RU2233118C1

RU2233118C1 - Method for retrospective analysis of pulmonary roentgenograms

Info

Publication number: RU2233118C1
Application number: RU2003111030/14A
Authority: RU
Inventors: А.Б. Мишкинис (RU); А.Б. Мишкинис; Е.Ю. Ильичева (RU); Е.Ю. Ильичева; А.Н. Черний (RU); А.Н. Черний
Original assignee: Мишкинис Александр Борисович; Ильичева Елена Юрьевна; Черний Александр Николаевич
Priority date: 2003-04-18
Filing date: 2003-04-18
Publication date: 2004-07-27

Abstract

FIELD: medicine, roentgenodiagnostics.

SUBSTANCE: the present innovation deals with digital roentgenograms to be applied, predominantly, at antituberculosis medicinal establishments to detect pulmonary pathology in due time. Moreover, the present method is efficient at roentgenological control of therapeutic treatment. This method deals with roentgenography of one and the same patient twice at the same energetic and geometric modes of survey in certain time interval, and comparison of pictures obtained, moreover, digital roentgenogram should be formed due to electronic computer as a matrix of optic densities of survey object. One should compare digital pictures by vertebral elements till complete coincidence of identical vertebra, and range of optical densities by center and width should be chosen to correspond to optimal one to study osseous structures. Then comes subtraction of identical fragments at the 1^st and the 2^nd digital pictures and resulting digital picture should be screened at a display within the range of optical densities by center and width being optimal to study pulmonary tissue. Clinical alterations should be determined by the value of residual elements of resulting picture being above 2-3 mm. The present innovation provides the opportunity for retrospective pulmonary analysis at digital photofluorographic equipment.

EFFECT: higher efficiency.

3 dwg, 1 ex

Description

Предлагаемое изобретение относится к медицине, а именно к рентгенодиагностике, и предназначено для работы с цифровыми рентгеновскими изображениями.The present invention relates to medicine, namely to x-ray diagnostics, and is intended to work with digital x-ray images.

Известен способ ретроспективного анализа рентгеновских снимков легких, предусматривающий рентгенографию одного и того же пациента в идентичных условиях с интервалом от месяца до года и последующей взаимной стереоскопической обработкой снимков при их синхронном вращении [1].There is a method of retrospective analysis of x-ray images of the lungs, which involves radiography of the same patient in identical conditions with an interval of a month to a year and subsequent mutual stereoscopic processing of the images during their synchronous rotation [1].

Известен также способ ретроспективного анализа рентгеновских сигналов легких, предусматривающий рентгенографию одного и того же пациента в идентичных условиях через определенный интервал времени с последующей взаимной стереоскопической обработкой снимков при освещении одного из них прерывистым световым потоком [2]. Этот способ был выбран нами в качестве прототипа.There is also a method of retrospective analysis of x-ray signals of the lungs, which involves radiography of the same patient under identical conditions after a certain time interval with subsequent mutual stereoscopic processing of the images when one of them is illuminated by an intermittent light flux [2]. This method was chosen by us as a prototype.

Основным недостатком известных аналогов [1, 2] является то, что они не могут быть использованы при ретроспективном анализе цифровых изображений, полученных на современных флюорографах, где рентгеновское изображение воспроизводится на экране видеомонитора.The main disadvantage of the known analogues [1, 2] is that they cannot be used in the retrospective analysis of digital images obtained on modern fluorographs, where an x-ray image is displayed on the screen of a video monitor.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является обеспечение возможности осуществления ретроспективного анализа рентгеновских снимков легких на цифровых флюорографических аппаратах.The technical result achieved using the present invention is to enable retrospective analysis of x-ray images of the lungs on digital fluorographic apparatus.

Данный технический результат достигается тем, что в способе ретроспективного анализа рентгеновских изображений легких, предусматривающем рентгенографию одного и того же пациента дважды при тех же энергетических и геометрических режимах съемки через определенный интервал времени, и сравнение полученных изображений, рентгеновское цифровое изображение формируют посредством ЭВМ в виде матрицы оптических плотностей объекта изображения, производят совмещение цифровых изображений по элементам позвоночника до полного совпадения идентичных позвонков, а диапазон оптических плотностей по центру и ширине выбирают соответствующим оптимальному для наблюдения костных структур. Затем производят вычитание идентичных фрагментов на первом и втором цифровом изображениях и результирующее цифровое изображение выводят на экран дисплея в диапазоне оптических плотностей, по центру и ширине оптимальном для наблюдения легочной ткани. Клинические изменения определяют по величине остаточных элементов результирующего изображения, превышающих 2-3 мм.This technical result is achieved by the fact that in the method of retrospective analysis of x-ray images of the lungs, which involves radiography of the same patient twice at the same energy and geometric modes of shooting after a certain time interval, and comparing the obtained images, the x-ray digital image is formed by a computer in the form of a matrix optical densities of the image object, digital images are combined over the elements of the spine until identical GOVERNMENTAL vertebrae, and the range of optical densities in the center and width are suitably selected optimal for observing bone structures. Then, identical fragments are subtracted on the first and second digital images and the resulting digital image is displayed on the display screen in the range of optical densities, the center and width optimal for observing lung tissue. Clinical changes are determined by the size of the residual elements of the resulting image in excess of 2-3 mm.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и описанием к ним.The invention is further illustrated by drawings and a description thereof.

На фиг. 1 показана схема получения первого (фиг. 1, а) и второго (фиг. 1, б) изображений легких одного и того же пациента на цифровом флюорографе. На фиг. 2 приведены основные операции предлагаемого способа ретроспективного анализа рентгеновских изображений легких. Фиг. 2, а - наложение первого и второго изображений; фиг. 2, б - полное совмещение изображений; фиг. 2, в - взаимное вычитание идентичных фрагментов изображений; фиг. 2, г - нанесение обнаруженной патологии на второе изображение. На фиг. 3 приведен практический пример.In FIG. 1 shows a scheme for obtaining the first (Fig. 1, a) and second (Fig. 1, b) lung images of the same patient on a digital fluorograph. In FIG. 2 shows the main operations of the proposed method of retrospective analysis of x-ray images of the lungs. FIG. 2a - overlay of the first and second images; FIG. 2, b - full combination of images; FIG. 2, c - mutual subtraction of identical fragments of images; FIG. 2, d - application of the detected pathology to the second image. In FIG. 3 shows a practical example.

Ретроспективный анализ рентгеновских изображений легких обычно проводится во фтизиатрии с целью выявления незначительных патологических изменений в легочной ткани, вызванных туберкулезом, раком и другими заболеваниями.A retrospective analysis of lung X-ray images is usually done in TB in order to detect minor pathological changes in the lung tissue caused by tuberculosis, cancer and other diseases.

Предложенный способ ретроспективного анализа рентгеновских изображений легких осуществляется на цифровом рентгенодиагностическом аппарате, например флюорографе. Основными компонентами цифрового флюорографа являются рентгеновский излучатель 1, подключенный к рентгеновскому питающему устройству 2, и цифровая флюорографическая камера 3, соединенная с блоком обработки цифрового сигнала (ЭВМ) 4, с которым связан видеомонитор 5 (фиг. 1).The proposed method for retrospective analysis of X-ray images of the lungs is carried out on a digital X-ray diagnostic apparatus, for example, a fluorograph. The main components of a digital fluorograph are an X-ray emitter 1 connected to the X-ray power supply device 2, and a digital fluorography camera 3 connected to a digital signal processing unit (PC) 4, to which a video monitor 5 is connected (Fig. 1).

Во время экспозиции пациент 6 занимает стандартное положение перед цифровой флюорографической камерой 3. При этом грудь пациента 6 примыкает к входному окну камеры 3, а голова, руки и ноги фиксируются с помощью штатных устройств (на чертежах не показаны). Рентгенография легких выполняется на определенной фазе дыхания при определенных энергетических параметрах в импульсном режиме. Рентгеновское изображение легких формируется ЭВМ 4 в цифровом виде 7 (фиг. 1, а). Из оперативной памяти ЭВМ 4 цифровое изображение 7 поступает на экран видеомонитора 5, где анализируется рентгенологом. Далее цифровое изображение легких поступает в цифровой архив на длительное хранение. Каждый снимок сопровождают данные о пациенте и о режимах рентгенографии. Цифровой архив находится в рентгеновском отделении. Обычно цифровые рентгеновские снимки хранятся на магнитооптических дисках емкостью 640 мГб. Один такой диск содержит до 500 изображений.During the exposure, patient 6 occupies a standard position in front of the digital fluorographic camera 3. In this case, the patient's chest 6 is adjacent to the input window of camera 3, and the head, arms and legs are fixed using standard devices (not shown in the drawings). Radiography of the lungs is performed at a certain phase of respiration at certain energy parameters in a pulsed mode. X-ray image of the lungs is formed by computer 4 in digital form 7 (Fig. 1, a). From the main memory of the computer 4, the digital image 7 enters the screen of the video monitor 5, where it is analyzed by the radiologist. Next, a digital image of the lungs is transferred to a digital archive for long-term storage. Each image is accompanied by data on the patient and on the modes of radiography. The digital archive is in the x-ray department. Typically, digital x-rays are stored on magneto-optical disks with a capacity of 640 mb. One such disk contains up to 500 images.

Повторная флюорография легких того же пациента 6 выполняется через год на том же цифровом флюорографе при тех же энергетических и геометрических режимах съемки, что и первый снимок. Полученное изображение легких 8 (фиг. 1, б) анализируется совместно с первоначальным снимком 7, который поступает в ЭВМ 4 из цифрового рентгеновского архива.Repeated fluorography of the lungs of the same patient 6 is performed a year later on the same digital fluorograph with the same energy and geometric modes of shooting as the first image. The resulting image of the lungs 8 (Fig. 1, b) is analyzed together with the original image 7, which is received in the computer 4 from a digital x-ray archive.

Необходимо отметить, что при регистрации цифровой флюорографической камерой 3 рентгеновского излучения в памяти ЭВМ формируется матрица, отражающая плотностные характеристики изучаемого объекта в диапазоне чисел от 0 до 16000. Для детального изучения столь широкого диапазона плотностных характеристик исследуемого объекта всю шкалу динамического диапазона можно разбить на отдельные "окна" посредством установки центра и ширины окна. При этом цифровые значения внутри выбранного окна преобразуются в цвета монитора с формированием градаций серой шкалы. Выбор центра и ширины оптического окна достигается путем верхнего и нижнего уровней визуализации. При этом пиксели, плотностные характеристики которых располагаются в диапазоне от верхнего и нижнего уровня (ширина окна), преобразуются в полутона серого цвета. От выбора ширины окна зависит контрастность изображения: узкому окну соответствует высокая контрастность и наоборот. Центр оптического окна должен определяться структурой изучаемых тканей.It should be noted that when a digital fluorographic camera 3 records x-ray radiation in a computer memory, a matrix is formed that reflects the density characteristics of the studied object in the range of numbers from 0 to 16000. For a detailed study of such a wide range of density characteristics of the studied object, the entire dynamic range scale can be divided into separate " windows "by setting the center and width of the window. In this case, the digital values inside the selected window are converted into monitor colors with the formation of gradations of the gray scale. The choice of the center and width of the optical window is achieved by the upper and lower levels of visualization. In this case, pixels whose density characteristics range from the upper and lower levels (window width) are converted to gray halftones. The image contrast depends on the choice of the window width: a narrow window corresponds to high contrast and vice versa. The center of the optical window should be determined by the structure of the studied tissues.

Цифровые изображения органов грудной клетки 7 и 8 пациента 6 выводятся одновременно на экран видеомонитора 5 (фиг. 2, а). Далее производится взаимное совмещение изображений по элементам позвоночника 9₁, 9₂. до полного совпадения идентичных позвонков 9_1,2 (фиг. 2, б). При этом центр и ширина оптического окна динамического диапазона должны быть оптимальными для наблюдения костных структур. Через это оптическое окно легочные ткани и сосуды не наблюдаются. На данном этапе этот факт является положительным, так как разгружает рентгеновскую картину и способствует повышению точности операции по совмещению изображений 7 и 8. Совмещение изображений идентичных фрагментов позвоночника выполняется рентгенологом вручную путем взаимного перемещения первого и второго изображений на экране дисплея 5. После окончания этой операции (фиг. 2, б) в автоматическом режиме по специальной программе, заложенной в ЭВМ, производится вычитание идентичных фрагментов на первом и втором изображениях. Результирующее изображение 10 выводится на экран дисплея 5 в диапазоне оптических плотностей, оптимальном для наблюдения легочной ткани. Через это оптическое окно наблюдается шумовой фон в виде россыпи мелких точек 11 и остаточное изображение 12, вызванное патологическим изменением в легких на повторном изображении 8 (фиг. 2, в). При этом на более раннем изображении 7 патологических изменений нет. Опыт показывает, что на результирующем изображении 10 надежно выявляются остаточные изменения 12, превышающие 2-3 мм. При отсутствии клинических изменений на втором изображении 8 остаточные изменения 12 на результирующем изображении 10 не проявляются. Для повышения точности диагностики взаимное совмещение и вычитание изображений может производиться неоднократно, при этом выбирается результирующее изображение с меньшим шумом.Digital images of the organs of the chest 7 and 8 of the patient 6 are displayed simultaneously on the screen of the video monitor 5 (Fig. 2, a). Next, the mutual alignment of images on the elements of the spine 9 ₁ , 9 ₂ . until identical identical vertebrae match 9 _1.2 (Fig. 2, b). In this case, the center and width of the optical window of the dynamic range should be optimal for observing bone structures. Through this optical window, lung tissue and blood vessels are not observed. At this stage, this fact is positive, since it unloads the x-ray picture and improves the accuracy of the operation of combining images 7 and 8. The combination of images of identical fragments of the spine is performed by the radiologist manually by moving the first and second images on the display screen 5. After this operation ( Fig. 2, b) in automatic mode according to a special program embedded in a computer, identical fragments are subtracted in the first and second images. The resulting image 10 is displayed on the display screen 5 in the range of optical densities optimal for the observation of lung tissue. Through this optical window, a noise background is observed in the form of a scattering of small dots 11 and a residual image 12 caused by a pathological change in the lungs in the repeated image 8 (Fig. 2, c). However, in the earlier image 7 there are no pathological changes. Experience shows that residual changes 12 exceeding 2-3 mm are reliably detected in the resulting image 10. In the absence of clinical changes in the second image 8, residual changes 12 in the resulting image 10 do not appear. To improve the accuracy of diagnostics, mutual alignment and subtraction of images can be performed repeatedly, and the resulting image with less noise is selected.

Обнаруженную патологию 12 окрашивают, например, в красный цвет 13 и воспроизводят на втором изобретении 8 (фиг. 2, г).The detected pathology 12 is stained, for example, in red 13 and reproduced in the second invention 8 (Fig. 2, g).

Ниже приведен клинический пример применения нового способа ретроспективного анализа рентгеновских снимков легких.The following is a clinical example of a new retrospective analysis of lung X-ray images.

Пациент Д. 1980 г. рождения прошел в 2000 г. профилактическое обследование легких в Новомосковском противотуберкулезном диспансере на малодозовом цифровом флюорографе "Ренекс-Флюоро". При анализе цифрового снимка легких отклонения от нормы не обнаружено (легочные поля прозрачные, легочный рисунок не изменен, корни структурные, синусы свободные). В 2001 г. пациент Д прошел повторное рентгенологическое обследование легких. Съемка выполнялась на том же цифровом флюорографе "Ренекс-Флюоро" в тех же геометрических условиях и энергетических режимах, что и в первом случае. Ретроспективный анализ рентгеновских снимков легких проводился согласно условиям нового способа. Было выявлено незначительное уплотнение 13 в средней зоне правого легкого (фиг. 3). Дальнейшее клиническое обследование пациента Д. показало, что оно вызвано туберкулезным процессом.Patient D., born in 1980, underwent a preventive examination of the lungs in 2000 at the Novomoskovsk TB dispensary on a low-dose digital Renex-Fluoro fluorograph. When analyzing a digital image of the lungs, no abnormality was found (pulmonary fields are transparent, pulmonary pattern is not changed, structural roots, sinuses free). In 2001, patient D underwent a repeated x-ray examination of the lungs. The survey was performed on the same Renex-Fluoro digital fluorograph under the same geometric conditions and energy conditions as in the first case. A retrospective analysis of lung x-rays was performed according to the conditions of the new method. A slight seal 13 was revealed in the middle zone of the right lung (Fig. 3). Further clinical examination of patient D. showed that it was caused by the tuberculosis process.

Источники информацииSources of information

1. SU №833202, МПК⁷ А 61 В 6/00, 1979 г.1. SU No. 833202, IPC ⁷ A 61 B 6/00, 1979

2. SU №959756, МПК⁷ А 61 В 6/00, 1980 г.2. SU No. 959756, IPC ⁷ A 61 B 6/00, 1980

Claims

A method of retrospective analysis of x-ray images of the lungs by radiography of the same patient twice at the same energy and geometric modes of shooting after a certain time interval and comparing the images obtained, characterized in that the x-ray digital image is formed by a computer in the form of an optical density matrix of the image object, the combination of digital images on the elements of the spine until the identical vertebrae completely coincide, while the range of optical of centralities and widths are selected appropriate for optimal observation of bone structures, then identical fragments are subtracted on the first and second digital images and the resulting digital image is displayed on the display screen in the range of optical densities in the center and width optimal for observation of lung tissue, clinical changes are determined by the value of the residual elements of the resulting image in excess of 2-3 mm.