
странственное распределение потенциала пропорционально
суммарной энергии фотонов, попавших на те или иные участ¬
ки поверхности детектора. Заряды накапливаются в элемен¬
тах-накопителях (конденсаторах). Затем осуществляется счи¬
тывание информации о распределении зарядов в плоской ре¬
шетке электродов, выполненной по тонкопленочной техноло¬
гии, — слое, содержащем полупроводниковые элементы на ба¬
зе аморфного кремния (amorphous silicon, a-Si). В результате
формируются электрические сигналы, которые в дальнейшем
подвергаются усилению и аналого-цифровому преобразова¬
нию; затем рентгеновское изображение регистрируется в ра¬
бочей станции для последующей обработки и анализа. Для
повышения квантовой эффективности регистрации (сниже-37
вАЦПАРМРис. 2.7. Стадии преобразования сигналов в приемниках, использую¬
щих плоские панели на основе аморфного селена.А — поток фотонов; Б — слой аморфного селена; В — решетка элементов на
основе аморфного кремния.ния уровня собственных шумов) в конструкции, как правило,
предусматриваются меры для активного (принудительного)
охлаждения.Выпускаемые в настоящее время полноформатные плоские
панели обладают пространственной разрешающей способно¬
стью около 3,6 пары линий/мм; квантовой эффективностью
регистрации в области нулевых пространственных частот по¬
рядка 35—45 %; серая шкала, как правило, содержит 214 града¬
ций. Время после начала экспозиции, в течение которого на
экране монитора появляется первичное изображение, состав¬
ляет примерно 10 с. Последовательные экспозиции при ис¬
пользовании детекторов рассматриваемого типа могут осуще¬
ствляться с временным интервалом порядка 45—50 с.2.3.1.3. Приемники-преобразователи на базе газовых иониза¬
ционных камер для сканирующих систем. В качестве примера
приемника данного типа рассмотрим многопроволочную про¬
порциональную камеру (МПК), первая модель которой для
задач медицинской цифровой рентгенографии была разрабо¬
тана в Институте ядерной физики имени Г. И. Будкера СО
РАН в 80-е годы XX в. [1, 2, 3]. В основу разработки была по¬
ложена идея МПК, предложенная в 1968 г. лауреатом Нобе¬
левской премии по физике французским ученым Жоржем
Шарпаком (Georges Charpak) [42].38
рис. 2.8. Структура мно¬
гопроволочной пропор¬
циональной камеры.I — вид сбоку; II — вид
сверху.А — рентгеновский поток;
Б — катоды; В — анодные
проволочки; Г — экраниру¬
ющий электрод.Использовавшаяся
в малодозовой цифро¬
вой рентгенографиче¬
ской установке «Си-
бирь-Н» МПК пред¬
ставляет собой запол¬
ненную под высоким давлением (порядка 2,5—3 атм) газовой
смесью (80 % Хе + 20 % С02) многоканальную структуру.
В системе имеются экранирующий электрод и три группы
электродов, расположенные в трех плоскостях вдоль направле¬
ния распространения потока фотонов: группа анодных прово¬
лочек и две группы катодов, расположенные симметрично от¬
носительно первой группы (рис. 2.8). В процессе экспозиции
фотоны, сталкиваясь с молекулами газа, ионизируют их. В ре¬
зультате высвобождаются первичные электроны, которые,
дрейфуя вдоль силовых линий электрического поля, возникаю¬
щего при приложении к анодам и катодам напряжения соот¬
ветствующей полярности, попадают в область высокой напря¬
женности поля вокруг тонкой анодной проволоки. Происходит
ударная лавинная ионизация, а на анодную проволоку наво¬
дится дополнительный заряд, пропорциональный количеству
попавших в данный канал фотонов. Сигналы с выходов анод¬
ных проволочек попадают на вход усилителей-дискриминато¬
ров и далее — на счетчики. Счетчиков в системе вдвое больше,
чем каналов. Счетчики с четными номерами учитывают оди¬
ночные импульсы, зарегистрированные в каналах. Счетчики с
нечетными номерами регистрируют превышение порога обна¬
ружения одновременно в двух соседних каналах, что происхо¬
дит в том случае, когда фотон поглощается в области между
двумя соседними проволочками. Реализация описанного спо¬
соба обработки сигналов в МПК позволяет практически вдвое
увеличить количество каналов регистрации и соответственно
повысить пространственную разрешающую способность.С учетом того что МПК представляет собой линейную (од¬
номерную) структуру, для получения двухмерного изображе¬
ния необходимо осуществить движение детектора вдоль ис¬
следуемой области тела пациента. Для уменьшения дозовыхв39
Рис. 2.9. Расположение элек¬
тродов микрополосковой газо¬
вой камеры.А — цепь питания катода; Б — ка¬
тод; В — анод; Г — цепь питания
анода.нагрузок и уменьшения
влияния на качество изобра¬
жения рассеянного излуче¬
ния в сканирующей системе
используют узкий веерооб¬
разный луч, сформирован¬
ный с помощью коллимато¬
ра на выходе рентгеновского
излучателя. Аналогично кол¬
лиматор устанавливают и на
входе детектора.Рассматриваемая МПК содержит 320 анодных проволочек,
расположенных на расстоянии 1,2 мм друг от друга, что опре¬
деляет пространственную разрешающую способность порядка
0,8 пары линий/мм (с учетом дополнительных каналов совпа¬
дения). Динамический диапазон подобных приемников нахо¬
дится в пределах 120—150.На протяжении последних лет активно проводились рабо¬
ты по улучшению технических характеристик приемников
рентгеновского изображения на базе газовых ионизационных
камер. С использованием современных технологий изготовле¬
ния электродов (фотолитография и травление) разработаны
различные приборы: микрополосковые газовые камеры (Micro
Strip Gas Chamber), микрощелевые камеры (Micro Gap Cham¬
ber), а также газовые электронные умножители (Gas Electron
Multiplier) [28, 42]. На рис. 2.9 представлено расположение
электродов одного из вариантов микрополосковой газовой ка¬
меры. По сравнению с МПК изготовленные с использовани¬
ем современных технологий приемники-преобразователи об¬
ладают более высокой разрешающей способностью, расши¬
ренным динамическим диапазоном, меньшим временем вос¬
становления системы. То же газовое усиление, что и в МПК,
в этих системах достигается при более низком (в 2 раза и бо¬
лее) анодном напряжении.Микрополосковые и микрощелевые камеры обладают так¬
же лучшим энергетическим разрешением по сравнению с
МПК, что связано с меньшим объемом области лавинной ио¬
низации в каждом из каналов этих устройств [36]. Дополни¬
тельного улучшения характеристик и повышения качества
цифровых рентгеновских изображений можно достигнуть при
сочетании микрополосковых газовых камер и газовых элек¬40
тронных умножителей; в этом случае удается обеспечить ко¬
эффициент газового усиления порядка 104 [42].В 2000 г. завершились испытания многоканальной иониза¬
ционной камеры (МИК), разработанной на основе микропо¬
лосковой технологии в Институте ядерной физики имени
Г. И. Будкера СО РАН. В этой разработке увеличено давление
газа в камере (до 11 атм) и вместо смеси газов используется
чистый ксенон (Хе), что привело к повышению чувствительно¬
сти детектора; значительно увеличен динамический диапазон
по сравнению с МПК (порядка 1000). До 1,2 пары линий/мм
улучшена пространственная разрешающая способность вдоль
строки построенного на основе МИК приемника-преобразо¬
вателя, время экспонирования одной строки изображения
уменьшено до 5 мс [20]. К настоящему времени разработана и
выпускается камера, содержащая 2048 приемных каналов и
обладающая пространственным разрешением вдоль строки
порядка 2,5 пары линий/мм. Эта камера — ядро приемной
системы цифрового сканирующего малодозового флюорогра¬
фа «Взгляд Орла» (орловское ЗАО «Научприбор»).2.3.2.	Непрямая рентгенография2.3.2.1.	Системы с трактом формирования цифрового рентге¬
новского изображения на основе УРИ (предназначенные для
рентгенографии). Разработки цифровых приемников рентге¬
новского изображения на основе УРИ базируются на достиже¬
ниях технологий производства рентгеновских электронно-оп¬
тических преобразователей (РЭОП) и усилителей рентгенов¬
ского изображения [9, 16, 17]. Необходимо оговориться, что в
зарубежной научно-технической литературе разделение на
РЭОП и УРИ не принято, и как сам РЭОП, так и усилитель,
построенный на базе РЭОП, имеют общее название «усилитель
рентгеновского изображения» (X-Ray Image Intensifier).В медицинской практике наибольшее применение нашли
2 типа УРИ: усилители на базе РЭОП и усилители на базе
электронно-оптического преобразователя (ЭОП). В свою оче¬
редь УРИ на базе РЭОП делятся на две группы: с электроста¬
тической системой прямого переноса и с оборачиванием изо¬
бражения. УРИ на базе ЭОП получили значительно меньшее
распространение вследствие более низкой эффективности
преобразования энергии фотонов и, как следствие, необходи¬
мости увеличения дозовых нагрузок на пациентов для дости¬
жения необходимого качества изображения.УРИ на базе РЭОП с оборачиванием изображения превосхо¬
дят РЭОП с электростатической системой прямого переноса по
основным характеристикам (коэффициент усиления, коэффи¬
циент передачи контраста и пространственное разрешение) [16].41
АтРис. 2.10. Цифровой приемник рентгеновского изображения на базе
УРИ.А — рентгеновский поток; Б] — входное окно; Б2 — выходное окно; В, — вход¬
ной экран; В2 — выходной экран; Г — фотокатод; Д — вакуумная колба; Е —
электронная оптика; Ж — источник высокого напряжения; 3 — оптическая
система; И — передающая телевизионная трубка или ПЗС-матрица.Структурная схема цифрового рентгеновского приемника-
преобразователя на базе УРИ с РЭОП (с оборачиванием изо¬
бражения) представлена на рис. 2.10. Усиление яркости в по¬
добных системах достигается как за счет увеличения интен¬
сивности светового потока при наличии ускоряющего напря¬
жения, так и за счет электронно-оптического уменьшения
геометрических размеров изображения.Типовой РЭОП (с оборачиванием изображения), являю¬
щийся основой УРИ, представляет собой вакуумный прибор
цилиндрической формы. Рентгеновский поток попадает на
входное окно из тонкого листа алюминия или титана толщиной
0,25—0,5 мм (для минимизации рассеивания и поглощения фо¬
тонов в нем; ранее входное окно выполнялось из стекла). Вход¬
ной рентгеновский экран — люминофор на основе йодида це¬
зия, активированного натрием (Csl: Na) или таллием (Csl: Т1),
состоящий из монокристаллов, имеющих нитевидную форму
(примерно 5 мкм в диаметре и до 0,5 мм длиной), который на¬
носят на подложку из алюминия. За счет поглощения во вход¬
ном экране энергии рентгеновского потока образуются фотоны
видимого диапазона длин волн (голубой свет) и световой поток
передается вдоль кристаллов люминофора практически при от¬
сутствии бокового рассеивания на фотокатод. Между люмино¬
фором и фотокатодом находится очень тонкий (менее 1 мкм)
промежуточный слой (например, из окиси индия), который не¬
обходим, чтобы исключить химическое взаимодействие мате¬
риалов, из которых изготовлены люминофор и фотокатод. Фо-
токатодный слой изготавливают, как правило, из соединения42
сурьмы и цезия (SbCs3). Попавший на фотокатод световой по¬
ток вызывает эмиссию электронов, которые практически бес¬
препятственно движутся в вакууме и ускоряются за счет напря¬
жения 25—35 кВ, приложенного к системе катод — анод, и за
счет электронной оптики фокусируются на люминофоре вы¬
ходного окна. Из-за наличия точки пересечения на траектории
движения электронов изображение на выходном люминофоре
инвертировано по отношению к изображению на входном лю¬
минофоре. Необходимо также отметить: и входной экран, и фо¬
токатод не являются абсолютно плоскими, что обусловливает
необходимость принятия специальных мер по выравниванию
длин пробега электронов из разных точек поверхности системы
входной экран — фотокатод (чтобы избежать искажений исход¬
ного изображения). При изменении уровня высокого напряже¬
ния, приложенного к фокусирующим электродам, удается из¬
менять номинальный диаметр входного поля преобразователя,
что реализуется в так называемых многопольных РЭОП. На
практике наиболее часто используют системы с номинальным
диаметром входного поля в диапазоне 150—400 мм (существуют
преобразователи с размером поля, достигающим 570 мм, на¬
пример «Optilux HD» компании «Siemens») [16].Диаметр выходного люминофора РЭОП колеблется в диапа¬
зоне от 25 до 35 мм, толщина его слоя 5 мкм и изготавливается
он, например, на основе соединения ZnCdS : Ag («люмино¬
фор-20» — Р20) или различных соединений гадолиния (Gd)
(«люминофор-43» — Р43). У внутренней поверхности выходно¬
го люминофора располагается тонкая алюминиевая фольга, ко¬
торая служит как в качестве анода, так и в качестве отражателя
света для увеличения яркости выходного изображения. Выход¬
ное окно изготавливается из стекла толщиной порядка 15 мм с
внешними слоями — отражателями света; существуют также
разработки на основе затемненного стекла, в ряде конструкций
используют оптоволокно; основная цель всех вариантов — ми¬
нимизировать рассеивание и переотражения светового потока.Сформированное изображение с помощью оптической сис¬
темы проецируется на передающую телевизионную трубку (на¬
пример, видикон или плюмбикон) либо на ПЗС-матрицу1; на
выходе этих устройств формируется электрический сигнал,
подвергающийся аналого-цифровому преобразованию, после
чего массив цифровых данных поступает на автоматизирован¬
ное рабочее место врача-рентгенолога или рентгенолаборан-
та [10].Количеством элементов ПЗС-матрицы (или количеством
строк разложения в телевизионной системе) в конечном итоге1 В настоящее время при производстве УРИ практически повсеместно
передающие телевизионные трубки вытеснены ПЗС-матрицами.43
определяется пространственная разрешающая способность
рентгеновского приемника-преобразователя на базе УРИ.
Пространственная разрешающая способность выпускаемых в
настоящее время РЭОП с номинальным диаметром входного
поля более 330 мм составляет порядка 4—5,5 пары линий/мм
(в центре). Однако, даже если совместно с РЭОП с диаметром
входного поля порядка 400 мм используется передающая теле¬
визионная трубка с разложением на 1249 строк (система вы¬
сокой четкости), результирующая пространственная разре¬
шающая способность не превысит 1,6 пары линий/мм. Совре¬
менные технологии в индустрии производства ПЗС-матриц
позволяют разложить изображение на выходе РЭОП на
2048 х 2048 элементов (и более), что может обеспечить про¬
странственную разрешающую способность приемника-преоб¬
разователя рассматриваемого типа не ниже 2,5 пары линий/мм.
Один из основных недостатков приемников рентгеновского
изображения на базе УРИ (особенно с передающими телеви¬
зионными трубками) — достаточно небольшой динамический
диапазон [in. Жесткие требования к скорости считывания
данных с выхода передающей телевизионной трубки или
ПЗС-матрицы и их аналого-цифрового преобразования в сис¬
темах, используемых для задач цифровой рентгенографии, не
предъявляются. Первичное изображение на экране монитора
в цифровых комплексах, использующих рассматриваемый тип
приемников рентгеновского изображения, появляется через
несколько секунд после окончания экспозиции.Среди производителей приемников-преобразователей на
базе УРИ с большим диаметром входного поля можно отме¬
тить, например, компании «Siemens», «Philips», «Thales» (ранее
«Thomson»), а также санкт-петербургский НИПК «Электрон»
и московское ЗАО «Амико».2.3.2.2.	Системы с трактом формирования цифрового рентге¬
новского изображения, построенном на основе комбинации:
сцинтилляционный экран — светосильная оптика — ПЗС-мат-
рица. Этапы преобразования сигналов в подобных системах
иллюстрирует рис. 2.11: рентгеновский поток, прошедший че¬
рез исследуемую область тела пациента, попадает на сцинтил¬
ляционный экран, где преобразуется в поток фотонов види¬
мого диапазона длин волн; интенсивность светового потока в
каждой области экрана пропорциональна суммарной энергии
рентгеновских фотонов, поглощенных за время экспозиции в
этой области. Затем с помощью светосильной оптики осуще¬
ствляются фокусировка изображения и его проецирование на
ПЗС-матрицу, на выходе каждого элемента которой формиру¬
ется электрический сигнал, пропорциональный интенсивно¬
сти светового потока на его входе. Сформированные электри¬
ческие сигналы подвергаются усилению и аналого-цифровому44
Рис. 2.11. Этапы преобразования
сигналов в приемнике рентгенов¬
ского изображения на основе ком¬
бинации: сцинтилляционный эк¬
ран — светосильная оптика — ПЗС-
матрица.А — рентгеновский поток; Б — свето¬
вой поток; В — светосильная оптика;
Г —ПЗС-матрица; Д — электрический
сигнал.преобразованию, после чего
массив цифровых данных пере¬
дается к АРМ и регистрируется
в памяти рабочей станции.Один из основных недостат¬
ков приемников рентгеновского
изображения рассматриваемого
типа — относительно низкая
квантовая эффективность реги¬
страции, что является следстви¬
ем больших энергетических по¬
терь в оптике при переносе пол¬
ноформатного изображения с
экрана на ПЗС-матрицу, имею¬
щую размеры в несколько сан¬
тиметров. Для преодоления это¬
го недостатка (и для повышения
пространственной разрешаю¬
щей способности) швейцарская компания «Swissray» применя¬
ет четырехканальную схему формирования рентгеновского
изображения: в каждом из каналов с собственной оптической
системой и ПЗС-матрицей происходит формирование массива
цифровых данных, соответствующих парциальному изображе¬
нию, а затем с помощью специализированного программного
обеспечения осуществляется «сшивка» этих парциальных изо¬
бражений. Фотография детектора компании «Swissray» со сня¬
тым сцинтилляционным экраном представлена на рис. 2.12.Как в рекламных материалах производителя, так и в ряде
публикаций используемый в аппаратах «Swissray» метод полу¬
чения цифровых изображений называется прямой цифровой
рентгенографией (Digital Direct Radiography), хотя на входе
детектора в слое сцинтиллятора осуществляется преобразова¬
ние энергии рентгеновского потока в энергию светового пото¬
ка, что характерно для непрямой рентгенографии [43].Для лучших образцов полноформатных приемников рент¬
геновского изображения данного типа характерны простран¬
ственная разрешающая способность около 3 пар линий/мм,45
Рис. 2.12. Приемник рентгеновского изображения компании «Swiss¬
ray»; экран снят.контрастная чувствительность порядка 1,5 % при дозе в плос¬
кости детектора около 6 мкГр, ширина серой шкалы 214 града¬
ций, квантовая эффективность регистрации в области нуле¬
вых пространственных частот порядка 20—40 % [24, 27].2.3.2.3.	Приемники с плоскими панелями на основе аморф¬
ного кремния (для рентгенографии). Плоские панели на основе
аморфного кремния являются базовым элементом еще одного
из видов рентгеновских приемников-преобразователей для не¬
прямой рентгенографии. В их конструкции много общего с
панелями на основе аморфного селена, однако существует и
принципиальное отличие: электрический сигнал формируется
после преобразования рентгеновского потока в поток фотонов
видимого диапазона длин волн с дальнейшим преобразовани¬
ем свет — электричество (рис. 2.13) [24, 29, 39].Прием и преобразование фотонного излучения в плоских
панелях на основе аморфного кремния осуществляется сле¬
дующим образом. Верхний из рабочих слоев панели представ¬
ляет собой сцинтиллятор на основе соединения йодида цезия
и таллия (Csl : Т1) толщиной 450 мкм; в нем рентгеновский
поток преобразуется в поток фотонов видимого диапазона
длин волн. Обладающая очень высоким коэффициентом по¬
глощения фотонов вертикально ориентированная кристалли-
вАБРис. 2.13. Структура плоской панели на основе аморфного кремния.А — рентгеновский поток; Б — сцинтилляционный слой; В — матрица фото¬
приемников; Г — слой для считывания информации; Д — данные; Е — систе¬
ма; Ж — линейные устройства управления; 3 — синхронизация и управление.ческая структура сцинтиллятора позволяет в значительной
степени снизить уровень бокового рассеивания и повысить
пространственную разрешающую способность системы.
Сформированный в сцинтилляционном слое световой поток
попадает на матрицу светочувствительных элементов (фото¬
диодов) на основе аморфного кремния, на выходах которых в
процессе облучения формируются электрические заряды. Ве¬
личина зарядов пропорциональна интенсивности светового
потока в данной области матрицы. Затем с помощью транзи¬
сторных ключей, выполненных на основе тонкопленочной
технологии, осуществляется последовательное считывание
электрических сигналов вдоль соответствующих строк; далее
сигналы усиливаются и подвергаются аналого-цифровому
преобразованию (с помощью 14-разрядных АЦП).Принципиальная электрическая схема, соответствующая
процессам накопления зарядов в элементах решетки и считы¬
вания сигналов строк, изображена на рис. 2.14.Выпускаемые в настоящее время полноформатные (полезная
поверхность имеет размеры около 43 х 43 см или 35 х 43 см)
панели на основе аморфного кремния обладают пространст¬
венной разрешающей способностью порядка 3,1—3,5 пары
линий/мм и квантовой эффективностью регистрации в облас¬
ти нулевых пространственных частот 60 % и более, время от47
1 11
.тгЩтг^щ,Рис. 2.14. Схема накопления зарядов и считывания сигналов строк в
плоской панели на основе аморфного кремния.А — считывание — усиление; Б — управление строкой; В — транзисторный
ключ; Г — фотодиод; Д — напряжение смещения; Е — пиксель.момента начала экспозиции до появления первичного изобра¬
жения на экране монитора менее 10 с (компании «General
Electric», «Trixell», «Сапоп», «Varian» и др.) [24, 39, 44].Следует отметить, что вес и размеры панелей на основе
аморфного кремния (и аморфного селена) пока не позволяют
использовать их вместо стандартной рентгеновской кассеты в
традиционных стойках для съемки в вертикальном положении
и в традиционных столах-штативах; например, выпускаемый
компанией «Trixell» детектор на базе плоской кремниевой па¬
нели имеет внешние размеры 53,3 х 48,8 х 4,5 см. Для работы
с этими типами детекторов применяют специальные конст¬
руктивные решения, позволяющие проводить рентгенографи¬
ческие исследования в вертикальном и горизонтальном поло¬
жениях пациента.2.3.2.4.	Приемники рентгеновского изображения на базе ли¬
неек полупроводниковых элементов для сканирующих системмогут рассматриваться в качестве частного случая детекторов,
описанных в предыдущем подразделе. Отличие заключается в
том, что в данном случае детектор представляет собой линей¬
ную (одномерную) структуру и для формирования двухмерного
изображения необходимо осуществить сканирование детекто¬
ром вдоль исследуемой области тела пациента. Для снижения
дозовых нагрузок и уменьшения влияния фона (определяемого
эффектом рассеивания рентгеновского потока в теле пациента)48
рис. 2.15. Структура канала твердотельного
детектора для сканирующей системы.д — рентгеновский поток; Б — коллиматор; В —
сцинтиллятор; Г — оптоволоконная шайба; Д —
фотодиод.при сканировании используют узкии
веерообразный луч, формируемый с по¬
мощью коллиматора на выходе излуча¬
теля. На входе приемника-преобразова¬
теля также устанавливают коллиматор.Детекторы данного типа представляют
собой линейку светочувствительных
элементов, расположенных за сцинтил-
ляционным слоем. В качестве светочув¬
ствительных элементов могут использо¬
ваться как дискретные элементы (фото¬
диоды), так и микросборки из дискрет¬
ных элементов [4].Рассмотрим этапы преобразования
сигналов в этих детекторах (рис. 2.15).Рентгеновский поток, пройдя через
щель коллиматора, попадает на слой
сцинтиллятора, где происходит преоб¬
разование энергии рентгеновского из¬
лучения в энергию фотонов видимого диапазона длин волн.
Через оптоволоконные шайбы фотоны света попадают на фо¬
тодиоды, на выходах которых формируется заряд, пропорцио¬
нальный интенсивности светового потока на их входах. С по¬
мощью зарядового усилителя и интегрирующей емкости фор¬
мируется электрический сигнал, который в дальнейшем под¬
вергается аналого-цифровому преобразованию.Основными производителями описанных выше сканирую¬
щих систем на постсоветском пространстве являются ЗАО
«Рентгенпром» (г. Истра Московской области) и минское на¬
учно-производственное предприятие «АДАНИ» [12, 18]; из за¬
рубежных разработчиков и производителей линейных детекто¬
ров на основе фотодиодов можно отметить французскую ком¬
панию «Thales» (известна ранее как компания «Thomson»).Лучшие полноформатные детекторы данного типа обладают
пространственной разрешающей способностью порядка 3,1 па¬
ры линий/мм и контрастной чувствительностью на уровне 1 %
при дозе в плоскости детектора порядка 2,5—4 мкГр. Кванто¬
вая эффективность регистрации, как правило, не превышает
Ю—15 %, что определяется значительными потерями энергии
в процессе экспозиции за счет соотношения площадей сечения
рентгеновского пучка и полезной поверхности линейки твер¬
дотельных детекторов. Время сканирования обычно составляет49
5—6 с. К преимуществам рентгеновских приемников данного
типа следует отнести практически полное исключение влияния
рассеянного в теле пациента излучения на формируемое изо¬
бражение.2.4.	Системы с формированием цифровых изображений
в режиме реального масштаба времени2.4.1.	Системы с трактом формирования цифрового
рентгеновского изображения на основе УРИ
(предназначенные для рентгеноскопии)К системам, работающим в реальном масштабе времени,
относятся рентгенодиагностические комплексы, в которых
удается сформировать, зарегистрировать и отобразить на эк¬
ране монитора 24 и более цифровых изображений за 1 с. Еще
совсем недавно единственным типом приемников-преобразо-
вателей, при использовании которых удавалось решить эту за¬
дачу, являлись детекторы на базе УРИ [13]. Следует отметить,
что большинство из полноформатных детекторов на базе
УРИ, используемых в настоящее время, являются универсаль¬
ными, т. е. позволяют работать как в режиме рентгеноскопии,
так и в режиме рентгенографии (но с меньшей пространст¬
венной разрешающей способностью по сравнению с система¬
ми, предназначенными исключительно для рентгенографии).
Примером универсального использования приемника рентге¬
новского изображения на базе УРИ может служить комплекс
«MultiDiagnost», разработанный компанией «Philips».Необходимые скорости считывания и аналого-цифрового
преобразования сигналов реализуют при использовании камер
с ПЗС-матрицами на выходе УРИ; в современных системах для
рентгеноскопии, например компаний «Philips» и «Thales», име¬
ется режим, при котором удается зарегистрировать 50—60 изо¬
бражений в 1 с. До недавнего времени в системах для рентге¬
носкопии применялись матрицы, содержащие 512 х 512 эле¬
ментов, в последних разработках компаний «Philips», «Thales» и
«Siemens» использованы камеры с ПЗС-матрицами размерно¬
стью 1024 х Ю24 элемента, что позволяет реализовать про¬
странственную разрешающую способность около 1,5 пары ли¬
ний/мм при полноформатной рентгеноскопии (при диаметре
полезной поверхности детектора 36 см) и около 2,5 пары ли¬
ний/мм при диаметре рабочего поля 20 см.При использовании современных цифровых детекторов на
базе УРИ в импульсном режиме просвечивания удается избе¬
жать ухудшения качества изображения, связанного с эффекта¬
ми «затягивания» и «скачков», которые свойственны обычным
УРИ с телевизионными системами [45].50
2.4.2.	Приемники, содержащие плоские панелина основе аморфного кремния (предназначенныедля рентгеноскопии)Совершенствование технологии производства плоских па¬
нелей на основе аморфного кремния и сопутствующей элек¬
троники позволило использовать их и в системах, работающих
в реальном масштабе времени; до недавнего времени размер
полезной поверхности не превышал 20—25 см, при этом
реализовывалась пространственная разрешающая способность
до 3 пар линий/мм. Пионерами применения подобных прием¬
ников для специальных методик рентгеноскопии (в том числе
ангиографии, интервенционной кардиологии и т. п.) стали
компании «General Electric», «Siemens» и «Philips». «General
Electric» недавно создала приемник для ангиографических ус¬
тановок (комплекс «Innova 4100») с полезной поверхностью
41 х 41 см, позволяющий регистрировать до 30 изображений
за 1 с (с пространственной разрешающей способностью по¬
рядка 1,2 пары линий/мм). Вдвое более низкое, чем в режиме
рентгенографии, пространственное разрешение объясняется
использованием метода бинирования (объединения сигналов
двух соседних каналов детектора по каждой из координат).Вне зависимости от типа детектора, исследования, прово¬
димые в импульсном режиме, позволяют значительно умень¬
шить дозовую нагрузку на пациента (и врача), что особенно
актуально в педиатрии и рентгенохирургии. Дополнительного
эффекта снижения дозовой нагрузки достигают при использо¬
вании рентгеновских трубок, в пространстве между катодом и
анодом которых расположен управляющий электрод (решет¬
ка); напряжение смещения, приложенное к решетке, позволя¬
ет выпрямить фронты импульсов высокого напряжения,
вследствие чего уменьшается низкоэнергетическая составляю¬
щая спектра рентгеновского излучения (характерная для «за¬
тянутых» фронтов), которая практически не участвует в фор¬
мировании изображения, но является дополнительной дозо¬
вой нагрузкой на пациента и врача [22].2.5.	Основные медико-технические характеристики
цифровых приемников рентгеновского изображенияОсновные характеристики (определяющие качество фор¬
мирования изображений) полноформатных систем для циф¬
ровой рентгенодиагностики (рентгенографии, рентгеноскопии
и универсальных), в которых используются все рассмотрен¬
ные выше типы приемников-преобразователей, представлены
в табл. 2.3.51
Таблица 2.3. Основные медико-технические характеристики цифро
вых полноформатных приемников рентгеновского изображенияНазвание сис¬
темы, компа-
ния-произво-
дительТип прием-
ника-преоб-
разователяРазмер по¬
лезной по¬
верхно¬
сти, смРазре¬
шаю¬
щая спо¬
соб¬
ность,
пары ли¬
ний/ммМакси¬
маль¬
ная ши¬
рина се¬
рой
шкалы,
града¬
цийКвантовая
эффектив¬
ность ре¬
гистрации
в области
нулевых
простран¬
ственных
частот, %Система для
рентгеногра¬
фии органов
грудной по¬
лости в верти¬
кальном поло¬
жении «FCR
VELOCITY
U» («Fujifilm»)Бескассет-
ный на ос¬
нове стиму¬
лируемого
люминофо¬
ра43 х 43521225Устройство
для оцифров¬
ки рентгенов¬
ских пленок
«CobrascanСХ-2000 Т»
(«RDI»)Устройст¬
во для
оцифровки
рентгенов¬
ских пле¬
нок35,6 х 45,714,721420 (ком¬
бинация
экран-
пленка)Система для
рентгеногра¬
фии органов
грудной по¬
лости «Tho-
ravision»
(«Philips»)На основеселеновогобарабана43 х 492,521460 (при
напряже¬
ниях 90—
100 кВ)Система для
общей рентге¬
нографии
«KODAK DI-
RECTVIEW
DR 9000»(«Kodak»)На основе
плоской
панели
(аморф¬
ный селен)35 х 433,621445Комплекс
ФМЦ-НП-0
(Исп. II)
«Взгляд Ор¬
ла» (ЗАО «На-
учприбор»)Сканирую¬
щий, на ос¬
нове мно¬
гоканаль¬
ной иони¬
зационной
камеры41 х 412,82145052
ПродолжениеНазвание сис¬
темы, компа¬
ния-произво¬
дительТип прием-
ника-преоб-
разователяРазмер по¬
лезной по¬
верхно¬
сти, смРазре¬
шаю¬
щая спо¬
соб¬
ность,
пары ли¬
ний/ммМакси¬
маль¬
ная ши¬
рина се¬
рой
шкалы,
града¬
цийКвантовая
эффектив¬
ность ре¬
гистрации
в области
нулевых
простран¬
ственных
частот, %Универсаль¬
ная система
(для рентгено¬
графии и
рентгеноско¬
пии) «ТН
59 447 HD»
(«Thales»)На основе
УРИ с
ПЗС-мат-
рицей на
выходе36 (диа¬
метр)1,421265 (при
энергиях
60 кэВ)Система для
общей рентге¬
нографии
«ddRModu-
laire» («Swiss¬
ray»)На основе
комбина¬
ции сцин-
тилляцион-
ного экра¬
на, свето¬
сильной
оптики и
ПЗС-мат-
рицы35 х 43
(43 х 35)3,021435 40Система для
общей рентге¬
нографии
«AXIOM Aris-
tos FX» («Sie¬
mens»)На основе
плоской
панели
(аморф¬
ный крем¬
ний)43 х 433,521460 65Малодозовыйцифровойфлюорограф«ПроСкан-7000» (ЗАО
« Рентген-
пром»)Сканирую¬
щий, на ос¬
нове ли¬
нейки по¬
лупровод¬
никовых
детекторов39 х 393,12165Система для
Цифровой ан¬
гиографии
«Innova 4100»
(«General
Electric»)На основе
плоской
панели
(аморф¬
ный крем¬
ний)41 х 411,2214Методика
оценки не
опреде¬
ленаИнформация для таблицы получена из соответствующей литературы, про¬
токолов технических приемочных испытаний, рекламных проспектов компа-
ний-производителей, а также на их сайтах в сети Интернет. При наличии на
Рынке медицинского оборудования нескольких однотипных систем с близки-53
ми или идентичными характеристиками для представления в таблице выбира¬
лись те из них, о которых имеется больше данных в научно-технической ли¬
тературе.В качестве характеристики пространственной разрешающей способности
представлен параметр, определяющий физически реализуемую разрешающую
способность (без применения алгоритмов интерполяции).С учетом того что в литературе представлены различные определения и
соответственно методики контроля динамического диапазона рентгеновских
приемников, было решено исключить эту характеристику из таблицы, а вме¬
сто нее использовать параметр, характеризующий ширину серой шкалы при
осуществлении аналого-цифрового преобразования сигналов.Как видно из табл. 2.3, подавляющее большинство полно¬
форматных рентгенографических приемников уступает по
пространственному разрешению традиционным системам эк¬
ран — пленка, у которых последнее достигает 5 пар линий/мм.
Однако пространственная разрешающая способность на
уровне 2,5—3,6 пары линий/мм уже сейчас делает цифровые
системы пригодными для значительной части рутинных
рентгенодиагностических исследований. В то же время ши¬
рина серой шкалы (ширина диапазона представления дан¬
ных) и квантовая эффективность регистрации в области ну¬
левых пространственных частот у цифровых приемников всех
типов1 гораздо выше, в результате чего цифровые системы
позволяют обеспечивать высокое качество диагностики при
меньших дозовых нагрузках на пациентов и врачей. Умень¬
шения дозовых нагрузок достигают также за счет математи¬
ческой обработки зарегистрированных цифровых изображе¬
ний, с помощью которой всю необходимую врачу информа¬
цию можно получить по одному изображению, включающе¬
му в себя структуры с заметно отличающимися плотностями
(при традиционной пленочной рентгенографии в этом слу¬
чае часто приходится делать несколько снимков: например,
обзорную рентгенограмму грудной полости и прицельно —
средостение).Скорость считывания и аналого-цифрового преобразова¬
ния сигналов в большинстве представленных в настоящее
время на рынке медицинского оборудования полноформат¬
ных цифровых приемников рентгеновского изображения не
позволяет их полноценно использовать в рентгеноскопии (за
исключением систем на основе УРИ, а также плоских крем¬
ниевых панелей), а в рентгеноскопических системах на основе
УРИ и плоских панелей — увеличивать пространственную
разрешающую способность.1 Как уже было указано, более низкая по сравнению с традиционными
системами квантовая эффективность регистрации в сканирующих при¬
емниках на базе линеек твердотельных детекторов компенсируется зна¬
чительно более широким динамическим диапазоном и практически пол¬
ным отсутствием влияния на изображение рассеянного излучения.54
Дальнейшее совершенствование цифровых систем должно
идти по пути увеличения пространственной разрешающей
способности, скорости считывания и оцифровки сигналов,
повышения квантовой эффективности регистрации. Для при¬
емников, которые используют в режиме рентгеноскопии (т. е.
при необходимости регистрировать изображение каждые, на¬
пример, 15—30 мс), очень важно также обеспечивать специ¬
альные меры по снижению влияния на формируемое изобра¬
жение сигналов, оставшихся от предыдущих кадров.Что касается экономических показателей, то появившиеся
в последние годы системы для рентгенодиагностики на основе
цифровых приемников рентгеновского изображения достаточ¬
но дороги, и это обстоятельство в значительной степени за¬
медляет и ограничивает их распространение [27].СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.	Бабичев Е. А., Бару С. Е., Волобуев А. И. и др. Цифровая рентгено¬
диагностическая установка для медицинской диагностики // Мед.
техника. — 1997. — № 1. — С. 13—17.2.	Бару С. ЕПоросев В. В., Хабахпашев А. Г., Шехтман Л. И. Харак¬
теристики цифровых детекторов рентгеновского излучения: Пре¬
принт ИЯФ 2001-7. — Новосибирск, 2001. — 20 с.3.	Белова И. Б., Китаев В. М. Малодозовая цифровая рентгеногра¬
фия (малодозовая цифровая рентгенографическая установка «Си¬
бирь»). — Орел, 2001. — 160 с.4.	Бердяков Г. И., Ртищева Г. М., Кокуев А. Н. Особенности построе¬
ния и применения цифровых рентгенодиагностических аппаратов
для исследования легких // Мед. техника. — 1998. — № 5. —
С. 35-40.5.	Блинов Н. Н. (мл.), Владова Е. П. XI Европейский конгресс радио¬
логов ECR-99 // Мед. техника. — 1999. — № 5. — С. 44—46.6.	Блинов Н. Н., Варшавский Ю. В., Зеликман М. И. Цифровые пре¬
образователи изображения для медицинской радиологии // Ком¬
пьютерные технологии в медицине. — 1997. — № 3. — С. 19—23.7.	Блинов Н. Н., Варшавский Ю. В., Зеликман М. И. Особенности ис¬
пользования сканирующего рентгеновского цифрового флюоро¬
графа ФМЦ-Хе-125 // Мед. радиол, и радиац. безопасность.—
1999. -№ 4.-С. 17-21.8.	Блинов Н. Н., Варшавский Ю. В., Зеликман М. И. Преобразователи
рентгеновских изображений: разработки и перспективы // Компь¬
ютерные технологии в медицине. — 1997. — № 3. — С. 23—24.9.	Блинов Н. Н., Жуков Е. М., Козловский Э. Б., Мазуров А. И. Теле¬
визионные методы обработки рентгеновских и гамма-изображе¬
ний. — М., 1982. — 200 с.10.	Блинов Н. Н., Козловский Э. Б., Лузин С. И. и др. Особенности
цифровых электронно-оптических систем для рентгенодиагности¬
ки // Мед. техника. — 1999. — № 5. — С. 24—26.11.	Вейп Ю. А., Мазуров А. И., Элинсон М. Б. Усилители рентгенов¬
ского изображения с цифровым выходом // Мед. техника. —1998.-М? 6. - С. 10-13.55
12.	Зверев Л. А., Гомбалевский Н. К, Касперовин А. С., Костин С. Л.
Первый опыт использования «ПУЛЬМОСКАНА-760» как цифро¬
вой компьютерной системы для исследования органов грудной
клетки в условиях многопрофильной больницы // Новости луче¬
вой диагностики. — 2000. — № 2. — С. 14—15.13.Зеликман М. И. Цифровые приемники для рентгенодиагностиче¬
ских аппаратов // Радиология — практика. — 2001. — № 1. —
С. 30-34.14.	Кантер Б. М. Исследование и разработка методов и средств рент¬
геновской цифровой медицинской диагностики: Автореф. дис. ...
д-ра техн. наук. — М., 2000. — 50 с.15.	Основы рентгенодиагностической техники / Под ред. Н. Н. Бли¬
нова: Учебное пособие. — М.: Медицина, 2002. — 392 с.16.	Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. Кн. 1 / Под общ. ред.В.	В. Клюева. — М., 1992. — 480 с.17.	Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. Кн. 2 / Под общ. ред.В.	В. Клюева. — М., 1992. — 368 с.18	.Универсальная цифровая рентгенографическая система
УНИСКАН 2000 // Новости лучевой диагностики. — 2000. —
№ 2. - С. 13.19.	Хамицкий В. А., Якубов А. С. Цифровая обработка медицинских
изображений — требование сегодняшнего дня // Материалы ме¬
ждународной конференции лучевых диагностов (Республика
Беларусь, Минск, 23—24 октября 1997 г.). — Минск, 1997. —
175 с.20.	Babichev Е. АВаги S. Е. et al. Photon counting and integrating ana¬
log gaseous detectors for digital scanning radiography // Nuclear In¬
struments & Methods in Physics Research. — 1998, A419. — P. 290—
294.21.	Bernardt Т. М., Rapp-Bernardt U., Hausmann T. et al. Digital selenium
radiography: anti-scatter grid for chest radiography in a clinical study //
Brit. J. Radiol. - 2000. - Vol. 73. - P. 963-968.22.	Brown P. H., Johnson L. М., Silberberg P. JThomas R. D. Low-dose,
high-quality pediatric fluoroscopy // Medica Mundi. — 2001. —
Vol. 45/1, March. - P. 40-47.23.	Busch H. P. Digital radiography for clinical applications // Europ. Ra¬
diol. - 1997. - Vol. 7 (Suppl. 3). - P. S66-S72.24.	Busch H. P. Digitale Projektions — radiographie // Radiologe. —1999.-N 8.-P. 710-724.25.	Direct image quality // Suppl. To Diagnostic Imaging Europe. —
1997. - Vol. 13, N 8.26.	Dusharme Dirk. X-Ray Technologies on the Move // Quality Digest. —
2003, October.27.	Freiherr G. Debate grows over which technology will capture the imagi¬
nation of buyers and how big the market will be // Supplement to Di¬
agnostic Imaging. — 2000, October. — P. 2—5.28.	Gerndt E. К. E., Knapp B. A., Shipsey I. P. J., Geltenbort P. Properties
of a Moscow Glass Gas Microstrip Chamber // Nuclear Instruments &
Methods in Physics Research. — 1997, A388. — P. 42—54.29.	Gilblom D. L. From Amorphous Silicon: Lage-Area Electronic Imagers
for X-Ray and More // Advanced Imaging. — 1997, September. —
P. 44-46.56
30.	Hall-Harris Ch. Analog to Digital: The Role of the Film Digitizer //
Health Imaging & IT. — 2004, July.31.	Halter P. Digital Radiography Comes of Age. // HospiMedica Interna¬
tional. — 1998, November—December. — P. 6.32.	Harrell G. Chotas, James T. Dobbins, III, Carl E. Ravin. Principles of
Digital Radiography with Large-Area, Electronically Readable Detec¬
tors: A Review of the Basics // Radiology. — 1999. — Vol. 210. —
P. 595-599.33.	Investigating Direct Radiography // Synergy. — 2000, May. — P. 12—13.34.	Lee D. L., Cheung L. K, Jeromin L. S., Palecki E. F., Rod ricks B. G.
Radiographic imaging characteristics of a direct conversion detector us¬
ing selenium and thin film transistor array // Procidings SPIE: Medical
Imaging 1997: Physics of Medical Imaging. — 1997. — Vol. 3032, Feb¬
ruary. — P. 88—96.35.	Martinez-Davalos A., Speller R. D., Miller D. J. et al. Evaluation of low-
dose digital X-ray system with improved spatial resolution // Nuclear
Instruments & Methods in Physics Research. — 1994, A348. —
P. 241-244.36.	Miyamoto J., Knoll G. F. The statistics of avalanche electrons in micro-
strip and micro-gap gas chambers // Nuclear Instruments & Methods
in Physics Research. — 1997, A399. — P. 85—93.37.	Neitzel U. Selenium: a new image detector for digital chest radiography //
Medica Mundi. - 1993. - Vol. 38, N 2. - P. 89-93.38.	Neitzel U., Maack I., Gunther-Kohfahl S. Image quality of a digital
chest radiography system based on a selenium detector // Medical
Physics. — 1994. — Vol. 21, April. — P. 509—516.39.	Reiff K. J. Flat panel detectors — closing the (digital) gap in chest and
skeletal radiology // Europ. J. Radiol. — 1999. — Vol. 31, N 2.—
P. 125-131.40.	Schaefer-Prokop С. М., Prokop M. Storage phosphor radiography //
Europ. Radiol. - 1997. - Vol. 7 (Suppl. 3). - P. S58-S65.41.	Schuster S. Digitizers: It’s All About Image and Ease // Medical Imag¬
ing. — 2003, May.42.	Sharma A. Micropattern detectors promise a big future // CERN Cou¬
rier. - 2001. - Vol. 41, N 2, Article 13.43.	Smith R. A True Pioneer // Supplement to Decisions in Imaging Eco¬
nomics. — 1999, November / December. — P. 9—10.44.	Strotzer М., Volk М., Feuerbach S. Experimental Examinations and Ini¬
tial Clinical Experience with a Flat-Panel Detector in Radiography //
Electromedica. — 1998. — Vol. 66, N 2. — P. 52—57.45.	Toet D. J. A new vascular imaging system: The Integris Allura // Medi¬
ca Mundi. — 2001. — Vol. 45/1, March. — P. 2—9.46.	Tylen U. Stimulable phosfor plates in chest radiology // Europ. Radi¬
ol. - 1997. - Vol. 7 (Suppl. 3). - P. S83-S86.
Глава 3АППАРАТНОЕ ОСНАЩЕНИЕ
И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ РАБОЧИХ МЕСТ
ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ЦИФРОВОЙ
РЕНТГЕНОЛОГИИПрименение на практике цифровых рентгенодиагностиче¬
ских установок приводит к изменению всей технологии про¬
ведения исследований. Все цифровые рентгенодиагностиче¬
ские системы объединяют следующие свойства:а установка основных параметров съемки и управление
съемкой осуществляются при использовании компью¬
тера;а полученная информация регистрируется, а затем отобра¬
жается на экране видеоконтрольного устройства (монито¬
ра);▲	имеется возможность дальнейшей математической обра¬
ботки изображений при наличии соответствующего про¬
граммного обеспечения (что значительно повышает диаг¬
ностическую информативность);▲	и изображения, и сопутствующая текстовая информация
могут храниться в электронном архиве (на базе накопите¬
лей различных типов);а при необходимости с помощью соответствующего печа¬
тающего устройства получают твердые копии изображе¬
ний и медицинских заключений [18].При этом, естественно, отпадает необходимость примене¬
ния рентгеновской пленки и соответственно необходимость ее
обработки и хранения. Немаловажным обстоятельством явля¬
ется и то, что процент брака при проведении подобных иссле¬
дований очень мал по сравнению с традиционной пленочной
рентгенографией. Появляется возможность применения спе¬
циализированных алгоритмов автоматизированной обработки
результатов исследований, проведения статистического анали¬за,	а также передачи полученной в процессе исследований ин¬
формации в электронном виде другим специалистам ЛПУ и
даже в другие учреждения при наличии инфраструктуры для
передачи данных.Реализовать все описанные выше функции возможно при
наличии в составе цифровой рентгенодиагностической систе-58
ivibi одного или нескольких автоматизированных рабочих мест
врачей-рентгенологов и рентгенолаборантов. Каждое из этих
рабочих мест представляет собой сложный комплекс, содер¬
жащий аппаратную и программную компоненты.3.1.	Аппаратное оснащение АРМ врача-рентгенолога
и рентгенолаборантаИспользуемые в настоящее время в цифровых рентгеноди¬
агностических системах АРМ можно условно разделить на две
группы: рабочие места, изначально входящие в состав ком¬
плекса, и дополнительно устанавливаемые рабочие места.Автоматизированные рабочие места, изначально входящие
в состав рентгенодиагностического комплекса, могут выпол¬
нять следующие задачи:•	ввод данных о пациенте;•	управление комплексом;•	регистрация полученной во время исследования диагно¬
стической информации и ее отображение на экране мо¬
нитора;•	организация хранения полученных цифровых изображе¬
ний и сопутствующей информации в базах данных;•	математическая обработка зарегистрированных изображе¬
ний и их описание (в том числе с использованием про¬
грамм — электронных ассистентов врача);•	получение твердых копий изображений и медицинских
заключений;•	передача при необходимости изображений и сопутствую¬
щей информации в другие отделения и ЛПУ.АРМ этой группы предназначены как для работы врача-
рентгенолога, так и рентгенолаборанта; как правило, лаборант
вводит данные о пациенте, управляет режимом съемки и реги¬
страцией (с записью в базу данных) полученной во время ис¬
следования информации, а также подготавливает твердые ко¬
пии изображений и распечатывает заключения. Остальные за¬
дачи возлагаются на врача, хотя не исключаются ситуации,
когда врач-рентгенолог выполняет все этапы исследования са¬
мостоятельно.В ряде случаев в состав рентгенодиагностического ком¬
плекса изначально входят два объединенных в локальную вы¬
числительную сеть (ЛВС) автоматизированных рабочих места
(для врача-рентгенолога и рентгенолаборанта) с несколько
различающимися аппаратным оснащением и программным
обеспечением (большинство модификаций малодозовых циф¬
ровых флюорографов) [2, 7]. При такой конфигурации рабо¬
чих мест удается значительно повысить эффективность ис¬59
пользования флюорографа при проведении массовых профи¬
лактических исследований органов грудной полости: лаборант
практически непрерывно (средняя производительность со¬
ставляет около 30 человек в час) осуществляет запись данных
обследуемых и производит съемку, а врач параллельно оцени¬
вает зарегистрированные изображения и готовит заключения.Дополнительно устанавливаемые АРМ предназначены для
работы врачей-рентгенологов и других специалистов ЛПУ:
они объединяются с АРМ рентгенодиагностического ком¬
плекса в рамках локальной вычислительной сети отделения
или ЛПУ в целом. С их помощью можно просматривать изо¬
бражения и сопутствующую информацию, а также проводить
консультации специалистами из других отделений ЛПУ на
своих рабочих местах.Существует также вариант дооснащения традиционных
рентгенодиагностических аппаратов (с УРИ) устройствами
аналого-цифрового преобразования сигналов на выходе теле¬
визионного тракта с дальнейшей регистрацией, обработкой и
хранением полученной информации при использовании АРМ,
которое становится неотъемлемой частью рентгеновского
комплекса.Аппаратное оснащение АРМ включает в себя:▲	рабочую станцию, содержащую системный блок с мощ¬
ным процессором, оперативным запоминающим устрой¬
ством (ОЗУ) с достаточно большим объемом памяти, на¬
копителем информации большой емкости («жестким»
диском), а также монитор с высокой пространственной
разрешающей способностью и большим экраном;а накопитель на различных носителях (магнитных, оптиче¬
ских, магнитооптических) для хранения изображений и
сопутствующей информации (в ряде случаев часть функ¬
ций по долговременному хранению данных возлагается
на электронный архив, который является принадлежно¬
стью ЛВС отделения лучевой диагностики или ЛПУ в це¬
лом);а мультиформатную камеру, термопринтер, лазерный или
струйный принтер для изготовления твердых копий изо¬
бражений и распечатывания текстовой информации
(мультиформатные камеры чаще используются в составе
ЛВС отделения лучевой диагностики, хотя аналогично
могут быть использованы и другие типы принтеров);а оборудование для подключения АРМ к локальной вычис¬
лительной сети отделения лучевой диагностики или ЛПУ
в целом.Рабочая станция. Поскольку обработка медицинских изо¬
бражений является ресурсоемкой задачей, к рабочим станци¬
ям в составе АРМ предъявляются высокие требования (как к60
аппаратной части, так и к системному и специализированно¬
му программному обеспечению — ПО) [14, 15].Медицинские изображения, соответствующие различным
разделам цифровой рентгенодиагностики, содержат, как пра¬
вило, от сотен тысяч до более 20 млн элементов (пикселей).
С учетом возможности «окрашивания» каждого пикселя при
использовании шкалы серого цвета, содержащей 28—216 града¬
ций, объем информации, заключенной в одном цифровом
изображении, может составлять 40 Мб и более (например, ин¬
формационная емкость цифровых маммограмм достигает
60 Мб). Для обработки подобных массивов данных за относи¬
тельно небольшие временные интервалы, не превышающие,
как правило, нескольких секунд (а в ряде случаев долей се¬
кунды), требуется очень высокая производительность вычис¬
лительных средств.В настоящее время в рабочих станциях желательно исполь¬
зовать процессоры с тактовой частотой не менее 1,5—2 ГГц;
рекомендуемый объем памяти входящего в состав системного
блока оперативного запоминающего устройства — не менее
512 Мб; «жесткого» диска — не менее 60—80 Гб.Достаточно высокими оказываются и требования, предъяв¬
ляемые к мониторам рабочих станций [13, 19, 20]. Во-первых,
врачу-рентгенологу для эффективной диагностики необходи¬
мо иметь экран с размером диагонали не менее 17м (на рабо¬
чем месте рентгенолаборанта допускается наличие монитора с
размером диагонали экрана 15м), во-вторых, монитор должен
реализовывать режим работы с разрешающей способностью
не менее 1280 х Ю24 точек.В настоящее время на смену приборам с электронно-ва¬
куумными колбами пришли плоские жидкокристаллические
мониторы с высоким качеством изображения. Они компакт¬
ны (монитор легко расположить в любом удобном для про¬
смотра месте), обладают большой устойчивостью к тряске и
другим механическим воздействиям, что делает их незамени¬
мыми в составе передвижных рентгенодиагностических ком¬
плексов. Наиболее предпочтительными для диагностических
целей являются мониторы с размером диагонали экрана по¬
рядка 20м (режим пространственного разрешения —
1600 х 1200 точек); еще более удобны для работы с цифро¬
выми изображениями плоские мониторы с вертикальной
ориентацией дисплея, реализующие режим пространственно¬
го разрешения 2048 х 2560 точек (например, фирм «Вагсо» и
«Siemens»). Иногда (для сравнения зарегистрированных изо¬
бражений, относящихся к одному пациенту), оптимальным
оказывается использование в составе рабочей станции сдво¬
енного монитора, каждый из двух экранов которого реализу¬
ет режим пространственного разрешения 2048 х 2560 точек
[20].61
Накопители информации. По заложенным физическим
принципам устройства хранения цифровой рентгенодиагно¬
стической информации могут быть разделены на следующие
группы [3]:■	устройства хранения информации на магнитной основе;■	оптические устройства хранения информации;■	магнитооптические устройства хранения информации.Для того чтобы считывать информацию с тех или иных
устройств или записывать данные на них, используют различ¬
ные системы, которые должны входить в комплект оснащения
АРМ, а также цифрового архива (являющегося принадлежно¬
стью ЛВС отделения лучевой диагностики или ЛПУ в целом).В настоящее время используются два типа устройств хране¬
ния информации на магнитной основе: магнитные диски и
устройства, использующие магнитную ленту.Магнитную основу, например, имеет «жесткий» диск, являю¬
щийся принадлежностью системного блока рабочей станции.Большой емкостью обладают устройства на основе магнит¬
ной ленты, но устройства этого типа имеют общий недоста¬
ток — относительно медленный доступ к данным. Этим не¬
достатком обладают и стримеры (устройства считывания/за-
писи для магнитных лент с последовательным доступом), ко¬
торые позволяют создавать архивы емкостью до нескольких
гигабайт на одной ленте. Накопители на магнитных лентах
используют в электронных архивах долговременного хранения
информации, обращения к которой крайне редки [1].В настоящее время в качестве основы электронного архива
информационной системы крупного отделения лучевой диаг¬
ностики или крупного ЛПУ все большее распространение по¬
лучают так называемые библиотеки, использующие в том чис¬
ле и кассеты с магнитной лентой (картриджи) и обеспечиваю¬
щие быстрый доступ к данным. В этих системах осуществля¬
ются автоматизированный поиск нужной кассеты из состава
библиотеки и считывание информации с нее за время, не пре¬
вышающее, как правило, 1 мин, а в ряде случаев определяе¬
мое секундами. Емкость картриджей (например, компании
«StorageTek») очень велика и может достигать 50 Гб, несмотря
на относительно скромные размеры (приблизительно
100 х 120 х 25 мм). Подобный картридж может вместить без
применения специальных способов сжатия информации око¬
ло 5000 высококачественных полноформатных рентгеновских
изображений грудной полости.В качестве оптических устройств хранения информации
используют системы с однократной записью CD-R, которые
позволяют самостоятельно создавать одноразовые собствен¬
ные диски CD ROM емкостью до 700 Мб, и системы с много¬
кратной записью — CD-RW, позволяющие также самостоя¬62
тельно создавать подобные диски, но их можно многократно
перезаписывать. Устройства считывания/записи, работающие
с оптическими дисками, удобно конструктивно располагать в
системном блоке, входящем в состав рабочей станции АРМ.В последнее время все большее распространение получают
системы для работы с DVD дисками (цифровые видеодиски),
каждый из которых обладает емкостью памяти около 10 Гб
(для двусторонних дисков). Подобные системы, позволяющие
многократно перезаписывать информацию на DVD, конст¬
руктивно также могут быть размещены в системном блоке из
состава рабочей станции АРМ.В магнитооптических устройствах хранения информации
реализуются преимущества, присущие описанным выше маг¬
нитным и оптическим; магнитооптические диски (отличаю¬
щиеся размерами и емкостью памяти) позволяют очень долго
(несколько десятков лет) хранить информацию без потерь и
многократно ее перезаписывать; для работы с ними использу¬
ют специальные дисководы, которые конструктивно могут вхо¬
дить в состав рабочей станции. Библиотека может включать в
себя один или несколько дисководов и механизм, обеспечи¬
вающий автоматическую смену дисков по требованию опера¬
тора; общая емкость памяти системы зависит от количества
дисков, которые могут быть в ней установлены одновременно.Для экономии материально-технических ресурсов при ор¬
ганизации хранения медицинской информации в электрон¬
ном виде зачастую прибегают к различным методам сжатия
информации [19, 21, 26]. В рентгенодиагностике, как правило,
используются алгоритмы с коэффициентом сжатия 2—4, что
позволяет обеспечить восстановление информации практиче¬
ски без потерь (в ряде приложений значение коэффициента
сжатия удается довести до 20—40 и более).Печатающие устройства. Для изготовления твердых копий
рентгенодиагностических изображений, а также распечатыва¬
ния текстовой информации (выписок, медицинских заключе¬
ний и т. п.) в составе АРМ имеется печатающее устройство (как
уже отмечалось, в ряде случаев печатающее устройство может
быть принадлежностью ЛВС отделения лучевой диагностики).
В зависимости от назначения могут использоваться принтеры
различных типов. Так, для распечатывания текстовой инфор¬
мации вполне употребимы сравнительно недорогие офисные
струйные черно-белые принтеры. Для изготовления твердых
копий изображений необходимо использовать печатающие уст¬
ройства более высокого класса — лазерные или термопринте¬
ры. Термопринтеры дают лучший результат, однако этот класс
печатающих устройств достаточно дорог и требует дорогой спе¬
циальной термобумаги. Термопринтеры имеет смысл исполь¬
зовать только в тех случаях, когда твердая копия в дальнейшем
будет служить основой для постановки или уточнения диагноза.63
Еще более высокого результата для этих целей можно до¬
биться при использовании специальных систем «сухой визуа¬
лизации» или термографических мультиформатных камер, ко¬
торые при подаче на их вход цифровой информации выводят
рентгенодиагностическое изображение на специализирован¬
ную термическую пленку [6]. В итоге полученная твердая ко¬
пия по качеству практически не уступает изображению на эк¬
ране монитора. Подобные системы, как правило, входят в со¬
став оборудования ЛВС отделения лучевой диагностики и
имеют несколько входных буферных зон, что позволяет под¬
ключать к устройству различные цифровые диагностические
установки.Значительно более дешевое (с точки зрения стоимости ба¬
зового оборудования) решение предлагает российская компа¬
ния «Армедин» — устройство изготовления твердых копий на
основе струйного принтера. Однако высокого качества при
работе с этим устройством удается достичь лишь при исполь¬
зовании специальных чернил и пленки, стоимость которых
незначительно отличается от стоимости расходных материалов
для термопринтеров и мультиформатных камер.Поскольку обычно медицинское заключение по цифровому
изображению врач-рентгенолог делает, глядя на экран мони¬
тора, входящего в состав рабочей станции, твердая копия не¬
обходима лишь в редких случаях («для протокола»). Таким об¬
разом, для оснащения АРМ зачастую может быть достаточно
лазерного принтера с пространственной разрешающей спо¬
собностью порядка 1200 dpi, на котором можно изготавливать
твердые копии изображений и распечатывать заключение
(особенно это актуально для АРМ, входящих в состав устано¬
вок для массовых профилактических исследований органов
грудной полости) [3, 4].Оборудование для подключения АРМ к локальной вычисли¬
тельной сети. Как правило, для подключения АРМ к локаль¬
ной вычислительной сети отделения лучевой диагностики или
учреждения (либо к соседнему АРМ) достаточно наличия в
системном блоке сетевой карты (платы) с пропускной способ¬
ностью не менее 100 Мбит/с; при этом используются линии
связи, соединяющие рабочие станции между собой и с цен¬
тральным процессором или сервером (при их наличии в со¬
ставе ЛВС).3.2.	Состав и структура математического обеспечения
АРМ цифровых систем для рентгенодиагностикиПрограммное обеспечение АРМ, входящего в состав циф¬
рового рентгенодиагностического устройства, содержит сис¬
темную и прикладную компоненты.64
В качестве операционной системы в зарубежных разработ¬
ках широко используются различные версии платформы Unix,
в нашей стране наибольшее распространение получили вер¬
сии MS Windows'.Для организации эффективной работы при использовании
цифровых установок в рабочих станциях в качестве приклад¬
ного применяют специализированное программное обеспече¬
ние, которое служит для управления комплексом, регистра¬
ции полученных изображений, их математической обработки,
организации хранения информации и быстрого доступа к ней,
а также для выполнения целого ряда других функций, напри¬
мер работы в локальных вычислительных сетях отделений иЛПУ.Структура и состав модуля программного обеспечения, от¬
ветственного за управление цифровым рентгенодиагностиче¬
ским комплексом, определяется конструкцией системы и в
первую очередь типом рентгеновского питающего устройства
и типом приемника рентгеновского изображения. Модуль
управления должен содержать компоненты, с помощью кото¬
рых производят калибровку системы, а также автоматическое
тестирование ее работоспособности в процессе исследований.
Зачастую в состав штатного математического обеспечения
входит модуль технологического ПО, который используется
при проведении регламентных и настроечных работ на рент¬
генодиагностическом оборудовании.Начатая в 80-е годы XX в. дискуссия о необходимости раз¬
работки специализированных программ для математической
обработки цифровых рентгеновских изображений в настоящее
время потеряла свою остроту — большинству специалистов
очевидны преимущества использования в клинической прак¬
тике специализированных и адаптированных под те или иные
виды исследований (легких, молочной железы, скелета и т. д.)
алгоритмов и реализованных на их основе программ [10, 11,
14, 15, 27]. Здесь следует особо отметить программное обеспе¬
чение, предназначенное для автоматизированного анализа
изображений, относящихся к различным разделам рентгено¬
диагностики (так называемые экспертные системы или элек¬
тронные ассистенты врача). В зарубежной литературе это на¬
правление использования программного обеспечения получи¬
ло название Computer Aided Detection (CAD). Чаще всего экс¬
пертные системы используются при маммографии (вследствие
относительно небольшого количества диагностически значи¬
мых параметров, учитывающихся при анализе маммограмм)
[25, 27]. Следующее направление широкого внедрения систем' В последние годы операционная система MS Windows находит все
большее применение и у основных зарубежных производителей цифро-
в°й рентгенодиагностической техники.65
CAD — автоматизированная обработка цифровых рентгенов¬
ских изображений органов грудной полости.	\
В настоящее время предложение программных продуктов
для цифровой рентгенодиагностики огромно и продолжает
постоянно увеличиваться. Следует отметить, что при доосна-
щении АРМ подобным программным обеспечением необхо¬
димо учитывать его совместимость с аппаратно-программны¬
ми характеристиками рабочей станции.3.2.1.	Математическая обработка цифровыхрентгеновских изображенийМатематическое обеспечение большинства современных
цифровых рентгенодиагностических комплексов позволяет
осуществлять следующие основные виды обработки:	i■	выделение области интереса на изображении;■	изменение яркости как изображения в целом, так и внут¬
ри выделенной области;■	изменение контрастности (в том числе с использованием
нелинейных процедур, о которых речь пойдет ниже) как
внутри выделенной области, так и изображения в целом;■	инвертирование изображения (негатив — позитив) как
внутри выделенной области, так и в целом;■	изменение границ диапазона яркостей, представленных
на изображении;■	увеличение выделенной области изображения в заданное
количество раз;	|■	измерение площади выделенной области;	|■	измерение расстояния между двумя заданными точками
на изображении;	J■	измерение углов между двумя заданными на изображении
линиями;■	отображение на экране монитора нескольких (обычно 2—4)
изображений с целью проведения их сравнительного ана-лиза.	IДополнительно используются фильтры, с помощью кото¬
рых удается компенсировать шумы на изображении; под¬
черкнуть края объектов различной плотности; придать изо¬
бражению «рельефный» вид; подчеркнуть объекты высокой
или низкой плотности; выровнять распределение яркостей
по всему диапазону и т. д. При программной реализации
фильтров, как правило, используются алгоритмы, хорошо
известные из теории обработки цифровых изображений; в
ряде случаев возможны объемная (3D) реконструкция изо¬
бражения, а также выделение отдельных объектов цветом [5,17].	I66
Значительное внимание в последние годы разработчики
программного обеспечения уделяют повышению диагностиче¬
ской информативности полученного изображения с учетом
специфики исследований: например, при массовых профи¬
лактических исследованиях органов грудной полости с ис¬
пользованием цифровых рентгенографических установок одно
из главных требований, предъявляемых к их математическому
обеспечению, сводится к возможности получения на экране
монитора изображения приемлемого для анализа врачом-
рентгенологом качества за максимально короткое время (про¬
цедура обработки зарегистрированных изображений должна
быть сведена к нескольким простым манипуляциям).Один из вариантов повышения диагностической информа¬
тивности — приведение огибающей плотности распределения
яркостей зарегистрированного изображения (или гистограммы
яркостей) к заранее выбранному виду [5, 17]. В качестве ре¬
зультирующей огибающей плотности распределения яркостей
будем использовать некоторую «эталонную» для данного вида
рентгенографических исследований (один из способов полу¬
чения «эталонной» гистограммы яркостей представлен ниже).Пусть имеется изображение, огибающая плотности распре¬
деления яркостей которого описывается функцией /(/*вх) в диа¬
пазоне яркостей от RmH н до /?гран в. Необходимо данное рас¬
пределение привести к виду g(reux) в том же диапазоне ярко¬
стей (в случае равенства диапазонов яркостей исходного и об¬
работанного изображений), причем общее число пикселей в
изображении после преобразования не должно измениться.
На основании последнего условия и получают искомый алго¬
ритм преобразования яркостей. Если проинтегрировать f(rBX) в
диапазоне от Лфа„ н до Rrv.m „, то мы получим общее нормиро¬
ванное количество точек в исходном изображении, т. е. еди¬
ницу. Аналогично интеграл g(rBblx) в пределах от Я,ран н до RrpaH в
определяет общее нормированное количество пикселей в изо¬
бражении после преобразования. Условие неизменности ко¬
личества точек в процессе обработки может быть формализо¬
вано следующим образом:F(rJ = G(rBbK),	(3.1)где F(rBX) и G(rKbn) — значения интегралов функций f(rm) и
&гпых) в пределах интегрирования от Rm„ н до гвх или гвых соот¬
ветственно (определяют нормированное количество точек,
имеющих яркости в диапазоне от Ягрш н до гвх или гных включи¬
тельно до и после обработки).Из условия (3.1) легко получить искомую зависимость вы¬
ходных значений яркости от входных:F(rJ =	(3.2)67
откудаГвых = G~\F(rJ),	(3.3)где G~\y) обозначает функцию, обратную G(y).Полученное выражение (3.3) определяет в общем виде за¬
висимость выходных значений яркости элементов изображе¬
ния от входных, т. е. является своеобразной переходной ха¬
рактеристикой.Практически задача повышения диагностической инфор¬
мативности медицинских изображений сводится к их обработ¬
ке с помощью алгоритмов, реализующих соответствующие пе¬
реходные характеристики. Вид переходной характеристики за¬
висит от плотности распределения яркостей исходного изо¬
бражения и формы гистограммы, к которой пытаются ее при¬
вести. Будем решать поставленную задачу применительно к
цифровым изображениям органов грудной полости, хотя рас¬
сматриваемый метод может быть распространен и на обработ¬
ку цифровых рентгенограмм других систем и органов челове¬
ческого организма.Анализ большого количества обработанных и доведенных
до высокого (с точки зрения возможностей диагностики) ка¬
чества изображений как прямой, так и боковых проекций0,04п
0,035-
0,03-0,025-0,02-
0,015-
0,01 -
0,005-
0-Т— CD Г^ЮСОт-СГ)Г^-ЮСО Т- о h- Ю ГО т- о N Ю СО т- (Т) Г^ЮСОт-СТ) h- ю СО Т-О)
T-CNJCO^-^-LnCDh-COCDCDOT-CNJCOCO^tUOCDCDr^-COCDOO’r- СМ СОт- т- т- ч- т- ч- т- т- ч- т- -г- г- CN CM CM СМ СМ СМ СМРис. 3.1. «Эталонная» гистограмма яркостей рентгеновских изобра¬
жений органов грудной полости.I — область, соответствующая костной ткани; II — область, соответствующая
мягким тканям; III — область, соответствующая легочной ткани; IV — область
вне тела пациента.68
грудной полости, полученных на различных модификациях
цифровых рентгенографических систем, показал, что на ус¬
редненной по множеству изображений гистограмме яркостей
(«эталонной» гистограмме) можно выделить четыре области с
выраженными пиками (рис. 3.1), соответствующими костной
и мягким тканям, легочной ткани, а также области вне тела
пациента. Наиболее выражены пики, соответствующие кост¬
ной и легочной тканям.Таким образом, сформулированная задача сводится к ап¬
проксимации огибающей плотности распределения яркостей
для полученного «эталонного» изображения (без учета области
вне тела пациента) и решению уравнения (3.2). В общем слу¬
чае аналитически получить решение вида (3.3) не удается, од¬
нако всегда остается возможность воспользоваться численны¬
ми методами при решении уравнения. Следует также учиты¬
вать, что даже если аналитическое решение и существует, на
практике приходится иметь дело с дискретно (а не непрерыв¬
но) изменяющимися значениями яркости отдельных пиксе¬
лей, следствием чего являются заметные отличия полученного
распределения от «эталонного».Переходные характеристики для рассматриваемого случая
определялись для различных аппроксимаций огибающей «эта¬
лонной» плотности распределения яркостей с использованием
набора линейных и нелинейных функций.В результате анализа эффективности полученных с исполь¬
зованием этих функций алгоритмов удалось выяснить, что
наиболее универсальным алгоритмом обработки рентгенов¬
ских изображений органов грудной полости является алго¬
ритм, синтезированный для «эталонной» гистограммы ярко¬
стей в форме равнобедренного треугольника с вершиной, со¬
ответствующей середине диапазона яркостей.Переходная характеристика для этого случая описывается
следующим образом [11]:/•«ы* = Яо + 7ЗД - Ro)F(rBX)/a для F(rBX) < 0,5, (3.4)'■вых= К. - (К - Ri) 7(1 — 2F'(r&x)/(a(RK - Я,)) для F(rJ > 0,5,(3.5)где R0 — нижняя граница диапазона яркостей результирую¬
щей гистограммы; Л, — значение яркости, соответствующее
середине диапазона яркостей результирующей гистограммы; а == 1/(Д, - Ro)-, RK = 2Л, - R0; F\rJ = F(rJ - 0,5.Полученный алгоритм может быть интерпретирован как
метод нелинейного регулирования контрастности исходного
изображения. Эффективность синтезированного алгоритма
проиллюстрируем на примере обработки изображения грудной69
Рис. 3.2. Цифровые рентгенограммы органов грудной полости (боко¬
вая проекция) и соответствующие гистограммы яркостей — до (а, в)
и после (б, г) обработки.полости в боковой проекции, зарегистрированного при ис¬
пользовании малодозового сканирующего цифрового флюоро¬
графа с газовым детектором (рис. 3.2); результирующая гисто¬
грамма яркостей получена при следующих параметрах алго¬
ритма: Rq = 0, R] = 128. С помощью данного алгоритма за ко¬
роткое время (доли секунды) удается автоматически привести
зарегистрированное изображение к виду, позволяющему вра-
чу-рентгенологу определить наличие или отсутствие патологи¬
ческих изменений. Необходимо отметить, что использование
алгоритма в ряде случаев позволяет снизить дозовую нагрузку
на обследуемых (за счет проведения исследований при пони¬
женных относительно оптимальных значениях анодного на¬
пряжения и силы тока рентгеновской трубки). При этом заре¬
гистрированное изображение оказывается достаточно темным
и непригодным для анализа врачом-рентгенологом; использо¬
вание традиционных процедур изменения яркости и контраст¬
ности изображения требует значительных временных затрат и
к тому же не всегда позволяет довести диагностическое каче¬
ство до приемлемого уровня, хотя в каждом зарегистрирован¬
ном цифровом изображении имеется информационная избы¬
точность. Предложенный алгоритм позволяет быстро («щелч¬
ком» мыши на соответствующей кнопке) привести изображе¬
ние к приемлемому для анализа виду, после чего с помощью
линейных процедур можно дополнительно повысить его диаг¬
ностическое качество. В приведенном примере значения анод¬
ного напряжения и силы тока рентгеновской трубки соответ¬
ствовали оптимальным для съемки в прямой проекции, а ис¬
пользование предложенного алгоритма позволило снизить до-
зовую нагрузку на обследуемого примерно в 1,5 раза.3.2.2.	Архивирование рентгенодиагностической
информации. Международный стандарт DICOM 3.0Еще один важнейший раздел (модуль) программного обес¬
печения цифровой рентгенодиагностической системы — это
база данных.База данных должна обеспечивать надежное хранение
рентгеновских изображений и сопутствующей информации, а
также позволять зарегистрированному пользователю получать
быстрый и удобный доступ к сохраняемым данным. Для того
чтобы информация, полученная при различных исследовани¬
ях (цифровая рентгенография, компьютерная или магнитно-
резонансная томография, ультразвуковая диагностика и т. д.),
могла быть расшифрована и обработана не только в отделе¬
нии лучевой диагностики, где она была получена, но и в иных
местах (в соседнем отделении или ЛПУ), ее необходимо со¬
хранять и передавать в стандартизованном виде. Универсаль¬
ность формата сохраняемых данных в медицинской радиоло¬
гии достигается соблюдением требований международного
стандарта DICOM 3.0 (Digital Imaging and Communications in
Medicine — цифровая визуализация и связь в медицине — те¬
кущая версия 3.0) [9, 16]. Работа над стандартом не прекра¬
щается до настоящего времени, а ознакомиться с последни¬
ми редакциями и получить доступ к ресурсам, касающимся
DICOM-приложений, можно в сети Интернет [22—24].Конечно же, подробно прокомментировать на страницах
данной монографии текст стандарта D1COM 3.0 объемом,71
Набор данных	► Порядок передачиЭлемент данныхПредставление значения
(необязательное поле)ДлиназначенияПоле значенияЭлемент
данныхЭлементданныхЭлементданныхЭлементданныхРис. 3.3. Структура элемента данных стандарта DICOM 3.0 (объясне¬
ние в тексте).превышающим 2000 страниц, не представляется возможным.
Остановимся лишь на общих принципах структурирования и
форматирования данных, которые должны сохраняться по ре¬
зультатам исследований.Данные разделяются на информационные объекты, каж¬
дый из которых описывает определенный реальный объект,
имеющий отношение к процессу лучевой диагностики (паци¬
ент, исследование, изображение и т. д.). Каждому из инфор¬
мационных объектов соответствует определенный набор
функций, обеспечивающих возможность манипуляций с объ¬
ектом данного типа (так называемые пары сервис — объект).Каждый объект в свою очередь состоит из модулей, неко¬
торые из которых являются обязательными; другие могут от¬
сутствовать. Модули состоят из элементов, имеющих сходную
структуру (рис. 3.3).Как видно из рисунка, структура элемента данных включа¬
ет следующие поля:•	тег — упорядоченная пара 16-битовых целых чисел, со¬
держащих номер группы и номер элемента в группе; но¬
мер группы обязательно четный (у стандартных тегов).
Можно определять собственные, нестандартные теги, их
группам присваивают нечетные номера. Внутри каждого
информационного объекта теги располагаются в порядке
возрастания;•	представление значения (Value Representation — VR) —
2 байта (символа), обозначающие способ представления72
значения. Для каждого тега есть способ представления по
умолчанию, при этом поле VR отсутствует; представление
данных по умолчанию может указываться только для все¬
го набора данных целиком;•	длина значения — четное число размером 16 или 32 байта
(в зависимости от VR); возможна неопределенная длина
(FFFFFFFFH);•	поле значения — может содержать одно или несколько
однотипных значений; для последовательности из не¬
скольких значений существует специальный вид VR
(SQ — Sequence): в этом случае значения внутри последо¬
вательности разделяются особым тегом (FFFE,E000), а
конец последовательности отмечается тегом
(FFFE,E0DD).Если значение представляет собой текстовую строку, то ее
длина должна быть четной (до четной длины при необходимо¬
сти дополняют пробелами либо нулем в зависимости от типа
VR).Информационные объекты делятся на нормализованные
(каждый такой объект соответствует какому-либо реальному
объекту) и композитные (составные), описывающие какие-
либо общие части нескольких видов реальных объектов. Каж¬
дая пара сервис — объект должна иметь уникальный иденти¬
фикатор (UID — Unique Identifier). Пары сервис — объект мо¬
гут быть стандартными, расширенными, специализированны¬
ми и частными.Значение идентификатора для стандартных пар указано в
описании стандарта.Расширенные пары — это те, где полный набор обязатель¬
ной информации и сервисных функций (оговоренный стан¬
дартом) дополнен еще какими-либо данными или функ¬
циями.Для расширенных пар допускается использование тех же
идентификаторов, что и для соответствующих стандартных
пар сервис — объект.Специализированные пары являются производными от
стандартных, но в них изменены обязательные данные или
функции; для них необходимо определить собственный иден¬
тификатор.Частные пары сервис — объект полностью определяются
конкретным приложением и, следовательно, обязательно име¬
ют собственный идентификатор.Основные информационные объекты, предусмотренные
стандартом DICOM 3.0, и схема их взаимосвязей представ¬
лены на рис. 3.4. На данной схеме в первую очередь отра¬
жены объекты, характерные для задач цифровой рентгено¬
графии.73
Задание печатиТаблица
преобразований
на входеКриваяИзображениеИнтерпретацияФрагмент пленки
с отдельным
изображениемЛист пленкиТаблица
преобразования
на выходеАннотация11-п1	►Несколько взаимосвязанных
листов пленкиРезультатПациентДескрипторисследованияВизитРис. 3.4. Взаимосвязь основных информационных объектов стандар¬
та DICOM 3.0.*	Стандарт не предусматривает информационного объекта, обозначающего
медицинский персонал (лицо, фиксирующее результат исследования).ИсследованиеСлой наложения
на изображение -
фрагмент пленкиПечатающееустройствоКомпонентисследованияТаблица
преобразований
на выходеНаложенноеизображение74
Рассмотрим более подробно перечень основных информа¬
ционных объектов и набор модулей, входящих в их состав1.Основные информационные объектыПациентМодули:а идентификационный — содержит информацию о лично¬
сти пациента (имя, фамилия, номер истории болезнии др.);а демографический — содержит информацию о возрасте,
поле, месте жительства, этнической группе, а также росте
и весе пациента;а медицинский — содержит данные об обстоятельствах ме¬
дицинского характера, относящихся к пациенту и влияю¬
щих на проведение исследования (инвалидность, аллер¬
гии, беременность и др.);а модуль ссылок — содержит ссылки на другие объекты, от¬
носящиеся к данному пациенту (визиты, исследования).ВизитМодули:а идентификационный — содержит название и адрес учре¬
ждения, номер направления;а модуль состояния визита — содержит информацию о том,
прибыл ли пациент в учреждение, зарегистрирован ли и
где в настоящий момент находится;а модуль записи — содержит дату и время, когда пациент
должен поступить и покинуть учреждение, а также ин¬
формацию об отделении (кабинете), куда должен явиться
пациент;а модуль приема — содержит дату и время приема пациен¬
та, данные о принявшем его враче и предварительный
диагноз;а модуль выписки — содержит дату и время выписки,
окончательный диагноз;а модуль ссылок — содержит ссылки на исследования, вы¬
полненные в ходе визита.1 Важно учитывать, что стандарт не требует, чтобы рентгеновское обо¬
рудование или программное обеспечение поддерживало обработку всех
этих объектов во всех их разновидностях, в большинстве случаев доста¬
точно некоторых из них (при условии соблюдения указанной структуры
и формата данных). Дополнительно отметим, что представленные ниже
Данные не являются исчерпывающими, а приведены с целью проиллюст¬
рировать структуру информационных объектов.75
ИсследованиеМодули:а идентификационный модуль;а модуль состояния — содержит данные о приоритете ис¬
следования и текущем его состоянии (стадии);
а модуль записи — содержит предварительную информа¬
цию лечащего врача (врача приемного отделения) о тре¬
буемом виде и области исследования, желательном вре¬
мени его проведения;
а модуль получения изображений — содержит информацию
о процессе получения изображений (дата, время, количе¬
ство серий изображений);
а модуль просмотра — содержит дату, время просмотра и
имя врача;а модуль ссылок — содержит ссылки на данные пациента,
визита и на другие исследования, имеющие отношение к
этому исследованию;
а модуль компонентов исследования — присутствует, если
исследование включало несколько разных методик или
процедур.РезультатМодули:а идентификационный модуль;
а модуль заключения;а модуль ссылок — содержит ссылки на соответствующее
исследование и его интерпретацию.ИнтерпретацияМодули:а идентификационный модуль;а модуль состояния — содержит информацию о текущей
стадии процесса интерпретации исследования;
а модуль звуковой записи — содержит данные о звуковой
записи интерпретации исследования (речи врача);
а модуль текстовой записи — содержит данные о текстовой
записи интерпретации исследования (в частности, выпол¬
ненной другим лицом на основе звуковой записи);
а модуль подтверждения — содержит информацию о по¬
вторном просмотре и подтверждении интерпретации ис¬
следования другим врачом;
а модуль ссылок — содержит ссылки на результаты иссле¬
дований, к которым относится данная интерпретация.76
Серия изображенийМодулы:а общий — содержит информацию о дате и времени полу¬
чения серии изображений, о методике и персонале, ее
выполнявшем, об исследуемой части тела, положении па¬
циента, а также максимальное и минимальное значение
яркости во всех изображениях серии;▲	система координат — содержит ссылку на объект, описы¬
вающий систему координат;▲	модуль, специфичный для методики исследования, — со¬
держит информацию преимущественно об использован¬
ных технических параметрах съемки.ОборудованиеМодулы:а общий — содержит информацию о типе оборудования, на
котором получена серия изображений, о версии про¬
граммного обеспечения, о производителе, дате последней
калибровки.ИзображениеМодулы:а идентификации пациента — содержит имя пациента и
номер истории болезни (дублирует соответствующие дан¬
ные информационного объекта «Пациент»);▲	общий — содержит информацию о времени и способе по¬
лучения изображения, ссылку на исходное изображение
(если данное изображение производное);а контрастное вещество — содержит информацию о виде
контрастного вещества, применявшегося для получения
данного изображения, дозе, времени и способе его введе¬
ния;▲	плоскость изображения — содержит данные об ориента¬
ции плоскости изображения относительно пациента, тол¬
щине слоя и др.;а данные изображения — содержит значения высоты и ши¬
рины изображения, число двоичных разрядов значений
яркости, минимальное и максимальное значения ярко¬
сти, таблицы цветов (палитры) и собственно массив зна¬
чений яркостей изображения;а модуль движения — содержит информацию, необходимую
для демонстрации движущихся изображений;а модуль, специфичный для методики исследования, — со¬
держит в основном информацию, касающуюся использо¬
ванных технических параметров.77
Рис. 3.5. Структура данных пациента.*	Система координат определяет положение серии изо¬
бражений относительно какого-либо анатомического
ориентира.ИсследованиеНа рис. 3.5 представлена структура данных пациента, кото¬
рая позволяет лучше понять состав информации, необходи¬
мой для описания этого объекта.В дополнение к описанному выше следует отметить:•	каждый информационный объект имеет глобальный уни¬
кальный идентификатор (GUID — Global Unique Identifier);•	данные пациента универсальны и не зависят от вида ис¬
следования;•	данные исследования могут включать несколько серий
изображений, в том числе полученных с помощью раз¬
личных диагностических методик, например цифровая
рентгенография плюс рентгеновская компьютерная томо¬
графия;•	к серии изображений могут относиться таблицы преобра¬
зования яркостей на входе (при поступлении данных с
диагностической аппаратуры) и выходе (перед выводом
изображений на экран или печатающее устройство) —
таблицы применяются к каждому изображению серии;•	к серии изображений может относиться также наложен¬
ный слой (изображение, которое будет суммироваться с
каждым из изображений серии) и кривая (контурный ри¬
сунок, который будет наложен на каждое изображение).78
В настоящее время в России существует необоснованное
недоверие врачей-рентгенологов к цифровым рентгеновским
архивам, связанное с кажущейся сложностью работы с ними и
несовместимостью разных приложений между собой. Думает¬
ся, эти проблемы могут быть разрешены, если разработчики
оборудования для лучевой диагностики будут жестко придер¬
живаться требований стандарта DICOM 3.0.3.2.3.	Возможности формализованного описания
результатов исследованийФормализованное описание результатов рентгенодиагно¬
стических исследований может быть полезным по многим со¬
ображениям [8].Для практической рентгенологии (как и для других специ¬
альностей) важно, чтобы все специалисты говорили на одном
(научно обоснованном, профессиональном) языке. Известно,
что одну и ту же скиалогическую картину разные врачи-рент-
генологи описывают несколько по-разному; ликвидировать
эти разночтения — значит повысить качество диагностики за
счет сокращения времени на дешифровку описания, сделан¬
ного другим специалистом. При любой дешифровке возмож¬
ны ошибки, что может привести к неправильно выбранной
тактике лечения и другим негативным последствиям для па¬
циента. Формализованный протокол, использующий только
общепринятую отечественную медицинскую рентгенологиче¬
скую терминологию, призван ликвидировать «языковой»
барьер между разными врачами.Для здравоохранения имеют большое значение сбор и обра¬
ботка медицинских статистических данных. Качество медицин¬
ского обслуживания напрямую зависит от того, как правильно,
полноценно и быстро обобщается и анализируется информацияо	заболеваемости населения. Модуль, сохраняющий описания
снимков в компьютерной базе данных в виде формальных при¬
знаков, обеспечивает возможность проведения подобной ста¬
тистической обработки информации на больших выборках.Рассмотрим возможность реализации и использования
программного модуля формализованного протокола на при¬
мере проведения массовых профилактических исследований
органов грудной полости и дообследования пациентов пуль¬
монологического профиля. Сразу оговоримся, что представ¬
ленный подход является универсальным и (с учетом специфи¬
ки исследований различных органов и систем человеческого
организма) может быть распространен на другие виды рентге¬
нологических исследований.В рамках создания программного обеспечения малодозо-
вых цифровых флюорографических установок в НПЦ меди¬79
цинской радиологии (г. Москва) был разработан модуль фор¬
мализованного описания зарегистрированных по результатам
исследований изображений.Структура модуля имеет форму дерева синдромов и сим¬
птомов, она соответствует общепринятой в России схеме опи¬
сания рентгенограммы органов грудной полости [12]. Пользо¬
вателю предлагается выбрать те патологические синдромы,
симптомы и их характеристики, которые имеются на анализи¬
руемом изображении органов грудной полости, последова¬
тельно уточняя свой выбор.Перечень основных синдромов включает уплотнение, раз¬
режение, полость (кольцевидная тень), очаговые тени, изме¬
нение легочного рисунка, изменение корня легкого, измене¬
ние средостения, патологические изменения скелета.Синдром уплотнения в свою очередь делится на субтоталь-
ное уплотнение (занимающее легочное поле целиком или
почти целиком), полисегментарное уплотнение (занимающее
один или несколько сегментов легкого), фокусное уплотне¬
ние, а также уплотнения, вызванные жидкостью в плевраль¬
ной полости, утолщением плевры и инородным телом.Аналогичным образом устроены и другие обобщенные кате¬
гории, используемые в модуле формализованного протокола.В конце каждой ветви этой структуры пользователю пред¬
лагается заполнить форму, описывающую данный конкрет¬
ный патологический объект. Формы различаются в зависимо¬
сти от типа объекта, хотя есть и некоторые общие характери¬
стики (локализация по сегментам, стороне тела или отделам
средостения). Предусмотрена возможность оценить динамику
изменения патологического объекта во времени, сравнив два
или более изображения от разных дат.К любому объекту может быть присоединен текстовый ком¬
ментарий произвольной длины; таким образом, врач не стес¬
нен жесткими рамками формальных признаков и в случае не¬
обычной рентгеновской картины имеет возможность описы¬
вать ее в свободной форме. При необходимости протокол, хра¬
нящийся в базе данных, может быть автоматически преобразо¬
ван в текст, грамматически корректный и понятный врачу.Последняя версия программы обеспечивает возможность
преобразования объектов формализованного протокола в текст
не только на конечном этапе работы, но и после создания ка¬
ждого объекта. Окно текста отображается на экране монитора
все время работы с протоколом; в текстовое окно можно вво¬
дить произвольный текст, при этом в случае обнаружения в
тексте ключевых слов (или их частей) на экран выводится за¬
прос на создание соответствующего объекта; в случае согласия
пользователя открывается новое диалоговое окно, в котором
после создания объекта последнее введенное пользователем
предложение заменяется на стандартное описание объекта.80
Текст описания объекта, уже имеющегося в базе данных, не¬
доступен для редактирования вручную (редактирование воз¬
можно только через диалог объекта). В случае удаления поль¬
зователем объекта текстовое описание не удаляется, но стано¬
вится доступным для редактирования как произвольный текст;
при закрытии протокола текст, не соответствующий ни одному
формальному объекту, заносится в базу данных как коммента¬
рий и будет виден при повторном открытии протокола.Таким образом, врач всегда имеет выбор: описывать ли па¬
тологические изменения в виде произвольного текста или пу¬
тем заполнения форм; у него также есть возможность в любой
момент перейти от одного способа к другому. Такой подход
позволяет врачу постепенно привыкать к новым методам ра¬
боты. Переход к формализованному описанию будет происхо¬
дить плавно, за счет естественного стремления к экономии
усилий и времени, что позволит преодолеть и ряд проблем
психологического свойства.Для иллюстрации на рис. 3.6 приведены отдельные экран¬
ные формы, возникающие в процессе работы с программой
формализованного протокола.Многолетний опыт использования программного модуля
формализованного протокола как для описания патологиче-Пряная проекцияПротоколСегментыДата: j05.07.2004
Врач:'Г7 Норма■а*».--»-.»»Синдромы:СиндромыЕ УплотнениеСубтотальное
Полисегментарное
Фокусное
ПлевритУтолщение плевры
Инородное тело
В Разрежение
г- Субтотальное
Ограниченное
L Пневмоторакс
Полость
| Очаги
В РисунокУсиление
Ослабление
й- КореньРасширение
Сужение
!~ Смещение
Капьцинация
Е1 Средостение
!••• Расширение
Н Смещение
- Кальцинация
Ё) Кости
РеброИГкГ>ЫЙПРМ),1РОписание:Заключение.., Г*" : ;ОК* 			гг.		"Vs--/ \у... <:Комментарий... ГОтменаПатологических изменений не выявлено, I
Врач:Боковая проекцияОтменаРис. 3.6. Отдельные экранные формы, возникающие в процессе ра¬
боты с программой формализованного протокола.81
ских изменений при профилактических исследованиях, так и
в процессе дообследования пациентов пульмонологического
профиля подтвердил его высокую эффективность1. Особенно
эффективен формализованный протокол в тех случаях, когда
врачу приходится описывать большое количество снимков с
патологическими изменениями.Работа с формализованным протоколом требует преодоле¬
ния некоторых затруднений: врачи сталкиваются с необходи¬
мостью подчинять свое мышление, свои индивидуальные при¬
вычки структурированному алгоритму, что на начальном этапе
создает определенное неудобство; программный модуль прину¬
ждает врачей-рентгенологов составлять посиндромное описа¬
ние снимков, не пропуская наиболее диагностически значи¬
мые изменения. В процессе описания сразу нескольких рент¬
генологических синдромов врачу приходится ломать сложив¬
шуюся привычку описывать многочисленные рентгенологиче¬
ские изменения одним или двумя длинными предложениями:
нельзя, например, сразу объединить описание инфильтрации,
распада, очагов и лимфангита, пользуясь кнопкой «синдром
уплотнения»; необходимо вернуться в начало дерева синдро¬
мов и открыть соответствующий этому синдрому раздел.Однако, как показал опыт, врачам-рентгенологам требуется
всего несколько дней, чтобы привыкнуть к использованию
данного компонента программного обеспечения цифровой
рентгенографической установки, так как его применение ус¬
пешно заменяет продолжительный по времени рутинный ввод
с клавиатуры текста описания анализируемых изображений.
Опыт также подтвердил, что протоколы, составленные при
помощи данного модуля, по своей стилистике не только не
уступали набранным на клавиатуре, но зачастую были более
понятными для других врачей. Важно отметить и то обстоя¬
тельство, что способ мышления, задаваемый модулем форма¬
лизованного протокола, оказался очень полезным для моло¬
дых специалистов, недавно окончивших курс первичной спе¬
циализации по рентгенологии, так как он формирует навык
последовательного и полного анализа патологических измене¬
ний на цифровых изображениях органов грудной полости.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.	Беликова Т. П. Системы архивирования и передачи медицинских
изображений // Компьютерные технологии в медицине. —1997. -№ 3. - С. 27-32.1 Модуль формализованного протокола включен в состав штатного ма¬
тематического обеспечения малодозовых цифровых флюорографов
«ПроСкан-2000» и «ПроСкан-7000» производства ЗАО «Рентгенпром».82
2.	Бердяков Г. ИРтищева Г. М., Коку ев А. Н. Особенности построе¬
ния и применения цифровых рентгенодиагностических аппаратов
для исследования легких // Мед. техника. — 1998. — № 5. —
С. 35-40.3.	Блинов Н. Н.у Зеликман М. И., Коку ев А. Н., Соловьев А. А. О выбо¬
ре электронного оборудования для рентгенодиагностических циф¬
ровых сканирующих систем // Мед. техника. — 1998. — № 1. —С.	3-6.4.	Блинов Н. Н., Козловский Э. Б., Лузин С. И. и др. Особенности
цифровых электронно-оптических систем для рентгенодиагности¬
ки // Мед. техника. — 1999. — № 5. — С. 24—26.5.	Гонсалес РВудс Р. Цифровая обработка изображений. — М.: Тех¬
носфера, 2005. — 1072 с.6.	Горелик Ф. Г., Козловский Э. Б. Новые типы мультиформатных ка¬
мер // Мед. техника. — 1999. — № 2. — С. 44—46.7.	Евфимъевский Л. В., Зеликман М. И. Цифровое архивирование и
обработка результатов профилактических исследований грудной
клетки // Пульмонология. — 1999. — № 4. — С. 18—20.8.	Евфимъевский Л. В., Зеликман М. И., Садиков П. В. Опыт исполь¬
зования формализованного протокола для описания цифровых
флюорограмм // Мед. техника. — 2003. — № 5 — С. 42—45.9.	Евфимьевский Л. В., Зеликман М. И., Степанченко А. П. Архивиро¬
вание и передача данных радиологических исследований при ис¬
пользовании международного стандарта DICOM 3.0 // Радиоло¬
гия — практика. — 2004. — № 4. — С. 51—55.10.	Зеликман М. И. Метод повышения информативности рентгенов¬
ских изображений при цифровой флюорографии // Мед. физи¬
ка. - 1999. - № 6. - С. 13-17.11.	Зеликман М. И., Евфимьевский Л. В. Анализ эффективности алго¬
ритмов повышения информативности рентгеновских изображе¬
ний при цифровой флюорографии // Мед. техника. — 2001. —
№ 3. - С. 35-40.12.	Линденбратен Л. Д., Наумов Л. Б. Медицинская рентгенология:
Учебник для ВУЗов. — М.: Медицина, 1984. — 384 с.13.	Литвиненко С. В., Соколов А. В., Хоменко Е. В. Исследование ха¬
рактеристик качества средств визуализации для цифровых флюо¬
рографических комплексов // Мед. техника. — 2001. — № 5.—С.	7-12.14.	Нудельман СФишер III X. Д., Фрост М. М. и др. Электронно-оп¬
тическая цифровая рентгенография. Часть I. Отделение электрон-
но-оптической цифровой рентгенологии // ТИИЭР. — 1982. —
Т. 70, № 7. - С. 14-24.15.Нудельман	С., Хили Дж., Фрост М. М., Кэпп М. П. Электронно¬
оптическая цифровая рентгенография. Часть II. Сравнительный
экономический анализ системы электронно-оптической цифро¬
вой рентгенографии и системы с регистрацией на пленку //
ТИИЭР. - 1982. - Т. 70, № 7. - С. 25-32.16.	Плотников А. В., Прилуцкий Д. А., Селищев С. В. Стандарт DICOM
в компьютерных медицинских технологиях // Мед. техника. —
1997. -№ 2. - С. 18-24.М. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: Пер. с англ.—
Кн. 2. — М.: Мир, 1982. — 480 с.18.	Рентгеновские диагностические аппараты. В 2-х т.—Т. 2 / Под83
ред. Н. Н. Блинова, Б. И. Леонова. — М.: ВНИИИМТ, НПО «Эк¬
ран», 2001. — 208 с.19.	Хамицкий В. А., Якубов А. С. Цифровая обработка медицинских
изображений — требование сегодняшнего дня // Матер, между-
нар. конф. лучевых диагностов. — Минск, 1997. — С. 46—54.20.	Gould P. Solving people issues proves vital in PACS // Diagnostic im¬
aging Europe. — 2001. — May. — P. 29—33.21.	Hazle J. D., Tarver R. B., Huffman J., Johnston D. A. Performance as¬
sessment of a new spline wavelet algorithm for radiological image com¬
pression // Medical and Biological Engineering and Computing: Sup¬
plement, Part 2. — 1997. — Vol. 35. — P. 730.22.	http://imsdd.meb.uni-bonn.de/standards/dicom23.	http://medical.nema.org/dicom/2003.html24.	http://www.rsna.org/practice/dicom/dicom.html25.	Leichter I., Fields S., Nirel R. et al. Improved mammographic interpre¬
tation of masses using computer-aided diagnosis // Europ. Radiol. —2000.	- Vol. 10, N 2. - P. 377-383.26.	Liptrol M., Kitney R. I. Image Quality Assessment for Lossily Com¬
pressed Medical Images // Medical and Biological Engineering and
Computing: Supplement, Part 2. — 1997. — Vol. 35. — P. 736.27.	Те Brake G. М., Karssemeijer N., Hendriks J. H. C. L. Computer-Aided
Detection of Masses in Digital Mammograms // Medical Imaging In¬
ternational. — 2000. — Vol. 10, N 2. — P. 4—9.
Глава 4МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ
ХАРАКТЕРИСТИК ЦИФРОВЫХ ПРИЕМНИКОВ
РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯКак уже отмечалось ранее, наиболее существенные отли¬
чия цифровых систем для рентгенодиагностики от традицион¬
ных (пленочных и на базе УРИ с аналоговым телевизионным
трактом) касаются способов регистрации скрытого рентгенов¬
ского изображения и возможностей его дополнительной мате¬
матической обработки (с использованием программного обес¬
печения).Исторически сложилось так, что из множества параметров,
определяющих функционирование системы регистрации рент¬
геновского изображения, для анализа при приемочных техни¬
ческих испытаниях и при проверках в условиях эксплуатации
аппаратуры выбирали те, которые непосредственно характе¬
ризуют качество формирования изображений [31].В большинстве подобных проверок при контроле традици¬
онной аппаратуры использовались экспертные методики, когда
значение параметра определяется путем усреднения оценок,
сделанных не менее чем тремя экспертами по изображению со¬
ответствующего тест-объекта (зарегистрированному на пленке
или отображаемому на экране видеоконтрольного устройства).После появления в середине-конце 90-х годов XX в. пер¬
вых российских цифровых рентгеновских установок для кон¬
троля качества формирования изображения использовали ме¬
тодики и средства контроля, представленные в отечественном
стандарте для УРИ (ГОСТ 26141—84), а также отдельные ме¬
тодики из гармонизированных в РФ стандартов Международ¬
ной электротехнической комиссии (МЭК), посвященных
оценке характеристик электронно-оптических усилителей
рентгеновского изображения [10—17]. Так как практически
все разработанные цифровые системы предназначались для
профилактических исследований органов грудной полости, в
нпц медицинской радиологии совместно с ЗАО «Амико»
был разработан комплект фантомов (КФРц) для проверки,
настройки и периодического контроля в условиях рентгеноди¬
агностического отделения следующих характеристик цифро¬
вых рентгенофлюорографических систем:■	динамического диапазона — ТДД;■	геометрических искажений — ТГН;85
■	пространственной разрешающей способности — ТПР;■	контрастной чувствительности — ТКЧ;■	характеристики деталь — контраст — ТДК [4, 22].Необходимо отметить, что упомянутые выше методы и
средства контроля практически не учитывают специфики
цифровых систем: по аналогии с проверками традиционных
систем (как пленочных, так и систем на основе УРИ с анало¬
говым телевизионным трактом) проводится экспертная оцен¬
ка изображений соответствующих тест-объектов, только пред¬
ставленных на экране монитора, входящего в состав рабочей
станции, и предварительно зарегистрированных в ее памяти.Однако сочетание цифрового рентгенопреобразующего уст¬
ройства и рабочей станции позволяет осуществить переход от
субъективных методов оценки параметров к объективным, так
называемым экспериментально-расчетным [5, 21, 22].В 2004 г. вступил в действие Стандарт Предприятия (ГУН
ВНИИИМТ) 01-22—04 (СП 01-22—04), в котором наряду с
традиционными представлены экспериментально-расчетные
методы: определение неравномерности распределения яркости
в поле изображения; оценка отношения сигнал/шум на выхо¬
де приемника; оценка квантовой эффективности регистрации
в области нулевых пространственных частот [30]. Для реализа¬
ции стандарта НПЦ медицинской радиологии разработал па¬
кет прикладных программ, а ЗАО «Амико» — комплект аппа¬
ратных средств контроля.В конце 2003 г. появился первый стандарт, разработанный
Международной электротехнической комиссией и предназна¬
ченный для контроля характеристик цифровых приемников
рентгенографических аппаратов общего назначения — оценка
квантовой эффективности регистрации как функции про¬
странственных частот и дозы в плоскости детектора [43]. За¬
висимость квантовой эффективности регистрации от про¬
странственных частот — обобщенная характеристика качества
формирования изображения в рентгеновских приемниках: она
учитывает и функцию передачи модуляции в приемной систе¬
ме, т. е. ее частотно-контрастную характеристику (ЧКХ), и
спектральные характеристики интегрального выходного шума
(включая квантовый шум и все составляющие внутренних шу¬
мов приемника-преобразователя).В настоящее время в стадии обсуждения находятся еще два
международных стандарта контроля квантовой эффективно¬
сти регистрации как функции пространственных частот и до¬
зы в плоскости детектора: для цифровых маммографических
установок и приемников, предназначенных для проведения
рентгеноскопии.Таким образом, в настоящее время представляется разум¬
ным экспертные оценки использовать для контроля качества86
цифровой рентгенодиагностической аппаратуры в процессе ее
эксплуатации и при проведении различных регламентных ра¬
бот, а при приемочных технических испытаниях все больший
объем проверок осуществлять с применением эксперимен-
тально-расчетных методов, постепенно адаптируя эти методы
и к условиям рутинных проверок.Глава посвящена методам и средствам контроля основных
характеристик качества формирования изображения в цифро¬
вых рентгеновских приемниках; повышенное внимание уделе¬
но экспериментально-расчетным (объективным) алгоритмам.4.1.	Методы и средства контроля
пространственной разрешающей способности,
контрастной чувствительности, геометрических
искажений и динамического диапазона4.1.1.	Контроль пространственной разрешающей
способностиПространственная разрешающая способность является ха¬
рактеристикой нерезкости изображения, получаемого при ис¬
пользовании того или иного рентгеновского приемника. Дан¬
ная характеристика традиционно применялась как одна из ос¬
новных для оценки качества формирования изображений в
пленочных рентгенодиагностических устройствах, а также ап¬
паратах с приемниками на основе УРИ с аналоговым телеви¬
зионным трактом [10, 18, 25, 33, 34].Для нормирования измерений при оценке пространствен¬
ной разрешающей способности используют специальные уст¬
ройства — миры, представляющие собой полоски из рентгено¬
поглощающего материала (как правило, свинцовой фольги),
размещенные на рентгенопрозрачной подложке. Полоски рас¬
положены через равные по ширине промежутки, причем ши¬
рина промежутков равна ширине полосок. Длина полосок,
как правило, на порядок и более превосходит их ширину.
Обычно на одной подложке размещают несколько групп по¬
лосок различной ширины. О величине пространственной раз¬
решающей способности системы судят по количеству види¬
мых на изображении линий, приходящихся на 1 мм:7V[nap линий/мм] = 1/(2d),	(4.1)где d — ширина полоски в миллиметрах.На величину экспертной оценки пространственной разре¬
шающей способности влияют не только свойства исследуемой
системы, но и конструктивное исполнение миры: длина и87
Рис. 4.1. Крайние варианты
расположения миры относи¬
тельно границ каналов цифро¬
вого рентгеновского приемника.а — фазовый сдвиг равен нечетному
числу четвертей пространственного
периода миры; б — фазовый сдвиг
равен целому числу пространствен¬
ных полупериодов миры.А — рентгеновский поток; Б — ми¬
ра; В — детектор; Г — изображение.расположение полосок; ко¬
личество полосок каждой
частоты; толщина применяе¬
мой для изготовления миры
свинцовой фольги. Поэтому
для однозначности прочте¬
ния результатов измерений необходимо оговаривать тип при¬
меняемой миры. Чаще стараются применять миры, обеспечи¬
вающие контраст, наиболее приближенный к 100 %; при этом
используют рентгеновское излучение с минимально возмож¬
ной эффективной энергией, т. е. режим, заведомо далекий от
принятого для рентгенодиагностических исследований.При анализе пространственной разрешающей способности
цифровых систем с дискретной (канальной) структурой при¬
емника рентгеновского изображения с помощью рентгенов¬
ских мир возникают проблемы, связанные с зависимостью ре¬
зультатов измерений от фазового сдвига миры относительно
границ каналов [2]. Подобные проблемы (при расположении
полосок миры перпендикулярно оси ординат) могут возник¬
нуть и при разложении на строки телевизионного сигнала на
выходе УРИ. Неоднозначность в оценках особенно заметна
при приближении половины периода следования полосок ми¬
ры к дискрету расстановки каналов детектора. На рис. 4.1
представлены два крайних случая расположения полосок ми¬
ры относительно границ каналов цифрового приемника: при
фазовом сдвиге на целое число полупериодов миры (рис. 4.1,
б) имеем идеальное изображение, в случае сдвига на нечетное
число четвертей периода (рис. 4.1, а) изображение миры пол¬
ностью размыто.Существующий метод преодоления зависимости результа¬
тов измерений от фазовых сдвигов миры — усреднение кон¬
трастности изображения миры при различных фазовых сдви¬
гах — является громоздким и не всегда удобен в использова¬
нии.Более простым представляется способ изготовления миры,
при котором группы полосок одинаковой ширины располага¬шпАВ11111АВ88
ются на подложке таким образом, чтобы расстояние между
группами монотонно нарастало (убывало), причем это расстоя¬
ние не должно быть равно целому числу четвертей периода ми¬
ры. Недостаток предложенного метода заключается в том, что
практически для каждого значения периода пространственной
частоты придется изготавливать отдельную миру.Для оценки пространственной разрешающей способности
дискретных периодических структур, каковыми являются все
используемые в настоящее время типы цифровых приемников
рентгеновского изображения, может быть также использован
тест-объект, представляющий собой пластину из рентгено¬
прозрачного материала, в которую нерегулярным образом от¬
носительно сетки расположения каналов приемника (напри¬
мер, вдоль окружностей с изменяемым радиусом) вмонтиро¬
ваны металлические диски различного диаметра и толщины,
причем толщина подбирается таким образом, чтобы обеспе¬
чить калиброванные уровни контраста для определенного ка¬
чества излучения. Примером подобного тест-объекта может
служить английский ТО. 10, в котором диаметр дисков изме¬
няется в диапазоне от 0,25 до 11,1 мм — всего 12 значений, а
для дисков каждого диаметра предусмотрено 9 значений кон¬
траста [41]. При использовании ТО. 10 пространственная раз¬
решающая способность оценивается по объектам с макси¬
мальным уровнем контраста; при интерпретации результатовРис. 4.2. Вариант расположения рентгеновских мир во входной плос¬
кости приемника.89
/проверок для учета различии в восприятии человеческим гла¬
зом предметов вытянутой прямоугольной (полоски миры) и
круглой (детали тест-объекта ТО. 10) формы используется по¬
правочный коэффициент, значение которого приблизительно
равно 1,1 [7].В соответствии с рекомендациями СП 01-22—04 при про¬
ведении испытаний пространственной разрешающей способ¬
ности миры устанавливают по центру входной плоскости при¬
емника вертикально, горизонтально и под углом (45 ± 5)°, а
также под углом (45 ± 5)° на диагоналях в 4 точках близко к
краям (углам) входной плоскости (рис. 4.2).Миры должны иметь диапазон контролируемых простран¬
ственных частот не менее 0,6—5 пар линий/мм, толщина по¬
лосок свинца должна быть порядка 50 мкм. Этим требовани¬
ям вполне отвечают, например, миры, изготавливаемые ком¬
панией «PTW FREIBURG»: L659 005 (предназначена для кон¬
троля пространственной разрешающей способности в диапа¬
зоне 0,6—5 пар линий/мм) и L659 050 (предназначена для
контроля пространственной разрешающей способности в диа¬
пазоне 0,6—10 пар линий/мм). Обе миры имеют толщину
свинцового покрытия 50 ± 1 мкм.4.1.2.	Контроль контрастной чувствительностиКонтрастная чувствительность, или пороговый контраст
(традиционно оцениваемый параметр качества изображения),
определяется по возможности различения деталей (тест-объ-
ектов) с заведомо известным контрастом, рассчитанным из
соотношения:К = (/max — Aran)//щах»	(4-2)где /тах, /min — интенсивность рентгеновского излучения, па¬
дающего на контрольную деталь и прошедшего ее соответст¬
венно [18].Обычно контрастную чувствительность выражают в про¬
центах.Зависимость между толщиной контрольной детали Дх и ее
контрастом определяется следующим образом:Дх = —ln(l — A)/|i,	(4.3)где |л — линейный коэффициент ослабления рентгеновского
излучения (с определенной эффективной энергией) материа¬
лом, из которого изготовлена контрольная деталь.Из представленных соотношений видно, что оценка кон¬
трастной чувствительности зависит от материала, использо¬
ванного для изготовления тест-объекта, и качества рентгенов¬90
ского излучения, при котором исследования проводят. Отме¬
тим, что контрастная чувствительность системы ограничива¬
ется рядом факторов, очень важным из которых является на¬
личие шумов в тракте визуализации, т. е. является функцией
выходного отношения сигнал/шум. При достижении контра¬
стом объекта исследования уровня шумов (имеется в виду ин¬
тегральный шум, т. е. суммарный эффект от квантового шума
и внутренних шумов преобразователя) его различение наблю¬
дателем становится практически невозможным. Известны
оценки, в соответствии с которыми отличие интенсивностей
рентгеновского потока за объектом и за окружающим объект
материалом должно не менее чем в 5 раз превышать средне¬
квадратическое отклонение флюктуаций рентгеновского пото¬
ка за объектом [2]1. Только в этом случае наблюдатель разли¬
чает объект на фоне окружающего его материала.При проведении испытаний в качестве контрольных дета¬
лей, как правило, используют алюминиевые диски достаточно
большого диаметра (не менее 10 мм), а испытания проводят
при качестве рентгеновского излучения, соответствующем по
эффективной энергии слою половинного ослабления (СПО)
7 мм А1 (анодное напряжение на рентгеновской трубке 70 кВ,
дополнительный фильтр — 20 мм А1). Тот из калиброванных
по контрасту дисков наименьшей толщины, который еще ви¬
зуально выделяется экспертами на рентгеновском изображе¬
нии, и определяет контрастную чувствительность приемника
рентгеновского изображения [35].В соответствии с рекомендациями СП 01-22—04 для кон¬
троля контрастной чувствительности применяется тест-объ¬
ект, содержащий 5 дисков, толщина которых при заданных
условиях излучения обеспечивает контраст 0,5; 1,0; 1,5; 2,0 и
3,0 %. Доза в плоскости приемника изменяется в диапазоне от1	до 10 мкГр со следующим шагом: 1, 5 и 10 мкГр. Изменение
дозы осуществляют регулированием силы тока рентгеновской
трубки или количества электричества (мАс).Зарегистрированное рентгеновское изображение тест-объ¬
екта ТКЧ-03К представлено на рис. 4.3.Для определения контрастной чувствительности может быть
использован, например, и описанный выше тест-объект ТО. 10.В ряде случаев значение порогового контраста задается зара¬
нее, а в процессе испытаний определяют, при какой дозе в
плоскости приемника заданное значение контраста реализуется.Общий недостаток описанных методов определения порого¬
вого контраста — их субъективность и необходимость привле¬
чения к испытаниям не менее трех экспертов. Как следствие
результаты испытаний характеризуются невысокой точностью1 В данном случае уровень внутренних шумов преобразователя прини¬
мается пренебрежимо малым по сравнению с квантовым шумом.91
Рис. 4.3. Рентгеновское изображение тест-объекта для контроля кон¬
трастной чувствительности ТКЧ-ОЗК; на рисунке видны головки
контрольных дозиметров.и плохой воспроизводимостью. Представляется разумным при
контроле качества формирования изображения в цифровых
рентгеновских приемниках на этапе приемочных технических
испытаний вообще отказаться от этой характеристики в пользу
более общей — квантовой эффективности регистрации.4.1.3.	Контроль геометрических искаженийОценку геометрических искажений (дисторсии) зарегист¬
рированного цифровой рентгенодиагностической системой
изображения можно производить по методике, принятой для
оценки дисторсии выходного изображения усилителей рентге¬
новского изображения [10].Аналогично интегральная дисторсия изображения оценива¬
ется по методике, рекомендуемой в стандарте, введенном в
действие в 2000 г. [14]. Испытания проводят при значениях
анодного напряжения и силы тока рентгеновской трубки, ха¬
рактерных для среднего режима съемки цифровой рентгено¬
диагностической системы, с использованием испытательной
таблицы (рис. 4.4).В соответствии с рекомендациями СП 01-22—04 для при¬
емников, имеющих круглое и квадратное входное поле, вели¬
чину дисторсии определяют на квадрате с размерами92
Рис. 4.4. Испытательная таблица для оценки геометрических искаже¬
ний (объяснение в тексте).360 х 360 мм (0,9 от размера рабочего поля 400 х 400 мм) и
рассчитывают по формуле:А =Dmax/(J2~ tfmin)- 1 100%,	(4.4)где А — величина дисторсии; Dmax — значение наибольшей
диагонали квадрата в зарегистрированном изображении испы¬
тательной таблицы; Hmin — величина наименьшего расстояния
между сторонами квадрата в зарегистрированном изображе¬
нии испытательной таблицы; |^| обозначает абсолютное значе¬
ние (модуль) величины ьДля приемников рентгеновского изображения, имеющих
прямоугольную форму входного поля, величину дисторсии
определяют с использованием соответствующей тест-таблицы
на прямоугольнике с размерами сторон, составляющими 0,9
от размеров входного поля:А =100%,	(4.5)где Dmax — значение наибольшей диагонали прямоугольника в
зарегистрированном изображении испытательной таблицы;
#в min, Нш min — значения наименьшей высоты и ширины в за-93
регистрированном изображении испытательной таблицы соот¬
ветственно.Величину локальных геометрических искажений 5 норми¬
руют в процентах по отношению к выходному изображению
отрезков тест-объекта, расположенных по горизонтальной и
вертикальной осям в пределах 0,9 размера рабочего поля.Для положительного значения:5 — (Lmax Lcp)/Lcp 100 %,	(4.6)для отрицательного значения:5 = (Lmin - Lcp)/Lcp 100 %,	(4.7)где Lmax — величина ширины (или высоты) наибольшего от¬
резка изображения, соответствующего на тест-объекте размеру
10 + 0,5 мм; Lmin — величина ширины (или высоты) наимень¬
шего отрезка изображения, соответствующего на тест-объекте
размеру 10 ± 0,5 мм.В формулах (4.6) и (4.7):4Р = 0,5(Lb/jVb + LJNr),	(4.8)где LB, LT — размеры изображения тест-объекта соответствен¬
но по вертикали и горизонтали, включающего в себя полные
отрезки осей по 10 ± 0,5 мм в пределах 0,9 размера рабочего
поля; NB, Nr — число полных отрезков осей по 10 ± 0,5 мм на
изображении тест-объекта в пределах 0,9 размера рабочего по¬
ля по вертикали и горизонтали соответственно.Неполные отрезки в пределах 0,9 размера рабочего поля
при расчетах не учитываются.При оценке геометрических искажений в цифровых рент¬
генодиагностических системах (в отличие от систем с УРИ с
аналоговым телевизионным трактом) все измерения прово¬
дятся с высокой точностью: штатное программное обеспече¬
ние цифровой установки позволяет измерять линейное рас¬
стояние между двумя заданными на изображении точками.
Измерения можно производить как в относительных едини¬
цах, так и в абсолютных (например, в миллиметрах) после со¬
ответствующей калибровки программы с использованием эта¬
лонов длины [3].4.1.4.	Контроль динамического диапазонаРазработчики и изготовители цифровых рентгенодиагно¬
стических систем часто неоднозначно трактуют как само по¬
нятие динамического диапазона, так и методы его измерений.В методике, используемой специалистами ГУН ВНИИИМТ
при проведении приемочных технических испытаний цифро-94
Рис. 4.5. Схема измерений динамического диапазона.А — излучатель; Б — диафрагма излучателя; В — наборный алюминиевый
фильтр; Г — фильтр 2 мм А1; Д — тест-объекты с контрастом 5 %; Е — вход¬
ная плоскость приемника рентгеновского изображения.вой рентгенодиагностической аппаратуры, под динамическим
диапазоном понимают соотношение максимальной и мини¬
мальной интенсивностей рентгеновского излучения, при ко¬
торых на зарегистрированном изображении различаются (об¬
наруживаются) объекты заданной формы и размеров с кон¬
трастом 5 % [23].Изменение интенсивности излучения обеспечивается с по¬
мощью наборных фильтров из алюминия или меди нормируе¬
мой толщины, которые располагаются на расстоянии около
300 мм от фокуса трубки. Тест-объекты с контрастом 5 % рас¬
полагаются в непосредственной близости от входной поверх¬
ности цифрового приемника рентгеновского изображения
(рис. 4.5).Испытания проводят при анодном напряжении рентгенов¬
ской трубки 75 ± 5 кВ. При отсутствии дополнительного
фильтра в составе излучателя устанавливается фильтр 2 мм А1.На первом этапе измерений увеличивают интенсивность
рентгеновского потока (за счет увеличения силы тока рентге¬
новской трубки) до тех пор, пока еще эксперты видят в «бе¬
лом» тест-объект с контрастом 5 %. Затем с помощью норми¬
рованного наборного алюминиевого фильтра (постепенно уве¬
личивая его толщину) уменьшают интенсивность излучения
до тех пор, пока эксперты наблюдают на изображении тест-
объект с контрастом 5 %; исходя из полученной толщины на¬
борного фильтра определяют динамический диапазон, при
этом используются таблицы, представленные в [23]. С учетом95
того что динамическии диапазон современных приемников
рентгеновского изображения, как правило, превосходит 100, а
не все типы мониторов, входящих в состав рабочих станций,
могут обеспечить одновременное наблюдение тест-объектов с
контрастом 5 % в «белом» и «черном», при проведении испы¬
таний допускается регулирование яркости и контрастности за¬
регистрированного изображения с помощью штатного про¬
граммного обеспечения.Необходимо отметить, что при оценке динамического диа¬
пазона УРИ с аналоговым телевизионным трактом ручки ре¬
гулирования контрастности и яркости видеоконтрольного уст¬
ройства в процессе проведения эксперимента остаются в не¬
изменном положении (предварительная настройка видеокон¬
трольного устройства с использованием ручек «Яркость» и
«Контрастность» производится таким образом, чтобы было
обеспечено максимальное значение динамического диапазо¬
на) [10].В соответствии с рекомендациями СП 01-22—04 тест-объ¬
ект для контроля динамического диапазона должен иметь
пять полей (одно в центре и четыре по краям) с различны¬
ми уровнями поглощения рентгеновского излучения. Отно¬
шение уровня излучения за каждым из полей к уровню излу¬
чения за центральным рентгенопрозрачным полем (динами¬
ческий диапазон) должно составлять величину —50, 100, 200
и 400 (стандартом допускается использование тест-объекта с
меньшим шагом и более высоким пределом измеряемой ве¬
личины). На каждом из 5 полей закрепляется алюминиевая
деталь толщиной, соответствующей контрасту 5 %. Тест-объ¬
ект закрепляется в центре входной плоскости приемника, ус¬
ловия проведения испытаний не отличаются от описанных
выше.С учетом неоднозначности в определении самого понятия
динамического диапазона, а также субъективности результа¬
тов испытаний, в будущем при проверках цифровых рентге¬
новских приемников представляется целесообразным отка¬
заться от этого параметра и вместо него использовать ширину
серой шкалы (количество уровней квантования сигналов яр¬
кости на выходах каналов приемника).4.2.	Методы и средства контроля характеристики
деталь-контрастНа практике врачам-рентгенологам часто приходится иметь
дело с распознаванием малоконтрастных патологических объ¬
ектов различных размеров, а параметры пространственного и
контрастного разрешения отражают лишь абстрактные потен¬
циальные возможности приемника (пространственное разре-96
шение — для объектов с контрастом 100 %, а контрастная чув¬
ствительность — для объектов заведомо большого размера).Более полные и объективные критерии оценки качества
формирования рентгеновских изображений могут быть полу¬
чены с помощью функции передачи модуляции: зависимости
передачи контраста объекта от пространственной частоты, со¬
ответствующей его линейным размерам. В этом случае при
построении функции по оси ординат откладывается контраст
изображения объекта с периодической структурой, а по оси
абсцисс — пространственная частота в парах линий/мм. Полу¬
ченная зависимость позволяет оценить как величину про¬
странственной разрешающей способности системы, так и ее
способность передавать контраст объектов различных разме¬
ров.Вопросам оценки функции передачи модуляции (или, как
ее называют в англоязычной литературе, Modulation Transfer
Function — MTF) экспериментально-расчетными методами
будет отведено соответствующее место в данной главе, а пока
остановимся на достаточно простых методах, которые позво¬
ляют получить представление о частотно-контрастных свойст¬
вах рентгеновского приемника.Рассмотрим возможности приближенного к субъективному
восприятию диагностических изображений метода оценки
систем визуализации с помощью тест-объектов деталь-кон-
траст [7].Тест-объект деталь-контраст CDRAD type 2.0 для цифро¬
вой и традиционной рентгенографии (компания «Nuclear As¬
sociates») дает возможность оценить зависимость передавае¬
мых контрастов от линейных размеров объекта; он представ¬
ляет собой плоскую пластину из оргстекла с отверстиями,
диаметр которых изменяется по логарифмическому закону в
диапазоне от 0,3 до 8 мм; в этом же диапазоне и с таким же
шагом изменяется глубина отверстий. Поверхность пластины
разбита на 225 ячеек (15 строк и 15 столбцов), в каждой из
которых расположено по одному или по два (одно в середине
ячейки, а другое по случайному закону в одном из углов —
для исключения субъективного фактора при измерениях) от¬
верстия соответствующей глубины (рис. 4.6, а, б).При проведении испытаний цифровых систем тест-объект
CDRAD type 2.0 устанавливают во входной плоскости прием¬
ника рентгеновского изображения и осуществляют съемку.
Изображение тест-объекта регистрируют в памяти рабочей
станции и отображают на мониторе. Стандартный режим ра¬
боты рентгеновского аппарата, при котором осуществляют
съемку, должен обеспечивать качество излучения, соответст¬
вующее слою половинного ослабления 7 мм А1 (анодное на¬
пряжение на рентгеновской трубке 70 кВ, дополнительный
фильтр 20 мм А1).97
0,3 • •	• • •©мм 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 1,3 1,6 2,0 2,5 3,2 4,0 5,0 6,3 8,0МВД©MM 0,3 0,4 0,5 0,6 0,8 1,0 1,3 1.6 2,0 2,5 3,2 4,0 5,0 6,3 8,06Рис. 4.6. Тест-объект CDRAD type 2.0.a — структура; б — рентгеновское изображение.98
Эксперты-наблюдатели в процессе эксперимента заполня¬
ют таблицу, отмечая границы ячеек, в которых объекты рас¬
познаются корректно.При анализе характеристик различных приемников рентге¬
новского изображения удобно ввести критерий эффективно¬
сти по параметру деталь-контраст [7]:л = (пк/К) 100 %,	(4.9)где А^я — общее количество ячеек с отверстиями в тест-объекте
деталь-контраст (в анализируемом случае оно равно 225); пк —
количество ячеек, в которых объекты были распознаны экс¬
пертами корректно.Следует оговориться, что об эффективности г| можно гово¬
рить лишь в задаваемом конкретным тест-объектом диапазоне
изменения параметра деталь-контраст. Также необходимо
иметь в виду, что одно и то же значение эффективности мо¬
жет быть получено, например, для двух систем, одна из кото¬
рых обладает лучшим пространственным разрешением, а дру¬
гая — лучшей контрастной чувствительностью.Возможна также другая конструкция тест-объекта: в пла¬
стину вмонтированы металлические диски различного диа¬
метра и толщины, причем толщина подбирается таким обра¬
зом, чтобы обеспечить калиброванные уровни контраста для
определенного качества излучения (тест-объектом второго ти¬
па является рассмотренный выше ТО. 10). Очевидно, что по¬
лучаемый в процессе эксперимента результат будет зависеть
от конструкции тест-объекта и используемых для его изготов¬
ления материалов, но при проведении испытаний с одним и
тем же тестом и при обеспечении стандартных условий полу¬
чения рабочего рентгеновского пучка появляется возможность
сравнения качества визуализации в различных рентгенопреоб¬
разующих системах.Метод использования тест-объектов деталь-контраст, явля¬
ясь достаточно простым, не только обеспечивает возможность
сравнения качества формирования изображения в различных
по принципу действия приемниках, но и позволяет оператив¬
но выбирать оптимальный режим работы любой рентгенов¬
ской установки; при проведении регламентных работ методи¬
ка дает возможность отслеживать во времени, не ухудшилось
ли качество формирования изображений на конкретном аппа¬
рате (проводить подобные работы и анализировать результаты
может медицинский персонал рентгеновских отделений без
привлечения технических специалистов).Ранее на примере ТО. 10 (см. раздел 4.1.1) было показано,
что тест-объекты деталь-контраст можно использовать для
отдельной оценки пространственной разрешающей способно¬
сти; с их помощью можно оценивать и контрастную чувстви-99
тельность — по различимости объектов большого диаметра.
Очевидно, что в обоих случаях характеристики тест-объек¬
тов должны «перекрывать» соответствующие параметры ис¬
пытуемых систем или соответствовать им: в настоящее вре¬
мя с учетом характеристик используемых для цифровой
рентгенографии полноформатных приемников необходимо
иметь тест-объект деталь-контраст с минимальным диамет¬
ром углублений порядка 0,1—0,15 мм и минимальной глуби¬
ной 0,2 мм.4.3.	Квантовая эффективность регистрации
приемников рентгеновского изображенияРассмотренные в предыдущих разделах параметры, харак¬
теризующие качество формирования изображения в приемни¬
ках рентгенодиагностических установок, являются частными;
более общей является характеристика деталь-контраст, даю¬
щая представление о возможности получения изображений
объектов, имеющих различные размеры и контраст.К настоящему времени большинство ученых, занимающихся
проблемами визуализации, разработчиков и производителей
оборудования, предназначенного для получения цифровых
рентгеновских изображений, пришли к мнению, что обобщаю¬
щей характеристикой качества формирования изображения в
цифровых приемниках-преобразователях, по аналогии с фото¬
графическими системами, может служить квантовая эффектив¬
ность регистрации (Detective Quantum Efficiency — DQE) [1, 32,36,	38, 44]. В октябре 2003 г. вступил в действие международный
стандарт (МЭК), который определил методы и средства оценки
DQE как функции пространственных частот и дозы в плоскости
приемника для рентгенографических установок общего назна¬
чения [43]. Использованные при разработке стандарта подходы
имеют много общего с хорошо и давно известными методами
определения и анализа частотно-контрастных характеристик
фотографических систем и применяемых в рентгенодиагности¬
ке приемников (например, УРИ); имеется некоторая связь и с
методикой определения квантовой эффективности регистра¬
ции в УРИ, основанной на анализе спектра сцинтилляций на
выходе усилителя при использовании аналогового контрольно¬
измерительного оборудования [9, 15, 19]. Однако существует и
целый ряд принципиальных отличий, что позволяет выделить
вопросы определения и анализа DQE цифровых рентгеновских
приемников в качестве самостоятельной задачи.С учетом того что в отечественной и зарубежной научно-
технической литературе постоянно используются такие усто¬
явшиеся термины, как «квантовая эффективность регистра¬
ции», «эквивалентный квантовый шум», «коэффициент эф¬100
фективного поглощения квантов», «детектор — счетчик кван¬
тов» и т. д., в этой главе во избежание возможных противоре¬
чий вместо принятого в настоящее время термина «фотонное
излучение»1 (и соответствующих производных) будем исполь¬
зовать традиционный термин «рентгеновский квант» и произ¬
водные от него.4.3.1.	Основные положенияПроанализируем следующую физическую модель. Пусть име¬
ется поток рентгеновских квантов (со средней плотностью q0),
попадающих на детектор — счетчик квантов, имеющий еди¬
ничную площадь. Средняя плотность потока квантов опреде¬
ляет полезный сигнал на входе детектора. Квантовый шум оп¬
ределяется случайными флюктуациями этого потока и харак¬
теризуется распределением Пуассона [24, 28]. Для детектора
единичной площади плотность потока квантов и количество
квантов, попавших на детектор, — одно и то же, в этом случае
стандартное отклонение (корень из дисперсии квантового шу¬
ма на входе) овх равно JqG, а уровень полезного сигнала навходе детектора Sm, как было отмечено, составляет q0.Отсюда следует, что отношение сигнал/шум на входе де¬
тектора Qm = SKyJ<3m изменяется пропорционально ,Jq{).В реальных условиях детектор поглощает только часть из
попавших на его поверхность квантов, которая определяется
коэффициентом эффективного поглощения квантов в детек¬
торе 4 [28]. С учетом этого обстоятельства можно записать вы¬
ражение для квадрата отношения сигнал/шум (или отноше¬
ния сигнал/шум по мощности) на выходе детектора:СРвых = (^о)7( Ля0 )2 = Ыо-	(4.10)В литературе значение (22вых, которое определяет число эф¬
фективно поглощенных рентгеновских квантов, обычно назы¬
вают эквивалентным квантовым шумом [36].Одно из определений квантовой эффективности регистра¬
ции сводится к нормированному к плотности потока квантов
на входе детектора выходному отношению сигнал/шум по
мощности:DQE= Q\bJq0,	(4.11)что с учетом (4.10) приводит к соотношению: DQE =]См., например, Методические указания. Внедрение и применение
ГОСТ 8.417—81 «ГСИ. Единицы физических величин» в области ионизи¬
рующих излучений. РД 50-454—84 (М.: Издательство стандартов, 1990).101
Таким образом, для рассматриваемой модели приемника
DQE определяется коэффициентом эффективного поглоще¬
ния квантов б,.Если учитывать, что отношение сигнал/шум по мощности
на входе детектора Q2BX равно q0, представленное выражение
для DQE (4.11) можно переписать в следующем виде:DQE=Q\JQ\x.	(4.12)Из полученного равенства следует, что квантовая эффек¬
тивность регистрации в рентгеновском приемнике определя¬
ется соотношением отношений сигнал/шум по мощности на
его выходе и входе. Так как в реальных условиях не реализуе¬
мо преобразование сигналов без потерь, то очевидно, что DQE
всегда меньше единицы.С учетом формулы (4.12) DQE в приемнике можно опреде¬
лить как отношение дисперсий шумов на его входе а2вх и вы¬
ходе а2вых прив (приведенной ко входу с помощью переходной
характеристики, т. е. соотношения между средними уровнями
сигнала на выходе и входе).Если считать, что для рассматриваемой модели соотноше¬
ние средних уровней сигнала на выходе и входе приемника
постоянно во всем диапазоне изменения уровней сигналов и
равно G (переходная характеристика является линейной), то
можно записать:DQE = С2(ст2вх/а2вых) = а2вх/а2вых прив.	(4.13)Необходимо отметить, что представленные достаточно про¬
стые определения DQE и эквивалентного квантового шума 02вых
корректны лишь в предположении, что поток рентгеновских
квантов энергетически однороден и средняя плотность его во
всей области пространства, непосредственно прилегающей к по¬
верхности детектора, постоянна. Также принимается, что уро¬
вень собственных (внутренних) шумов детектора пренебрежимо
мал по сравнению с уровнями сигналов и квантовых шумов.Перейдем к рассмотрению DQE в более общем виде: двух¬
мерная модель тракта приема и преобразования сигналов,
учитывающая зависимость переходной характеристики от
пространственных частот и наличие в системе внутренних шу¬
мов, представлена на рис. 4.7.В рассматриваемой модели G обозначает коэффициент пе¬
редачи участка тракта, в котором осуществляется преобразо¬
вание энергии рентгеновских квантов в энергию других носи¬
телей информации (например, фотонов оптического диапазо¬
на длин волн и далее — электронов). Данная стадия преобра¬
зования характеризуется пространственным рассеиванием.
Эффект рассеивания может быть описан с помощью переход¬
ной характеристики, которая имеет зависимость от простран¬
ственных частот (коэффициент передачи уменьшается с рос-102
qoNВХSBbix(u,v)j NBb|X(ll,V)NChc(U,V)Рис. 4.7. Двухмерная модель тракта приема и преобразования сигна
лов (объяснение в тексте).том частоты). Далее необходимо добавить аддитивную состав¬
ляющую, определяемую внутренними шумами системы с
энергетическим спектром N2CViC(u,v).Энергетический спектр квантового шума на входе прием¬
ника принимаем равномерным (т. е. не зависящим от часто-
ты): N\x(u,v) = N2m.Определим спектральную плотность мощности этого шума,
используя модель идеального детектора — счетчика квантов,
поглощенных на поверхности площадью В. Спектральная
плотность мощности шума на входе детектора будет эквива¬
лентна спектральной плотности мощности шума на его выхо¬
де. Общее число рентгеновских квантов, поглощенных на ана¬
лизируемой поверхности, в среднем составит п = q0B. Приро¬
да шума данного детектора будет определяться флюктуациями
плотности потока рентгеновских квантов, имеющих пуассо-
новское распределение; дисперсию количества поглощенных
квантов, т. е. дисперсию шума на выходе детектора, можно
определить как сгпогл = а2вых дет = q0B.Импульсный отклик данного идеального детектора Ит(х,у)
можно представить в следующем виде:hm(x, у) = 1 для х е В и у е 5,hm(x, у) = 0 для остальной области пространства,где х и у определяют пространственные координаты.Обозначим модуль спектра функции hm(x,y) как Hm(u,v).
Тогда с учетом теоремы Парсеваля получаем [37]:со со	со со°2вь,хдет = J J H2m{u,v)du dv = N2BX J jh2M(x,y)dx dy =—CO—CO	—CO—CO= N2m B.Из этого выражения несложно получить соотношение:N вх ^ вых дет/^ 40-Таким образом, спектральная плотность энергии шума на
входе приемника определяется плотностью потока рентгенов¬
ских квантов q0.103
Энергетический спектр шума на выходе тракта преобразо¬
вания содержит составляющую, характеризующуюся кванто¬
вым шумом с равномерным энергетическим спектром, про¬
шедшим через фильтр с переходной характеристикой, которая
определяется произведением коэффициента передачи G и час¬
тотно-зависимой функции передачи модуляции H(u,v), и ад¬
дитивную составляющую внутренних шумов системы (иссле¬
дования, проведенные для различных типов цифровых прием¬
ников рентгеновского изображения, показали, что, как прави¬
ло, их внутренние шумы имеют характер «белого шума», т. е.
энергетический спектр не зависит от частоты [36]):N2mJu,v) = q^G2H\u,v) + А2СИС.	(4.14)Амплитуда сигнала на выходе тракта с учетом зависимости
от пространственных частот, определяется следующим обра¬
зом:SBbJu,v) = qfcG H(u,v).	(4.15)С учетом одного из определений квантовой эффективности
регистрации (4.12), а также зависимостей (4.14) и (4.15) мож¬
но записать выражение для DQE при использовании рассмат¬
риваемой модели:DQE(u,v) = (q^2G2H2(u,v))/(qQ^G2H2(u,v) + №сас). (4.16)Выражение (4.16) позволяет удобно интерпретировать фи¬
зический смысл параметра DQE: если считать уровень внут¬
ренних шумов в системе пренебрежимо малым по сравнению
с квантовым шумом (А2СИС = 0), то получим, что DQE, во-пер-
вых, не зависит от пространственных частот, а во-вторых,
определяется коэффициентом эффективного поглощения
квантов в детекторе. DQE уменьшается с ростом уровня собст¬
венных шумов в системе по отношению к уровню квантовых
шумов. Это становится особенно заметным на высоких про¬
странственных частотах, где за счет переходной характеристи¬
ки происходит «зарезание» равномерного на входе детектора
энергетического спектра квантового шума и соответственно
уменьшение его уровня по отношению к уровню внутренних
шумов системы. Таким образом, одна из основных задач,
стоящих перед разработчиками цифровых приемников рентге¬
новского изображения, сводится к уменьшению уровня внут¬
ренних шумов тракта преобразования, источниками которых
для различных конструкций приемников могут быть усилите¬
ли на выходах приемных каналов, аналого-цифровые преоб¬
разователи, устройства считывания, накопители зарядов
и т. д. [36].Так как в зависимости от конструкции приемника рентге¬
новского изображения сигнал на его выходе может быть про¬
порционален либо числу квантов, пришедших на вход (для104
приемников — счетчиков квантов), либо суммарной энергии
квантов (для приемников — накопителей энергии), дальней¬
шее рассмотрение проведем для обоих типов конструкций. От¬
метим, что к первому типу относятся сканирующие системы на
базе многопроволочных пропорциональных камер, а ко второ¬
му — все остальные виды цифровых рентгеновских приемни¬
ков-преобразователей, подробно рассмотренных в главе 2.С учетом того что оценка DQE в области нулевых про¬
странственных частот (частотно-независимой квантовой эф¬
фективности регистрации) представляет отдельный интерес,
выделим эту задачу в качестве самостоятельной.4.3.2.	Оценка квантовой эффективности регистрации
в области нулевых пространственных частотВ том случае, когда говорят об оценке квантовой эффек¬
тивности регистрации в области нулевых пространственных
частот, то, естественно, имеют в виду значение параметра не
на нулевой частоте (что физически нереализуемо), а некото¬
рое приближение. При этом DQE системы, представляющей
собой в идеале совокупность статистически независимых
идентичных каналов, будет определяться квантовой эффек¬
тивностью регистрации парциальных каналов вне зависимо¬
сти от физических размеров их детектирующих поверхностей;
количество каналов в приемнике также не оказывает влияния
на оценку DQE в области нулевых пространственных частот.
Для большей простоты и наглядности анализа коэффициент
эффективного поглощения квантов в дальнейшем будем счи¬
тать единичным.Приемники — счетчики квантов. Если мы имеем дело с
приемником — счетчиком рентгеновских квантов, попадаю¬
щих на его поверхность, то входной сигнал будет определять¬
ся плотностью потока квантов q0 (средним количеством кван¬
тов, приходящихся на единицу площади).В цифровых системах выходной сигнал характеризуется
числами K,j, определяющими значение яркости на выходе ка¬
нала (в изображении — пикселя) с номером (i,j). В качестве
выходного сигнала всего приемника обычно принимают сред¬
нее от числовых значений на выходе парциальных каналов:с = К°вых Лср*Общее количество квантов п, падающих на поверхность
канала площадью А0 (в предположении равномерного распре¬
деления потока в пространстве), определяется следующим об¬
разом: п = q[y4().В случае пуассоновского распределения числа квантов, по¬
павших на детектор, дисперсия D[«] = п. А дисперсию вход¬
ного квантового шума о2вх для рассматриваемого типа прием¬105
ников-преооразователеи определим как дисперсию плотности
потока квантов:	Iо2вх = D [п/А0] = qo/Ao.	(4.17)С учетом (4.13) теперь можно записать:DQE = (? q0/(A0o2Bm).	(4.18)Дисперсию шумов на выходе системы ст2вых можно опреде¬
лить при анализе данных на выходе любого из каналов, полу¬
ченных в результате большого числа экспозиций, выполнен¬
ных при идентичных условиях. Существует и другой способ —
разбить поверхность детектора на ряд подобластей равной пло¬
щади А (содержащих одинаковое число каналов) и проводить
анализ для совокупности подобластей (частным случаем по¬
добной разбивки может служить вариант, когда подобластью
служит каждый из каналов — при полной статистической неза¬
висимости каналов). При этом для всех подобластей определя¬
ется среднее числовых значений на выходах элементов Кср А, а
затем рассчитывается дисперсия этих средних значений:с2Вых = D[A;p aJA/Aq,	(4.19)где А/А0 определяет количество каналов в каждой подобласти.С учетом (4.19) выражение (4.18) можно переписать в сле¬
дующей форме:DQE = G2 q0/(A D[Kcp А]).	(4.20)Данное выражение и определяет значение DQE в области
нулевых пространственных частот для приемника — счетчика
квантов.Что же касается выбора площади подобластей (и соответст¬
венно количества каналов), в которых происходит усреднение
сигналов, то при обеспечении идентичности элементов детек¬
тора и статистической независимости сигналов на их выходах
произведение количества каналов на D[A"cpA] должно оставать¬
ся константой, и, таким образом, выбор площади подобласти
не должен оказывать влияния на оценку DQE при использова¬
нии выражения (4.20). Актуальным выбор размера подобла¬
стей для усреднения становится при наличии корреляции сиг¬
налов в соседних каналах приемника, что всегда в той или
иной мере имеет место на практике. Влияние корреляции сиг¬
налов на оценку дисперсии выходных шумов и как следствие
на оценку DQE в области нулевых пространственных частот
будет рассмотрено в разделе 4.4.3.Приемники — накопители энергии. Рассмотрим DQE в об¬
ласти нулевых пространственных частот цифровых рентгенов¬
ских приемников — накопителей энергии: систем на основе
УРИ с ПЗС-матрицей на выходе; плоских панелей на основе106
аморфного селена или кремния; твердотельных полупровод¬
никовых линеек и многоканальных ионизационных камер для
сканирующих систем; рентгеновских камер с трактом приема-
преобразования на основе сцинтилляционного экрана, свето¬
сильной оптики и ПЗС-матрицы; систем со стимулируемым
люминофором.Для всех перечисленных выше систем характерно, что сиг¬
нал на выходе пропорционален средней суммарной энергии
квантов, поглощенных на входе. Входной сигнал парциально¬
го канала детектора площадью А0 пропорционален плотности
энергии поглощаемых рентгеновских квантов е (средней сум¬
марной энергии квантов, приходящейся на единицу площади
поверхности детектора).Число поглощенных рентгеновских квантов с энергиями в
диапазоне от Е до Е + АЕ на площади детектора А0 может
быть определено следующим образом:яд = AEAq Ф(Е),	(4.21)где Ф(Е) — спектральное распределение плотности потока
рентгеновских квантов, т. е. среднее количество квантов, при¬
веденное к единичной площади поверхности детектора, с
энергиями, принадлежащими единичному энергетическому
интервалу.Общее количество поглощенных приемником квантов оп¬
ределяется суммированием (4.21) по энергиям при условии
стремления ДЕ к нулю, т. е. интегрированием во всем диапа¬
зоне энергий:п = \А0 Ф(Е) dE.	(4.22)Общая энергия поглощенных детектором квантов с учетом
(4.21) и при аналогичном предыдущему переходе от суммы к
интегралу определяется следующим образом:EL = \А0 Ф(Е)Е dE.	(4.23)Из последнего выражения легко получить формулу для
плотности энергии квантов на входе детектора:е = Е^/Ао = f Ф(Е)Е dE.	(4.24)С учетом пуассоновского распределения количества кван¬
тов пд, которые имеют энергию в диапазоне от Е до Е + АЕ,
дисперсия этой величины 0[ид] = пА. Отсюда дисперсия об¬
щей энергии квантов с энергиями в диапазоне от Е до Е + АЕ
может быть определена следующим образом: D[ZsJ = Е2пл.
Дисперсию энергии всех квантов, поглощенных детектором,
получим при суммировании D[£^] во всем диапазоне энергий:D[£y = £(Е2пА) = £ (Е2А0Ф(Е)АЕ) = [А0 Ф(E)E2dE. (4.25)Е	Е107
Дисперсия плотности энергии квантов, которая определяет
дисперсию шума на входе приемника — накопителя энергии,
принимает следующий вид:а2вх = D[e] = DIEz/Ao] = ф0 Ф{Е)Е2йЕ)/А(2 == (1/Л) JФ(Е)Вс1Е.	(4.26)С учетом (4.19), которое определяет дисперсию шумов на
выходе цифрового детектора, выражение для квантовой эф¬
фективности (4.13) может быть представлено для рассматри¬
ваемого случая (приемники — накопители энергии) в следую¬
щем виде:DQE = G2 $Ф(Е)Е2йЕ/(А D[A;pA]).	(4.27)Легко заметить, что выражение (4.27) отличается от полу¬
ченного ранее для приемников — счетчиков квантов (4.20)
только тем, что домноженная на Д, дисперсия плотности по¬
тока квантов в данном случае заменена на дисперсию плотно¬
сти энергии квантов, также домноженную на А0.4.3.3. Зависимость квантовой эффективности
регистрации от пространственных частотПриемники — счетчики квантов. В общем случае, как отме¬
чалось выше, DQE является характеристикой, зависящей от
пространственных частот. Частотно зависимая двухмерная
функция DQE(u,v) может быть представлена (по аналогии с
определением для дисперсий шумов) как отношение входного
и выходного (приведенного ко входу) энергетических спек¬
тров шума [38, 44]:DQE(u,v) = G2H2(u,v)(N2BX(u,v)/N2BblK(u,v)). (4.28)Дискретизированный энергетический спектр шума (квад¬
рат модуля дискретного преобразования Фурье от соответст¬
вующего шумового сигнала как функции пространственных
координат) на выходе цифрового приемника-преобразователя
может быть представлен следующим образом:N2Bm(Uj,vk) = (АхАу)/(AW)Cp{N\(upvk) + N2c(upvk)}, (4.29)гдеN МЩUpvk) = Yu И ~ KcPHn(2n(ujX„ + vky,„));n = 1 m - 1
N MK(Uj,vk) = у V (K„tm — A'cp)cos(2n(«rx„ + v*ym));
Ср{А,} означает усреднение по ансамблю случайной величи¬
ны X; N и М — число каналов (пикселей) подобласти в на¬
правлении х и у соответственно; Кпт — числовое значение на
выходе канала (значение яркости пикселя) с номером (п,т),
имеющего координаты (х„,ут); Кср — среднее числовое значе¬
ние на выходе каналов (среднее значение яркостей пикселей);хп = пАх,Ут = тАу;Ах и Ду — линейные размеры приемного канала детектора (эле¬
мента разрешения) вдоль осей х и у соответственно; и vk —
дискретные значения пространственных частот, которые оп¬
ределяются следующим образом:«/ = j/(NAx), j = —N/2 ... N/2—1,
vk = k/(MAy), k = —M/2 ... M/2-1.Нормировка в выражении (4.29) выбирается из тех сообра¬
жений, чтобы двухмерный интеграл от энергетического спек¬
тра был равен дисперсии шумов на выходе детектора.Что касается энергетического спектра шума на входе детек¬
тора, то, как уже отмечалось раньше, он частотно независим,
а спектральная плотность мощности шума определяется вход¬
ной плотностью потока рентгеновских квантов.Таким образом, в соответствии с (4.28) для детектора —
счетчика квантов получаем:DQE(u,v) = G2H2(u,v)q0/N2Bba(u,v),	(4.30)где N\bBl(u,v) определяется из (4.29).В качестве примера определим значение DQE в области ну¬
левых пространственных частот, для чего для начала в (4.29)
вместо j и к подставим нули:N МN\blx(0,0) = (АхАу)/(тСр{( X I (Кп>т - Кср))2} =п = 1 т = 1N М= (AxAy)/(7VM)Cp{( £ I Km-NM KCf>)2} =п — 1 т = 1= (АхДу)/( УШ)Ср{( N М Кср А - N М Кср)2} = A D[A;pA], (4.31)С учетом (4.31), а также того, что по определению
#2(0,0) = 1, выражение (4.30) можно переписать для нулевых
пространственных частот следующим образом:DQE(0,0) = G2qJ(A D[A;p а]),	(4.32)что полностью совпадает с (4.20).109
Приемники — накопители энергии. Спектральную плотность
мощности шума на входе детектора с полезной площадью В
определим с использованием идеальной модели приемника,
аналогичной рассмотренной для детектора — счетчика кван¬
тов, в предположении равномерности спектра. Разница за¬
ключается лишь в том, что дисперсия шумов на выходе (вхо¬
де) рассматриваемого в данном случае идеального приемника
является функцией не количества поглощенных квантов, а их
суммарной энергии:00 оо^выхдет = D[£z] =|J N2BX H2m(u,v)dudv =~00 —0000 00= j J h2Jx,y) dxdy = N\XB.—	oo —00Если воспользоваться соотношением (4.25), заменив Ай на В,
то полученное равенство можно переписать в следующем
виде:N\x = ЩЕ^/В = J <P(E)E2dE	(4.33)Теперь, подставив в (4.28) значение спектральной плотно¬
сти для входного энергетического спектра (4.33), получаем
выражение, определяющее DQE(u,v) для приемников — нако¬
пителей энергии:DQE(u,v) = G2H\u,v) J(P(E)E2dE/N2BUX(u,v), (4.34)где N2BhJu,v) определяется из (4.29).Из (4.34), воспользовавшись (4.31) и учитывая, что Н2(0,0) =
= 1, легко получить значение DQE в области нулевых про¬
странственных частот для приемников — накопителей энер¬
гии:DQE(0,0) = G2 J<P(E)E2dE/(A D[*;pA]), (4.35)
что полностью совпадает с (4.27).4.4. Методы и средства экспериментальной оценки
квантовой эффективности регистрацииС целью экспериментальной оценки DQE как функции
пространственных частот и для приемников — счетчиков
квантов, и для приемников — накопителей энергии первона¬
чально необходимо представить выражения (4.30) и (4.34) в
системе параметров, которые могут быть оценены опытным
путем.110
В качестве средств контроля, используемых при проведе¬
нии экспериментов, будут рассмотрены рентгеновская мира и
тест-объект в виде непрозрачной для рентгеновского потока
полуплоскости (например, прямоугольник из свинцовой
фольги на подложке из оргстекла) с четко сформированным
прямолинейным краем для измерений по методу наклонного
(острого) края.Анализ будем проводить для одной из пространственных
частот (полученные результаты легко распространить на за¬
висимость DQE и от второй пространственной частоты —
достаточно лишь сделать соответствующую замену в форму¬
лах, а при проведении эксперимента с использованием тест-
объекта необходимо дополнительно развернуть последний на
90° относительно предыдущего положения).4.4.1.	Методы, не требующие оценки функции
передачи модуляцииПриемники — счетчики квантов. Если в качестве тест-объ-
екта используется мира с прямоугольными полосками, период
расположения которых соответствует пространственной час¬
тоте и, сигнал во входной плоскости детектора (после прохож¬
дения миры) может быть представлен с помощью соответст¬
вующего ряда Фурье. При этом сигнал будет содержать лишь
гармоники с нечетными номерами, а амплитуда основной гар¬
моники с частотой и будет определяться выражением [6]:SJu) = 2 (qn — qCB)/n,	(4.36)где qn — плотность потока рентгеновских квантов за подлож¬
кой миры (например, оргстеклом); qCB — плотность потока
рентгеновских квантов за полосками (например, из свинца) и
подложкой.Пространственно модулированный выходной сигнал детек¬
тора, соответствующий полученному в процессе экспозиции
изображению миры, спроецированному на ось, перпендику¬
лярную направлению полосок миры (полоски миры поверну¬
ты на угол р относительно границ элементов детектора) —
рис. 4.8, также может быть разложен в ряд Фурье с амплиту¬
дой основной гармоники ^BbIX(«):^вых(«) = Аых(и)-	(4-37)С учетом (4.36) и (4.37) частотно-зависимая переходная ха¬
рактеристика системы на линейном участке определяется сле¬
дующим образом:G Щи) = SKbJu)/SJu) = AHIJu)n/Q(qn - qj). (4.38)После подстановки (4.38) в (4.30) получаем:111
Рис. 4.8. Выходной сигнал детектора при использовании рентгенов¬
ской миры.А — полоски рентгеновской миры; Б — пиксели; В — уровень яркости пиксе¬
лей; р — угол поворота полосок миры относительно границ элементов детек¬
тора.DQE(u) = A2BbK(u)n2q0/(4N2Bm(u)(qn — qj2). (4.39)Если ввести параметр, соответствующий относительному
контрасту миры: С = (qn — qCB)/qo, то (4.39) можно переписать
в следующем виде:DQE(u) = A2Bblx(u)n2/(4N2Bblx(u)q0C2).	(4.40)В (4.40) теперь присутствуют параметры, которые могут
быть экспериментально определены: амплитуда выходного
сигнала детектора Авых(и), энергетический спектр шума
^2вых(^)> плотность потока рентгеновских квантов на входе де¬
тектора q0, а также относительный контраст используемой в
качестве тест-объекта миры.112
Что касается относительного контраста С, то он может быть
определен как экспериментальным путем, так и расчетным.Для его определения расчетным методом достаточно знать
толщину подложки и полосок, а также при известном q0 (из¬
вестном качестве излучения) поглощающие свойства материа¬
лов, из которых они изготовлены:С = ехр {-цп(<70)Дп} - ехр{-цп(<7о)Лп - ЦполЫЛ™,,}, (4.41)где |i„(<7o) — линейный коэффициент ослабления материалом
подложки при заданном качестве излучения; Дп — толщина
подложки; Цпол(^о) — линейный коэффициент ослабления ма¬
териалом, из которого изготовлены полоски миры (обычно
это свинец), при заданном качестве излучения; Дпол — толщи¬
на полосок.Тест-объект в виде непрозрачной для рентгеновского пото¬
ка полуплоскости с прямолинейным краем может быть опи¬
сан с помощью следующей модели: сигнал за подобным тест-
объектом представляет собой «ступеньку» со скачком, поло¬
жение которого на плоскости пространственных координат
соответствует краю полуплоскости (х = 0). Величина скачка
определяется толщиной и поглощающими свойствами мате¬
риалов, из которых изготовлен тест-объект:5Вх(х) = Чи при х < 0,■*вх(*) = ЧсВ при X > 0.	(4.42)Тогда амплитуда входного сигнала детектора для всех про¬
странственных частот, не равных нулю, может быть определе¬
на с помощью преобразования Фурье от (4.42):1*$и(н)| = (<7п - <7св)/(2пи).	(4.43)Выходной сигнал детектора SBbIX(u) и его амплитуда Авых(и) в
этом случае определяются по спектру, полученному с помо¬
щью преобразования Фурье от продифференцированной
функции, которая реализуется при проецировании изображе¬
ния края полуплоскости (повернутого на угол (3 относительно
границ элементов детектора) на ось, перпендикулярную ли¬
нии края — так называемого профиля края (рис. 4.9).По аналогии с (4.38) можно определить для рассматривае¬
мого случая частотно-зависимую переходную характеристику
и подставить ее в выражение (4.30):DQE(u) = A\M4n2u2/(N2Bblx(u)q0C2).	(4.44)Одно из преимуществ полученных формул для оценки
DQE(u) заключается в том, что в них отсутствует функция пе¬
редачи модуляции, которую необходимо нормировать к ее зна¬
чению на нулевой пространственной частоте; из-за конечных113
Рис. 4.9. Выходной сигнал де¬
тектора при использовании
непрозрачной полуплоскости с
прямолинейным краем.А — непрозрачная полуплоскость;
Б — пиксели; В — уровень яркости
пикселей; р — угол поворота края
тест-объекта относительно границ
элементов детектора.размеров детектора и тест-
объекта получить значение
функции передачи модуля¬
ции на нулевой пространст¬
венной частоте невозможно.В тех случаях, когда при
определении DQE (как функ¬
ции пространственных час¬
тот) используют функцию
передачи модуляции, прихо¬
дится прибегать к различным
методам экстраполяции зна¬
чения, соответствующего ну¬
левой частоте, основываясь
на данных, полученных в ок¬
рестности нулевой частоты,
что приводит к возникнове¬
нию дополнительных по¬
грешностей в оценках.В представленном методе
оценки квантовой эффектив¬
ности необходимо обеспе¬
чить линейность системы лишь в относительно узких областях
динамического диапазона, так как в качестве оценки выходно¬
го сигнала используется не его абсолютное значение, а ампли¬
туда модуляций, определяющих зарегистрированное в системе
изображение [44]. При проведении эксперимента с целью
определения DQE относительный контраст миры или непро¬
зрачной полуплоскости, используемых в качестве тест-объек¬
тов, выбирают таким образом, чтобы имеющиеся в системе не¬
линейности не приводили к заметным искажениям оценки
(для качества излучения, соответствующего слою половинного
ослабления 7 мм А1, относительный контраст лежит в диапазо¬
не 0,3—0,5 при толщине подложки из оргстекла примерно 3 мм
и изменении толщины слоя свинца от 50 до 100 мкм).Входящий в выражения (4.40) и (4.44) энергетический
спектр шума на выходе детектора N2Bblx(u) определяют с исполь¬
зованием выражения (4.29) для каждой подобласти зарегистри¬114
рованного изображения равномерно экспонированной поверх¬
ности детектора. Зарегистрированное изображение не должно
подвергаться никакой обработке, кроме штатной замены зна¬
чений яркостей вышедших из строя элементов детектора на
экстраполированные и ввода калибровочных поправок: для вы¬
равнивания неравномерности пространственного распределе¬
ния входного потока рентгеновских квантов и коэффициентов
передачи отдельных каналов, а также компенсации сигнала,
присутствующего на выходе системы при отсутствии рентге¬
новского потока на входе (так называемых «темновых токов»).На изображении, в его срединной части, выбирают область
анализа и разбивают ее на подобласти одинакового размера.
Размер анализируемой области, как правило, составляет по¬
рядка 10 х Ю см (например, для цифровых приемников рентге¬
новского изображения с размером пикселя около 200 х 200 мкм
выбранная область будет состоять приблизительно из
512 х 512 пикселей). Предлагаемые различными авторами раз¬
меры подобласти находятся в интервале от 16 х 16 до
256 х 256 пикселей [39, 44]. На выбор размера подобласти
влияет необходимость (или ее отсутствие) обеспечения высо¬
кой точности измерений в области частот, непосредственно
примыкающих к нулевой; в стандарте МЭК рекомендуется раз¬
бивать область анализа на подобласти размером 256 х 256 пик¬
селей [43]. Подобласти располагают с перекрытием по обеим
пространственным координатам, равным, например, половине
длины (или ширины) подобласти (рис. 4.10).Рис. 4.10. Вариант разбиения анализируемой области на подобласти.А — анализируемая область; Б — подобласти.115
Как уже было отмечено, для каждой из подобластей, ис¬
пользуя выражение (4.29), рассчитывают энергетический
спектр и выделяют его значения вдоль соответствующей коор¬
динаты, например и (в этом случае v = 0).На практике иногда приходится сталкиваться со случаем,
когда при больших дозах в плоскости детектора энергетиче¬
ский спектр непосредственно на осях (v = 0 или и = 0) иска¬
жается систематическими ошибками, возникающими, напри¬
мер, при считывании информации с выходов элементов де¬
тектора [44]. В этих случаях используют данные сечений, не¬
посредственно примыкающих к осям и параллельных им, ус¬
редняют значения для совпадающих положительных и отри¬
цательных частот и экстраполируют полученные усредненные
значения на соответствующую ось. Сечения энергетического
спектра по всем подобластям усредняют и получают искомую
сглаженную зависимость Л^2вых(и).Очевидно, что оценка DQE как функции пространственных
частот зависит от параметров экспозиции, при которых полу¬
чают изображения тест-объекта и равномерно экспонирован¬
ной поверхности детектора. Для того чтобы можно было срав¬
нивать результаты, полученные при испытаниях различных
рентгенографических систем, необходимо осуществить нор¬
мирование условий проведения испытаний с точки зрения ка¬
чества излучения. В настоящее время основным качеством из¬
лучения, при котором проводят испытания, признано соот¬
ветствующее слою половинного ослабления 7,1 мм А1 (анод¬
ное напряжение на рентгеновской трубке 70 кВ, дополнитель¬
ный фильтр 21 мм А1)1. Доза во входной плоскости детектора
при этом регулируется только изменением силы тока рентге¬
новской трубки или количества электричества (мАс).Схема (геометрия) проведения испытаний представлена на
рис. 4.11.Дополнительный фильтр располагается в максимальной
близости от фокуса рентгеновской трубки. Контрольный до¬
зиметр представляет собой проходную ионизационную камеру
и может располагаться в рабочем пучке, если он полностью
прозрачен для рентгеновского потока и не искажает его
структуру (в противном случае его располагают сбоку от рабо¬
чей области пучка). Этот дозиметр используется для контроля
корректности работы рентгеновского генератора в процессе
эксперимента. Диафрагмы Б1 и Б2 обеспечивают нужную
конфигурацию рабочего пучка, а диафрагма БЗ формирует
квадратное поле облучения поверхности приемника размером
не менее 160 х 160 мм.1 В России обычно используют качество излучения, соответствующее
СПО 7 мм А1 (анодное напряжение на рентгеновской трубке 70 кВ, до¬полнительный фильтр 20 мм А1).116
Рис. 4.11. Схема проведения испытаний для оценки DQE.А — излучатель; Б,, Б2, Б3 — диафрагмы; В — дополнительный фильтр; Г —
контрольный дозиметр; Д — тест-объект; Е — поверхность детектору.Для каждой экспозиции, по результатам которой регистри¬
руется информация, определяется значение дозы в плоскости
детектора с помощью еще одного (измерительного) дозимет¬
ра. Этот дозиметр помещают на место демонтированного де¬
тектора (если конструктивные особенности системы позволя¬
ют это сделать) и осуществляют измерения. Если подобной
возможности не существует, дозиметр устанавливают между
излучателем и детектором (ближе к последнему) и проводят
измерения; затем полученные данные пересчитывают на по¬
ложение входной плоскости детектора (с использованием за¬
кона обратной пропорциональности мощности дозы квадрату
расстояния от источника излучения). В этом случае необходи¬
мо обеспечить отсутствие рассеивания рентгеновского потока
от находящихся за рабочей камерой дозиметра объектов (на¬
пример, детектора).Плотность потока рентгеновских квантов на входе прием¬
ника может быть определена экспериментально, также можно
воспользоваться данными, приведенными в литературе. Так,117
для выбранного качества излучения плотность потока рентге¬
новских квантов, приведенная к дозе, составляет 29 400 кван¬
тов • мм-2 • мкГр-1 [40, 44] ККак уже отмечалось, испытания могут проводиться при ис¬
пользовании различных тест-объектов: миры с расположени¬
ем полосок, соответствующим одному значению периода про¬
странственной частоты; миры, состоящей из нескольких сек¬
торов, каждый из которых соответствует определенному зна¬
чению периода пространственной частоты; теста для проведе¬
ния испытаний по методу наклонного края.Угол наклона соответствующего тест-объекта относительно
линии границ каналов детектора р не должен превышать 3—5°
(при этом, как следует из рис. 4.8 и 4.9, удается увеличить
частоту отсчетов сигнала не менее чем в 11 раз). Новый пери¬
од следования отсчетов сигнала составит величину Ax(y)sinp.Проблема, возникающая при проведении экспериментов с
использованием названных выше тест-объектов, заключается в
том, что сигнал яркости каждого элемента детектора содержит
шумовую составляющую, а также в том, что не соблюдается ус¬
ловие эквидистантности: из-за конечного количества каналов,
значения яркости которых проецируются на наклонную ось,
пространственные промежутки между отсчетами неодинаковы.
Таким образом, применение преобразования Фурье в его клас¬
сическом виде для определения амплитуды выходного сигнала
детектора как функции пространственной частоты не пред¬
ставляется возможным. Использование же в этом случае мето¬
дов сглаживания полученных данных и выбора значений сгла¬
женной функции, соответствующих условию эквидистантно¬
сти, может привести к значительным ошибкам в оценках.Для минимизации погрешностей эксперимента предпочти¬
тельно в качестве тест-объекта использовать многосекцион¬
ную миру (либо набор мир) и проводить отдельный анализ
для изображения каждой секции (для каждого значения пе¬
риода пространственной частоты).В процессе анализа численными методами определяют ам¬
плитуду основной гармоники. Существует большое количество
способов решения данной задачи: например, можно использо¬
вать алгоритм, основанный на применении метода наимень¬
ших квадратов [42]. Результаты обобщения этого алгоритма для
решения рассматриваемой задачи представлены в [44].В соответствии с данным алгоритмом для каждого набора
отсчетов (каждый набор соответствует одному периоду про¬
странственной частоты миры), полученных при проецирова¬
нии значений яркости элементов приемника (для изображе¬1 В [43] дано несколько иное значение этого параметра — 30 174 кван¬
та * мм-2 • мкГр-1.118
ния — пикселей) на наклонную ось, оценивается значение
функции:р-1fix) = bnc + £ apsin(2n(2p + \)(их — <р))/(2/> + 1), (4.45)р — огде Ьпс — постоянная составляющая сигнала; х — координата
вдоль наклонной оси; ар — амплитуда р-той гармоники; и —
пространственная частота, соответствующая периоду следова¬
ния полосок в анализируемом секторе миры; <р — фазовый
сдвиг.Величина верхнего предела индекса суммирования Р опре¬
деляется количеством гармонических составляющих, которые
теоретически могут быть переданы на выход приемника в со¬
ответствии с его реальной канальной структурой.Изменение и подбор параметров алгоритма Ьпс, ар9 и и <р
осуществляют до тех пор, пока значение суммы*прX (Knpj - Axj))2	(4.46)j= iне будет минимизировано.В выражении (4.46) Nnp обозначает полное количество от¬
счетов для одной секции миры на наклонной оси, Knpj — зна¬
чения отсчетов (числовые значения, соответствующие ярко¬
сти),./— индекс, определяющий номер отсчета.Начальные установки коэффициентов ар могут быть полу¬
чены как коэффициенты Фурье при расчетах с использовани¬
ем идеальной модуляционной функции входного сигнала де¬
тектора (за мирой) и идеальной аппаратной функции самого
детектора.Найденные при использовании представленного алгоритма
коэффициенты а0 для каждого значения частоты и (получен¬
ные для зарегистрированного изображения соответствующей
секции миры) и являются искомыми амплитудами выходного
сигнала детектора Авык(и).Приемники — накопители энергии. Отличия в определении
квантовой эффективности регистрации как функции про¬
странственных частот для приемников — накопителей энергии
определяются тем, что сигнал на входе рассматриваемого типа
детекторов пропорционален плотности энергии квантов, опи¬
сываемой выражением (4.24); в остальном используется про¬
цедура, аналогичная описанной выше.В этом случае амплитуда основой гармоники для сигнала
на входе детектора (после миры) будет определяться выраже¬
нием:119
Sm(u) = 2(еп — есв)/л,	(4.47)где еп — плотность энергии рентгеновского потока за подлож¬
кой миры; есв — плотность энергии рентгеновского потока за
полосками и подложкой.Пространственно модулированный выходной сигнал детек¬
тора, соответствующий зарегистрированному в процессе экс¬
позиции изображению миры, может быть определен по анало¬
гии с (4.37):$вь,х(и) = Авых(и).	(4.48)Тогда в соответствии с (4.34), используя аналогию с (4.38),
можно записать:DQE(u) = A\bK(uW\0(E)BdE/{AN\m(u){en - есв)2). (4.49)Если числитель и знаменатель (4.49) домножить на квадрат
плотности энергии во входной плоскости детектора (при от¬
сутствии тест-объекта), описываемой выражением (4.24), по¬
лучим:DQE(u) = A2Bblx(u)n2/(4N2Bblx(u)Q'2BXC2), (4.50)где Q'2BX = (^Ф(Е)Е dE)2/ ^0(E)£2dE с учетом (4.24) и (4.26) мо¬
жет быть определено как квадрат отношения сигнал/шум на
входе приемника — накопителя энергии единичной площади(в отсутствие тест-объекта); С = (еп — есв)/^Ф(Е)Е dE опреде¬
ляет относительный контраст используемой при проведении
испытаний миры.Относительный контраст может быть вычислен с помощью
следующего выражения [44]:ТСВ(Е)Е dE)/\0(E)E dE. (4.51)В формуле (4.51) множители Гп(£) и ТСВ{Е) зависят от погло¬
щающих свойств материалов, из которых изготовлена мира:ТП(Е)= ехр{—цп(£)Дп},ТСВ(Е) = ехр{—цп(£)Лп - \1пол(Е)Апод},где цп(£) — линейный коэффициент ослабления рентгеновско¬
го излучения в материале подложки; Дп — толщина подложки;
цпол(£) — линейный коэффициент ослабления рентгеновского
излучения в материале полосок миры; Дпол — толщина полосок.При использовании метода наклонного края амплитуда
входного сигнала приемника — накопителя энергии для всех
пространственных частот, не равных нулю, может быть пред¬
ставлена по аналогии с (4.43) следующим образом:120
\SBX(u)\ (€n £св)/(2тш)(4.52)Выходной сигнал детектора SBba(u) и его амплитуда Авых(и),
так же как и для приемников — счетчиков квантов, определя¬
ются по спектру, полученному путем применения преобразова¬
ния Фурье к функции первой производной от профиля края.В этом случае выражение для квантовой эффективности
регистрации как функции пространственных частот приобре¬
тает вид:DQE(u) = А2вых(и)4п2и2 \0{E)E2dE/{N2Bax(u){en - ej2). (4.53)Домножив и разделив (4.53) на квадрат плотности энергии,
описываемой (4.24), и введя обозначения согласно (4.50),
окончательно получаем:DQE(u) = А2вых(и)4п2и2/(N2BbIX(u)Q ,2ВХС2). (4.54)При проведении экспериментов, как и в случае испытаний
приемников — счетчиков квантов, необходимо для каждой
экспозиции измерять значение дозы в плоскости детектора.
Величины плотности энергии рентгеновских квантов для за¬
данного качества излучения (а оно соответствует принятому
для приемников — счетчиков квантов) в зависимости от дозы в
плоскости детектора или соответствующие значения отноше¬
ния сигнал/шум рассчитываются с использованием данных,
представленных, например, в [8, 26, 29]; можно также восполь¬
зоваться оценками приведенного к дозе 1 мкГр и площади
1 мм2 квадрата входного отношения сигнал/шум для различ¬
ных стандартных вариантов качества излучения [43, 44]'.4.4.2.	Методы определения квантовой эффективностирегистрации на основе оценки функции передачи
модуляцииАнализ квантовой эффективности регистрации как функ¬
ции пространственных частот в соответствии с требованиями
стандарта МЭК проводится при использовании соотношения
(4.28), в котором H(u,v) представляет собой функцию переда¬
чи модуляции [43]. При этом осуществляют нормировку дан¬
ных на выходе каналов приемника с использованием сглажен¬
ной передаточной функции, которую определяют в широком
диапазоне изменения доз во входной плоскости приемника.
В результате выражение для оценки DQE(u,v) приобретает
следующий вид:1	Как отмечалось, в таблицах имеются незначительные расхождения.121
DQE(u,v) = H2(u,v)N2Ju,v)/N2BblXH(u,v), (4.55)где N2BUX н(u,v) означает энергетический спектр шума на выхо¬
де системы (рассчитанный с использованием нормированных
данных), который определяется следующим образом:L N МN2BaxH(Uj,vk) = (ДХДУ)/(NML) X I Z Z (к»,ти —/ = 1 п = 1 т = 1- S„,J exp{—i2n(UjX„ + vkym)}\2,	(4.56)где L — количество перекрывающихся подобластей размером
NM = (256 х 256) пикселей на изображении без тест-объекта;
Кп,т н — числовое значение на выходе канала (яркость пиксе¬
ля) с номером (п,т), нормированное при использовании сгла¬
женной передаточной функции; Snm — двухмерный полином
второго порядка для сглаживания значений Кп т н.Несложно заметить, что представленное выражение отли¬
чается от (4.29) только использованием нормированных дан¬
ных, а также тем, что шум определяется отклонением число¬
вого значения от значения сглаживающего двухмерного поли¬
нома в точке, соответствующей положению пикселя на плос¬
кости пространственных координат.В соответствии с рекомендациями стандарта область для
анализа на изображении, полученном при заданном качестве
излучения (в отсутствие тест-объекта), должна иметь размеры
приблизительно 125 х 125 мм. При расчете спектральной
плотности шума на выходе приемника необходимо обработать
данные не менее чем 4 млн пикселей (т. е. необходимо заре¬
гистрировать не менее 4 рентгеновских изображений при раз¬
мере приемного канала по каждой из координат около
130 мкм). Для получения сечений двухмерной функции
Аг2вых н(uj9vk) вдоль какой-либо из осей (и или v) усредняют
значения по 7 сечениям двухмерной функции с каждой сторо¬
ны заданной оси (без учета значений функции на осях).
Интервал частот при построении этих 14 сечений должен со¬
ставлять ±0,01/Ах(у)[мм].При проведении испытаний необходимо обеспечить специ¬
альные меры по исключению эффектов «запоминания»
предыдущих изображений, а также оценить влияние ошибок
квантования сигналов на результаты вычислений выходного
спектра мощности шума.Что касается спектральной плотности мощности шума на
входе приемника, то она определяется путем умножения вели¬
чины дозы в плоскости детектора на параметр, соответствую¬
щий (по определению стандарта) квадрату входного отноше¬
ния сигнал/шум 0,2ВХ, приведенному к дозе 1 мкГр.122
Таблица 4.1. Значения Qf2BX для различных вариантов качества из¬
лученияКачество излу¬
ченияАнодное на¬
пряжение,
кВСПО, мм А1Дополни¬
тельный
фильтр,
мм А1Q'2Jдоза,
1/(мм2 мкГр)RQA 3504,01021 759RQA 5707,12130 174RQA 7909,13032 362RQA912011,54031 077Значения Q'2BX для различных вариантов качества излуче¬
ния содержатся в табл. 4.1.Определение функции передачи модуляции производится
следующим образом: при заданном качестве излучения реги¬
стрируют изображение повернутого на угол р относительно
границ каналов приемника тест-объекта, в качестве которого
используют вольфрамовую пластину (чистота не ниже 90 %)
толщиной 1 мм, длиной 100 мм и шириной не менее 75 мм с
прямолинейным краем, окруженную слоем свинца толщиной3	мм (рис. 4.12). Свинцовое окружение вольфрамовой пла¬
стины приближает характеристики данного тест-объекта к ха-Рис. 4.12. Тест-объект для оценки функции передачи модуляции.Л — свинец; Б — вольфрам; В — область анализа; Г — экспонированная об¬
ласть.123
рактеристикам объекта с «бесконечно длинным» краем. Соот¬
ветствующая толщина пластины позволяет практически ис¬
ключить эффект вторичного рассеивания рентгеновских
квантов, а размер области анализа в пределах 50 мм от края
дает возможность учесть влияние «хвостов» функции рассея¬
ния («размывания») границы края при оценке функции пере¬
дачи модуляции на низких пространственных частотах. Рас¬
положение тест-объекта (под углом р относительно строк или
столбцов) определяется пространственной координатой,
вдоль которой рассчитывают функцию передачи модуляции.
Так, например, положение полуплоскости на рис. 4.9 соот¬
ветствует оценке Н(и).При построении профиля края вдоль оси, параллельной
границам каналов, используют нормированные числовые зна¬
чения каналов (пикселей на изображении), задетых краем по¬
луплоскости. Количество строк (столбцов) Рс, которым при¬
надлежат такие пиксели, определяют по формуле:Рс = Int(l/tgp),	(4.57)где Int(x) означает округление % до ближайшего целого.Угол р можно определять различными способами, в том
числе и с использованием стандартных вычислительных про¬
цедур, которые обычно закладываются в штатное математиче¬
ское обеспечение рентгенографических комплексов. При из¬
менении угла наклона р в диапазоне от 1,5 до 3° (что реко¬
мендовано стандартом) Рс будет принимать значения от 19 до
38. Дискрет между соседними отсчетами при построении про¬
филя края составляет Дх(у)/Рс.После численного дифференцирования функции, соответ¬
ствующей профилю края, по трехточечной схеме с использо¬
ванием набора коэффициентов [—1, 0, 1] или [—0,5, 0, 0,5]
получают функцию рассеяния («размывания») границы края,
модуль преобразования Фурье от которой и дает искомую
функцию передачи модуляции.Функцию передачи модуляции необходимо пронормиро¬
вать к ее значению на нулевой частоте. С учетом того что
нормированные числовые значения проецировались на ось,
параллельную границам каналов, а не перпендикулярную
краю тест-объекта, шкала оси пространственных частот может
быть скорректирована с учетом коэффициента 1/cosp (по дан¬
ным стандарта, отсутствие подобной корректировки приводит
к ошибкам, величина которых не превосходит 0,1 %). При по¬
строении функции передачи модуляции каждое значение для
частот u(v) получают усреднением значений функции по об¬
ласти «0)±0,01/Дх(у)[мм].Для оценки усредненной функции передачи модуляции
можно использовать профили, построенные на основании124
данных других групп из Рс строк (столбцов). Возможен и дру¬
гой подход, который особенно актуален для значительно «за¬
шумленных» изображений — усредняют профили, а затем, по
усредненному профилю, вычисляют искомую функцию пере¬
дачи модуляции.Испытания в соответствии с методикой международного
стандарта рекомендуется проводить при различных значениях
дозы в плоскости приемника. Одно значение соответствует
рекомендуемому производителем среднему режиму съемки
при клиническом использовании системы; дополнительно не¬
обходимо провести весь цикл испытаний еще, как минимум,
при двух режимах — при дозах в 3,2 раза выше и в 3,2 раза
ниже, чем при среднем режиме.4.4.3.	Экспериментально-расчетный метод оценки
квантовой эффективности регистрации в области
нулевых пространственных частотОсновной недостаток описанных выше методик (при том,
что с их помощью удается получить обобщенные характери¬
стики качества формирования изображения в цифровых рент¬
генографических системах) — сложность и громоздкость, не¬
обходимость применения специализированного тестового
оборудования и программного обеспечения. Эти методики
могут быть внедрены только в лабораторных условиях науч¬
ных или производственных организаций, их использование в
процессе эксплуатации рентгенографических установок в
ЛПУ не представляется возможным.Значительно более простой и легко реализуемой на практи¬
ке, в том числе и при проверках аппаратуры в процессе экс¬
плуатации, может оказаться методика определения DQE для
области нулевых пространственных частот [20—22, 30]. При
проведении измерений по этой методике не требуется специ¬
ального тестового оборудования, а по результатам исследова¬
ний можно судить о характеристиках тракта визуализации, свя¬
занных с отношением сигнал/шум на выходе приемника (на¬
пример, контрастной чувствительности, дозе в плоскости при¬
емника при заданном качестве изображения и т. п.). Зависи¬
мость DQE от дозы позволяет оценить ширину линейного уча¬
стка динамического диапазона рентгенографической системы.С учетом того что в России получили достаточно широкое
распространение аппараты с газовыми многопроволочными
пропорциональными камерами в качестве детектора (сканирую¬
щие цифровые системы для массовых профилактических иссле¬
дований органов грудной полости), необходимо представить
методику, которую можно применять при анализе квантовой
эффективности регистрации в области нулевых пространст¬125
венных частот как систем с детекторами — счетчиками кван¬
тов, так и систем с приемниками — накопителями энергии.В качестве основы для расчетов используем выражение для
DQE в области нулевых пространственных частот, полученное
для приемников — счетчиков квантов (4.20):DQE= G2qJ(A D[^pA]).Для практической реализации методики необходимо пред¬
ставить это выражение в системе параметров, которые можно
экспериментально оценить. Оговоримся еще раз, что в каче¬
стве входного сигнала детектора принимается плотность пото¬
ка рентгеновских квантов, а выходной сигнал представляет
собой среднее числовых значений на выходе каналов детекто¬
ра (значений яркостей пикселей) в анализируемой зоне рент¬
геновского изображения. Будем считать, что переходная ха¬
рактеристика линейна во всем диапазоне изменения уровней
входных сигналов, тогда коэффициент передачи G можно
представить в следующем виде:G — ^вых/^вх = ^ср/#0*	(4.58)Подставив (4.58) в (4.20) и проведя несложные преобразо¬
вания, получаем:DQE = K2J(qoA D[Kcp A]) = Kcp2/(q0AxAyNM D[Кср А]). (4.59)Введем обозначение:(?2вых = K2cp/(NMD[KcpA\).	(4.60)Под (4.60) будем понимать квадрат отношения сигнал/шум
на выходе каналов детектора (в этом выражении NM опреде¬
ляет количество каналов в каждой подобласти для усредне¬
ния). Тогда окончательное выражение для DQE в области ну¬
левых пространственных частот может быть представлено в
следующем виде:DQE= Q1 вых/(<70АхДу).	(4.61)Теперь в выражение для оценки DQE входят параметры,
которые могут быть экспериментально оценены или значения
которых априори известны —это отношение сигнал/шум на
выходе каналов приемника; размеры приемного канала (пик¬
селя) по обеим координатам, а также плотность потока кван¬
тов на входе приемника, которая может быть определена, на¬
пример, с использованием данных табл. 4.11 и других источни¬
ков [44].‘Вместо д0 в (4.61) нужно подставить произведение значения дозы в
плоскости приемника на Q'2m для заданного качества излучения.126
Важно отметить, что предложенный алгоритм оценки DQE
в области нулевых пространственных частот пригоден не
только для приемников — счетчиков квантов, но и для прием¬
ников — накопителей энергии, в которых входной сигнал оп¬
ределяется плотностью энергии поглощенных квантов. Для
моноэнергетического потока — это одно и то же, так как сум¬
марная энергия пропорциональна количеству поглощенных
квантов. Однако и учет спектрального распределения энергии
квантов не вносит существенных корректив в оценку DQE. На
основании сведений, представленных в литературе, можно за¬
ключить, что влияние на результирующую оценку DQE подоб¬
ной универсализации не должно превысить единиц процентов
[44].Уже отмечалось, что при вычислении дисперсии шумов на
выходе приемника нужно разбить анализируемую область
рентгеновского изображения на подобласти, определить сред¬
ние числовых значений в подобластях и затем определять дис¬
персию этих средних. Такой подход оправдан наличием кор¬
реляции сигналов на выходах каналов приемника, которая
всегда в той или иной степени присутствует на практике [27].Остановимся на анализе этой проблемы подробнее.Ранее было показано (4.31), что ^4 D[АГср д] = ^2ВЫХ(0,0).
В свою очередь (в соответствии с теоремой Винера—Хинчина
[6]) значение энергетического спектра на выходе приемника
на нулевых частотах Аг2вых(0,0) может быть определено интег¬
рированием двухмерной автокорреляционной функции вы¬
ходного сигнала RBba(x,y):00 00ЛГ2вых(0,0) =|| RBba(x,y)dxdy.—	00—00Для удобства и большей наглядности дальнейшего анализа
перейдем к одномерному случаю:00Аг2вых(0) = J Явыx(x)dx.	(4.62)—	00Значение интеграла в выражении (4.62) можно приближен¬
но оценить следующим образом: W2BbIX(0) ~ /?ВЫх(0)ткорр =
= а2ВЬ|Хткорр, где ткорр — средний (нормированный к расстоянию
между центрами соседних каналов) интервал корреляции та¬
кой, что площадь прямоугольника, образованного ЛВЬ1Х(0) и
тКорр, равна значению интеграла от автокорреляционной функ¬
ции (рис. 4.13).Таким образом становится очевидно, что наличие корреля¬
ции сигналов в каналах приемника (ткорр > 1) приводит к эф¬
фективному снижению уровня шума по сравнению со случа¬
ем, когда каналы полностью независимы (ткорр = 1). Не учиты-127
R1,0-10,8-0,6-0,4-0,2-0,0-5 -4 -3 -2 -1 02 3 4 5 nРис. 4.13. Графическая интерпретация среднего нормированного ин¬
тервала корреляции.R — автокорреляционная функция; п — номер канала детектора; ткорр — сред¬
ний нормированный интервал корреляции.вая данный факт, мы можем внести заметные ошибки в оцен¬
ку DQE.Результаты экспериментального анализа влияния корреля¬
ции сигналов в соседних каналах на оценку отношения сиг¬
нал/шум и соответственно DQE для различных типов цифро¬
вых рентгеновских приемников можно найти в [27].Экспериментально полученные автокорреляционные функ¬
ции для многоканальных ионизационных камер МИК-1024 и
МИК-2048 (с «шагом» каналов 400 и 200 мкм соответственно)
представлены на рис. 4.14. Корреляционные свойства прием¬
ников оценивались по обеим пространственным координатам
х и у; вычисление автокорреляционной функции производи¬
лось по фрагменту изображения размером 512 х 512 пиксе¬
лей, полученного при анодном напряжении рентгеновской
трубки 80 кВ и загрузке детектора вблизи середины динамиче¬
ского диапазона.Рис. 4.15 наглядно иллюстрирует, каким образом корреля¬
ция сигналов эффективно занижает шум в каналах. Упомяну¬
тый выше фрагмент изображения разбивался на подобласти,
каждая из которых содержала к элементов (пикселей). Затем
вычислялось произведение дисперсии, полученной для сред¬
них числовых значений в подобластях, на величину к. Как
уже было отмечено выше, для статистически независимых ка¬
налов это произведение при любом количестве элементов в
подобласти по определению равно константе. При проведе-128
О	2	4 n_* _ || - -а- - III -■▼-■IVРис. 4.14. Экспериментальные автокорреляционные функции для
многоканальных ионизационных камер.R — автокорреляционная функция; п — номер канала детектора.I - МИК 1024, х; II - МИК 1024, у; III - МИК 2048, х; IV - МИК 2048, у.нии данного эксперимента подобласти формировались вдоль
строки (ось х), столбца (ось у), а также при одновременном
усреднении по обеим координатам (в этом случае к обознача¬
ет сторону квадрата, а число пикселей, участвующих в усред¬
нении, равно к х к). Все кривые на рис. 4.15 пронормированы
к значению дисперсии шума при к — 1.Из представленных данных следует, что при усреднении
более чем по 4 соседним элементам изображения (или тем бо¬
лее по 4 х 4 элементам в случае усреднения по квадратным
подобластям) сигналы в таким образом сформированных ка¬
налах становятся практически независимыми и произведение
дисперсии средних значений на количество элементов в под¬
области усреднения становится величиной, близкой к кон¬
станте. Эффект декорреляции сигналов при их усреднении в
подобластях полностью согласуется с основным положением
центральной предельной теоремы математической статистики
[24]. Для других типов испытанных приемников рентгенов¬
ского изображения результаты оказались аналогичными.Таким образом, при измерении отношения сигнал/шум на
выходе цифрового рентгеновского приемника, как правило,
достаточно выбирать размер подобласти усреднения 4x4 пик-129
0,8-0,6-т—i—г0т4т6"I	г8п—I—I—I—I—г10 12 1416 кI|\/ ■ ■ ■ ■ ^ • • » ■ ^	■ -Д— • — •Рис. 4.15. Произведение дисперсии средних значений в подобластях
(а2ср) на количество элементов подобласти усреднения (к).I	- МИК 1024, х; II - МИК 1024, у; III - МИК 1024, ху; IV - МИК 2048, х;
V - МИК 2048, у; VI - МИК 2048, ху.селя (СП 01-22—04). При этом удается практически полностью
исключить влияние корреляции сигналов соседних элементов
детектора на оценку уровня шумов. Пренебрежение же влия¬
нием корреляции может привести к значительным ошибкам в
оценке DQE (для рассматриваемых типов приемников, напри¬
мер, приблизительно в 1,3—1,5 раза в сторону увеличения).В соответствии с требованиями СП 01-22—04 оценку DQE
в области нулевых пространственных частот проводят при
различных значениях дозы в плоскости приемника (не менее
трех значений в диапазоне 1 мкГр — 10 мкГр) для качества из¬
лучения, соответствующего СПО 7 мм А1 (анодное напряже¬
ние на рентгеновской трубке 70 кВ, дополнительный фильтр
20 мм А1). Уровень дозы в плоскости детектора регулируют
путем изменения силы тока рентгеновской трубки либо коли¬
чества электричества (мАс).Измерения дозы осуществляют с помощью дозиметра пе¬
ред каждой экспозицией, по результатам которой регистриру-130
ют информацию. Дозиметр устанавливают в рабочем пучке
между излучателем и приемником (ближе к приемнику), фик¬
сируют его показания, а затем полученные данные пересчиты¬
вают на положение входной плоскости приемника с исполь¬
зованием закона обратной пропорциональности мощности
дозы квадрату расстояния от источника излучения. Возможны
также установка чувствительного элемента дозиметра непо¬
средственно на поверхности приемника ближе к его краю и
проведение измерений в процессе экспозиции, по результатам
которой регистрируют информацию (в этом случае никаких
пересчетов не потребуется).В качестве оценки плотности потока рентгеновских кван¬
тов, приведенной к дозе в 1 мкГр, используют параметр
29 400 мм-2 мкГр-1, представленный для качества излучения,
соответствующего СПО 7,1 мм А1, в [44].При различных значениях дозы во входной плоскости при¬
емника регистрируют изображения «чистого поля». Размер
области для анализа, находящейся в середине изображения, в
соответствии с рекомендациями стандарта составляет 32 х 32
пикселя (размер области может быть увеличен без ущерба для
точности оценки DQE).Оценку DQE в области нулевых пространственных частот
осуществляют с использованием формул (4.60) и (4.61).При проведении испытаний в интересах оценки DQE не до¬
пускается производить никакой математической обработки за¬
регистрированных по результатам экспозиции данных, кроме:▲	замены яркости вышедших из строя пикселей на экстра¬
полированные значения;▲	введения калибровочных поправок, позволяющих выров¬
нять коэффициенты передачи каналов и распределение
входного поля в плоскости приемника;▲	компенсации «темновых токов» (постоянной составляю¬
щей сигнала, присутствующего на выходе приемника при
отсутствии рентгеновского потока на его входе).В рамках работ по созданию СП 01-22—04 в НПЦ меди¬
цинской радиологии был разработан пакет специализирован¬
ных прикладных компьютерных программ, с помощью кото¬
рого производится обработка экспериментальных данных при
оценке квантовой эффективности регистрации в области ну¬
левых пространственных частот. В качестве входной инфор¬
мации, необходимой для работы программы, используют:•	наименование файла с зарегистрированным изображени¬
ем «чистого поля»;•	наименование файла с зарегистрированным «темновым»
изображением (в том случае, если в приемной системе
отсутствует автоматическое вычитание постоянной со-131
Файлы изображений
С наличием рентгеновского излученияВычислитьВыходD:\DQE \poly cl59\25d_8. tifБез рентгеновского излучения (темновое}Оценка уровня темпового тока■шММнфкянМШИ!awastawssassваЙй#МЯКайвйв*(>«8а(ЙяАй&*Ш*®^$в*И!^ПоложениеРазмер подобласти подсчёта локальных средних,3 ксперименгальные данные—-	Размер пиксела	Х[мм]: Го~4 Y[mmJ: j 0 4Коз ФФициент качества излучения [1 /(ммл2хмкГр)]Доза в плоскости приемника [мкГр j	11.65Рис. 4.16. Основное окно программы оценки DQE с введенными
входными параметрами.-	Тест детектораставляющей «темновых токов», при наличии свинцовой
пластины регистрируют «темновое» изображение, по ко¬
торому в программе и вычисляется постоянная состав¬
ляющая этих токов);размер выделяемой на изображении области анализа по
обеим координатам;положение (начальные координаты) областей анализа на
изображении «чистого поля» и на изображении со свин¬
цовой пластиной (если не используется вариант «уста¬
новка по центру»);
размер подобласти усреднения;размеры пикселя вдоль соответствующих координат [мм];
величина дозы во входной плоскости приемника [мкГр];
плотность потока рентгеновских квантов, приведенная к
дозе в 1 мкГр, соответствующая выбранному качеству из¬
лучения [мм-2 мкГр-1].132
DQE,40-35-
30-
25-
20-
15-10-5-
0-О	2	4	6	8	10 12Доза, мкГр▲ -I ■ -IIРис. 4.17. Оценки DQE в области нулевых пространственных частот
при различных значениях дозы в плоскости приемника.I	— система с фотостимулируемыми люминофорами «FCR PROFECT CS»;II	— плоская панель на базе аморфного кремния «CXDI-40G».Вид основного окна описываемой специализированной
компьютерной программы показан на рис. 4.16, а на рис. 4.17
в качестве примера приведены полученные при использова¬
нии представленной методики оценки квантовой эффектив¬
ности регистрации в области нулевых пространственных час¬
тот при различных значениях дозы в плоскости приемника
для двух типов цифровых регистрирующих систем: детектора
на базе стимулируемого люминофора, считывание информа¬
ции с которого осуществлялось в устройстве «FCR PROFECT
CS» компании «Fujifilm» и плоской панели на базе аморфного
кремния «CXDI-40G» компании «Сапоп». Отметим, что испы¬
тания проводились в условиях эксплуатации аппаратов.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.	Бабичев E. А.у Бару С. Е., Неустроев В. А. и др. Цифровая рентге¬
нографическая установка МЦРУ «Сибирь». Измерение величины
сигнала // Мед. техника. — 2001. — № 5. — С. 3—7.2.	Бару С. E., Поросев В. В., Хабахпашев А. Г., Шехтман JI. И. Харак¬
теристики цифровых детекторов рентгеновского излучения: Пре¬
принт ИЯФ 2001—7. — Новосибирск, 2001. — 20 с.3.	Безбородко JI. Г., Кондратюк В. А. Измерение линейных размеров
по рентгеновскому изображению на видеомониторе // Мед. тех¬
ника. — 1999. — № 5. — С. 37—39.%133
4.	Бердяков Г. И., Блинов Н. Н. и др. Основы рентгенодиагностиче-
ской техники / Под ред. Н. Н. Блинова: Учебное пособие. — М.:
Медицина, 2002. — 392 с.5.	Бердяков Г. И., Зеликман М. И., Ртищева Г. М. Методы автомати¬
зированного контроля характеристик цифровых рентгеновских
детекторов // Мед. техника. — 2001. — № 5. — С. 12—15.6.	Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электриче¬
ские цепи: Учебник. — 10-е изд. — М.: Гардарики, 2000. — 640 с.7.	Блинов Н. Н.у Горелик Ф. Г., Зеликман М. И. Методы оценки пара¬
метра деталь-контраст приемников-преобразователей рентгенов¬
ского излучения // Мед. техника. — 2001. — № 5. — С. 17—19.8.	Васильев В. Н., Лебедев Л. АСидорин В. П., Ставицкий Р. В.
Спектры излучения рентгеновских установок: Справочник. — М.:
Энергоатомиздат, 1990. — 144 с.9.	Горелик Ф. Г., Козловский Э. Б., Мазуров А. И., Подгорный В. Н.
Временные частотно-контрастные характеристики усилителя
рентгеновского изображения // Сб.: Приемники и преобразовате¬
ли рентгеновского изображения. — М.: ВНИИИМТ, 1978. —
С. 27-34.10. ГОСТ 26141—84. Усилители рентгеновского изображения меди¬
цинских рентгеновских аппаратов. Общие технические требова¬
ния, методы испытаний. — М.: Издательство стандартов, 1984. —
30 с.11	.ГОСТ Р МЭК 61262.1—99 (МЭК 61262-1—94). Изделия медицин¬
ские электрические. Характеристики электронно-оптических
усилителей рентгеновского изображения. Часть 1. Определение
размера входного поля. — М.: Издательство стандартов, 2000. —
11с.12.	ГОСТ Р 51530—99 (МЭК 61262-2—94). Изделия медицинские
электрические. Характеристики электронно-оптических усилите¬
лей рентгеновского изображения. Часть 2. Определение конверси¬
онного фактора (коэффициента преобразования). — М.: Издатель¬
ство стандартов, 2000. — 12 с.13.	ГОСТ Р МЭК 61262.3-99 (МЭК 61262-3-94). Изделия медицин¬
ские электрические. Характеристики электронно-оптических уси¬
лителей рентгеновского изображения. Часть 3. Определение рас¬
пределения и неравномерности яркости. — М.: Издательство стан¬
дартов, 2000. — 11 с.14.	ГОСТ Р 51531—99 (МЭК 61262-4—94). Изделия медицинские
электрические. Характеристики электронно-оптических усилите¬
лей рентгеновского изображения. Часть 4. Определение дистор-
сии изображения. — М.: Издательство стандартов, 2000. — 11 с.15.	ГОСТ Р МЭК 61262.5-99 (МЭК 61262-5-94). Изделия медицин¬
ские электрические. Характеристики электронно-оптических уси¬
лителей рентгеновского изображения. Часть 5. Определение кван¬
товой эффективности регистрации. — М.: Издательство стандар¬
тов, 2000. — 16 с.16.	ГОСТ Р МЭК 61262.6-99 (МЭК 61262-6-94). Изделия медицин¬
ские электрические. Характеристики электронно-оптических уси¬
лителей рентгеновского изображения. Часть 6. Определение ко¬
эффициента контрастности и коэффициента световой вуали. —
М.: Издательство стандартов, 2000. — 12 с.17.	ГОСТ Р МЭК 61262.7-99 (МЭК 61262-7-94). Изделия медицин¬134
ские электрические. Характеристики электронно-оптических уси¬
лителей рентгеновского изображения. Часть 7. Определение
функции передачи модуляции. — М.: Издательство стандартов,
2000. - 16 с.18.Дмоховский	В. В. Основы рентгенотехники. — М.: Медгиз, 1960. —
352 с.19.Жуков	Е. М., Козловский Э. Б. Частотно-контрастные характери¬
стики замкнутых телевизионных систем // Сб.: Приемники и пре¬
образователи рентгеновского изображения. — М.: ВНИИИМТ,
1978. - С. 34-38.20.	Зеликман М. И. К определению квантовой эффективности детек¬
торов рентгеновского излучения // Мед. техника. — 2001. —
№ 4. - С. 5-11.21.	Зеликман М. И. Методы контроля качества изображения в цифро¬
вых приемниках-преобразователях рентгеновского излучения //
Мед. физика. — 2001. — № 10. — С. 67—73.22.	Зеликман М. И. Особенности контроля характеристик цифровых
рентгенодиагностических систем // Мед. техника. — 2002. —
№ 5. - С. 3-6.23.	Козловский Э. Б. Измерение динамического диапазона цифровых
систем визуализации рентгеновских изображений // Мед. техни¬
ка. - 2000. - № 5. - С. 26-28.24.	Королюк В. С., Портенко Н. И., Скороход А. В., Турбин А. Ф. Спра¬
вочник по теории вероятностей и математической статистике. —
М.: Наука, 1985. — 640 с.25.	Лагунова И. Г., Чикирдин Э. Г., Ставицкий Р. В., Пославская М. В.
Технические основы рентгеновской диагностики. — М.: Медици¬
на, 1973. — 160 с.26.	Нормы радиационной безопасности (НРБ—99): Гигиенические
нормативы. — М.: Центр санитарно-эпидемиологического норми¬
рования, гигиенической сертификации и экспертизы Минздрава
России, 1999. — 116 с.27.	Поросев В. В., Шехтман Л. И., Зеликман М. И., Блинов Н. Н. Влия¬
ние корреляции шумов в каналах цифрового рентгеновского при¬
емника-преобразователя на оценку квантовой эффективности ре¬
гистрации // Мед. техника. — 2004. — № 5. — С. 16—19.28.	Рентгенодиагностические аппараты / Под ред. Н. Н. Блинова. —
М.: Медицина, 1976. — 240 с.29.	Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. — Кн. 1 / Под общ. ред.
В. В. Клюева. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение,
1992.-480 с.30.	Стандарт Предприятия 01-22—04 «Приемники рентгеновского
изображения рентгеновских диагностических аппаратов с цифро¬
вой регистрацией изображений. Номенклатура параметров и ха¬
рактеристик качества изображения, методы и средства их опреде¬
ления». — Москва, ВНИИИМТ М3 РФ, 2004. — 15 с.31.	Технические средства рентгенодиагностики / Под ред. И. А. Пере-
слегина. — М.: Медицина, 1981. — 376 с.32.	Уэбб С., Дане Д., Эванс С. и др. Физика визуализации изображе¬
ний в медицине. В 2-х т. — Т.1 / Под ред. С. Уэбба: Пер. с
англ. — М.: Мир, 1991. — 407 с.33.	Чикирдин Э. Г. Контроль качества рентгенодиагностического обо¬
рудования специального назначения // Сб.: Контроль качества135
технических средств рентгенодиагностики / Под ред. А. Ф. Цыба
и А. М. Гурвича. — Обнинск, 1988. — С. 100—111.34.	Чыкирдин Э. Г., Ставицкый Р. ВВаршавский Ю. В. и др. Контроль
качества рентгенодиагностических аппаратов общего назначения
// Сб.: Контроль качества технических средств рентгенодиагно¬
стики / Под ред. А. Ф. Цыба и А. М. Гурвича. — Обнинск,
1988. - С. 30-54.35.	Эксплуатация и ремонт рентгенодиагностических аппаратов / Под
ред. Н. Н. Блинова. — М.: Медицина, 1985. — 256 с.36.Aach	Т., Schiebel U., Spekowius G. Digital Image Acquisition and
Processing in Medical X-Ray Imaging // Journal of Electronic Imag¬
ing. - 1999. - Vol. 08(01). - P. 7-22.37.	Brigham E. O. The Fast Fourier Transform and Its Applications. — NJ:
Englewood Cliffs, 1988. — 448 p.38.	Dainty J. C., Shaw R. Image Science. — London: Academic Press,
1974.39.	Dobbins III Т., Ergun D. L., Rutz L. et al. DQE (f) of four generations
of computed radiography acquisition devices // Medical Physics. —
1995. - Vol. 22, N 7. - P. 1581-1593.40.	Granfors P. R., Aufrichtig R. DQE (f) of an Amorphous Silicon Flat
Panel X-ray Detector: Detector Parameter Influences and Measure¬
ment Methodology // Proceedings of SPIE. — 2000. — Vol. 3977. —
P. 2-13.41.	Hay G. A., Clarke O. F., Coleman N. J., Cowen A. R. A set of X-ray
objects for quality control in television fluoroscopy // Brit. J. Radiol. —
1985. - Vol. 58. - P. 335-344.42.	Hillen W., Rupp SSchiebel U., Zaengel T. Imaging performance of a
selenium-based detector for high-resolution radiography // Proceedings
of SPIE. - 1989. - Vol. 1090. - P. 296-305.43.International Standard IEC 62220-1. Medical electrical equipment —
Characteristics of digital X-ray imaging devices — Part 1: Determina¬
tion of the detective quantum efficiency, IEC, 2003.44. Stierstorfer K., Spahn M. Self-normalizing method to measure the de¬
tective quantum efficiency of a wide range of x-ray detectors // Medi¬
cal Physics. - 1999. - Vol. 26, N 7. - P. 1312-1319.
Глава 5ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ЦИФРОВОЙ
МЕДИЦИНСКОЙ РЕНТГЕНОДИАГНОСТИКИВ последние десятилетия совершенствование оборудования
для рентгенодиагностики шло в направлении специализации:
от универсальных установок на три рабочих места к аппара¬
там, предназначенным для проведения всего необходимого
комплекса исследований тех или иных органов и систем чело¬
веческого организма [1, 2].Принципиальные отличия цифровых рентгенодиагностиче¬
ских аппаратов (РДА) от традиционных сводятся к наличию:▲	цифровых приемников рентгеновского изображения, за¬
меняющих кассеты с рентгеновской пленкой, флюорес¬
центные экраны для просвечивания и УРИ с аналоговым
телевизионным трактом;▲	рабочих станций, на базе которых формируются автома¬
тизированные рабочие места врачей-рентгенологов и
рентгенолаборантов.Что касается рентгеновских питающих устройств и излу¬
чателей, то здесь существенных отличий, требующих специ¬
альных пояснений, не наблюдается1. Следует отметить, что в
большинстве случаев цифровые рентгенографические уста¬
новки позволяют проводить исследования при заметно бо¬
лее низких дозовых нагрузках на пациентов за счет более
высокой (по отношению к комбинации экран — пленка)
квантовой эффективности регистрации их приемников (см.
главу 2).В последующих разделах представлено лишь небольшое
число из огромного многообразия цифровых рентгеновских
аппаратов; при наличии конкурентоспособных разработок в
каждом из классов оборудования приоритет в описании отда¬
вался отечественным установкам (более подробно с медико¬
техническими характеристиками и особенностями примене¬
ния всего спектра оборудования различных производителей
можно познакомиться на их Интернет-сайтах) [3].1	Исключение составляют системы сканирующего типа, для которых в
каждом отдельном случае будут оговариваться особенности излучающей
системы.137
5.1.	Аппараты общего назначенияАппараты общего назначения предназначены для проведе¬
ния исследований органов грудной полости, сердца и крове¬
носных сосудов, желудочно-кишечного тракта (ЖКТ), орга¬
нов мочеполовой системы, костно-суставной системы и чере¬
па. В рамках этих исследований используются режимы рент¬
генографии и рентгеноскопии.Переход от традиционных (пленочных) технологий на
цифровые с наименьшими изменениями в составе оборудова¬
ния возможен при использовании систем со стимулируемым
люминофором. При этом отделение лучевой диагностики, ос¬
нащенное традиционным РДА общего назначения, необходи¬
мо доукомплектовать набором кассет с запоминающими экра¬
нами; устройством считывания и оцифровки информации, в
состав которого, как правило, входит станция (блок) марки¬
ровки кассет (с целью последующей идентификации); рабочей
станцией с соответствующим программным обеспечением
(для формирования изображения, его математической обра¬
ботки и сохранения в памяти компьютера результатов иссле¬
дований и сопутствующей информации).Основными производителями оборудования рассматривае¬
мого типа являются компании «Agfa», «Fujifilm», «Kodak» и
входящая в эту группу компаний «OREX Computed Radiogra¬
phy», «Konica Minolta». Наиболее востребованными оказыва¬
ются кассеты с экранами следующих размеров: 18 х 24,
24 х 30, 35 х 35 и 35 х 43 см.Процесс проведения рентгенографического исследования
при использовании кассет с запоминающими экранами сво¬
дится к следующему:▲	после завершения экспонирования в рентгеновском ап¬
парате кассета маркируется на идентификационной стан¬
ции, где данные о пациенте и параметры исследования
переносятся в память кассеты (начиная с этого момента
данные пациента связаны с изображением);▲	выбором типа исследования задают параметры процесса
обработки изображения, ориентацию кассеты и формат
изображений;▲	кассету вводят в устройство считывания и оцифровки ин¬
формации (рис. 5.1), и дальнейший процесс осуществля¬
ется без вмешательства оператора.В устройстве считывания и оцифровки информации скры¬
тое рентгеновское изображение на экране преобразуется при
использовании лазера в видимое излучение; последнее детек¬
тируется и трансформируется в цифровой поток данных (см.
главу 2); оцифрованная информация передается в рабочую
станцию, где формируется изображение, которое в дальней-138
Рис. 5.1. Устройство счи¬
тывания и оцифровки ин¬
формации с запоминаю¬
щих экранов «CR 75.0»
компании «Agfa».шем может быть под¬
вергнуто математиче¬
ской обработке и со¬
хранено в архиве.При необходимости
может быть изготовле¬
на твердая копия с ис¬
пользованием лазер¬
ных мультиформат-
ных камер, термогра¬
фических или специа¬
лизированных струй¬
ных принтеров.Для формирования
цифровых массивов
данных при просвечи¬
вании осуществляют
оцифровку сигнала на
выходе телевизионно¬
го тракта УРИ (из со-		става первого рабочего
места РДА общего на¬
значения) и доосна-щают это рабочее место соответствующим АРМ. Применение
систем со стимулируемым люминофором и устройств оциф¬
ровки сигналов на выходе телевизионного тракта УРИ эффек¬
тивно и при переходе на «беспленочные» технологии в отде¬
лениях (кабинетах), оснащенных телеуправляемыми столами-
штативами, которые объединяют в себе функциональные воз¬
можности РДА на три рабочих места (включая линейную то¬
мографию).Использование бескассетных систем на основе фотости-
мулируемой люминесценции требует инсталляции полноцен¬
ной рентгенографической установки взамен традиционной:
например, комплексов компаний «Fujifilm» («FCR XU-D1» —
для съемки в вертикальном положении, «FCR 5502D plus» —
для съемки в горизонтальном положении пациента) или
«Konica Minolta» («Regius 350» — вертикальная стойка для
снимков).Универсальная система для рентгенографии (предполагаю¬
щая съемку при положениях пациента лежа, стоя, сидя) на ба¬
зе детектора, содержащего люминесцентный экран, свето-139
Рис. 5.2. Варианты съемки при различных положениях пациента
(система «ddR Combi™ Plus»).а, б — стоя; в — сидя; г, д, е — лежа.140
сильную оптику и ПЗС-матрицу, выпускается компанией
«Swissray». Система «ddR Combi™ Plus», в которой излучатель
закреплен сверху над столом-штативом (потолочное крепле¬
ние) и телеуправляемо (либо вручную) перемещается в про¬
странстве кабинета, а приемник также имеет соответствующее
количество степеней свободы при перемещениях, позволяет
проводить практически все рентгенографические рутинные
исследования, в том числе и в косых проекциях (рис. 5.2).
Минимальное время между экспозициями в рассматриваемой
установке — 2 с, что значительно ускоряет процедуру при не¬
обходимости получения ряда снимков.В качестве примера цифрового РДА общего назначения на
базе УРИ рассмотрим телеуправляемый комплекс «КРТ
ОКО», производимый санкт-петербургским НИПК «Элек¬
трон» (рис. 5.3).В комплексе реализованы следующие основные режимы
исследования:•	непрерывная рентгеноскопия;•	импульсная рентгеноскопия (пульс-флюоро) — от 1 до 30
кадров за 1 с;•	ангиография — 1—30 кадров за 1 с;•	цифровая рентгенография.Рис. 5.3. Рентгенодиагностический телеуправляемый комплекс «КРТОКО».141
В состав комплекса входят полипозиционный стол-штатив,
оборудованный электроприводами всех перемещений с дис¬
танционным управлением; УРИ с телевизионной системой и
видеомонитором; АРМ врача-рентгенолога; среднечастотное
рентгеновское питающее устройство; двухфокусный рентге¬
новский излучатель; универсальный пульт управления.Базовая конфигурация укомплектовывается УРИ диамет¬
ром 30,5 см (12м) с возможностью использования рабочих по¬
лей 29/21,5/15 см; по специальному требованию может по¬
ставляться УРИ диаметром 40,6 см (16м). В режиме рентгено¬
скопии используется телевизионная система высокой четко¬
сти с разложением на 1000 строк (так что в строгом смысле в
цифровом виде в системе «КРТ ОКО» реализуется только ре¬
жим рентгенографии). Основные медико-технические харак¬
теристики комплекса, определяющие его работу в режимах
цифровой рентгенографии и рентгеноскопии, представлены в
табл. 5.1.Таблица 5.1. Основные медико-технические характеристики ком¬
плекса «КРТ ОКО»НомерХарактеристикаЗначение1. Полшпозиционный стол-штатив1.1Диапазон наклона стола+90о/-20о1.2Диапазон плавной регулировки скорости
изменения угла наклона стола0 ... 4,5°/с1.3Автоматическая остановка стола в гори¬
зонтальном положенииНаличие1.4Размеры деки стола240 х 72 см1.5Перемещение деки стола в поперечном
направлении±15 см1.6Максимальная нагрузка на стол (масса те¬
ла пациента)135 кг1.7Диапазон плавной регулировки расстоя¬
ния от трубки до приемника105 ... 150 см2. Коллиматор2.1Количество диафрагм в коллиматоре32.2Тип привода диафрагм коллиматораМоторный сдистанционнымуправлением2.3Автоматическая коллимация по выбран¬
ному рабочему полю РЭОПНаличие3. Приемная и телевизионная системы3.1Номинальный диаметр РЭОП12м (30,5 см)3.2Размеры используемых рабочих полей29/21,5/15 см3.3Разрешающая способность, не менее1,8/ 2,2/ 2,8 па¬
ры линий/мм142
гПродолжениеНомерХарактеристикаЗначение3.4Количество активных элементов ПЗС-1024 х Ю24матрицы3.5Разрешающая способность видеомонитора1000 ТВ линий3.6Размер экрана видеомонитора20” (51 см)3.7ТВ стандарт видеосистемыТВ высокой чет¬кости3.8Возможность сохранения последнего кад¬Наличиера в памяти видеосистемы4. Питающее устройство4.1Мощность генератора60 кВт4.2Диапазон изменения анодного напряже¬40 ... 150 кВния4.3Шаг изменения анодного напряжения1 кВ4.4Диапазон изменения тока рентгеновской0,5 ... 800 мАтрубки4.5Диапазон изменения количества электри¬0,2 ... 640 мАсчества4.6Диапазон экспозиционного времени0,002 ... 6,4 с4.7Количество программ органавтоматики144Аналогичные системы поставляются и другими российски¬
ми производителями: «КРДЦ-Т20/Т2000 РЕНЕКС» (компания
«Гелпик») и «ТЕЛЕМЕДИКС-Р-АМИКО» (ЗАО «Амико»).Ряд компаний предлагает комплексные решения, когда
весь объем рентгенографических исследований производится
при использовании панелей на базе аморфного кремния, а
просвечивание осуществляется при использовании УРИ с
оцифровкой сигнала на выходе ПЗС-матрицы. Например,
компания «Siemens» поставляет на рынок универсальную
рентгенографическую систему «AXIOM Aristos FX» (рис. 5.4).
Излучатель и приемник рентгеновского изображения, кото¬
рые крепятся на раздельных потолочных подвесках, а также
рентгенопрозрачный стол с регулируемой высотой делают
этот комплекс пригодным для съемки пациентов в вертикаль¬
ном и горизонтальном положениях, а также в положении си¬
дя. В состав приемника входит плоская панель на базе аморф¬
ного кремния размером 43 х 43 см, которая содержит
3000 х 3000 приемных элементов (размер пикселя 143 мкм).
Оцифровка электрических сигналов в этом детекторе осуще¬
ствляется при использовании 14-разрядного АЦП. Система
комплектуется высокочастотными рентгеновскими генерато¬
рами двух типов (мощностью 50 либо 80 кВт при анодном на¬
пряжении 100 кВ) и двухфокусными излучателями с размера-143
Рис. 5.4. Рентгенографическое исследование с использованием сис¬
темы «AXIOM Aristos FX».ми фокусных пятен 0,6 мм (предельная мощность 30/40 кВт —
для первого и второго типов генераторов соответственно) и
1 мм (50/80 кВт).Для обеспечения исследований в режиме рентгеноскопии в
состав оборудования отделения может быть интегрирован ап¬
парат «ICONOS R200», приемная система которого построена
на базе РЭОП (диаметр 33 или 40 см) с ПЗС-матрицей на вы¬
ходе (размерность матрицы 1024 х 1024 элемента). Данная
система снабжена поворотным столом пациента, диапазон уг¬
лов отклонения поверхности которого составляет —17° -т- 90° и
соответственно позволяет проводить исследования при гори¬
зонтальном и вертикальном положениях пациента. Излучатель
монтируется над столом, а приемник рентгеновского изобра¬
жения — под столом (рис. 5.5).Нетрадиционное решение для рентгенографии органов
грудной полости предлагает компания «General Electric»: сис¬
тема двухэнергетической съемки «Revolution XR/d» спроекти^
рована на базе приемника с плоской панелью (аморфный144
Рис. 5.5. Установка «ICONOS R200».кремний). На данной установке в автоматическом режиме по¬
следовательно (с временной задержкой 200 мс) осуществляют¬
ся две экспозиции — на высоких (анодное напряжение 110—
150 кВ) и низких (анодное напряжение 60—80 кВ) энергиях.
Полученные по результатам съемки изображения регистриру¬
ют, после чего осуществляют их совместную математическую
обработку с целью формирования изображения костных либо
мягкотканевых структур (рис. 5.6). При этом исходные изо¬
бражения, полученные при различных энергиях, сохраняются
в памяти рабочей станции; на синтезированных изображениях
удается обнаруживать патологические изменения в областях,
которые на обычных снимках, как правило, затенены другими
органами и структурами (например, ребрами). С учетом высо¬
кой квантовой эффективности детекторов на базе аморфного
кремния дозовые нагрузки на пациентов при выполнении
Двух снимков мало отличаются от нагрузок при обычной
рентгенографии органов грудной полости с использованием
приемников рентгеновского изображения других типов.Для задач общей рентгенографии также используются и
комплексы, основу приемных систем которых составляют145
Рис. 5.6. Изображения органов грудной полости, синтезированные
по результатам двухэнергетической съемки.а — мягкотканевые структуры; б — костные структуры.плоские панели на базе аморфного селена (например, «KO¬
DAK DIRECTVIEW DR 7100» компании «Kodak» —рис. 5.7).
Комплекс построен по модульному типу: излучатель закреп¬
лен на потолке и может перемещаться; расположение двух ра-Рис. 5.7. Комплекс «KODAK DIRECTVIEW DR 7100».
146
Рис. 5.8. Варианты съемки при
(комплекс ЦРС «УНИСКАН»).а, б — стоя; в, г — сидя; д, е — лежа.различных положениях пациента
бочих мест (стойки и поворотного стола-штатива) определяет¬
ся размерами и планировкой помещения. Рентгенографиче¬
ские исследования проводят при всех возможных положениях
пациента (стоя, лежа, сидя) в различных проекциях; детектор
имеет размеры 35 х 43 см, размер приемного элемента 139 мкм,
число разрядов квантования АЦП —14, что соответствует
16 384 градациям шкалы серого цвета. Первичное изображе¬
ние появляется на экране монитора, входящего в состав рабо¬
чей станции, приблизительно через 10 с после окончания экс¬
позиции. Как и другие рентгенографические системы, опи¬
санные в этом подразделе, установка предусматривает исполь¬
зование отсеивающих растров (снижающих влияние рассеян¬
ного излучения на качество регистрируемого изображения).Комплекс для общей рентгенографии ЦРС «УНИСКАН», в
котором в качестве приемника рентгеновского изображения
используется сканирующая система с линейкой твердотель¬
ных детекторов, разработан и поставляется на рынок белорус¬
ским унитарным предприятием «АДАНИ» (рис. 5.8). Система
позволяет производить снимки размером 42 х 42 и 22 х 22 см.
Приемная линейка содержит 1536 элементов, что позволяет
обеспечить разрешающую способность порядка 1,8 пары ли¬
ний/мм для полноформатных снимков и около 3,6 пары ли¬
ний/мм для снимков малого размера. Оцифровка сигналов
яркости на выходе приемных каналов детектора осуществля¬
ется при использовании 14-разрядного АЦП. Время сканиро¬
вания в зависимости от вида исследования (размера снимка)
лежит в диапазоне от 2 до 5 с. Сканирование осуществляют
узким веерообразным лучом.5.2.	Передвижные и рентгенохирургические установкиПередвижные аппараты используют, как правило, для про¬
ведения исследований вне стен рентгенологического отделе¬
ния ЛПУ: в палатах, приемных, реанимационных, операцион¬
ных, травматологических отделениях и т. п. [2]. Эти установки
предназначены для проведения рентгенографических и рент¬
геноскопических исследований.Достаточно условно данный класс оборудования может
быть разделен на две большие группы — это так называемые
хирургические аппараты и палатные аппараты. Хирургические
аппараты в большей степени ориентированы на проведение
рентгеноскопических исследований (хотя, естественно, позво¬
ляют проводить и съемку), в то время как палатные использу¬
ются для рентгенографии.Наиболее широкое распространение в современных усло¬
виях получила конструкция штатива для передвижных хирур¬
гических рентгеновских аппаратов, которая в литературе по¬148
лучила название «С-дуга» (англоязычный термин «С-arm»),
В качестве цифрового приемника рентгеновского изображе¬
ния, как правило, используется УРИ с оцифровкой сигнала
на выходе ПЗС-матрицы, входящей в состав тракта визуализа¬
ции усилителя. Данное решение является достаточно универ¬
сальным (выполнение рентгеноскопии и рентгенографии с
использованием одного приемника) и позволяет применять
аппарат в различных клинических ситуациях. Обычно подоб¬
ные системы оснащаются среднечастотным или высокочас¬
тотным рентгеновским питающим устройством (не содержа¬
щим высоковольтного преобразователя) и излучателем в мо¬
ноблочном исполнении, а также консолью с одним или двумя
видеоконтрольными устройствами. Основными зарубежными
производителями цифровых рентгенодиагностических систем
со штативами «С-дуга» для различных клинических приложе¬
ний являются компании «Philips» (семейство аппаратов «BV»),
«Siemens» (семейство «ARCADIS», аппарат «SIREMOBIL
Compact»), «Ziehm Imaging» (семейство «Ziehm Vision», систе¬
мы «Ziehm Vista» и «Ziehm 7000 Mobile») и «General Electric»
(семейство аппаратов «ОЕС») [7]. Обычно в этих установках
используются УРИ с диаметром входного поля от 23 до 40 см;
с их помощью проводятся хирургические вмешательства при
различных видах травм, при урологических и нейрососуди-
стых заболеваниях, а также диагностические исследования
сердечно-сосудистой системы. Самые последние разработки
систем на базе штативов «С-дуга», оснащенные дополнитель¬
ным двигателем для перемещения штатива в орбитальном на¬
правлении (угол перемещения составляет около 190°), а также
специализированным программным обеспечением, позволяю¬
щим выполнить 3D ре¬
конструкцию изображе¬
ний, могут быть с успе¬
хом использованы и для
задач компьютерной то¬
мографии.Относительно но¬
вым направлением в
разработке установок со
штативом «С-дуга» яв¬
ляется создание так на¬
зываемых мини-сис¬
тем, предназначенных
для использования при
чрезвычайных ситуаци-Рис. 5.9. Установка «Pre¬
mier Encore».149
iiihiHiРис. 5.10. Установка «АРХП-АМИКО».ях, в спортивной и военно-полевой медицине. Лидерами в
этом направлении стали компании «Hologic» («Premier En¬
core») и «General Electric» («ОЕС MiniView 6800»). В системе
«Premier Encore» (рис. 5.9) используется УРИ с размерами
входных полей 10 см (4”) и 15 см (6м); установка наиболее эф¬
фективна при диагностике травматических повреждений ко¬
нечностей, а также при соответствующих хирургических вме¬
шательствах, осуществляемых под рентгеновским контролем.Среди российских производителей передвижных установок
со штативом «С-дуга» отметим ЗАО «Амико» и НИПК «Элек¬
трон». На рис. 5.10 представлен общий вид установки «АРХП-
АМИКО», а в табл. 5.2 — основные медико-технические ха¬
рактеристики этой системы.Таблица 5.2. Основные медико-технические характеристики уста¬
новки «АРХП-АМИКО»Штатив «С-дуга»Горизонтальное перемещениеМоторизованное вертикальное перемещениеСкорость вертикального перемещенияПоворот относительно вертикальной плос¬
кости20 см
40 см
10 мм/с
±12°150
ПродолжениеРасстояние от плоскости УРИ до фокуса
рентгеновской трубкиУгловое движение (в вертикальной плоско¬
сти вокруг горизонтальной оси)Вращательное движение (орбитальный по¬
ворот), не менееГлубинаМоноблокМощностьЧастота инвертирования напряженияМаксимальное анодное напряжениеМаксимальный ток рентгеновской трубкиМаксимальный ток рентгеновской трубки в
режиме просвечиванияСуммарная фильтрация излучателяРентгеновская трубкаРазмеры рабочих фокусовМаксимальная потребляемая мощность, ма¬
лый фокусМаксимальная потребляемая мощность,
большой фокусТип анода
КоллиматорМоторизованная комбинированная ирисо¬
вая/щелевая диафрагмаУсилитель рентгеновского изображенияРазмер рабочих полей
Разрешающая способностьОтсеивающий растрДиаметрСоотношениеПлотностьТелевизионный трактПЗС-матрица, количество элементов
Размер диагонали черно-белого монитора
Количество строк (50 Гц)ПроцессорРазмерность формируемого цифрового изо¬
браженияЧисло разрядов АЦП при квантовании сиг¬
нала яркости92 см
115°±200°66 см2,8 кВт40	кГц
110 кВ
65 мА4	мАБолее 2,8 мм А10,6; 1,5 мм
0,77 кВт3,85 кВтВольфрам, неподвиж¬
ный97674м (23/15/10 см)1,4/1,8/2,5 пары ли¬
ний/мм23,5 см
8:141	ламель/см752 х 58217м625576 х 576 пикселей
8151
Продолжение	Ресурс памятиВозможности математической обработки
изображений (в режиме реального масштаба
времени)Последнее изображе¬
ние + 4Усиление контрастно¬
сти изображения по
краямПодавление помех с
использованием рекур
сивного фильтра-Собственную разработку рентгенохирургического аппарата
со штативом «С-дуга» имеет и НИПК «Электрон». Это аппа¬
рат «РТС-612 ОКО» (рис. 5.11), основные медико-технические
характеристики которого близки характеристикам установки
«АРХП-АМИКО»; аппарат обеспечивает режимы быстрой
(25 кадров за 1 с) и медленной (1, 2, 4 кадра за 1 с) рентгено¬
скопии (в том числе с использованием импульсной схемы пи¬
тания рентгеновской трубки); в режиме рентгенографии по-Рис. 5.11. Установка «РТС-612 ОКО»
152
зволяет получать цифровые изображения с возможностью их
обработки и хранения в цифровом архиве. При использова¬
нии УРИ с ПЗС-матрицей размерностью 1024 х 1024 (стан¬
дарт 2) удается реализовать пространственную разрешающую
способность около 2,3 пары линий/мм при размере входного
поля 23 см. Установка оснащена среднечастотным питающим
устройством и излучателем в моноблочном исполнении.Рассмотрим особенности цифровых палатных установок
(предназначенных для рентгенографии), основой которых яв¬
ляется рентгеновское питающее устройство с излучателем,
а для регистрации изображения могут использоваться плоские
приемники различных типов.Наиболее простое и эволюционное решение — это исполь¬
зование традиционных палатных аппаратов (например, «Мо-
биРен-МТ», поставляемого компаниями «Медицинские тех¬
нологии Лтд» и «Гелпик», а также аппарата «10Л6», постав¬
ляемого ЗАО «Амико») и систем на базе стимулируемых лю¬
минофоров, т. е. замена кассет с рентгеновской пленкой кас¬
сетами соответствующих типоразмеров с запоминающими эк¬
ранами. Подобное решение представляется наиболее прием¬
лемым для ЛПУ, в рентгенодиагностических отделениях кото¬
рых уже используют системы компьютерной рентгеногра¬
фии — в этом случае не потребуется вкладывать дополнитель¬
ные средства в покупку устройства считывания и оцифровки
информации с запоминающих экранов, а можно воспользо¬
ваться уже имеющимся в отделении. Однако данное решение
имеет и недостатки: необходимость дополнительной обработ¬
ки экспонированных кассет с экранами; невозможность полу¬
чить изображение по результатам рентгенографии прямо у
постели больного. Отмеченные недостатки исчезают при ис¬
пользовании цифровых приемников с формированием изо¬
бражений в квазиреальном масштабе времени (см. главу 2),
т. е. плоских панелей на основе аморфного кремния или се¬
лена.Палатный аппарат на базе полноформатной плоской пане¬
ли (аморфный кремний) «Mobilett ХР Digital» предложен ком¬
панией «Siemens» (рис. 5.12). Используемый в системе рентге¬
новский детектор имеет полезную поверхность 35 х 43 см, его
пространственная разрешающая способность составляет
3,1 пары линий/мм, количество разрядов АЦП при квантова¬
нии сигнала яркости — 14, сцинтиллятор выполнен на основе
гадолиния (Gd202S). Вес детектора 4,8 кг, внешние размеры
477 х 491 х 23 мм, длина кабеля для подключения к аппарату
7 м. В состав консоли, которая служит для управления уста¬
новкой, а также для задач регистрации изображений и их по¬
следующей математической обработки, входит персональный
компьютер с монитором (15"), реализующим функцию чувст¬
вительного экрана («тачскрин»). Рентгеновский генератор153
Рис. 5.12. Установка «Mobilett ХР Digital».имеет мощность 30 кВт и позволяет обеспечить изменение
анодного напряжения в диапазоне от 40 до 133 кВ (24 ступени
регулирования). Максимальная сила тока рентгеновской труб¬
ки — 450 мА. Рентгеновская трубка с вращающимся анодом
имеет фокусное пятно размером 0,8 мм. Масса передвижного
рентгеновского аппарата приблизительно 285 кг. В аппарате
реализован моторизованный привод, позволяющий осуществ¬
лять автоматизированное перемещение с регулируемой в диа¬
пазоне 0,5—1,35 м/с скоростью при наклоне опорной поверх¬
ности до 7°.5.3.	Ангиографические комплексыЭтот класс оборудования предназначен для проведения ис¬
следований сердечно-сосудистой системы с использованием
контрастных веществ, а также для осуществления контроля
при интервенционных вмешательствах, связанных с установ¬
кой различных сосудистых протезов и имплантатов: стентов,154
катетеров, баллонов и т. д. Подобные аппараты устанавлива¬
ют, как правило, в условиях специализированных операцион¬
ных, оснащенных анестезиологическим и реанимационным
оборудованием, а также комплектом средств индивидуальной
и коллективной защиты пациентов и персонала [2].В составе установок для ангиографии в настоящее время
наиболее часто используют аппараты со штативами типа
«С-дуга». В комплекс также входят устройство для введения
контрастного вещества в соответствии с заданной программой
и аппаратура регистрации физиологических параметров орга¬
низма. В качестве приемников рентгеновского изображения
наибольшее распространение получили УРИ с оцифровкой
сигналов на выходе входящей в состав телевизионного тракта
ПЗС-матрицы. Но в последние годы применение в аппаратах
данного типа нашли и приемники на базе плоских панелей
(аморфный кремний) размером до 25 х 25 см, а совсем недав¬
но компания «General Electric» представила ангиографический
комплекс «Innova 4100» с приемником, обладающим полезной
поверхностью 41 х 41 см [4, 8].Отечественных конкурентоспособных разработок ангиогра-
фических комплексов на сегодняшний день не существует; за¬
рубежные производители в основном те же, что представлены
в разделе 5.2.В качестве примера ангиографического комплекса на базе
УРИ с оцифровкой сигналов на выходе ПЗС-матрицы рас-Рис. 5.13. Ангиографический комплекс «Integris Allura».155
Рис. 5.14. Ангиографический комплекс «Innova 4100».смотрим систему «Integris Allura 12"/15"» компании «Philips»
(рис. 5.13). Использование ПЗС-матриц размерностью
512 х 512 или 1024 х Ю24 элемента позволяет регистрировать
до 60 изображений за 1 с. Комплексы оснащаются УРИ с раз¬
мерами рабочего поля 30,5 см (12") или 38 см (15") по выбору
заказчика. Важным для ангиографических комплексов являет¬
ся оборудование их специальными рентгенопрозрачными сто¬
лами-штативами — в рассматриваемой установке стол рассчи¬
тан на максимальную массу тела пациента 200 кг.Необходимо также отметить, что огромное внимание при
разработке ангиографических комплексов уделяется созданию
специализированного программного обеспечения, роль кото¬
рого в успешном проведении ангиографических процедур не
уступает роли аппаратных средств.Как уже было отмечено выше, в комплексе «Innova 4100»
(рис. 5.14) в качестве приемника рентгеновского изображе¬
ния применена плоская панель на основе аморфного крем¬
ния полезной площадью 41 х 41 см; система дает возмож¬
ность регистрировать до 30 полноформатных изображений за1	с. Внедрение данного типа рентгеновского детектора
(с высокой квантовой эффективностью регистрации) позво¬
лило снизить дозовую нагрузку на пациентов и персонал,
что очень важно, так как при ангиографии пациенты (и
персонал) долгое время находятся под воздействием фотон¬
ного излучения.
5.4.	Маммографические установкиПрежде чем начать рассматривать особенности цифрового
оборудования для маммографии, необходимо сделать несколь¬
ко оговорок терминологического характера. Зачастую произ¬
водители называют цифровыми установки, в которых цифро¬
вой тракт используется только для автоматизации процесса
взятия биопсийной пробы при помощи специализированной
приставки к традиционному (пленочному) маммографу. Су¬
ществуют также поставляемые в качестве самостоятельного
оборудования специализированные компьютеризированные
установки для проведения стереотаксических исследований
[1, 2]. Нас же в первую очередь будет интересовать оборудова¬
ние, при использовании которого удается получить полно¬
форматные цифровые изображения размером 18 х 24 или
24 х 30 см (англоязычное название метода исследований —
Full Field Digital Mammography).До настоящего времени рентгеновский метод остается ос¬
новным при профилактических и диагностических исследова¬
ниях молочной железы. Специфика объекта исследования
(тканевая структура молочной железы) и подлежащих обнару¬
жению патологических изменений предполагает:▲	особенности режима исследования (маммографию произ¬
водят при анодном напряжении рентгеновской трубки,
формируемом высокочастотным питающим устройством,
в диапазоне от 20 до 35 кВ);▲	использование специальных рентгеновских трубок с мо¬
либденовым анодом (в ряде случаев с добавками родия
или рения) и микрофокусами 0,1 и 0,3 мм;▲	использование специальных отсеивающих растров.Также необходимо отметить, что обнаружение микрокаль-
цинатов (при диагностике онкологических заболеваний на
ранних стадиях), размеры которых колеблются от 100 до
200 мкм, требует наличия у рентгеновского приемника разре¬
шающей способности не ниже 5—7 пар линий/мм (желательно
порядка 10 пар линий/мм) и высокой контрастной чувстви¬
тельности. Штативы аппаратов предназначены не только для
позиционирования пациента во время съемки и фиксации сис¬
темы излучатель-приемник, но и для компрессии молочной
железы. Заметим также, что очень важным параметром являет¬
ся дозовая нагрузка на обследуемых: широкое распространение
маммографических исследований подвергает значительную
часть здорового женского населения существенным дозовым
нагрузкам. Ранее (см. главу 2) уже отмечалось, что большинст¬
во цифровых приемников имеет преимущество в квантовой
эффективности регистрации по отношению к комбинации эк¬
ран — пленка, т. е. заданного качества изображения можно до¬
биваться при меньших дозовых нагрузках на пациентов; циф¬
ровая маммография также не является исключением.В настоящее время для полноформатной цифровой мам¬
мографии применяются установки с приемниками рентге¬
новского изображения трех видов: на базе стимулируемых
люминофоров, на базе плоских панелей (аморфный крем¬
ний и аморфный селен), а также сканирующего типа. Ос¬
тановимся подробнее на анализе особенностей оборудова¬
ния, в котором используется каждая из этих разновидностей
приемников.Наиболее распространенный способ внедрения цифровых
технологий в маммографию — использование систем с фото-
стимулируемыми люминофорами: кассеты с запоминающими
экранами для маммографии размерами 18 х 24 и 24 х 30 см и
соответствующие устройства считывания и оцифровки инфор¬
мации производят, например, компании «Agfa», «Fujifilm» и
«Kodak»; все системы имеют пространственное разрешение
порядка 10 пар линий/мм. Экраны компании «Fujifilm» явля¬
ются двусторонними (естественно, что данное обстоятельство
потребовало применения соответствующих конструктивныхРис. 5.15. Маммографическая установка «Selenia»
158
гIрешений при разработке устройства считывания и оцифровки
информации).Пионером в использовании цифровых приемников на ба¬
зе плоских панелей (аморфный кремний) для маммографии
стала компания «General Electric», которая в 1999 г. начала
поставлять на рынок медицинской техники установку «Se-
nographe 2000D» с детектором размером 19 х 23 см. Про¬
странственная разрешающая способность этой системы нахо¬
дится на уровне 5 пар линий/мм, однако диагностические
возможности за счет использования специализированного
программного обеспечения даже превосходят возможности
маммографических установок, в которых используется тради¬
ционная комбинация экран — пленка с более высоким разре¬
шением [5].Компания «Hologic» основное внимание уделяет плоским
детекторам на основе аморфного селена — подобный прием¬
ник рентгеновского изображения используют в цифровой
маммографической установке «Selenia» (рис. 5.15): размер по¬
лезной поверхности прием¬
ника составляет 24 х 29 см,
пространственная разрешаю¬
щая способность — порядка
7 пар линий/мм. Преимуще¬
ства детектора такого разме¬
ра очевидны: 20—30 % всех
пациенток (с молочными
железами больших размеров)
при использовании панелей
размером 18 х 24 см прихо¬
дится делать два снимка, что
повышает дозовые нагрузки
и усложняет интерпретацию
врачом-рентгенологом полу¬
ченных парциальных изо¬
бражений.Компанией «Fischer Im¬
aging» производится маммо¬
графическая установка с
приемником рентгеновско¬
го изображения сканирую¬
щего типа «SenoScan» (рис.5.16): размер полноформат¬
ного снимка для профилак¬
тических обследований со-Рис. 5.16. Маммографическая
установка «SenoScan».
ставляет 21 х 29 см; при подозрении на патологические из¬
менения (в случае дообследования) размер снимка —11	х 15 см. Чувствительная часть приемника представляет
собой набор из четырех соединенных встык ПЗС-матриц со
слоем сцинтиллятора на основе йодида цезия; каждая из
ПЗС-матриц имеет размерность 400 х 2048 при размере эле¬
мента матрицы 25 мкм, что позволяет реализовать простран¬
ственное разрешение в режиме скрининга порядка 10 пар
линий/мм и около 14 пар линий/мм в режиме дообследова¬
ния. Размер полезной поверхности детектора (и соответст¬
венно щели приемного коллиматора) составляет порядка
10 х 221 мм. Использование при формировании рентгенов¬
ского изображения сканирующего принципа позволяет в
значительной степени избежать рассеянного излучения и за¬
метно снизить дозовые нагрузки, так как проведение иссле¬
дований на описываемой установке не требует наличия от¬
сеивающих растров.Для проведения биопсии применяются приставки к мам¬
мографам, а также самостоятельные устройства для стереотак¬
сиса. При их использовании получают изображения участка
молочной железы размером порядка 50 х 50 мм или несколь¬
ко больше, зафиксированные под различными углами (при
получении двух подобных снимков говорят о наличии стерео¬
пары). Эти снимки используют для определения положения в
пространстве координат х, у, z патологически измененной об¬
ласти, из которой необходимо взять пробу, и соответственно
вычисления координат введения биопсийной иглы. Как пра¬
вило, в современных устройствах при автоматическом переме¬
щении иглы удается реализовать ее наведение с погрешностя¬
ми, не превышающими ±1 мм.В качестве примера рассмотрим установку для проведения
биопсии «Mammo Test» компании «Fischer Imaging». В дан¬
ной системе используется рентгеновская трубка с молибдено¬
вым вращающимся анодом, с двумя микрофокусами: 0,1 и
0,3 мм. Обследуемые женщины располагаются горизонтально.
В качестве приемника рентгеновского изображения использу¬
ется ПЗС-матрица со слоем сцинтиллятора размером прибли¬
зительно 50 х 50 мм (размерность матрицы составляет
1024 х Ю24 элемента, размер приемного элемента порядка
48 мкм, что позволяет обеспечить пространственную разре¬
шающую способность около 10 пар линий/мм), ширина се¬
рой шкалы при оцифровке сигналов — 4096 градаций (12 раз¬
рядов квантования в АЦП). Нормированное изображение по¬
является на экране монитора через 4 с после начала экспози¬
ции.Одно из современных направлений в цифровой маммогра¬
фии — формирование объемных изображений областей мо¬
лочной железы, по поводу которых у врача-рентгенолога име¬160
ются подозрения на наличие патологических изменений: по¬
слойная объемная реконструкция изображений. Одними из
первых свое оборудование этой функцией начали оснащать
специалисты «General Electric».Что касается специализированного программного обеспе¬
чения, то (как уже отмечалось в главе 3) именно в маммоло¬
гии нашли наиболее широкое применение экспертные систе¬
мы, основное предназначение которых — автоматизированное
обнаружение патологических изменений в зарегистрирован¬
ных изображениях молочной железы1.5.5. Дентальные аппаратыВ данном разделе будут рассмотрены цифровые установки,
предназначенные для интраоральной рентгенографии, а также
для формирования панорамных изображений. Принципы по¬
строения рентгеновских аппаратов этого типа и особенности
различных методик исследований зубочелюстной системы
достаточно подробно рассмотрены в [2], здесь же остановимся
на специфике, отличающей цифровые системы.Обычно дентальный цифровой аппарат для интраоральных
исследований содержит:а укрепленный на специальном штативе (с напольным или
настенным креплением) моноблок со среднечастотным
преобразователем напряжения;▲	АРМ для управления режимом съемки, регистрации изо¬
бражений и их математической обработки (в ряде случаев
для управления режимом съемки используется отдельный
пульт управления);▲	цифровой рентгеновский приемник2.В качестве примера рассмотрим комплексы серии «Дента-
ликс» компании «Амико» («Денталикс CCD78-USB», «Дента-
ликс AT71-USB» и «Денталикс CCD38-USB»). Внешний вид
системы «Денталикс» представлен на рис. 5.17, а основные ха¬
рактеристики приемников рентгеновского изображения — в
табл. 5.3.Все описываемые дентальные комплексы оснащены АРМ
со специализированным программным обеспечением «Визи-
дент» для регистрации, математической обработки и хранения
изображений.1	Вопросам использования экспертных систем в маммологии посвяще¬
на обширная библиография (в основном зарубежная). В качестве приме¬
ров можно привести публикации [6, 9].2	Основное отличие от традиционных аппаратов — цифровой прием¬
ник и АРМ.161
Рис. 5.17. Цифровой дентальный комплекс «Денталикс».Таблица 5.3. Характеристики цифровых рентгеновских приемников
из состава дентальных комплексов «Денталикс»Тип приемникаAT71-USBCCD78-USBCCD38-USBГеометрические размеры: дли¬
на х ширина х толщина, мм36 х 24 х 642 х 25 х 5,742 х 25 х 5,7Размер рентгеночувствитель¬
ной области, мм30 х 2030 х 2030 х 20Количество чувствительных
элементов в ПЗС-матрице1200 х 8001368 х 912684 х 456Размер чувствительных эле¬
ментов, мкм252244Пространственная разре¬
шающая способность, пары
линий/мм202412Число разрядов квантования
АЦП161212162
Цифровые рентгеновские приемники (или, как их часто
называют, цифровые датчики) для интраоральных исследова¬
ний помещаются в специальные рентгенопрозрачные контей¬
неры, снабженные держателями для обеспечения фиксации в
ротовой полости. В гигиенических целях при проведении ис¬
следований на эти контейнеры надевают защитные чехлы од¬
норазового использования. Датчики компаний «Kodak», «Gen-
dex», «General Electric Healthcare», «Sirona», «Schick Technolo¬
gies» на базе покрытых слоем сцинтиллятора ПЗС-матриц об¬
ладают пространственным разрешением порядка 22—25 пар
линий/мм, однако зачастую на практике используют объеди¬
нение сигналов двух соседних элементов по каждой из коор¬
динат, что приводит к уменьшению пространственной разре¬
шающей способности приблизительно до 11—12 пар линий/мм,
но позволяет заметно снизить дозовую нагрузку (что особен¬
но актуально в педиатрии). Отметим, что компания «Schick
Technologies» производит в том числе и датчики, для которых
не требуется соединительного кабеля (так называемые беспро¬
водные датчики); информация с приемников этого типа пере¬
дается в компьютер из состава АРМ по радиочастотному
каналу.В настоящее время в системах для интраоральной цифро¬
вой рентгенографии находят также применение приемники на
основе фотостимулируемых люминофоров: например, датчики
компании «Gendex», которые имеют размеры 22 х 35, 24 х 40,
31 х 41, 27 х 54 и 57 х 76 мм. Обработка информации с
этих датчиков производится при использовании устройства
«DenOptix QST», в котором экспонированные запоминающие
экраны вставляют в предназначенные для них места в специ¬
альном барабане, после чего начинают считывать и оцифро¬
вывать данные. Одновременно в барабан можно вставлять до
39 экранов (определенное количество для каждого типоразме¬
ра); параметры считывания задаются оператором (существует
возможность задать три режима пространственной разрешаю¬
щей способности — 3 пары линий/мм, 6 пар линий/мм и12	пар линий/мм). Пространственное разрешение в диапазоне
от 3 до 10 пар линий/мм обеспечивают и датчики на базе тех¬
нологии стимулируемых люминофоров компании «Огех Com¬
puted Radiography» (группа компаний «Kodak»). Запоминаю¬
щие экраны различных типоразмеров для интраоральной
рентгенографии и устройства считывания и оцифровки ин¬
формации с них предлагает также фирма «Soredex» — это се¬
мейство установок «Digora». Система «Digora Optime», напри¬
мер, позволяет реализовать пространственное разрешение
около 8 или 12 пар линий/мм (режимы высокого и самого вы¬
сокого разрешения соответственно) при обработке информа¬
ции с датчиков следующих размеров: 22 х 31, 24 х 40, 31 х 41
и 27 х 54 мм. При этом время считывания данных находится163
в диапазоне 4,3—7,5 с. Ширина шкалы серого цвета при
оцифровке сигналов составляет 16 384 (214) градаций.Необходимо заметить, что использование цифровых ин-
траоральных рентгеновских приемников на основе ПЗС-мат-
риц позволяет на 70—80 % снизить дозовые нагрузки на об¬
следуемых по сравнению с традиционными (пленочными)
технологиями; при использовании запоминающих экранов
выигрыш в дозовых нагрузках не столь существен.Применять цифровые датчики можно и совместно с аппа¬
ратами, при использовании которых микрофокусный излуча¬
тель вводится непосредственно в ротовую полость пациента, а
приемник рентгеновского изображения фиксируется снаружи
[2].Особенности цифровых комплексов, применяемых для па¬
норамной съемки зубочелюстной системы, а также кефало¬
метрии, необходимой при планировании соответствующих хи¬
рургических вмешательств, рассмотрим на примере семейства
установок «ORTHOPHOS» компании «Sirona», которая ранее
была одним из подразделений «Siemens» (рис. 5.18). Эта ком¬
пания первой в 1996 г. начала производство ортопантомогра¬
фов и кефалометрических систем, в которых использовалисьцифровые приемни-рической" рентгеногра¬
фии на установке
«ORTHOPHOS PlusCeph» используется
сканирующий метод
получения изображе¬
ния, что позволяет в
значительной степени
исключить рассеян¬
ное излучение и до-Рис. 5.18. Ортопантомо¬
граф семейства «OR¬
THOPHOS».
полнительно снизить дозовые нагрузки на обследуемых. Уста¬
новка «ORTHOPHOS Plus Ceph» является универсальной — ее
можно использовать и в качестве ортопантомографа. Про¬
граммное обеспечение АРМ включает специализированные
модули, позволяющие автоматизировать процесс вычислений
при кефалометрии.Ортопантомографы и системы для кефалометрии с прием¬
никами на основе ПЗС-матриц выпускаются также компа¬
ниями «Schick Technologies», «General Electric Healthcare»,
«Kodak» и др. В состав установок рассматриваемого типа
обычно входит рентгеновский генератор со среднечастотным
или высокочастотным питающим устройством и трубкой с
размером фокусного пятна 0,5 х 0,5 или 0,5 х 0,3 мм (диапа¬
зон изменения анодного напряжения, как правило, лежит в
пределах от 60 до 90 кВ, силы тока рентгеновской трубки —
от единиц миллиампер до 15—16 мА); различаются системы в
основном программным обеспечением. Так, например, в про¬
граммном обеспечении установки «Orthopantomograph OP 100 D»
(«General Electric Healthcare») реализованы запатентован¬
ные алгоритмы, с помощью которых автоматически осуще¬
ствляются контроль параметров в процессе экспозиции, а
также автоматически производится компенсация теней шей¬
ной части позвоночника на изображении, что значительно
увеличивает диагностическую ценность зарегистрированных
данных.Упоминавшаяся уже компания «Soredex» выпускает уста¬
новки для панорамной съемки и кефалометрии, в которых в
качестве приемников рентгеновского изображения использу¬
ются запоминающие экраны размерами 15 х 30 см (для пано¬
рамной съемки) и 18 х 24 см, а также 24 х 30 см (для кефало¬
метрии). В универсальном устройстве считывания и оцифров¬
ки информации «DIGORA РСТ» (которое позволяет обраба¬
тывать информацию с экранов, предназначенных для кефало¬
метрии, панорамной и интраоральной рентгенографии) при
использовании первых двух типов экранов реализуются три
режима пространственного разрешения: низкое — 3 пары ли¬
ний/мм, нормальное — 4 пары линий/мм и высокое — 6 пар
линий/мм. Время, затрачиваемое на обработку экранов, ко¬
леблется при этом в диапазоне от 75 до 100 с.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.	Основы рентгенодиагностической техники / Под ред. Н. Н. Бли¬
нова: Учебное пособие. — М.: Медицина, 2002. — 392 с.2.	Рентгеновские диагностические аппараты. В 2-х т. / Под ред.Н.	Н. Блинова, Б. И. Леонова. — М.: ВНИИИМТ, НПО «Экран»,
2001.I165
3.	Электронные адреса Интернет-сайтов основных отечественных и
зарубежных производителей цифровой рентгенодиагностической
техники:•	www.adani.by — УП «Адани»;•	www.roentgen.ru — ЗАО «Амико»;•	www.helpic.ru — СП «Гелпик»;•	www.mtl.ru — ЗАО «Медицинские технологии Лтд»;•	www.nauchpribor.ru — ЗАО «Научприбор»;•	www.roentgenprom.ru — ЗАО «Рентгенпром»;•	www.spectr-grupp.ru/spectrap.htm — ООО «СпектрАп»;•	www.elektron.ru — НИПК «Электрон»;•	www.agfa.com — «Agfa»;•	www.canon.com — «Canon»;•	www.fischerimaging.com — «Fischer Imaging»;•	www.fujifilm.com — «Fujifilm Medical Systems»;•	www.gehealthcare.com — «General Electric Healthcare»;•	www.gendex.com — «Gendex»;•	www.hologic.com — «Hologic»;•	www.kodak.com — «Kodak»;•	www.konicaminolta.com — «Konica Minolta»;•	www.orex-cr.com — «Orex Computed Radiography»;•	www.medical.philips.com/main — «Philips Medical Systems»;•	www.schicktech.com — «Schick Technologies»;•	www.medical.siemens.com — «Siemens Medical Solutions»;•	www.sirona.com — «Sirona»;•	www.soredex.com — «Soredex»;•	www.ziehm.com — «Ziehm Imaging».4.	Fajadet J., Marco JBertel O., Straumann E. Innovations in flat-detec-
tor cardiac angiography // Medica Mundi. — 2003, August. — P. 56—
60.5.	Fischmann A. et al. Comparison of full-field digital mammography and
film-screen mammography: image quality and lesion detection // Brit.
J. Radiol. - 2005. - Vol. 78. - P. 312-315.6.	Leichter I., Fields S., Nirel R. et al Improved mammographic interpre¬
tation of masses using computer-aided diagnosis // Europ. Radiol. —
2000. - Vol. 10, N 2. - P. 377-383.7.	Lewis N. С-Arms: A Strong Arm // Medical Imaging. — 2004, January.8.	Sivananthan M. U., Moore J. et al. A flat-detector cardiac cath lab sys¬
tem in clinical practice // Medica Mundi. — 2004, May. — P. 2—10.9.	Те Brake G. М., Karssemeijer N., Hendriks J. H. C. L. Computer-Aided
Detection of Masses in Digital Mammograms // Medical Imaging In¬
ternational. — 2000. — Vol. 10, N 2. — P. 4—9.
гГлава 6КОМПЛЕКСЫ ДЛЯ МАССОВЫХ
ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ОРГАНОВ ГРУДНОЙ ПОЛОСТИ6.1.	Массовая флюорография как эффективный методвыявления заболеваний легкихЗа последние 15 лет в России, как впрочем и во многих дру¬
гих странах, сложилась крайне неблагоприятная эпидемиоло¬
гическая обстановка по туберкулезу легких. Еще на парламент¬
ских слушаниях «О состоянии и неотложных мерах по борьбе
с туберкулезом в Российской Федерации», которые проходили
в Москве в марте 1999 г., было отмечено, что в соответствии с
критериями Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) в
России в 1998 г. уровень заболеваемости туберкулезом легких
был приравнен к эпидемии и имел тенденцию к росту [5, 34].По данным Минздрава РФ, число впервые выявленных
больных туберкулезом по сравнению с 1990 г. увеличилось к
2003 г. более чем в 2 раза; в 1,5 раза возросла смертность от
туберкулеза; выросла заболеваемость туберкулезом у детей.
Существенный подъем заболеваемости туберкулезом начался с
1992 г. (34,2 случая на 100 тыс. населения) и к 2000 г. указан¬
ный показатель достиг уровня 90,7 случая на 100 тыс. населе¬
ния. И хотя в 2003 г. наметилось некоторое изменение тен¬
денции, ситуация по-прежнему остается очень напряженной.Известно, что основными успехами в снижении заболевае¬
мости туберкулезом легких и повышении эффективности ле¬
чения выявленных больных в прежние годы российское здра¬
воохранение обязано четкой организации профилактических
обследований населения методом массовой флюорографии.
Эффективность метода была достаточно высока: в процессе
профилактических обследований удавалось обнаружить 2/з
случаев активного туберкулеза, '/3 случаев рака легких, до по¬
ловины острых и хронических бронхолегочных заболеваний
[47]. Но проводить массовые флюорографические обследова¬
ния населения в прежнем объеме с использованием традици¬
онного оборудования в настоящее время не представляется
возможным по ряду причин:▲	значительные дозовые нагрузки на население при прове¬
дении пленочной флюорографии (в зависимости от ис¬167
пользуемого аппарата, лучевая нагрузка при флюорогра¬
фии не менее чем в 1,5—3 раза превышает лучевую на¬
грузку на пациента при обычной рентгенографии)1;▲	около 85 % традиционных пленочных флюорографов ус¬
тарели не только морально, но и физически;▲	в лечебно-профилактических учреждениях наблюдаются
сложности с закупкой флюорографической пленки;а высок процент технического брака при производстве
флюорограмм;▲	имеются проблемы, связанные с архивированием и вос¬
произведением флюорографических изображений [5, 34].Экономическая эффективность метода традиционной пле¬
ночной флюорографии была невысока и в предыдущие годы:
при проведении обследований с широким охватом различных
слоев населения стоимость выявления одного больного значи¬
тельно повышается. Так, например, еще в 70-х годах XX в.
выявление 2—4 случаев активного туберкулеза на 10 ООО об¬
следований свидетельствовало о низкой экономической эф¬
фективности и вызывало сомнения в целесообразности при¬
менения флюорографии.Однако, по мнению ведущих практикующих фтизиатров,
полностью отказаться от рентгенологического метода выявле¬
ния туберкулеза легких в обозримом будущем вряд ли удастся.
И объясняется это в том числе и недостаточной эффективно¬
стью бактериологического метода: например, по данным, по¬
лученным в Москве, бактериологическое исследование дало от¬
рицательный результат у 41 % больных активным туберкулезом
легких и у 27,3 % больных с деструкцией легочной ткани [47].Таким образом, из всего сказанного очевидно, что рентге¬
нологические исследования как основа системы профилакти¬
ки заболеваний органов грудной полости в нашей стране
должны сохраниться; также очевидно, что необходима корен¬
ная реорганизация — старая система не только с точки зрения
материально-технического оснащения, но и организационно¬
экономически несостоятельна: затраты на массовую профи¬
лактическую флюорографию не адекватны получаемым ре¬
зультатам и обременительны для бюджета здравоохранения
[34]. Реорганизация должна коснуться двух основных направ¬
лений — тактики проведения исследований и замены мораль¬
но и физически устаревшего оборудования на современное,
позволяющее при заметном повышении диагностической ин¬
формативности исследований значительно снизить дозовые
нагрузки на обследуемых.1 Это основная причина, по которой ВОЗ настоятельно рекомендует
заменить традиционную пленочную флюорографию на бактериоскопию
мазка мокроты с окраской по методу Циля—Нильсена [34].168
Изменение тактики проведения исследований с использо¬
ванием рентгенологических методов должно сводиться к заме¬
не обследований всего населения обследованием групп насе¬
ления, подверженных повышенному риску заболевания тубер¬
кулезом. Подобная тактика позволит в разумных пределах
уменьшить количество проводимых исследований и соответ¬
ственно снизить стоимость выявления каждого заболевшего.
Внедрение компьютерных технологий для индивидуального
учета пациентов и формирования групп риска по специально
разработанной программе позволило, например, в Новомос¬
ковском городском противотуберкулезном диспансере Туль¬
ской области сократить количество обследований на 50—55 %
и выявлять при этом 75—87,9 % больных туберкулезом. Ис¬
пользуемая в этом диспансере система активного выявления
туберкулеза включает в себя электронную базу данных, спе¬
циализированную компьютерную программу экспресс-опреде¬
ления индивидуальной степени риска заболевания туберкуле¬
зом, а также методику выявления туберкулеза врачами общей
лечебной сети по клиническим проявлениям заболевания [34].Что касается материально-технического переоснащения
службы массовых профилактических рентгенологических об¬
следований органов грудной полости, то здесь основной упор
должен делаться на замену устаревших пленочных флюоро¬
графов относительно недорогими цифровыми рентгенографи¬
ческими устройствами, которые позволят значительно сни¬
зить дозовые нагрузки на обследуемых, заметно повысить ин¬
формативность исследований и уменьшить стоимость отдель¬
ного исследования [9, 18, 21].6.2.	Основные медико-технические требования
к цифровым рентгенографическим комплексам
для массовых профилактических исследований органов
грудной полостиС учетом высказанных соображений основные медико-тех¬
нические требования, которые предъявляются к комплексам,
предназначенным для массовых профилактических исследова¬
ний органов грудной полости, должны обеспечить выполне¬
ние следующих базовых положений:■	высокое диагностическое качество изображений;■	низкие дозовые нагрузки на обследуемых и персоналЛПУ;■	высокая производительность;■	простота и удобство в управлении;■	высокая надежность в эксплуатации;■	низкий уровень затрат в пересчете на одно исследование.169
Практически все типы приемников-преобразователей для
систем с формированием цифровых изображений в режиме
квазиреального масштаба времени имеют квантовую эффек¬
тивность регистрации в области нулевых пространственных
частот, превышающую в 1,5—2 раза и более квантовую эф¬
фективность комбинации экран — пленка (см. главу 2). При¬
менение подобных приемников в системах для профилактиче¬
ских исследований органов грудной полости позволяет значи¬
тельно снизить дозовую нагрузку на обследуемых даже по
сравнению с пленочной рентгенографией, не говоря уже о
традиционной флюорографии.Исключение составляет сканирующая система на базе ли¬
нейки твердотельных полупроводниковых детекторов. Однако
следует учитывать, что у систем, в которых осуществляется
сканирование исследуемой области тела пациента узким (кол¬
лимированным) лучом, имеется значительный резерв по сни¬
жению дозовой нагрузки на обследуемых за счет существенно¬
го снижения уровня рассеянного излучения: отношение интен¬
сивности прямого излучения за объектом к суммарной интен¬
сивности прямого и рассеянного излучения зависит от площа¬
ди облучаемой поверхности (при этом, как правило, считается,
что объект имеет одинаковую толщину для всей облучаемой
поверхности) [30]. Приближенные расчеты показывают, что
при использовании в сканирующей системе для исследования
органов грудной полости при формировании первичного пучка
и на входе приемника-преобразователя коллиматоров с шири¬
ной щели около 1 мм удается реализовать значение фактора
накопления порядка 1,05'. Значение фактора накопления при
рентгенографии грудной полости примем равным 7, исходя из
данных о толщине исследуемого объекта (в данном случае лег¬
ких), приведенных в [17], а также воспользовавшись соответст¬
вующими табличными значениями из [30]. Выигрыш по уров¬
ню рассеянного излучения при использовании сканирующей
системы по отношению к проекционной рентгенографии орга¬
нов грудной полости близок к 7, что с запасом компенсирует
трех-четырехкратные потери в квантовой эффективности реги¬
страции в области нулевых пространственных частот. В резуль¬
тате исследования на сканирующих установках с твердотель¬
ными детекторами удается проводить, как правило, при не ме¬
нее чем двукратном уменьшении дозовых нагрузок по отноше¬
нию к традиционной пленочной рентгенографии.В рентгенографических системах проекционного типа
уменьшение влияния рассеянного излучения основано на ис¬1 Под фактором накопления обычно понимают величину 1 + рр, где
Рр — коэффициент, равный отношению интенсивности рассеянного в те¬
ле пациента излучения к интенсивности излучения, не изменившего на¬
правления при прохождении через исследуемую область.170
пользовании рентгеновских отсеивающих растров (решеток).
Эти устройства отличаются по конструктивному исполнению
(как правило, используются линейные и перекрещивающиеся
растры, а в последние годы получила распространение разно¬
видность последних — ячейковые растры) и техническим ха¬
рактеристикам [41]. Так, например, при использовании отсеи¬
вающих растров с отношением 7:1 или 10:1 (отношение высо¬
ты абсорбирующих пластин к ширине промежутка между пла¬
стинами) и частотой растра (количество абсорбирующих пла¬
стин, приходящихся на 1 см) 40 или более удается задержать
порядка 70 % вторичного излучения. Однако для обеспечения
заданного качества изображения необходим определенный
уровень энергии рентгеновского потока во входной плоскости
детектора, поэтому при использовании отсеивающих растров
приходится увеличивать интенсивность первичного излуче¬
ния. Дополнительные потери энергии связаны с ослаблением
прямого пучка в решетках, однако вклад этих потерь в ослаб¬
ление суммарного рентгеновского потока незначителен (до
20—25 % интенсивности прямого излучения). В традицион¬
ных пленочных системах для полноформатной рентгеногра¬
фии при использовании отсеивающих растров необходимо
увеличивать интенсивность первичного излучения приблизи¬
тельно в 3—5 раз (так называемый «Букки-фактор»); во столь¬
ко же раз возрастет и дозовая нагрузка на обследуемых.Использование отсеивающих растров в цифровых системах
не вызывает столь драматического увеличения дозовых нагру¬
зок, однако при проведении массовых профилактических ис¬
следований органов грудной полости предпочтительнее приме¬
нять методы компенсации фона, создаваемого рассеянным из¬
лучением, основанные на соответствующих алгоритмах мате¬
матической обработки зарегистрированных изображений [15].Из представленных данных следует, что наиболее перспек¬
тивным направлением развития технических средств для мас¬
совых профилактических исследований органов грудной по¬
лости является создание цифровых рентгенодиагностических
комплексов. В российской научно-технической литературе
подобные комплексы получили название «цифровые флюоро¬
графы», хотя принципы приема и преобразования информа¬
ции (заложенной в рентгеновском потоке, прошедшем через
исследуемую область тела пациента) в большинстве из них
прямого отношения к классической флюорографии (при ко¬
торой осуществляется фотосъемка с люминесцентного экрана)
не имеют. Соответственно метод проведения профилактиче¬
ских исследований органов грудной полости при использова¬
нии цифровых флюорографов получил название «метод циф¬
ровой флюорографии» [8, 10—12, 33, 37, 44—46].Очевидно, что системы с формированием изображения в
режиме квазиреального масштаба времени (использующие171
любой из описанных в главе 2 типов цифровых рентгеновских
приемников) могут с успехом применяться для рентгеногра¬
фии органов грудной полости. Однако использование боль¬
шинства из них для задач массовых профилактических иссле¬
дований крайне проблематично как по причине высокой
стоимости самих аппаратов, так и из-за необходимости суще¬
ственных затрат на их техническое обслуживание в процессе
эксплуатации.Цифровые системы для массовых профилактических ис¬
следований органов грудной полости могут изготавливаться в
следующих конструктивных исполнениях: стационарные, пе¬
редвижные (на шасси автомобилей различных марок) и пере¬
движные разборные (переносные в ящичной укладке).Ориентированные на диагностические рентгеновские аппа¬
раты технические требования (к электрическому питанию и
присоединению к сети; к электрической прочности изоляции
цепей; к цепям заземления; устройствам регулирования и
управления; к штативным устройствам и их стационарным и
подвижным механическим узлам; к устойчивости при клима¬
тических и механических воздействиях; к надежности в про¬
цессе эксплуатации; к покрытиям и окраске; маркировке,
упаковке, транспортированию и хранению; а также по обеспе¬
чению безопасности и в первую очередь по защите обследуе¬
мых и персонала ЛПУ от ионизирующего излучения) подроб¬
но представлены в соответствующих стандартах [26—28]. По
этой причине остановимся на анализе медико-технических
требований, которые определяют специфику именно цифро¬
вых систем для массовых профилактических исследований ор¬
ганов грудной полости и не нашли должного отражения в
упомянутых стандартах.Общие требования. Система должна быть ориентирована на
получение в цифровом виде снимков грудной полости в пря¬
мой и боковой проекциях при положении обследуемого стоя.С учетом назначения система должна допускать возмож¬
ность обследования не менее 30 человек в течение часа. Для
обеспечения подобной производительности при условии, что
рентгенолаборанту требуется порядка 60—80 с на ввод данных
об обследуемом, время от начала экспозиции до момента по¬
явления на экране монитора рабочей станции первичного
нормированного изображения не должно превышать 30—40 с
(цифровые системы с формированием изображения в режиме
квазиреального масштаба времени).Доза в плоскости детектора при проведении массовых про¬
филактических исследований, при которых облучению под¬
вергаются большие группы здорового населения, должна быть
ниже, чем при традиционной рентгенографии органов груд¬
ной полости, для которой значение рассматриваемого пара¬
метра, как правило, находится на уровне 15—20 мкГр. Отсюда172
значение дозы в плоскости детектора цифровой системы для
массовых профилактических исследований органов грудной
полости (при средних параметрах съемки) не должно превы¬
шать 10 мкГр.Требования к аппаратной части. Одним из основных аппа¬
ратных узлов цифровой рентгенографической системы для
массовых профилактических исследований органов грудной
полости является рентгеновское питающее устройство (РПУ).
Для уменьшения пульсаций анодного напряжения на рентге¬
новской трубке в последние годы используют РПУ с инверти¬
рованием частоты (так называемые среднечастотные и высо¬
кочастотные питающие устройства); в зависимости от конст¬
руктивных решений реализуют инвертирование частоты в
диапазоне от нескольких килогерц до нескольких десятков
килогерц [16, 20]. Применение подобных РПУ позволяет
обеспечить уровень пульсаций анодного напряжения, не пре¬
вышающий 5 %, что приводит к 20—30 % снижению дозы об¬
лучения обследуемого (по сравнению с РПУ, построенными
по схеме одно- или двухполупериодного выпрямления).Использование в составе излучателя цифрового рентгенов¬
ского комплекса рентгеновских трубок с вращающимся ано¬
дом и размерами фокусных пятен 0,3, 0,6 и 1,2 мм позволяет
заметно снизить геометрическую нерезкость изображения;
при этом достаточно ограничиться РПУ, развивающим мощ¬
ность на выходе порядка 10—20 кВт.Опыт проведения рентгенографии грудной полости в пря¬
мой и боковой проекциях показывает, что диапазон измене¬
ния анодного напряжения на рентгеновской трубке должен
находиться в пределах 50—120 кВ, при этом погрешность ус¬
тановки анодного напряжения не должна превышать 5 %.
С учетом оговоренной максимальной выходной мощности
РПУ диапазон регулирования тока рентгеновской трубки дол¬
жен лежать в пределах от 1 до 200 мА.Цифровой приемник-преобразователь является основой
тракта визуализации рентгеновского изображения. С учетом
размера грудной полости у средней комплекции взрослого че¬
ловека размер изображения во входной плоскости детектора
должен быть порядка 35 х 40 см.Пространственная разрешающая способность цифровых
систем, предназначенных для профилактических исследова¬
ний органов грудной полости, должна позволять обнаружи¬
вать патологические изменения, вызванные наличием очагов
диссеминации при милиарном туберкулезе, которые имеют
наименьшие линейные размеры среди всех видов патологиче¬
ских изменений в легких и в то же время обладают большой
диагностической значимостью [1, 38]. Распознавание очагов
диссеминации успешно реализуется при пространственной
разрешающей способности цифровой системы уже на уровне173
1,2—1,5 пары линий/мм. Однако, если комплекс предполага¬
ется использовать и для дообследования пациентов пульмоно¬
логического профиля, необходимо обеспечить пространствен¬
ную разрешающую способность не ниже 2,5 пары линий/мм.Для достижения высокого диагностического качества изо¬
бражения контрастная чувствительность приемника, входяще¬
го в состав рентгеновской системы, должна быть не хуже 1,0—
1,5 %. С учетом представленных выше требований по предель¬
ной дозовой нагрузке на обследуемых заданная контрастная
чувствительность должна реализовываться при дозе во вход¬
ной плоскости детектора, не превышающей 10 мкГр. При этом
дозовая нагрузка по сравнению с традиционной пленочной
рентгенографией грудной полости будет меньше в 1,5—2 раза
и в 3 раза меньше по сравнению с современными пленочными
флюорографическими установками, в которых используется
флюорографическая камера «КФ-400» (предельная контраст¬
ная чувствительность которой находится на уровне 2 %) [20,39, 40].Для уменьшения потерь информации при квантовании
сигналов и расширения возможностей математической обра¬
ботки цифровых изображений серая шкала для представления
яркости каждого элемента изображения должна содержать не
менее 1024 градаций, что соответствует 10 разрядам квантова¬
ния при осуществлении аналого-цифрового преобразования
сигналов яркости на выходе каждого канала приемника рент¬
геновского изображения. Однако следует отметить, что не¬
оправданное увеличение ширины серой шкалы приводит к
увеличению объема памяти, необходимой для хранения заре¬
гистрированного изображения, а также к замедлению проце¬
дур его математической обработки.Комплекс для профилактических исследований органов
грудной полости должен иметь в своем составе автоматизиро¬
ванное рабочее место врача-рентгенолога, а с учетом специ¬
фики аппаратов рассматриваемого типа желательно в состав
комплекса включать и дополнительное рабочее место для
рентгенолаборанта, связанное с помощью локальной вычис¬
лительной сети с АРМ врача-рентгенолога. Такая архитектура
рабочих мест позволяет не менее чем в 1,5 раза повысить про¬
изводительность кабинета для массовых профилактических
исследований органов грудной полости: рентгенолаборант
практически в непрерывном режиме (около 30 человек в час)
осуществляет регистрацию данных об обследуемых и съемку,
а врач-рентгенолог параллельно готовит заключения по заре¬
гистрированным изображениям. Подобная организация рабо¬
ты позволяет на одном аппарате при двухсменной работе про¬
вести профилактическое обследование органов грудной по¬
лости у 200—300 человек в день, что составляет 50 000—75 000
человек в год. АРМ рентгенолаборанта располагают в пульто¬174
гвой комнате кабинета для профилактических исследований
органов грудной полости, а АРМ врача-рентгенолога может
располагаться в любом удобном приспособленном месте в
рамках отделения лучевой диагностики. Основой каждого из
АРМ является рабочая станция, в состав которой входят сис¬
темный блок и монитор. В современных комплексах аппарат¬
ная часть системного блока (речь здесь идет об IBM-совмес¬
тимых компьютерах) должна содержать процессор с тактовой
частотой не менее 1,5 ГГц, оперативное запоминающее уст¬
ройство с объемом памяти не менее 512 Мб, «жесткий» диск с
объемом памяти не менее 60 Гб, видеоплату (видеокарту),
поддерживающую режим не менее 1280 х 1024 х 32 бит (для
оснащения флюорографов с пространственной разрешающей
способностью до 2 пар линий/мм) и не менее
1600 х 1200 х 32 бит (для систем с более высокой разрешаю¬
щей способностью), а также сетевой адаптер с пропускной
способностью 100 Мбит/с. На АРМ врача-рентгенолога жела¬
тельно устанавливать монитор с размером диагонали экрана
не менее 19"; на рабочем месте рентгенолаборанта допускает¬
ся использование монитора с размером диагонали экрана 15".
Как минимум одно из рабочих мест должно иметь в составе
встроенное или внешнее устройство записи/чтения информа¬
ции, ориентированное на определенный вид носителей (маг¬
нитных, оптических или магнитооптических). На базе этого
устройства формируется архив цифровых рентгеновских изо¬
бражений и сопутствующей информации, который должен
быть рассчитан на хранение не менее 375 000 изображений
(исходя из директивного срока хранения 5 лет). АРМ как вра¬
ча-рентгенолога, так и рентгенолаборанта должны иметь ин¬
терфейс с устройствами для изготовления твердых копий ме¬
дицинских изображений и распечатывания заключений, кото¬
рые входят в состав оборудования цифровой рентгенографи¬
ческой системы для массовых профилактических исследова¬
ний органов грудной полости. Так как твердые копии в дан¬
ном случае не являются основой для заключений (врач-рент-
генолог анализирует изображение на экране монитора), для
их изготовления можно использовать лазерный принтер с раз¬
решающей способностью не менее 1200 dpi. Заметно лучшие
результаты обеспечивает включение в состав рентгенодиагно¬
стического комплекса термопринтеров или специализирован¬
ных струйных принтеров (работающих со специальными чер¬
нилами и специальной бумагой или пленкой), хотя это реше¬
ние увеличивает стоимость системы. Для распечатывания тек¬
стов заключений вполне пригодны бытовые струйные прин¬
теры.Требования к программному обеспечению. С учетом назна¬
чения цифровой системы для массовых профилактических ис¬
следований органов грудной полости ее программное обеспе¬175
чение должно быть ориентировано на решение следующих ос¬
новных задач:■	ввод и регистрация данных об обследуемом;■	управление рентгеновским комплексом (в том числе ус¬
тановка основных параметров проведения съемки);■	регистрация и отображение на экране монитора первич¬
ных нормированных изображений;■	математическая обработка зарегистрированных изображе¬
ний;■	подготовка заключений с использованием формализован¬
ного протокола описания изображений;■	запись медицинских изображений и сопутствующей ин¬
формации в базу данных и чтение информации из нее;■	подготовка твердых копий изображений и заключений;■	подготовка необходимой статистической отчетности.Основные требования к ПО сводятся, как правило, к обес¬
печению «дружественного интерфейса» с оператором, а также
к его быстродействию. Требования к быстродействию опреде¬
ляются как необходимостью регистрации первичного норми¬
рованного изображения и отображения его на экране монитора
в течение времени, не превышающего 30—40 с от момента на¬
чала экспозиции, так и возможностью провести математиче¬
скую обработку зарегистрированного изображения за время, не
превышающее в среднем 60 с. Математическая обработка изо¬
бражений в свою очередь должна обеспечивать возможность:•	выделения на изображении области интереса;•	регулирования яркости и контрастности как всего изо¬
бражения в целом, так и выделенной области;•	инвертирования (преобразование негатив — позитив) как
всего изображения в целом, так и выделенной области;•	увеличения отдельных участков изображения;•	измерения площади выделенной области и расстояния
между двумя заданными на изображении точками;•	одновременного отображения на экране монитора не ме¬
нее двух различных изображений.С учетом специфики проведения профилактических иссле¬
дований органов грудной полости на каждого обследуемого в
базе данных необходимо хранить следующую информацию:▲	фамилия, имя, отчество;▲	дата рождения;▲	пол;а дата взятия на учет;▲	номер амбулаторной карты или стационарной истории
болезни;▲	домашний адрес, телефон;176
а место работы;а принадлежность к группам риска (сахарный диабет, яз¬
венная болезнь, пиелонефрит, хронические неспецифи¬
ческие заболевания легких, социальная дезадаптация);
а принадлежность к «декретированному контингенту»;
а номер и серия страхового полиса, название страховой
компании;а дата следующей явки на профилактическое исследование.При разработке структуры базы данных (в части организа¬
ции хранения рентгеновских изображений и соответствующих
им описаний) необходимо предусмотреть ситуации, когда од¬
ному изображению могут соответствовать несколько описаний
(сделанных разными врачами) и, наоборот, одно описание
может быть связано с несколькими изображениями, относя¬
щимися к одному и тому же обследуемому (например, выпол¬
ненными в разное время или в разных проекциях).С учетом требований закона РФ «О радиационной безопас¬
ности населения» ПО должно обеспечить возможность при
проведении каждого исследования фиксировать и сохранять в
соответствующем разделе базы данных величину полученной
обследуемым дозовой нагрузки [43]. Также ключевым являет¬
ся соблюдение требований международного стандарта DICOM
3.0 при организации архивирования полученных в процессе
исследований данных.В программном обеспечении АРМ цифровых флюорогра¬
фов должны быть предусмотрены меры по исключению не¬
санкционированного доступа к хранимым данным и к управ¬
лению аппаратной частью.6.3.	Конструктивные особенности цифровых
комплексов для массовых профилактических
исследований органов грудной полости6.3.1.	Стационарные устройстваС учетом конструктивных особенностей, связанных в пер¬
вую очередь с типом приемника рентгеновского изображения,
разработанные и находящиеся в эксплуатации в Российской
Федерации цифровые установки для профилактических ис¬
следований органов грудной полости могут быть разделены на
следующие группы:а сканирующие системы с газовыми ионизационными ка¬
мерами;а сканирующие системы с линейкой полупроводниковыхдетекторов;177
▲	системы, тракт приема-преобразования которых построен
на основе комбинации: сцинтилляционный экран — све¬
тосильная оптика — ПЗС-матрица;▲	системы на основе УРИ.За последние годы к применению в клинической практике
и серийному производству было рекомендовано большое ко¬
личество цифровых комплексов для профилактических иссле¬
дований органов грудной полости; к настоящему времени
часть из них уже не производится, часть подверглась модер¬
низации, а некоторые не нашли широкого применения. По¬
этому далее будут описаны наиболее широко представленные
в ЛПУ либо наиболее характерные для той или иной группы
оборудования цифровые установки1.6.3.1.1.	Сканирующие системы с газовыми ионизационными
камерами. Как уже упоминалось, первенство в разработке ска¬
нирующих систем для цифровой рентгенографии на основе
газовых ионизационных камер у нас в стране принадлежит
Институту ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ
СО РАН, Новосибирск). Именно там была разработана и из¬
готовлена малодозовая цифровая рентгенографическая уста¬
новка (МЦРУ) «Сибирь-Н», которая в 1994 г. была рекомен¬
дована Комитетом по новой технике Министерства здраво¬
охранения Российской Федерации к использованию в клини¬
ческой практике (для проведения профилактических исследо¬
ваний органов грудной полости у населения). Рекомендован¬
ная область применения определялась в первую очередь отно¬
сительно невысокой пространственной разрешающей способ¬
ностью приемника рентгеновского изображения на базе мно¬
гопроволочной пропорциональной камеры, которая составля¬
ет примерно 0,8 пары линий/мм.Позднее серийное производство МЦРУ «Сибирь-Н» было
освоено на ЗАО «Научприбор» (г. Орел), а также еще на двух
российских предприятиях [2—4, 6, 7, 9, 48]. Цифровой флюо¬
рограф на базе МПК, разработанной ИЯФ СО РАН, был соз¬
дан в НПЦ медицинской радиологии. Опытный образец уста¬
новки «ФМЦ-Хе-125», которая была рекомендована к серий¬
ному производству, в течение ряда лет эксплуатировался в од¬
ном из московских специализированных туберкулезных ЛПУ
[19]; однако по ряду причин серийное производство этого
комплекса освоено не было.1 В литературе имеются некоторые (в основном незначительные) рас¬
хождения в отдельных медико-технических характеристиках оборудо¬
вания; при наличии подобных расхождений значения параметров уточ¬
нялись в соответствии с техническими условиями на систему либо про¬
токолами приемочных технических испытаний, проведенных ОАО «НПО
“Экран”».178
Многопроволочная пропорциональная камера, заполнен¬
ная под давлением в 2,5—3,0 атм смесью ксенона (80 %) и уг¬
лекислого газа (20 %), служит для регистрации и преобразова¬
ния фотонного излучения в электрический сигнал (см. главу
2). МПК измеряет распределение излучения в горизонтальном
направлении, а измерение в вертикальном направлении обес¬
печивается механическим сканированием, для чего излучатель
с рентгеновской трубкой, щелевой коллиматор и детектор
рентгеновского излучения во время съемки одновременно и
равномерно перемещаются в вертикальном направлении.
Коллиматор с размером щели 0,5—1 мм формирует тонкий
веерообразный рентгеновский пучок. После прохождения че¬
рез исследуемую область тела пациента этот пучок попадает
во входное окно детектора через второй коллиматор, что по¬
зволяет значительно уменьшить рассеянное излучение. По
окончании съемки кадра в памяти компьютера накапливается
цифровое изображение — матрица, содержащая 640 х 640 эле¬
ментов. При скорости сканирования 40 мм/с время получения
кадра с размером по вертикали 400 мм составляет примерно
10 с. Через 8—10 с после окончания сканирования первичное
нормированное изображение отображается на экране монито¬
ра рабочей станции. С учетом того что время экспозиции ка¬
ждой строки в рассматриваемой системе близко к 10 мс, за¬
метного снижения резкости изображения (из-за небольших
перемещений пациента в процессе исследования или движе¬
ния легких и сердца) не происходит.В настоящее время ЗАО «Научприбор» выпускает комплекс
ФМЦ-НП-0 «Взгляд
Орла» для профилак¬
тических исследова¬
ний грудной полости
на основе многока¬
нальной ионизацион¬
ной камеры, также
разработанной ИЯФ
им. Г. И. Будкера СО
РАН (рис. 6.1). Ис¬
пользование МИК по¬
зволило заметно улуч¬
шить характеристики
системы, что наглядно
иллюстрирует табл.6.1.Рис. 6.1. Малодозовая
цифровая флюорографи¬
ческая установка ФМЦ-
НП-0 «Взгляд Орла».179
Таблица 6.1. Основные медико-технические характеристики скани
рующих систем на базе газовых ионизационных камерСистемаХарактеристика^^^^МЦРУ «Си-
бирь-Н»,мпкФМЦ-НП-0«Взгляд Ор¬
ла» (испол¬
нение I),
МИКФМЦ-НП-0«Взгляд Ор¬
ла» (испол¬
нение II),
МИКТип рентгеновского питающе¬Среднечас¬Высокочас¬Высокочас¬го устройства
Максимальные значения:тотноетотноетотноеанодного напряжения, кВ120125125тока рентгеновской трубки, мА90100100Размер изображения в плоско¬
сти детектора, мм384 х 384410 х 410410 х 410Количество элементов изобра¬
жения640 х 6401024 х 20482048 х 2048Пространственная разрешаю¬
щая способность, пары ли¬
ний/мм0,82,2 (мира
под углом
45°)2,8Контрастная чувствитель¬
ность (не хуже), %1,01,01,0Геометрические искажения
(не более), %3,01,51,5Количество разрядов кванто¬
вания сигнала яркости121414Доза в плоскости детектора
(средний режим съемки),
мкГр212Время сканирования (не бо¬
лее), с1055Комплекс «Взгляд Орла» производится в двух вариантах:▲	с камерой, содержащей 1024 канала;▲	с 2048-канальной камерой (в этом варианте пространст¬
венная разрешающая способность составляет порядка
2,8 пары линий/мм).Все рассмотренные цифровые флюорографы оснащены
программным обеспечением, соответствующим требованиям
международного стандарта DICOM 3.0.6.3.1.2.	Сканирующие системы с линейкой полупроводнико¬
вых детекторов. В последние годы в клинической практике в
Российской Федерации апробированы несколько моделей
сканирующих малодозовых цифровых флюорографов на базе
линеек полупроводниковых детекторов (основное отличие
этих систем от рассмотренных в предыдущем подразделе — в180
типе приемника рентгеновского изображения); некоторые из
них нашли широкое применение в практическом здравоохра¬
нении.В ряде разработок цифровых сканирующих систем с ли¬
нейкой полупроводниковых детекторов сканирование пло¬
ским веерообразным пучком осуществляется за счет поворота
излучателя с диафрагмой на определенный угол, обеспечи¬
вающий получение изображения в плоскости детектора с раз¬
мером приблизительно 400 х 400 мм, и синхронного движе¬
ния детектора вдоль горизонтальной (или вертикальной) оси.Аналогичный принцип сканирования (но без перемещения
излучателя) принят и в малодозовых цифровых сканирую¬
щих флюорографах «ПроСкан-2000» и «ПроСкан-7000» ком¬
пании «Рентгенпром» (г. Истра, Московской области). Для
регистрации рентгеновского потока, прошедшего через иссле¬
дуемую область тела пациента, в этих комплексах использует¬
ся кремниевый линейный детектор, имеющий длину 400 мм
(«ПроСкан-2000») и около 550 мм («ПроСкан-7000»). Его пе¬
ремещают вдоль грудной клетки в горизонтальном направле¬
нии одновременно с веерообразным рентгеновским пучком,
формируемым щелевой диафрагмой. Для этого детектор и
щелевая диафрагма крепятся к штанге, которая совершает
вращательное движение вокруг фокусного пятна излучателя;
в движение штангу приводит микрошаговый двигатель.Для флюорографа «ПроСкан-7000» разработана новая
рентгенозащитная кабина из современных композитных мате¬
риалов, уменьшающая радиационную нагрузку на персонал
(свинцовый эквивалент 1,2 мм), поэтому рабочее место рент¬
генолаборанта или врача-рентгенолога можно размещать не¬
посредственно рядом с кабиной. Рентгенолаборант управляет
аппаратом с консоли, выполненной на базе персонального
компьютера с монитором (17"), реагирующим на касание
пальцами рук; с этой же консоли осуществляются ввод дан¬
ных о пациенте, задание параметров съемки и контроль каче¬
ства полученного изображения. Место врача-рентгенолога ос¬
нащается профессиональным медицинским монитором (20,3")
компании «EIZO» (Япония) [13]. Обследования могут выпол¬
няться в двух режимах: профилактическом (скрининговом) и
диагностическом. Профилактический режим характеризуется
меньшей дозой облучения пациента (около 2 мкГр в плоско¬
сти детектора) и меньшим пространственным разрешением
(на уровне 2 пар линий/мм). В случае обнаружения патологи¬
ческих изменений при необходимости можно перейти в ре¬
жим дообследования с пространственной разрешающей спо¬
собностью 3,1 пары линий/мм [14].В составе излучателя используется рентгеновская трубка с
микрофокусом 0,3 мм. На обоих рабочих местах устанавлива¬
ется специализированная программа управления флюорогра-181
Рис. 6.2. Цифровой малодозовый флюорограф «ПроСкан-7000».фом и обработки изображения. Для архивирования снимков
используются цифровые видеодиски, вмещающие около 3500
снимков каждый. Твердую копию изображения можно полу¬
чить на профессиональном медицинском принтере, причем
как на бумаге, так и на пленке. Для распечатывания периоди¬
ческих отчетов и заключений устанавливается офисный лазер¬
ный принтер. Внешний вид комплекса «ПроСкан-7000» пред¬
ставлен на рис. 6.2.В Республике Беларусь разработан (и апробирован в целом
ряде ЛПУ) цифровой рентгенографический аппарат ЦРС
«ПУЛЬМОСКАН стандарт» (унитарное предприятие «АДАНИ»)
[36]; в нем сканирование линейки полупроводниковых детек¬
торов осуществляется также вдоль горизонтальной оси
(рис. 6.3).Модификация этой установки (ЦРС «ПУЛЬМОСКАН
стандарт плюс») обладает более высоким пространственным182
Рис. 6.3. Установка ЦРС «ПУЛЬМОСКАН стандарт».разрешением (до 2,5 пары линий/мм) и может использовать¬
ся при дообследовании пациентов пульмонологического про¬
филя. Как и в комплексе «ПроСкан-7000», в этой разработ¬
ке для повышения пространственной разрешающей способ¬
ности используется эффект геометрического увеличения; од¬
нако использование этого эффекта для сканирующих систем
приводит к снижению квантовой эффективности регистра¬
ции за счет дополнительных потерь энергии, связанных с со¬
отношением площади сечения рентгеновского пучка и пло¬
щади чувствительных элементов линейки твердотельных де¬
текторов.Основные медико-технические характеристики сканирую¬
щих систем для массовых профилактических исследований
органов грудной полости, в которых в качестве приемников
рентгеновского изображения используются линейки полупро¬
водниковых детекторов, приведены в табл. 6.2.Хранение результатов исследований в рассмотренных ска¬
нирующих системах на базе линеек твердотельных детекто¬
ров осуществляется в соответствии с требованиями стандар¬
та DICOM 3.0.183
Таблица 6.2. Основные медико-технические характеристики скани¬
рующих систем на базе линеек полупроводниковых детекторовСистемаХарактеристика"''''^^«ПроСкан-2000»«ПроСкан-7000»«ПУЛЬ-МОСКАНстандарт»«ПУЛЬ-МОСКАНстандартплюс»Тип рентгеновскогоСредне-Средне-Средне¬Средне¬питающего устройстваМаксимальные значе¬
ния:частотноечастотноечастотноечастотноеанодного напряже¬
ния, кВ125125140140тока рентгеновской
трубки, мА15403050Размер изображения в
плоскости детектора,
мм390 х 390390 х 390410 х 410410 х 410Количество элемен¬
тов изображения1800 х 18002560 х 25601536 х 15362048 х 2048Пространственная
разрешающая способ¬
ность, пары линий/мм2,03,12,02,5Контрастная чувстви¬
тельность (не хуже), %0,50,51,01,0Доза в плоскости де¬
тектора (средний ре¬
жим съемки), мкГр242020Геометрические иска¬
жения (не более), %1,90,70,50,5Количество разрядов
квантования сигнала
яркости16161414Время сканирования
(не более), с5522,86.3.1.3.	Комплексы, тракт приема-преобразования которых
построен на основе комбинации: сцинтилляционный экран —
светосильная оптика — ПЗС-матрица. Первый российский
цифровой комплекс для массовых профилактических исследо¬
ваний органов грудной полости, тракт формирования изобра¬
жения которого построен на основе комбинации: сцинтилля¬
ционный экран — светосильная оптика — ПЗС-матрица, был
разработан компанией «Гелпик» (Москва) [37]. Система для
цифровой флюорографии «Ренекс-Флюоро» выполнена в виде
двух отдельных стоек, позволяющих осуществлять синхронное
перемещение приемника и излучателя по вертикали (рис. 6.4).
Внутри стоек размещаются все основные узлы (источник и184
Рис. 6.4. Цифровой флюорограф «Ренекс-Флюоро».приемник излучения, рентгеновское питающее устройство,
узел управления перемещением стоек). В приемнике исполь¬
зованы чувствительный флюоресцентный экран на основе
окиси сульфида гадолиния, светосильная оптика и охлаждае¬
мая ПЗС-матрица, содержащая 1024 х Ю24 элемента. В ком¬
плект поставки данной системы входят два АРМ (врача-рент-
генолога и рентгенолаборанта), математическое обеспечение
которых совместимо с требованиями международного стан¬
дарта DICOM 3.0. Модификация данного цифрового ком¬
плекса производится московским ЗАО «ММЗ Вымпел».В состав комплекса «ФЦ ОКО» (НИПК «Электрон»,
Санкт-Петербург) входят два автоматизированных рабочих
места; программное обеспечение позволяет осуществлять хра¬
нение и передачу данных по результатам исследований в соот¬
ветствии с требованиями стандарта DICOM 3.0 [22]; комплекс
может применяться и для дообследования пациентов пульмо¬
нологического профиля (рис. 6.5).Модернизация традиционных пленочных флюорографов
«12Ф7» («12Ф9») с целью создания на их основе цифровых185
Рис. 6.5. Цифровой флюорографический комплекс «ФЦ ОКО».установок была предложена специалистами ЗАО «Амико»
(рис. 6.6). При этом заменяется традиционная флюорографи¬
ческая камера на цифровую «ФЕНИКС-4000» («АПЦФ-01»),
позволяющую реализовать пространственную разрешающую
способность порядка 2,5 пары линий/мм; установка допол¬
няется как минимум одним АРМ с соответствующим про¬
граммным обеспечением, термопринтером для изготовления
твердых копий изображений и лазерным принтером для рас¬
печатывания отчетов и заключений.На основе цифровой камеры «ФЕНИКС-4000» компа¬
нией «Рентгенпром» выпускается самостоятельный цифро¬
вой комплекс для профилактических исследований органов
грудной полости «ПроМатрикс-4000».Основные медико-технические характеристики цифровых
флюорографических комплексов «Ренекс-Флюоро», «ФЦ
ОКО» и «ПроМатрикс-4000» представлены в табл. 6.3.186
Рис. 6.6. Модернизация пленочного флюорографа с целью создания
цифрового комплекса.Таблица 6.3. Основные медико-технические характеристики цифро¬
вых флюорографов, тракт приема-преобразования которых построен
на основе комбинации: сцинтилляционный экран — светосильная опти¬
ка — ПЗС-матрица' -——-	 СистемаХарактеристика'"'' -—		«Ренекс-Флюоро»«ФЦ око»«ПроМат-рикс-4000»Тип рентгеновского питающе¬Среднечас¬Среднечас¬Среднечас¬го устройстватотноетотноетотноеМаксимальные значения:анодного напряжения, кВ125150125тока рентгеновской трубки, мА500640300Размер изображения в плоско¬390 х 390390 х 390390 х 390сти детектора, ммКоличество элементов изобра¬1024 х Ю242048 х 20482048 х 2048женияПространственная разрешаю¬1,32,62,5щая способность, пары ли¬ний/ммКонтрастная чувствитель¬1,51,51,0ность (не хуже), %Геометрические искажения1,51,02,0(не более), %187
Продолжение—-—Система
Характеристика —«Ренекс-Флюоро»«ФЦ око»«ПроМат-рикс-4000»Количество разрядов кванто¬141416вания сигнала яркостиДоза в плоскости детектора10108(средний режим съемки), мкГр6.3.1.4.	Комплексы на основе УРИ. Первый российский
цифровой флюорограф на базе УРИ «ФСЦ-У-01» (рис. 6.7)
был разработан российско-французским предприятием
«СпектрАп» совместно с компанией «ТАНА» [9, 23, 33].
Принцип действия установки основан на получении в им¬
пульсном режиме излучения при использовании УРИ четырех
парциальных изображений грудной полости, которые в даль-Рис. 6.7. Флюорографический комплекс «ФСЦ-У-01».
188
W'нейшем объединяются («сшиваются») с помощью соответст¬
вующего программного обеспечения. Таким образом форми¬
руется полноформатное изображение. Парциальные изобра¬
жения получают путем последовательного механического пе¬
ремещения УРИ с размером рабочего поля порядка 23 см по
четырем квадрантам в плоскости приемника рентгеновского
изображения; весь процесс съемки занимает около 5—6 с.Использование УРИ позволяет ограничиться маломощным
РПУ и заметно снизить дозовую нагрузку на обследуемых
(мощность, подводимая к рентгеновской трубке во время ис¬
следования, не превышает 0,5 кВт).Основные медико-технические характеристики цифрового флюорогра¬
фа «ФСЦ-У-01»Рентгеновское питающее устройство (тип)Максимальные значения:анодного напряжения, кВтока рентгеновской трубки, мАРазмер изображения в плоскости детектора, ммКоличество элементов изображенияПространственная разрешающая способность, па¬
ры линий/ммКонтрастная чувствительность (не хуже), %Геометрические искажения (не более), %Количество разрядов квантования сигнала яркостиДоза в плоскости детектора (средний режим съем¬
ки), мкГрМодификация системы «ФСЦ-У-01» — комплекс «АМЦР-1»
может быть использован и для дообследования пациентов
пульмонологического профиля, так как в нем пространственная
разрешающая способность увеличена до 3,5 пары линий/мм.
В режиме диагностики существует возможность выбора одно¬
го из трех размеров полей изображения (19х 19; 14 х 14 и
10 х Ю см), при этом для поля 10 х Ю см удается реализовать
разрешающую способность на уровне 5,3 пары линий/мм [24,
25, 42].6.3.2.	Передвижные комплексы для цифровой
флюорографииВ настоящее время на рынок медицинского оборудования
рядом российских компаний поставляются цифровые пере¬
движные флюорографические комплексы на базе шасси авто-Среднечастотное1053.0385 х 385
1024 х 10241,30,53.0
12
1,5189
Рис. 6.8. Структура передвижного цифрового флюорографического
кабинета «КФПЦ» (объяснение в тексте).мобилей различных марок. Так, компанией «Рентгенпром»
разработан передвижной цифровой флюорографический каби¬
нет «КФПЦ» на базе шасси ЗИЛ-5301ЕО «Бычок» и вездехода
КамАЭ-43114. Выбор типов шасси определяется различной
географией использования комплексов: ЗИЛ-5301ЕО «Бычок»
предназначен для работы в городских условиях и на дорогах с
грунтовым покрытием, а вездеход КамАЗ-43114 — в условиях
плохих дорог. В качестве флюорографической установки в этих
комплексах используются системы «ПроСкан-2000» или
«ПроСкан-7000» (по выбору заказчика). Структура передвиж¬
ного кабинета для проведения профилактических исследова¬
ний органов грудной полости представлена на рис. 6.8.Цифровая флюорографическая установка помещается в пе¬
редней части фургона. Пациенты попадают в кабинет через
одну дверь, а покидают его через другую, что увеличивает
пропускную способность. Одновременно в процедурной могут
переодеваться до трех человек. Над каждой дверью установле¬
на тепловая завеса, позволяющая обеспечить комфортные ус¬
ловия в холодное время года. Во время приема пациентов не¬
прерывно работает бактерицидный облучатель, фургон также
оборудован системой принудительной вентиляции. Помеще¬
ние с персоналом частично отделено от процедурной прозрач¬
ной поликарбонатной перегородкой, наличие рентгенозащит-190
гРис. 6.9. Передвижной цифровой флюорографический комплекс на
базе шасси КамАЭ-53215 «АФФ-Медикар».ной кабины позволяет обеспечить радиационную защиту пер¬
сонала, а также ожидающих съемки пациентов [29].Передвижные комплексы «АФФ-Медикар» для цифровой
флюорографии на базе шасси КамАЗ-43114 и КамАЭ-53215
производит ЗАО «ММЗ Вымпел» (рис. 6.9). В качестве цифро¬
вой флюорографической системы в этих разработках исполь¬
зуется аппарат «Ренекс-Флюоро»; комплекс позволяет обслу¬
живать 40—60 пациентов в час. Наличие двух рабочих мест
(рентгенолаборанта и врача-рентгенолога) позволяет послед¬
нему анализировать зарегистрированные изображения в лю¬
бое удобное для него время (в том числе и параллельно с об¬
следованием других пациентов). В фургоне поддерживаются
комфортные условия для персонала и пациентов при широ¬
ком диапазоне изменения температуры окружающей среды.Передвижной флюорографический кабинет «МК9-ФЦ»
(завод «Тандем», Буденновск) представляет собой цельноме¬
таллический блок-контейнер, смонтированный на собствен¬
ной трехосной ходовой части автомобильного прицепа. В ка¬
честве цифровой флюорографической установки в нем ис¬
пользуется система «Ренекс-Флюоро». Кабинет имеет три от¬
сека: тамбур, рабочее помещение, бытовой отсек. Тамбур
предназначен для надежной изоляции рабочего помещения от
внешней среды, что важно при работе в холодное время года.
В рабочем помещении находятся цифровая флюорографиче¬
ская установка, рентгенозащитная кабина, рабочее место
рентгенолаборанта. Бытовой отсек предназначен для отдыха
обслуживающего персонала. Кабинет оборудован встроенной191
мебелью и инженерной системой жизнеобеспечения, которая
включает электрокалориферную отопительную систему, сис¬
тему принудительной вентиляции, искусственное и естествен¬
ное освещение, кондиционер, водонагреватель. В рабочем по¬
мещении установлена бактерицидная лампа. Буксировка
флюорографического кабинета разрешается любым видом
транспорта, оборудованного пневмоприводом.Передвижной комплекс ЦРС «ПульмоЭкспресс» (компа¬
ния «АДАНИ») разработан на базе сканирующего цифрового
флюорографа «ПУЛЬМОСКАН», который устанавливается в
специальном изотермическом кузове на шасси автомобиля.6.3.3.	Переносные комплексы для цифровой
флюорографииВ отдаленных труднодоступных местностях, горных рай¬
онах практически единственно возможным способом органи¬
зации профилактических обследований оказывается использо¬
вание переносных флюорографических систем.Переносной комплекс для цифровой флюорографии в
ящичной укладке «ПроМатрикс-4000» выпускается ЗАО
«Рентгенпром». Основой комплекса служит цифровая рентге¬
новская камера «ФЕНИКС-4000». Система транспортируется
в разобранном виде в футлярах, которые служат элементами
ее конструкции. Масса одного места не более 80 кг, количест¬
во мест для базовой комплектации — 6. Установка может пе¬
ревозиться на любом виде транспорта и монтируется силами
двух человек в течение 1 часа (рис. 6.10). В состав комплекса
входят следующие основные узлы и блоки: основание, сило¬
вой блок, генераторный блок с излучателем и регулируемой
диафрагмой со световым центратором, электромеханический
подъемник, пульт управления, цифровая флюорографическая
камера, персональный компьютер (ноутбук), защитная шир¬
ма. Используемое среднечастотное питающее устройство по¬
зволяет выполнять до 60
снимков в час.Дополнительно (по требо¬
ванию заказчика) система
может быть укомплектована
накопителем энергии, что
позволит ей работать от од¬
нофазной электрической се-Рис. 6.10. Переносной ком¬
плекс «ПроМатрикс-4000» в
ящичной укладке.192
ти (220 В —15 %, +10%, сопротивление до 5 Ом), либо ди¬
зельной мини-электростанцией для организации работы вдали
от электросетей.6.3.4.	Сравнительный анализ основных медико¬
технических характеристик цифровых систем
для массовых профилактических исследований
органов грудной полостиДанные, представленные в предыдущих разделах, позволя¬
ют провести сравнительный анализ основных медико-техни-
ческих характеристик различных цифровых систем для массо¬
вых профилактических исследований органов грудной по¬
лости.Общим является то, что во всех комплексах используются
среднечастотные или высокочастотные рентгеновские питаю¬
щие устройства с уровнем пульсаций высокого напряжения,
не превышающим, как правило, 3—5 %. Пропускная способ¬
ность цифровых флюорографических установок находится на
уровне 40—60 человек в час, что даже несколько превышает
потенциально реализуемую на практике (при регистрации па¬
циентов рентгенолаборантом, производящим съемку).Что касается пространственной разрешающей способности,
то этот параметр изменяется от 1,3 до 3,5 пары линий/мм, при¬
чем устройства с разрешающей способностью более 2,5 пары
линий/мм могут с успехом использоваться и для задач дообс¬
ледования пациентов пульмонологического профиля. Практи¬
чески все рассмотренные типы цифровых флюорографов не
имеют существенных отличий по контрастной чувствительно¬
сти, которая близка к 1 %. Однако следует отметить, что по¬
добная контрастная чувствительность реализуется при заметно
отличающихся значениях дозы в плоскости детектора для раз¬
личных систем. Отсюда заметно отличаются и средние значе¬
ния дозы (за исследование), также приведенные к плоскости
детектора.Наименьшие дозовые нагрузки на обследуемых обеспечи¬
вают цифровые сканирующие системы с газовыми детектора¬
ми, а также системы на основе УРИ. Выигрыш в дозовых на¬
грузках при использовании этих систем по сравнению с при¬
менением современных аппаратов для традиционной флюоро¬
графии (использующих, например, флюорографические каме¬
ры «КФ-400» [20]) может достигать 20—30 раз. Очевидно, что
по сравнению с устройствами для пленочной флюорографии
предыдущего поколения этот выигрыш будет еще заметнее.
Так, расчеты с учетом данных, представленных в [35], показы¬
вают, что выигрыш в дозовых нагрузках на обследуемых при
использовании рассматриваемых цифровых систем по отно¬193
шению к флюорографам с камерами «Йена-100» или «Оделка-
100 XVII-S» составляет примерно 80—120 и 120—180 раз соот¬
ветственно. Таким образом, сканирующие системы с газовы¬
ми линейками и системы на основе УРИ могут быть рекомен¬
дованы для обследования групп населения, особенно чувстви¬
тельных к дозовым нагрузкам (например, дети, беременные).
При этом необходимо предусмотреть меры, позволяющие со¬
хранять неподвижность обследуемых (особенно детей) в про¬
цессе съемки, занимающей около 5—6 с.Сканирующие системы компании «Рентгенпром», исполь¬
зующие линейки полупроводниковых детекторов, обеспечива¬
ют высокое диагностическое качество зарегистрированных
изображений при дозах в плоскости детектора в диапазоне 2—
4 мкГр (при средних параметрах съемки), что означает выиг¬
рыш в 7,5—15 раз в дозовых нагрузках на обследуемых по
сравнению со случаем использования современных устройств
для традиционной пленочной флюорографии.Наибольшую среди рассмотренных систем (за исключени¬
ем «ПУЛЬМОСКАН») дозовую нагрузку на обследуемых дают
цифровые флюорографы, тракт формирования изображения
которых содержит сцинтилляционный экран, светосильную
оптику и ПЗС-матрицу. При средних параметрах съемки зна¬
чение дозы в плоскости детектора для этих систем лежит в
диапазоне 8—10 мкГр, что тем не менее позволяет обеспечить
выигрыш в дозовых нагрузках на обследуемых в 3—4 раза по
сравнению со случаем использования современной камеры
«КФ-400», предназначенной для съемки на пленку.Особняком с точки зрения дозовых нагрузок на обследуе¬
мых стоят комплексы «ПУЛЬМОСКАН», в которых эти на¬
грузки соизмеримы с нагрузками при традиционной рентгено¬
графии органов грудной полости и которые дают выигрыш по
дозе всего в 1,5 раза по сравнению с современными пленоч¬
ными флюорографами.Немаловажными с учетом предполагаемой области приме¬
нения оказываются и конструктивные особенности различных
цифровых флюорографических комплексов. Так, в конструк¬
ции цифровых флюорографов, использующих в тракте фор¬
мирования рентгеновского изображения камеру на основе
ПЗС-матрицы, отсутствуют элементы, которые осуществляют
в процессе экспозиции механическое перемещение блоков и
узлов излучателя и приемника-преобразователя (сканирующие
системы на основе ионизационных газовых камер и линеек
полупроводниковых детекторов) либо только приемника (сис¬
тема на базе УРИ), что обеспечивает их большую надежность
в процессе эксплуатации. Также существенно, что при уста¬
новке этого оборудования (а также при регламентных работах)
не требуется проведения трудоемких юстировочных операций,
как это имеет место в сканирующих системах и в системах с194
механически перемещаемым УРИ. По этим причинам цифро¬
вые флюорографы с приемниками рентгеновского изображе¬
ния на базе комбинации: сцинтилляционный экран — свето¬
сильная оптика — ПЗС-матрица представляются наиболее
предпочтительными для установки на подвижные средства с
целью организации передвижных флюорографических каби¬
нетов. Справедливости ради, необходимо отметить, что скани¬
рующие флюорографы с линейкой полупроводниковых детек¬
торов в составе передвижных комплексов также зарекомендо¬
вали себя достаточно надежно.По поводу математического обеспечения цифровых флюо¬
рографических комплексов необходимо отметить два обстоя¬
тельства. Во-первых, отрадным является тот факт, что к на¬
стоящему времени программное обеспечение большинства
систем позволяет хранить данные по результатам исследова¬
ний в соответствии с требованиями международного стандар¬
та DICOM 3.0, следствием чего является возможность чтения
и обработки этих данных в других ЛПУ, также оснащенных
DICOM-совместимым оборудованием. Во-вторых, уже с со¬
жалением приходится отметить, что далеко не во всех ком¬
плексах используется специализированное (ориентированное
именно под задачи массовых профилактических исследований
органов грудной полости и дообследования пациентов пуль¬
монологического профиля) программное обеспечение, вклю¬
чающее и модуль формализованного описания снимков. Опыт
использования подобного программного обеспечения, разра¬
ботанного специалистами Научно-практического центра ме¬
дицинской радиологии, в составе различных цифровых флюо¬
рографических систем (включая комплексы «ПроСкан-2000»
и «ПроСкан-7000») подтвердил его эффективность (особенно
в ЛПУ с большим количеством выявляемых патологическихизменений) [31, 32].СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1 .Александрова А. В. Рентгенологическая диагностика туберкулеза
органов дыхания. — М., 1983. — 192 с.2.	Бабичев Е. А., Бару С. Е., Волобуев А. И. и др. Цифровая рентгено¬
диагностическая установка для медицинской диагностики // Мед.
техника. — 1997. — № 1. —С. 13—17.3.	Бару С. Е., Поросев В. В., Хабахпашев А. Г., Шехтман Л. И. Харак¬
теристики цифровых детекторов рентгеновского излучения: Пре¬
принт ИЯФ 2001-7. — Новосибирск, 2001. — 20 с.4.	Белова И. Б., Казенный Б. Я. Малодозовая цифровая рентгеногра¬
фия — новое направление во фтизиатрической практике // Мед.
визуализация. — 1999. — № 1. — С. 2—6.5.	Белова И. Б., Казенный Б. Я., Китаев В. М. Малодозовая цифровая
рентгенография — эффективный метод ранней диагностики ту-195
беркулеза легких // Материалы науч.-практ. конф. «Цифровая
рентгенофлюорография в диагностике легочных заболеваний». —
Орел, 1999.6.	Белова И. Б., Китаев В. М. Цифровая рентгеновская диагностика
туберкулеза легких // Мед. визуализация. — 1999. — № 4. — С. 7—
13.7.	Белова И. Б., Китаев В. М. Малодозовая цифровая рентгеногра¬
фия (малодозовая цифровая рентгенографическая установка «Си¬
бирь»). — Орел, 2001. — 160 с.8.	Бердяков Г. И., Зеликман М. И., Ртищева Г. М. Оборудование для
цифровой флюорографии: состояние и перспективы развития //
Радиология — практика. — 2000. — Март. — С. 24—28.9.	Бердяков Г. И., Ртищева Г. М., Коку ев А. Н. Особенности построе¬
ния и применения цифровых рентгенодиагностических аппаратов
для исследования легких // Мед. техника. — 1998. — № 5. —
С. 35-40.10.	Блинов Н. 77. (мл.). Проблемы технического переоснащения служ¬
бы рентгенодиагностики Российской Федерации // Мед. техни¬
ка. - 1998. - № 6. - С. 41-44.М. Блинов Н. Н. (мл.), Борисов А. А., Вейп Ю. А., Головастое С. А.
и др. Цифровая камера ЦФК-1 для флюорографии и рентгеногра¬
фии // Мед. техника. — 1999. — № 5. — С. 30—31.12.	Блинов 77. Н. (мл.), Губенко М. Б., Уткин 77. М. Экономическая це¬
лесообразность цифровой флюорографии // Мед. техника. —1999.-№ 5.-С. 41-44.13.	Блинов Н. Н. (мл.), Гуржиев А. Н., Гуржиев С. Н., Кострицкий А. В.
Новый сканирующий малодозовый цифровой флюорограф «Про-
Скан-7000» // Мед. техника. — 2004. — № 5. — С. 47.14.	Блинов Н. Н. (мл.), Гуржиев А. 77'., Зеликман М. И. и др. Результаты
апробации методик контроля характеристик цифровых приемни¬
ков рентгеновского изображения при использовании Стандарта
Предприятия (ВНИИИМТ) 01-22—04 // Мед. техника. — 2004. —
№ 6. - С. 13-16.\5. Блинов Н. Н. Исследование и разработка цифровых рентгенопре¬
образующих систем для исследования легких: Автореф. дис. ...
канд. техн. наук. — М., 1998. — 25 с.16.	Блинов Н. Н. Обоснование параметров базовой модели питающего
устройства аппаратов для общей рентгенодиагностики // Мед.
техника. — 2000. — № 5. — С. 6—10.17.	Блинов Н. 7/., Блинов Н. Н. (мл.), Ставицкий Р. В. Оценка дозы
облучения пациентов при рентгенографии на отечественных рент¬
генодиагностических комплексах // Мед. физика. — 1999. —
№ 6. - С. 18-25.18.	Блинов 77. Н., Варшавский Ю. В., Зеликман М. И. Основные задачи
развития отечественного рентгеноаппаратостроения // Вопр. он-
кол. - 1997. - Т. 43, № 5. - С. 550-552.19.	Блинов Н. 77., Варшавский Ю. В., Зеликман М. И. Особенности ис¬
пользования сканирующего рентгеновского цифрового флюоро¬
графа ФМЦ-Хе-125 // Мед. радиол, и радиац. безопасность.—1999.	-№ 4.-С. 17-21.20.Блинов	Н. Н., Горелик Ф. Г. Современные возможности традици¬
онной флюорографии // Мед. техника. — 1999. — № 4. — С. 30—
34.196
г21 .Блинов Н. НЗеликман М. И. Рентгенодиагностическая аппарату¬
ра после 2000 г.: максимум информативности при минимуме до-
зовых нагрузок // Мед. радиол, и радиац. безопасность. — 1999. —
№ 1.-С. 6-8.22.	Вейп Ю. А., Мазуров А. И., Ребони В. О. Проблемы технического
оснащения флюорографической службы // Мед. техника. —2003. -№ 5. - С. 12-15.23.	Владимиров Л. ВКантер Б. М. Анализ дозовых нагрузок на паци¬
ента и персонал при работе на флюорографе с УРИ «ФСЦ-У-01» //
Мед. техника. — 2002. — № 3. — С. 18—21.24.	Владимиров Л. В., Кантер Б. М. Аппарат малодозовый цифровой с
усилителем рентгеновского изображения для рентгенографии и
флюорографии АМЦР-1 // Материалы международной научно-
практической конференции «Радиационная безопасность в меди¬
цине»: Суздаль, 6—8 октября 2003 г. — С. 178—179.25.	Владимиров Л. В., Кантер Б. М., Лыгин В. А., Столов И. Ю. Иссле¬
дование систем цифровой флюорографии и рентгенографии на
базе УРИ // Сб. матер. II Евразийского конгресса по мед. физике
и инженерии «Медицинская физика — 2005». — М., 2005. —С. 98-99.26.	ГОСТ 26140—84. Аппараты рентгеновские медицинские. Общие
технические условия. — М., 1984. — 51 с.27.	ГОСТ Р 50267.0.3—99 (МЭК 60601-1-3—94). Изделия медицинские
электрические. Часть 1. Общие требования безопасности. 3. Об¬
щие требования к защите от излучения в диагностических рентге¬
новских аппаратах. — М., 2000. — 35 с.28.	ГОСТ Р 50267.32—99 (МЭК 60601-2-32—94). Изделия медицин¬
ские электрические. Часть 2. Частные требования безопасности к
вспомогательному оборудованию рентгеновских аппаратов. — М.,2000.	- 11 с.29.	Гуржиев А. Н., Третьякова Т. Ю. Передвижные рентгеновские ка¬
бинеты ЗАО «Рентгенпром» // Мед. алфавит. — 2004. — № 4. —
С. 8-9.30.	Дмоховский В. В. Основы рентгенотехники. — М., 1960. — 352 с.31.	Евфимьевский Л. В., Зеликман М. И. Цифровое архивирование и
обработка результатов профилактических исследований грудной
клетки // Пульмонология. — 1999. — Т. 9, № 4. — С. 18—20.32.	Евфимьевский Л. В., Зеликман М. И., Садиков 77. В. Опыт исполь¬
зования формализованного протокола для описания цифровых
флюорограмм // Мед. техника. — 2003. — № 5. — С. 42—45.33.	Кантер Б. М. Методы и средства малодозовой цифровой флюоро¬
графии // Мед. техника. — 1999. — № 5. — С. 10—13.34.	Кучеров А. Л., Ильичева Е. Ю. Новые подходы к активному выяв¬
лению больных туберкулезом // Рус. мед. журн. — 2000. — Т. 8,
№ 12. - С. 492-494.35.Лагунова	И. Г., Каган Е. М., Гордон В. И., Чикирдин Э. Г., Мас¬
лов Л. А. Медико-технические характеристики флюорографиче¬
ских камер «Оделка-ЮО XVII-S» и «Йена-100» // Материалы сим¬
позиума по флюорографии (Белгород, октябрь, 1969).— М.,
1969.-С. 70-75.36.	Линев В. Н. Роль современных сканирующих технологий в цифро¬
вой рентгенодиагностике // Материалы Международного межуни¬
верситетского семинара по диагностической и терапевтической197
радиологии. Минск, 20—21 октября 2003 г. — Минск, 2003.—
С. 41-49.37.	Мишкинис А. Б., Смелик Г. ИЧикирдин Э. Г. Аппарат для цифро¬
вой флюорографии «Ренекс-Флюоро» // Мед. техника. — 1998. —
№ 6. - С. 14-16.38.	Нудельман С., Рерих X., Кэпп М. П. Электронно-оптическая циф¬
ровая рентгенография. Часть III. Устройства формирования изо¬
бражения и принципы проектирования систем // ТИИЭР. —
1982. - Т. 70, № 7. - С. 33-48.39.	Основы рентгенодиагностической техники / Под ред. Н. Н. Бли¬
нова: Учебное пособие. — М.: Медицина, 2002. — 392 с.40.	Рентгеновские диагностические аппараты. В 2-х т. Том 1 / Под
ред. Н. Н. Блинова, Б. И. Леонова. — М.: ВНИИИМТ, НПО «Эк¬
ран», 2001. — 220 с.41 .Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. Кн. 1 / Под общ. ред.
В. В. Клюева. — М., 1992. — 480 с.42.	Серова Е. В., Кантер Б. М., Лыгин В. А. и др. Опыт использования
цифрового малодозового рентгенодиагностического аппарата вы¬
сокого разрешения «АМЦР-1» в диагностике туберкулеза // Сб.
матер. II Евразийского конгресса по мед. физике и инженерии
«Медицинская физика — 2005». — М., 2005. — С. 126—127.43.	Федеральный закон «О радиационной безопасности населения».
№ З-ФЗ от 9 января 1996 г.44.	Чикирдин Э. Г. Отечественная медицинская рентгенотехника с
уверенностью вступает в 2000 г. // Мед. техника. — 2000. —
№ 5. - С. 3-6.45.	Чикирдин Э. Г. Развитие технической базы лучевой диагностики //
Мед. техника. — 1998. — № 1. — С. 43—46.46.	Чикирдин Э. Г. Развитие цифровой техники для рентгенодиагно¬
стики (по материалам выставки «Здравоохранение — 97») // Мед.
техника. — 1998. — № 3. — С. 36—39.47.	Юкелис Л. И., Евфимьевский Л. В., Блинов Н. Н., Зеликман М. И.,
Кокуев А. Н. Новый метод рентгенологического исследования
грудной полости, заменяющий флюорографию // Пробл. туб. —
1998. -№ 4. - С. 27-28.48.	Babichev Е. А., Ваги S. Е. et al. Photon counting and integrating ana¬
log gaseous detectors for digital scanning radiography // Nuclear In¬
struments & Methods in Physics Research. — 1998. — A419.—
P. 290-294.
Глава 7СИСТЕМЫ АРХИВИРОВАНИЯ И ПЕРЕДАЧИ
ЦИФРОВЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
И ТЕЛЕРАДИОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ7Л. Системы архивирования и передачи медицинских
изображений и сопутствующей информацииВопросы обработки и архивного хранения изображений,
формируемых при использовании методов цифровой рентге¬
нологии, начали активно обсуждаться в научно-технической
литературе с появлением первых отделений электронно-опти-
ческой цифровой рентгенографии в конце 70-х — начале 80-х
годов XX в. [7—9]. В то время речь шла о создании автомати¬
зированной системы отделения, которая позволила бы объ¬
единить в единое целое несколько подразделений ЛПУ, раз¬
деленных территориально. При такой структуре работа в рам¬
ках системы начиналась с того, что в процессе обследования
пациента в рентгенографическом кабинете полученное изо¬
бражение преобразовывалось в цифровую форму (речь идет
об аналого-цифровом преобразовании электрических сигна¬
лов на выходе телевизионного тракта УРИ) и передавалось
для записи на магнитный диск большой емкости. На втором
этапе зарегистрированное на диске цифровое изображение
передавалось на дисплей в просмотровый кабинет, и врач ли¬
бо рентгенолаборант оценивали его качество с точки зрения
пригодности для дальнейшей работы. При приемлемом каче¬
стве записанного изображения врач-рентгенолог переходил к
последующим операциям, которые сводились к математиче¬
ской обработке зарегистрированного изображения, занесению
его в память и при необходимости отображению на другом
дисплее.Бурное развитие электроники за последние 20 лет созда¬
ло предпосылки для использования в составе автоматизиро¬
ванных рабочих мест цифровых рентгенодиагностических
систем персональных компьютеров, обладающих высокой
производительностью, мониторов с большими экранами и
высокой пространственной разрешающей способностью; зна¬
чительно шире стал выбор систем хранения информации —
помимо магнитных, появились оптические и магнитооптиче¬
ские устройства долговременного хранения данных. Кроме199
того, за эти годы появились и продолжают развиваться ин¬
фраструктура связи и соответствующая технологическая база
для передачи на значительные расстояния за короткое время
цифровых изображений большой информационной емкости
и сопутствующей информации. Необходимо также отметить,
что аппаратное оснащение современного отделения лучевой
диагностики, помимо цифровых рентгенодиагностических
устройств, включает в себя другие диагностические системы,
информация на выходе которых представляется в цифровой
форме.Для успешной и эффективной работы отделений, в кото¬
рых, помимо цифровых рентгенодиагностических комплек¬
сов, используются различные Цифровые средства лучевой ди¬
агностики, например оборудование для ультразвуковых ис¬
следований (УЗИ), а также рентгеновской компьютерной и
магнитно-резонансной томографии (РКТ и МРТ), наличия
отдельных, не связанных между собой автоматизированных
рабочих мест оказывается недостаточно. В этих случаях необ¬
ходимо объединять отдельные АРМ в локальную вычисли¬
тельную сеть отделения, которая в свою очередь может быть
интегрирована в сети более высоких уровней (учреждения вцелом, города или региона, а также глобальные сети типа
Интернет)1.При подобном подходе удается создать систему, ориенти¬
рованную на решение следующих основных задач:▲	хранение большого количества изображений и сопутст¬
вующей информации;▲	осуществление быстрого доступа к информации;а обеспечение эффективной работы с хранимыми изобра¬
жениями и сопутствующей информацией;а передача изображений и сопутствующей информации на
большие расстояния при использовании различных кана¬
лов связи, включая волоконно-оптические и спутнико¬
вые.В научно-технической литературе системы, ориентирован¬
ные на решение обозначенных задач, получили название
«Системы архивирования и передачи медицинских изображе¬
ний» (Picture Archiving and Communication Systems — PACS)
[1, 2, 4]. При организации подобных систем в ЛПУ необходи¬
мо рабочие места подключить к центральному электронному
архиву, в котором осуществляется долговременное хранение
изображений и сопутствующей информации. Передача ин-В зарубежной литературе информационные системы отделений луче¬
вой диагностики получили название Radiology Information Systems (RIS),
а информационные системы лечебно-профилактических учреждений —
Hospital Information Systems (HIS).200
Цифровой рентге¬
новский аппаратМРТУЗИЛинии связиУправлениеданнымиСГ~5]
L °]с=н1=3/Временный архив31/Постоянный архивАРМре нтге нол а бора нтаАРМврача-рентгенологаСканерАРМврача-специалистаРис. 7.1. Система архивирования и передачи медицинских изображеНИИ.формации в архив и получение информации из него может
осуществляться как напрямую, так и при использовании вы¬
полняющих роль буфера промежуточных (временных) архи¬
вов, входящих, например, в состав отдельных АРМ.Один из возможных вариантов построения системы аР*?Г
вирования и передачи медицинских изображений ЛПУ,
имеющего в своем составе крупное отделение лучевой диагностики, представлен на рис. 7.1.В общем случае PACS включает:201
■	подсистему формирования цифровых изображений и со¬
путствующей информации;■	распределенную базу данных медицинской информации
(в том числе и изображений);■	систему передачи данных с соответствующей инфра¬
структурой связи;■	автоматизированные рабочие места для обработки и ана¬
лиза изображений и подготовки заключений.Очевидно, что переход к «беспленочным» технологиям, охва¬
тывающим все отделение лучевой диагностики, невозможно
осуществить единовременно по организационным и финансо¬
вым причинам. Промежуточное решение сводится к тому, что
на этапе замены традиционного диагностического оборудова¬
ния на цифровое организуется временный электронный ар¬
хив, обобщенная структурная схема которого представлена на
рис. 7.2. Особенностью данного архива является то, что в его
состав входит сканер, позволяющий представить в цифровом
виде медицинские изображения, зарегистрированные тради¬
ционным способом на рентгеновскую пленку всех типоразме¬
ров. На рабочей станции отсканированные изображения в
случае необходимости подвергают математической обработке
(с целью повышения их диагностической информативности) иРис. 7.2. Временный электронный
архив.I — АРМ; II — сканер для рентгеновских
пленок; III — устройство хранения инфор¬мации.Ill202
после этого изображения и сопутствующие данные передают в
систему (устройство) хранения информации либо в постоян¬
ный архив отделения (если он существует).В рамках PACS цифровые изображения могут быть получе¬
ны непосредственно от следующих источников: цифровых
рентгеновских комплексов; рентгеновских компьютерных и
магнитно-резонансных томографов; цифровых ангиографиче¬
ских комплексов; позитронно-эмиссионных томографов
(ПЭТ); установок для ультразвуковых исследований и т. д.
Источником цифровых изображений могут служить и упомя¬
нутые выше сканеры рентгеновских пленок, а также PACS
других учреждений при их интеграции в общую систему с рас¬
сматриваемой.Что касается распределенной базы данных медицинской
информации, то она должна осуществлять хранение изобра¬
жений и сопутствующей информации, а также управлять ин¬
формационными потоками между архивом изображений и ин¬
формационными системами ЛПУ (например, для получения
информации из электронной медицинской карты пациента)
и/или отделения лучевой диагностики. К базе данных должен
быть обеспечен быстрый доступ, а информация в ней должна
храниться в неискаженном виде на протяжении длительного
периода времени.Структурно распределенные базы данных, как правило,
строятся по двух- или трехуровневой схеме. Это связано с
тем, что в зависимости от сроков хранения информации и
частоты обращения к ней на различных уровнях используют
различные типы накопителей. Для сокращения затрат на ар¬
хивирование при длительном хранении информации, обра¬
щаемость к которой невысока, используют недорогие и на¬
дежные носители (например, устройства хранения на магнит¬
ной ленте). Время доступа к подобным носителям, как уже
отмечалось (см. главу 3), относительно велико, но этот пара¬
метр не имеет определяющего значения, так как обращения к
записанной на них информации редки. Напротив, информа¬
ция, к которой требуются более частые обращения, хранится
на более дорогих носителях, обеспечивающих быстрый доступ
к данным. По мере уменьшения актуальности информации ее
переносят на более низкий уровень хранения, на котором ис¬
пользуются более дешевые носители. После того как дирек¬
тивный срок хранения информации истек, ее автоматически
переносят в сжатом виде в постоянный архив самого нижнего
уровня. При необходимости сжатые изображения можно вос¬
становить, и они становятся доступными для пользователя.
Следует учитывать, что время, затрачиваемое на восстановле¬
ние изображения из постоянного архива и передачу его на ра¬
бочую станцию пользователя, может составить в отдельных
случаях несколько минут.203
При организации базы данных в рамках системы архивиро¬
вания и передачи медицинских изображений серьезное вни¬
мание необходимо уделять вопросам исключения несанкцио¬
нированного доступа к информации и защите хранимых дан¬
ных. Обе эти задачи решаются на аппаратно-программном
уровне и входят в компетенцию системного администратора.
Система должна быть доступна для входа только зарегистри¬
рованным пользователям. При этом в зависимости от админи¬
стративного статуса пользователя ему разрешается допуск к
тем или иным ресурсам.С учетом того, что хранящиеся в системе медицинские
изображения в некоторых случаях приходится передавать в
другие учреждения и там эта информация должна быть кор¬
ректно восстановлена, необходимо хранить и передавать изо¬
бражения в согласованном формате (стандартизованном ви¬
де) — в соответствии с требованиями международного стан¬
дарта DICOM 3.0. При выполнении этого условия не должно
возникать никаких сложностей с расшифровкой и анализом
информации, переданной из других лечебно-профилактиче¬
ских учреждений.7.2.	Отдельные аспекты телерадиологииВ качестве частного случая PACS могут быть представлены
и рассмотрены системы, используемые для реализации различ¬
ных телемедицинских проектов (под телемедициной традици¬
онно понимают передачу на расстояние различной медицин¬
ской информации). Последние годы во всем мире осуществля¬
ется большое число подобных проектов, и их количество неук¬
лонно возрастает [3, 5, 6]. За разделом телемедицины, связан¬
ным с передачей на расстояние и анализом медицинской ин¬
формации, относящейся к области лучевой диагностики, в на¬
учной литературе прочно закрепился термин «телерадиология».В рамках телемедицинского проекта переданная из одного
из входящих в систему ЛПУ информация принимается и ана¬
лизируется в другом ЛПУ (также входящем в систему) и в за¬
висимости от решаемой задачи результаты анализа в виде за¬
ключения специалиста либо возвращаются в то место, откуда
информация была передана, либо передаются другому адреса¬
ту. Таким путем реализуется на практике проведение консуль¬
таций на расстоянии в тех случаях, когда в отдаленном месте
нет высококвалифицированных специалистов нужного про¬
филя и/или соответствующего материально-технического
обеспечения для обработки и анализа полученных данных.Одними из первых в рамках телемедицины были реализо¬
ваны проекты по передаче относительно небольших объемов
информации, например результатов электрокардиографии и204
сопутствующих ей данных. Для передачи подобных объемов
информации с успехом использовались телефонные линии.
Впоследствии в телемедицинских проектах начали реализовы¬
вать системы, позволяющие проводить видеоконференции ме¬
жду двумя или несколькими медицинскими учреждениями.
В подобных системах использовались линии связи (как пра¬
вило, «выделенные» телефонные каналы), обеспечивающие
скорость передачи данных до 128 Кбит/с. Видеоконференции
и до настоящего времени не утратили своего значения, на¬
пример, при проведении различных операционных вмеша¬
тельств — как для получения оперативных (в реальном мас¬
штабе времени) консультаций высококлассных специалистов,
находящихся вне учреждения, в котором операция проводит¬
ся, так и в интересах педагогического процесса. В ряде случа¬
ев описанный способ получения информации используется
хирургами для консультаций с лечащими врачами и предвари¬
тельных бесед с направляемыми в данное ЛПУ на операцию
пациентами из других городов (очевидно, что сеансы видео¬
конференций с ЛПУ, находящимися в других городах, могут
быть востребованы врачами различных специальностей).Основная особенность, присущая телерадиологическим сис¬
темам, — необходимость передачи больших массивов данных,
относящихся к медицинским изображениям. Выше отмечалось,
что информационная емкость одного цифрового изображения
(например, маммограммы) может достигать 60 Мб. Для пере¬
дачи такого объема данных без применения алгоритмов сжатия
информации по обычной телефонной сети с пропускной спо¬
собностью 9,6 Кбит/с потребуется более 10 часов. Очевидно,
что подобный результат неприемлем ни с какой точки зрения —
ни с организационной, ни с финансовой. Альтернатива в по¬
добных случаях одна — использование современных высоко¬
скоростных (широкополосных) линий связи, например воло¬
конно-оптических и спутниковых. Для сравнения заметим, что
передача на расстояние 60 Мб информации при использовании
волоконно-оптической линии с пропускной способностью от 2
до 10 Мбит/с займет примерно от 240 до 50 с соответственно,
что позволяет осуществлять работу в рамках телерадиологиче-
ского проекта почти в реальном масштабе времени.Системы для телерадиологии становятся все более интег¬
рированными, и эта тенденция в ближайшие годы будет толь¬
ко развиваться. Так, например, уже более 5 лет эксплуатиру¬
ется телерадиологическая система, в рамках которой объеди¬
нены крупнейшие медицинские центры различных стран ЕС
от Португалии до Финляндии [12, 13].В качестве примера одной из возможных реализаций теле¬
медицинской системы (включающей и телерадиологическое
оборудование) может быть представлен передвижной ком¬
плекс, разработанный совместно ОАО «ВИТАНЕТ» и группой205
компаний «ТАНА». Помимо оборудования для обработки и
анализа информации, полученной при использовании различ¬
ных средств лучевой диагностики, эта система может быть
оснащена аппаратно-программными средствами, позволяю¬
щими проводить функциональную диагностику, а также раз¬
личные виды лабораторных анализов, включая морфологиче¬
ский, цитологический и хромосомный.Существенные дополнительные возможности для прогресса
в области телерадиологии во всем мире открываются в связи с
бурным развитием глобальной сети Интернет. В первую оче¬
редь это связано с одним из важных направлений использова¬
ния возможностей телерадиологии — обучением студентов и
специалистов, а также обменом научной информацией. В на¬
стоящее время во всемирной сети имеется огромное количество
ресурсов с доступной в режиме on-line научной литературой, а
также с базами данных по различным разделам лучевой диаг¬
ностики, содержащими наборы медицинских изображений и
описания к ним [10, 11]. В качестве частного примера можно
назвать содержащий информацию по травматическим измене¬
ниям скелетно-мышечной системы консультативный раздел,
входящий в структуру сайта нпц медицинской радиологии
(сетевой адрес www.rpcrnr.org.ru). Ряд обучающих сайтов в Ин¬
тернете ориентирован на работу в интерактивном режиме:
пользователю предоставляется возможность изучить изображе¬
ние и самому сделать заключение, а затем проверить его кор¬
ректность. Необходимо оговориться, что далеко не все радио¬
логические ресурсы находятся в свободном доступе — за обла¬
дание значительной частью информации приходится платить (в
первую очередь это касается полных текстов публикаций в
большинстве специализированных периодических изданий, хо¬
тя рефераты статей обыкновенно предоставляются свободно).Использование сети Интернет дает много возможностей и
для проведения дистанционных консультаций, особенно когда
нет необходимости проводить работу в реальном масштабе
времени и не требуется передавать огромные массивы данных.
В этих случаях информация, предназначенная для обсуждения
со специалистами, выкладывается на соответствующем сайте,
и все заинтересованные получают к ней доступ через Интер¬
нет и соответственно могут представить свое заключение. Та¬
кой обмен информацией может быть реализован и в рамках
многочисленных сетевых радиологических форумов.Доступ в сеть Интернет может быть организован и с раз¬
личных АРМ из состава локальной вычислительной сети отде¬
ления лучевой диагностики. В этом случае у врача-рентгено-
лога появляется возможность получить дополнительную ин¬
формацию в процессе анализа результатов рентгенологиче¬
ских исследований, используя Интернет-ресурсы, и таким об¬
разом уточнить или подтвердить собственное заключение.206
Очень важный комплекс вопросов, связанных с телерадио¬
логией, на который еще предстоит дать ответы специалистам
и в России, и во всем остальном мире — правовое регулирова¬
ние в этой сфере. Иногда этот комплекс проблем называют
социальными аспектами телерадиологии.Юридически неурегулированными до настоящего времени
остаются:а статус «оригинала» при проведении исследований (в от¬
сутствие твердой копии зарегистрированного изображе¬
ния);а вопросы сохранения врачебной тайны при передаче ин¬
формации;а ответственность за возможную потерю части информации
при сжатии и дальнейшем восстановлении изображений;
а ответственность за потери информации при технических
сбоях в процессе передачи и т. п.Отсутствие нормативной базы является существенным тор¬
мозом в становлении телерадиологии как самостоятельного
раздела медицины, однако здесь нет ничего неожиданного —
нормативная база должна следовать за технологическим про¬
грессом, а не наоборот.В заключение отметим, что с большой долей уверенности
можно утверждать: дальнейшее развитие и совершенствование
различных направлений телерадиологии будут осуществляться
параллельно с развитием и увеличением зоны охвата всемир¬
ной сети Интернет, развитием отвечающей современным тре¬
бованиям инфраструктуры связи, а также совершенствовани¬
ем соответствующей нормативной базы как у нас в стране, так
и за рубежом.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.	Алексеев Л. В., Антонов А. 0.у Антонов О. С. и др. Система получе¬
ния, обработки, архивирования и передачи рентгенодиагностиче¬
ских изображений // Мед. техника. — 1997. — № 5. — С. 21—25.2.	Беликова Т. П. Системы архивирования и передачи медицинских
изображений // Компьютерные технологии в медицине. —
1997. -№ 3. - С. 27-32.3.	Волынский Ю. Д. Телемедицина как медицинская и общественная
проблема // Мед. визуализация. — 1998. — № 4. — С. 36—42.4.	Жариков Л. А. Загадочные аббревиатуры (PACS, DICOM, RSNA и
другие ...) // Мед. визуализация. — 1996. — № 2. — С. 35—40.5.	Кербиков О. Б. 189 телемедицинских проектов по всему миру //
Компьютерные технологии в медицине. — 1997. — № 3. — С. 74—
79.6.	Медведев О. С., Натензон М. Я., Тарнопольский В. И. Телемедици¬
на: прекраснодушные мечты или реальность сегодняшнего дня? //
Мед. визуализация. — 1996. — № 4. — С. 30—35.207
7.	Нудельман С., Рерих X., Кэпп М. П. Электронно-оптическая циф¬
ровая рентгенография. Часть III. Устройства формирования изо¬
бражения и принципы проектирования систем // ТИИЭР —
1982. - Т. 70, № 7. - С. 33-48.8.	Нудельман С., Фишер III X. Д., Фрост М. М. и др. Электронно-оп¬
тическая цифровая рентгенография. Часть I. Отделение электрон¬
но-оптической цифровой рентгенологии // ТИИЭР. — 1982. —
Т. 70, № 7. - С. 14-24.9.	Нудельман С., Хили Дж., Фрост М. М., Кэпп М. П. Электронно -
оптическая цифровая рентгенография. Часть И. Сравнительный
экономический анализ системы электронно-оптической цифровой
рентгенографии и системы с регистрацией на пленку // ТИИЭР. —
1982. - Т. 70, № 7. - С. 25-32.10.	Синицын В. Е. Медицинская визуализация — ресурсы Интернета //
Мед. визуализация. — 1997. — № 2. — С. 2—5.11.	Синицын В. Е.у Тимонина E. А. Интернет для врача. WWW: меди¬
цинская визуализация и кардиология. — М.: Видар, 1998. — 64 с.12.	Caramel la D., Reponen J., Fabbrini F., Bartolozzi С. Teleradiology in
Europe // Europ. J. Radiol. — 2000. — Vol. 33, N 1. — P. 2—7.13.	Neri E.y Jackson A., Caramella D. et al. The European Union project
NOVICE (network oriented visualization in clinical environment) 11
Europ. Radiol. - 1999. - Vol. 9 (Suppl. 1). - P. S229-S230.МонографияМихаил Израилевич ЗеликманЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫВ МЕДИЦИНСКОЙ РЕНТГЕНОДИАГНОСТИКЕЗав. редакцией Т. П. Осокина
Научный редактор Е. П. Баженова
Технический редактор Н. А. Биркина
Корректор JI. П. ТараринаПодписано к печати 14Л 1.2006. Формат бумаги 60x90 '/16. Бумага офсетная
№ 1. Гарнитура Таймс. Печать офсетная. Уел. печ. л. 13,0. Уел. кр.-отт. 13,0.
Уч.-изд. л. 13,23. Тираж 1500 экз. Заказ № 0700970.ISBN 5-225-03991 -XОАО «Издательство «Медицина».
119992, Москва, ул. Б. Пироговская,
д. 2, стр. 5.Отпечатано в полном соответствии с качеством
предоставленного электронного оригинал-макета
в ОАО «Ярославский полиграфкомбинат»150049, Ярославль, ул. Свободы, 97785225039912