К определению динамического диапазона цифровых рентгеновских приемников

03.05.2017

К определению динамического диапазона цифровых рентгеновских приемников

Динамический диапазон рентгеновских приемников определяют наибольшей величиной отношения интенсивностей в рентгеновском изображении, при котором на каждом из уровней еще различаются крупные детали 5% контраста.

Одним из основных примуществ цифровых рентгеновских приемников перед пленочными является их широкий динамический диапазон. В России многие годы сохраняется предложенная А. Клеммом методика определения динамического диапазона [1].

В соответствии с этой методикой динамический диапазон рентгеновских приемников определяют наибольшей величиной отношения интенсивностей в рентгеновском изображении, при котором на каждом из уровней еще различаются крупные детали 5% контраста. Стандартом № 01-22-04 ВНИИИМТ эта же методика  распространена на приемники рентгеновского изображения рентгеновских диагностических аппаратов с цифровой регистрацией изображений [7].

В публикациях наблюдается большой разброс в динамическом диапазоне цифровых приемников, которые построены по одним и тем же принципам [2—5].Например, для сканирующих аппаратов указывается динамический диапазон от 100 до 1600 раз [2—5].

Такое резкое расхождение в динамических диапазонах на аппаратах одного класса, вероятно, связано с тем, что на аппаратах, показавших очень большой динамический диапазон, измерения производились с нарушением общепринятой стандартизированной методики.

Фактически стандартизированная методика характеризует градационную разрешающую способность приемника, только при
испытаниях вместо градационного клина с контрастом между ступенями К_п = 5% используют упрощенный тест, по которому определяют интенсивность между первой (1_макс) и последней (1_мин) видимой ступенью.Можно вычислить число различимых гратаций:

В стандарте ВНИИИМТ № 01-22-04 рекомендован тест, в котором фиксировано 4 динамических диапазона (Д = 50; 100; 200; 400), что в соответствии с (1) эквивалентно различению соответственно 80, 94, 109 и 123 градаций клина 5% контраста между ступенями.

Таким образом, широкий динамический диапазон свидетельствует о хорошей передаче полутонов как в мягких, так и в плотных тканях.

Учитывая указанный выше большой разброс данных литературы о динамическом диапазоне цифровых приемников, дадим
теоретическую оценку минимально необходимого и желательного динамического диапазона.

Необходимый динамический диапазон определяется параметрами формируемого теневого изображения на входе приемника:
его контрастом и средней интенсивностью. Оценим величину этого контраста при обследованиях органов пациента. В современных медицинских рентгеновских аппаратах используются напряжения на рентгеновской трубке от 40 до 150 кВ. При этом экспериментально установлено, что в зависимости от толщины пациента напряжение и фильтрация излучения выбираются в соответствии с соотношением д_э4,Х = 3,5—4 [1], где д_э4, — эффективный коэффициент линейного ослабления, X — толщина пациента. Тогда максимально возможный контраст входного изображения будет равен:

Здесь не учтено рассеянное объектом излучение, попадающее на приемник, которое снижает Д. Если учесть, что проникающая способность большинства медицинских объектов ограничена эквивалентной алюминиевой толщиной 40 мм, то динамический диапазон в 54 раза хорошо совпадает с экспериментальными результатами Э. Б. Козловского [6] для напряжения на рентгеновской трубке 99 кВ. Только в случаях, когда в рабочее поле приемника попадают шторки диафрагмы, проводятся исследования с применением контрастирующих веществ, и если в теле пациента имеются металлические предметы (пули, осколки и др.) контраст входного изображения может превышать указанную величину.

Динамический диапазон рентгенографических комплексов экран-пленка равен 30—40 [5] при строго фиксированной экспо-зиции, соответствующей середине характеристической кривой пленки. Поэтому пленка не может передать максимальный контраст входного изображения, что приводит к потере градаций в мягких или плотных тканях. Если эти градации существенны для диагноза,то необходимо делать дополнительные снимки. Так как для рентгенографического комплекта оптимальная экспозиционная доза строго фиксирована, то при передержке или недодержке экспозиции получаются брако-ванные снимки, что влечет за собой необходимость повторной съемки. Для исключения брака минимальное значение динамического диапазона для цифровых аппаратов целесообразно принять равным 100 раз, что, как видно из соотношения (2),приблизительно в 2 раза превышает максимальный контраст входного рентгеновского изображения большинства медицинских объектов.

За увеличение динамического диапазона цифровых приемников свыше 100 можно привести следующие доводы. В общей рентгенологии на пленочных аппаратах применяются рентгенографические комплекты с чувствительностью 100, 200, 400, 800, 1000 (по международной классификации), что соответствует экспозиционным дозам приблизительно от 1 мР до 100 мкР соответственно. Такой набор рентгенографических комплектов определяется разными требованиями к детальности снимков различных органов. Чем ниже чувствительность рентгенографического комплекта, тем выше его разрешающая способность и контрастная чувствительность и наоборот. Все вместе рентгенографические комплекты, каждый из которых имеет динами-ческий диапазон 30, перекрывают динамический диапозон , в 320 раз.

Чтобы перекрыть возможности пленочных аппаратов с полным набором рентгенографических комплектов, динамический
диапазон цифровых приемников должен превосходить суммарный диапазон рентгенографических комплектов, т. е. быть немного более 320. Это особенно важно для цифровых приемников, у которых имеется возможность обмена между чувствительностью и разрешающей способностью. Такую возможность имеют приемники, построенные по схеме экран — оптика — ПЗС — матрица.

Дальнейшее расширение динамического диапазона вряд ли целесообразно по двум причинам. Величину дозы, которая задает границу динамического диапазона снизу, определяют шумы. Эксперименты показывают, что различить крупную деталь 5% контра-ста на фоне шумов, включающих шум входного рентгеновского потока, шум рассеянного излучения и аддитивный шум приемника, можно с вероятностью, близкой к 1, если доза на входе приемника не менее 5 мкР.

Верхняя граница динамического диапазона определяется допустимой дозой на снимке. По общепринятым нормам она не может быть более 2 мР. Таким образом, динамический диапазон в 500 раз является предельной величиной.

Отметим, что часто верхняя граница динамического диапазона определяется не допустимой дозой, а сигналом насыщения са-
мого узкого звена, входящего в приемник изображения, что имеет место, например, в рентгенографических комплектах и цифровых приемниках на рентгеновских электронно-оптических преобразователях. Во всех классах цифровых приемников число уровней квантования аналогового сигнала не должно приводить к снижению градационной разрешающей способности аппарата.

Литература

1. Блинов Н. Н., Жуков Е. М., Козловский Э. Б., Мазуров А. И. Телевизионные методы обработки рентгеновских и гамма-изображений. - М Энергоиздат, 1982.

2. Блинов Н. Н. (мл.), Гуржиев А. Н., Зеликман М. И. и др. // Мед.техника. - 2004. - № 6. - С. 13-16.

3. Медицинская рентгенология: технические аспекты, клинические материалы, радиационная безопасность / Под ред. Р. В. Ставицкого. - М.:МНПИ, 2003.

4. Медицинская техника для лучевой диагностики: Справочник

Теги: диапазон, приемники, рентгеновское изображение, приобразователи
234567 Начало активности (дата): 03.05.2017 16:45:00
234567 Кем создан (ID): 645
234567 Ключевые слова:  диапазон, приемники, рентгеновское изображение, приобразователи
12354567899