Способ определения функции рассеяния точки системы рентгеновской визуализации

Изобретение относится к радиационной технике, а именно к радиологическим системам визуализации, и используется для получения информации о функции рассеяния точки ФРТ (Point Spread Function - PSF). Сущность изобретения заключается в том, что способ определения функции рассеяния точки системы рентгеновской визуализации дополнительно содержит этапы, на которых из базовой функции рассеяния точки, определяемой с использованием диафрагмы с отверстием круглой формы, краевого или щелевого тест-объектов, рассчитываются геометрические контуры и профиль интенсивности по действительному фокусному пятну с дальнейшим расчетом проекции действительного фокусного пятна в интересующую точку или пиксель детектора при заданных геометрических параметрах и пространственной дискретизацией с учетом размера пикселя и собственной функцией рассеяния точки в детекторе. Технический результат - повышение точности определения функции рассеяния точки в системах рентгеновской визуализации. 1 ил.

 

Изобретение относится к радиационной технике, а именно к радиологическим системам визуализации, и используется для получения информации о функции рассеяния точки ФРТ (Point Spread Function - PSF).

Согласно теории обработки сигналов, зарегистрированное линейной системой изображение ƒ является пространственной сверткой истинного сигнала g с функцией рассеяния точки PSF [1, 2]:

ƒ=g * PSF

По определению ФРТ есть отклик системы на входной дельта-импульс. Для рентгенографической системы дельта-импульсом является излучение, прошедшее через точечный объект, расположенный в засвечиваемой плоскости.

Размер проекции точечного объекта равен произведению коэффициента увеличения на размер фокусного пятна. Это соотношение определяет ширину ФРТ. Чем меньше размытие, тем выше пространственные и контрастные характеристики изображения. Зависимость контраста изображения от пространственной частоты исследуемого объекта определяется функцией передачи модуляции (Modulation Transfer Function - MTF), являющейся модулем преобразования Фурье от ФРТ.

Функция передачи модуляции, определяемая размером фокусного пятна, выражается формулой [3]:

где q - пространственная частота, п.л./мм; F - размер проекции действительного фокусного пятна, мм.

Современные медицинские системы рентгеновской визуализации активно используют в качестве источника излучения рентгеновские трубки с вращающимся анодом. Применение такого рода трубок обеспечивает возможность получения достаточного количества проекционных изображений для реконструкции и получения томограмм.

Общая функция рассеяния ФРТ складывается из размытия на каждом из этапов преобразования сигнала. Негативный вклад определяется размером фокусного пятна трубки, рассеянием излучения, движением объекта исследования в процессе экспозиции, конечным размером пикселя детектора, преобразованиями в чувствительном слое детектора. Для объектов, размер проекции которых больше размера пикселя, подавляющее влияние на размытие оказывает конечный размер фокусного пятна рентгеновской трубки.

Для рентгеновских трубок с коническим анодом действительным фокусным пятном является область анода, непосредственно в которой происходит торможение потока электронов. Эффективным фокусным пятном называется проекция действительного фокусного пятна в направлении соответствующей оси излучения. В широком коническом пучке излучения форма и размеры проекции действительного фокусного пятна в конкретной точке поля определяются пространственным смещением данной точки относительно проекции центрального луча. Наибольшие отклонения от номинальных параметров характерны для крайних точек поля излучения

На Фиг. 1 схематически демонстрируется влияние направления на изменение проекции действительного фокусного пятна, где α - угол наклона анода; Fд, Fэ - действительный и эффективный размер фокусного пятна соответственно; F - проекция действительного фокусного пятна в произвольную точку, расположенную на расстоянии L от центральной оси; Н - расстояние от фокусного пятна до плоскости детектора.

Стоит отметить, что размер проекции уменьшается для области, находящейся под анодом трубки, а для области, находящейся под катодом - размер проекции будет увеличиваться.

Зависимость проекции действительного фокусного пятна в произвольную точку от эффективного размера выражается следующей формулой:

В случае с медицинскими системами рентгеновской визуализации геометрические параметры могут быть следующими: L=200 мм; Н=1500 мм; α=12 градусов. Для данных параметров отношение между размером проекции действительного фокусного пятна и эффективным размером может достигать 1,63 для катодной области и 0,37 - для анодной. Таким образом, наблюдается существенное различие в проекции действительного фокусного пятна по всей плоскости детектора, что приводит к тому, что функция рассеяния точки, зависящая от размера фокусного пятна, изменяется в плоскости детектора.

Современные методики определения функции рассеяния точки основываются на определении отклика детектора при просвечивании объекта, непрозрачного для излучения, при этом в объекте находится отверстие, размер меньше, чем размер пикселя детектора - т.е. происходит имитация дельта-пучка излучения - pinhole метод [4, 5]. Сложность работы с такого типа методикой заключается в том, что при просвечивании высокоэнергетическим рентгеновским излучением и при использовании детектора с высоким разрешением необходимо изготавливать толстостенные изделия толщиной порядка 50-100 мм и диаметром отверстия на уровне 0,2 мм при этом ось пучка излучения должна совпадать с осью отверстия. Данная задача является технологически сложной.

Существуют методы, основанные на использование краевого или щелевого тест-объектов [6]. В данной методике на одной проекции можно получить информацию о сечении ФРТ в одном из направлений. Применение краевого или щелевого тест-объектов целесообразно при условии, что ФРТ симметрична. Однако, в системах использующих рентгеновские трубки с вращающимся анодом, ФРТ не является симметричной, и использование краевого или щелевого тест-объектов приведет к тому, что необходимо будет делать несколько проекций для каждой точки.

За прототип взята система [4], в которой используется вольфрамовый куб с отверстием, при этом диаметр отверстия составляет 0,47 мм а его толщина - 65 мм. Недостатком данного прототипа является то, что измерение ФРТ производится только в одной точке и никак не учитывается изменением проекции фокусного пятна при отклонении от оси пучка излучения.

Целью данного изобретения является повышение точности определения функции рассеяния точки в системах рентгеновской визуализации.

Указанный технический результат достигается за счет определения размеров проекции действительного фокусного пятна для каждого пиксель детектора.

Для реализации данного способа необходимо иметь информацию о базовой функции рассеяния точки, измеренной в точке, соответствующей эффективному фокусному пятну. Информация о базовой ФРТ может быть получена как с использованием диафрагмы с отверстием круглой формы, так и с использованием краевого или щелевого тест-объектов. Согласно геометрии измерения базовой ФРТ рассчитывается ее проекция на поверхность конического анода с учетом интенсивности сигнала, то есть определяются геометрические контуры и профиль интенсивности действительного фокусного пятна. После получения данных о действительном фокусном пятне выполняется расчет проекции в интересующую точку или пиксель детектора при заданных геометрических параметрах. Далее реализуется пространственная дискретизация в соответствие с размерами пикселя детектора. После проведения пространственной дискретизации выполняется процедура учета функции рассеяния в детекторе.

Список литературы

[1] Gonzalez R.C., Woods R.E., Image processing // Digital image processing. - 2007. - T. 2. - C. 1.

[2] Russo P., Handbook of X-ray imaging: physics and technology. - CRC Press, 2017. C. 713-748

[3] Buzug T.M., Computed tomography // Springer Handbook of Medical Technology. - Springer, Berlin, Heidelberg, 2011. - C. 311-342.

[4] WANG Yi, LI Qin, CHEN Nan, Spot size measurement of flash-radiography source utilizing the pinhole imaging method // Chinese Physics C 40(7), 2015.

[5] YongBin Leng, GuoQing Huang, ManZhou Zhang, Beam based calibration of X-ray pinhole camera in SSRF // Chinese Physics C 36(l): 80-83 2012.

[6] K.T. Joyce, J.M. Bardsley, A. Luttman, Point Spread Function Estimation in X-Ray Imaging with Partially Collapsed Gibbs Sampling // SIAM Journal on Scientific Computing 40(3) 2018.

Способ определения функции рассеяния точки системы рентгеновской визуализации, включающий базовую функцию рассеяния точки, измеренную в точке, соответствующей эффективному фокусному пятну, информацию о параметрах рентгеновской трубки с вращающимся анодом, информацию о геометрических параметрах системы, плоскопанельный детектор рентгеновского излучения, информацию о функции рассеяния точки в детекторе рентгеновского излучения, отличающийся тем, что из базовой функции рассеяния точки, определяемой с использованием диафрагмы с отверстием круглой формы, краевого или щелевого тест-объектов, рассчитываются геометрические контуры и профиль интенсивности по действительному фокусному пятну с дальнейшим расчетом проекции действительного фокусного пятна в интересующую точку или пиксель детектора при заданных геометрических параметрах и пространственной дискретизацией с учетом размера пикселя и собственной функцией рассеяния точки в детекторе.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано в позитронно-эмиссионных томографах, в геофизических исследованиях скважин, а также в системах безопасности. Сцинтиллятор имеет длину волны излучения больше 200 нм, максимум излучения при 320-460 нм и химическую формулу AD(BO3)X2:E, где А - Ва, Са, Sr, La или их сочетание, D - Al, Ga, Mg или их сочетание, X - F, Cl или их сочетание, Е - Се или сочетание Се и Li.

Изобретение относится к средствам обеспечения радиационной безопасности. Сущность: устройство содержит стационарные блоки (1) радиационных измерений, аппаратуру (2) сбора, обработки и регистрации информации, промышленный компьютер (3) со специализированным программным обеспечением, блок (4) вывода информации, мобильную установку (5) контроля радиоактивного загрязнения предметов и экипировки персонала, модули (11) управления устройствами ограничения прохода в помещения объекта с повышенной радиоактивностью и загрязнениями, видеокамеры (12), идентификаторы (13) присутствия персонала в помещениях, специализированные датчики (14) радиационного контроля окружающей среды и модуль (15) связи.

Изобретение относится к области организации и методам контроля радиоактивности окружающей среды при отборе и анализе малоактивных проб. Сущность изобретения заключается в разработке алгоритма (последовательности выполнения технологических операций) при анализе малоактивных проб, в соответствии с которым при определении уровня активности бета-активных нуклидов проводят их радиохимическое выделение, спектрометрическое измерение и расчет активности, а затем оставшийся фильтрат, содержащий другие радионуклиды, направляется в схему выделения альфа-излучающих нуклидов.

Группа изобретений относится к детектору излучения прямого преобразования. Детектор излучения прямого преобразования содержит слой прямого преобразования, содержащий материал прямого преобразования для прямого преобразования падающего излучения от источника излучения в пары электрон-дырка, первый электрод, установленный на слое прямого преобразования обращенным к источнику излучения, второй электрод, установленный на противоположной стороне слоя прямого преобразования относительно первого электрода, средство для приложения электрического потенциала между первым электродом и вторым электродом, при этом материал прямого преобразования содержит гранат с составом Z3(AlxGay)5O12:Ce, в котором Z представляет собой Lu, Gd, Y, Tb или их сочетания и в котором y равен или больше x; и, предпочтительно, Z содержит Gd.

Изобретение относится к сцинтилляционным детекторам радиационного излучения. Сущность изобретения заключается в том, что детектор ионизирующих излучений содержит сцинтилляционный детектор радиационного излучения и фотоприемник, между которыми, непосредственно на поверхности сцинтилляционного детектора, расположен прозрачный для оптического излучения монослой мезоразмерных частиц (микрофокусирующих устройств) и с характерным размером не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения с относительным коэффициентом преломления материала, лежащим в диапазоне от 1,2 до 1,7, формирующие на их внешней границе с противоположной стороны от падающего излучения области с повышенной интенсивностью излучения с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4.

Изобретение относится к области техники детектирования ионизирующего излучения при помощи сцинтилляционных детекторов. Способ изготовления отражающих поверхностей для сцинтилляционных элементов, включающий стадию приготовления исходной смеси, состоящей из полимерной основы и 0,1-90 вес.

Изобретение относится к области диагностики пучков ультрарелятивистских электронов, используемых на линейных ускорителях, в лазерах на свободных электронах, синхротронах 4-го поколения, в частности определения их поперечных размеров.

Группа изобретений относится к приемному контейнеру для работающего в сверхглубоком вакууме (UHV) или в атмосфере защитного газа из высокочистого газа детектора. Приемный контейнер для работающего в сверхглубоком вакууме или в атмосфере защитного газа из высокочистого газа детектора содержит приемную часть, которая образует по меньшей мере часть приемной полости для детектора, и крышку для газонепроницаемого запирания приемной полости.

Изобретение относится к области спектрометрии заряженных частиц и может быть использовано для измерения энергетического спектра импульсно-периодических и непрерывных пучков заряженных частиц.

Изобретение относится к области измерения ядерных излучений. Двухканальный сцинтилляционный счетчик ионизирующего излучения двух различных потоков энергий содержит сцинтиллятор, связанный через оптический герметик с кремниевым фотоэлектронным умножителем, источник питания, усилитель-дискриминатор, микроконтроллер, при этом сцинтиллятор выполнен на основе ортосиликата лютеция, легированного церием LYSO, а блок усилителя-дискриминатора содержит два дискриминатора, каждый из которых выполнен с возможностью регистрации электрических импульсов с амплитудой заданного диапазона.

Изобретение относится к радиационной технике, а именно к радиологическим системам визуализации, и используется для получения информации о функции рассеяния точки ФРТ. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения функции рассеяния точки системы рентгеновской визуализации дополнительно содержит этапы, на которых из базовой функции рассеяния точки, определяемой с использованием диафрагмы с отверстием круглой формы, краевого или щелевого тест-объектов, рассчитываются геометрические контуры и профиль интенсивности по действительному фокусному пятну с дальнейшим расчетом проекции действительного фокусного пятна в интересующую точку или пиксель детектора при заданных геометрических параметрах и пространственной дискретизацией с учетом размера пикселя и собственной функцией рассеяния точки в детекторе. Технический результат - повышение точности определения функции рассеяния точки в системах рентгеновской визуализации. 1 ил.

Наверх