RU2555129C1 - Тест-фантом - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к рентгеноскопии, а именно к элементам медицинской рентгенодиагностики. Тест-фантом состоит из двух частей, образующих единое целое. Одна часть имеет постоянную высоту в продольном направлении, а другая часть имеет непрерывно меняющуюся высоту в этом же направлении, образуя клин. На боковой стороне клиновой части выполнены калиброванные вырезы. Использование изобретения обеспечивает повышение точности определения минеральной плотности костной ткани по рентгеновским снимкам, получаемым с помощью рентгеновских аппаратов общего применения, и упрощение конструкции. 7 ил.

Description

Изобретение относится к рентгеноскопии, более конкретно к элементам медицинской рентгенодиагностики.

Одним из важнейших показателей различных костных патологий человека, определяющих (особенно у людей пожилого возраста) возникновение таких болезней, как остеопороз и остеопения, является минеральная плотность костной ткани (МПКТ). Рентгеновские исследования внутренней структуры костной ткани, как известно, проводят путем наблюдения на рентгеновской фотопленке картины распределения интенсивности рентгеновского излучения, прошедшего через диагностируемый объект. При использовании рентгеновской фотопленки оценка МПКТ наряду с другими показателями выполняется по степени почернения участков изображения в характерных областях человеческого тела. Однако степень почернения зависит не только от плотности материала кости, но и от значительного числа дополнительных факторов. Главными из них являются интенсивность рентгеновского излучения источника, характерные свойства самой рентгеновской фотопленки, в частности, ее контрастность и чувствительность к рентгеновскому излучению, условия последующей обработки в проявляюще-закрепляющих растворах, химический состав и чистота растворов, температура обработки и ряда других факторов, меняющихся от снимка к снимку.

На практике при использовании рентгеновских аппаратов общего применения проконтролировать влияние всех вышеупомянутых факторов, действующих на пленку в конкретном сеансе получения рентгеновского изображения, не представляется возможным. Поэтому для их, по сути дела, компенсационного учета используют различные калибровочные элементы, располагаемые, в частности, при получении медицинских рентгенограмм рядом с диагностируемым объектом. Такие элементы имеют название тест-фантомов (Чиж Г.В., Полойко Ю.Ф. «Оценка качественных характеристик медицинских рентгеновских пленок. Инструкция по применению», Министерство здравоохранения республики Беларусь, 2003 г., 26 с.).

В рентгеновских аппаратах общего применения в качестве калибровочных элементов часто применяют n-ступенчатые тест-фантомы в виде ступенчатых клиньев, выполненных из материала, поглощающего рентгеновское излучение, где n - число ступенек (RU 2320267 С2 от 27.03.2008, RU 2177724 C2 от 10.01.2002). Высота каждой ступени в направлении прохождения рентгеновского излучения определяет степень почернения рентгеновской пленки для области, соответствующей этой ступени. Эквивалентное значение МПКТ для каждой ступени при известном материале клина определяется известными расчетными или экспериментальными методами. Таким образом, зная координату каждой ступени от начала клина и сравнивая степень почернения ступеней с почернением областей на рентгеновском изображении диагностируемого медицинского объекта можно определить МПКТ для этих областей. Число ступеней выбирается из требуемой разрешающей способности, с которой необходимо определить степень почернения пленки, и, следовательно, из разрешающей способности, с которой требуется оценить МПКТ при диагностике медицинских объектов.

Ступенчатые клиновые тест-фантомы обычно выполняются из меди или алюминиевых сплавов и выпускаются многими фирмами. Например, из интернет-публикации фирмы Margraf Dental Mfg Inc. известен 9-ступенчатый клиновой тест-фантом, который может быть использован для калибровки рентгеновских денситометров.

Известна также информация о тест-фантоме в виде n-ступенчатого клина и оценка МПКТ с его помощью у детей с костными патологиями (Зиатдинова Н.В. "Клинико-диагностическое значение определения цинка, хрома и стронция при различных формах рахита у детей" - Диссертация на соискание ученой степени кандидата медицинских наук, КГМА, Казань, 2001 г.).

Наиболее близким по конструкции к заявляемому изобретению является градационный n-ступенчатый клин, описанный в (RU 2177724 С2 от 10.01.2002), который выбран качестве прототипа заявляемого изобретения. Данный клин включает n-ступенчатый элемент, выполненный из материала, поглощающего рентгеновское излучение, и дополнительно содержит n пластинок, полностью поглощающих рентгеновское излучение и имеющих длину, равную ширине ступени, а ширину меньшую, чем ширина ступени. При этом первая пластинка расположена вплотную к клину со стороны ступени, имеющей наименьшую высоту, а остальные n-1 пластинок установлены на соответствующих ступенях клина вплотную к подступени, рядом расположенной более высокой ступени.

Известный тест-фантом в виде градационного n-ступенчатого клина имеет ряд существенных недостатков.

Главным из них является ограниченная возможность определения точного значения МПКТ для областей, имеющих степень почернения, равную промежутку между ступенями клина. Поэтому выявить непрерывное распределение МПКТ во всех точках диагностируемой области не удается. В этом случае значение МПКТ приходится определять интерполяцией между значениями соседних ступеней, что может не соответствовать реальной величине МПКТ для соответствующих точек диагностируемой области.

Второй недостаток проявляется тогда, когда на снимок (вследствие невнимательности персонала или других обстоятельств) попадает только тонкая часть клина и степень почернения в изображении самых тонких ступеней клина настолько велика, что совпадает с почернением пленки, обусловленной фоном. В этом случае не удается определить, какие именно ступени видны на снимке (нет возможности определить координаты этих ступеней) и, следовательно, не удается оценить соответствующие значения МПКТ для интересующих областей объекта.

Помимо указанных недостатков градационный n-ступенчатый клин, который выбран в качестве прототипа, является сложным в конструктивном отношении, поскольку содержит n дополнительных полностью поглощающих рентгеновское излучение пластинок, каждую из которых требуется устанавливать на ступенях клина определенным образом.

Патентуемый тест-фантом не содержит указанных недостатков.

Технический результат предлагаемого изобретения - повышение точности определения минеральной плотности костной ткани по рентгеновским снимкам, получаемым с помощью рентгеновских аппаратов общего применения и упрощение конструкции.

Решаемая задача в предлагаемом тест-фантоме, выполненном из материала, поглощающего рентгеновское излучение, достигается тем, что его форма состоит из двух частей, образующих единое целое, причем одна часть имеет постоянную высоту в продольном направлении, а другая часть имеет непрерывно меняющуюся высоту в этом же направлении, образуя клин, при этом на боковой стороне клиновой части выполнены калиброванные вырезы. Геометрические размеры тест-фантома заранее известны. Поэтому даже при неполном попадании тест-фантома на снимок и совпадении степени почернения самой тонкой части клина с фоном, начало клина и, соответственно, номер любого видимого выреза легко определяются, что позволяет определить и координату каждой точки клина, видимой на снимке, и, следовательно, эквивалентное значение МПКТ для нее. Сравнивая почернение пленки для точек клина с почернением пленки для интересующих областей медицинского объекта, можно определить МПКТ для этих областей.

На фиг.1 представлен чертеж патентуемого тест-фантома.

На фиг.2 представлен 9-ступенчатый клиновой тест-фантом фирмы Margraf Dental Mfg. Inc.

На фиг.3 представлена фотография экспериментального образца патентуемого тест-фантома.

На фиг.4 показано компьютерное изображение диагностируемого медицинского объекта и изображение тест-фантома рядом с ним.

На фиг.5 представлен график эквивалентных значений МПКТ, полученный с помощью компьютерной программы для точек клиновой части тест-фантома, по которым проходит трасса, выполненная оператором на компьютерном изображении тест-фантома.

На фиг.6 показано изображение диагностируемого объекта с трассой, проведенной оператором на диагностируемом медицинском объекте,

На фиг.7 представлено непрерывное распределение МПКТ вдоль точек этой трассы.

Существо изобретения поясняется следующим образом.

Предлагаемый тест-фантом - фиг.1 состоит из двух частей, одна из которых 1 в продольном направлении имеет постоянную высоту, а высота другой части 2 непрерывно уменьшается, образуя клин. Обе части представляют собой единое целое, выполненное из материала, поглощающего рентгеновское излучение. Тест-фантом содержит также на боковой стороне его клиновой части калиброванные вырезы 3. Их основное назначение - облегчить измерение продольной координаты любой точки клина и, следовательно, МПКТ для этой точки даже в случае совпадения степени почернения самой тонкой части клина с фоном и неполного попадания на снимок всего тест-фантома.

Экспериментальный образец патентуемого тест-фантома, показанный на фиг.3, снабжен ушками 4, выполненными из алюминиевого уголка, которые облегчают обслуживающему персоналу правильную ориентацию тест-фантома при получении рентгеновского изображения диагностируемого объекта. Кроме того, на части тест-фантома, имеющей постоянную высоту, выполнено сквозное отверстие 5, обеспечивающее быструю идентификацию номера соответствующего калиброванного выреза.

Рассмотрим патентуемый тест-фантом в использовании, которое сводится к следующему. После изготовления и перед первым применением тест-фантом калибруется эквивалентными значениями МПКТ для каждой высоты его клиновой части и, следовательно, для каждой точки этой части. Такая калибровка может быть выполнена известным расчетным способом, описанным, например, в (Гайдарова Т.А. и др., Бюллетень ВСНЦ СО РАМН, 2006, №5 (51), с.46-49), либо экспериментально на аттестованных измерительных денситометрах.

При получении рентгеновского изображения медицинского диагностируемого объекта тест-фантом располагают рядом с объектом. На рентгеновской пленке одновременно фиксируется изображение объекта и изображение тест-фантома. Поэтому все факторы, влияющие на денситометрические свойства пленки (в частности, на степень ее почернения), в том числе и параметры рентгеновского излучения, одинаковым образом будут влиять и на изображение объекта и на изображение тест-фантома. После химической обработки и сушки рентгеновская пленка сканируется, что позволяет получить компьютерное изображение диагностируемого объекта и тест-фантома. В этом изображении сравниваются степени почернения участков диагностируемого объекта и участков клина. Равенство степени почернения участка диагностируемого объекта и участка клиновой части тест-фантома позволяет определить искомую МПКТ участка диагностируемого объекта.

Используя предлагаемый тест-фантом и соответствующее программное обеспечение (например, Воронов В.И., Воронова Т.В. "Программа обработки цифровых рентгеновских снимков" // Свидетельство об отраслевой регистрации разработки №6635 от 20.07.2006 г., Отраслевой фонд алгоритмов и программ (ОФАП) Федерального агентства по образованию), можно измерить МПКТ в автоматическом режиме для всех значимых участков объекта. Не значимые участки характеризуются передержкой или недодержкой экспозиции, а также передержкой или недодержкой пленки в обрабатывающих растворах и обычно игнорируются при анализе изображения. Программное обеспечение позволяет включить калибровочные значения МПКТ для материала клина, а также параметры его высоты, длины и калиброванных вырезов.

Пример использования предлагаемого тест-фантома совместно с компьютерной программой обработки цифровых рентгеновских снимков поясняется на фиг.4-7.

На фиг.4 показано компьютерное изображение диагностируемого медицинского объекта и изображение тест-фантома, попавшего на пленку в данном случае не полностью. Плотность почернения самой тонкой клиновой части тест-фантома совпадает с плотностью фона так, что определить начало клина только по этой части невозможно. Однако по части тест-фантома, имеющей постоянную высоту, определить его начало не представляет затруднений. На клиновой части тест-фантома видна калибровочная трасса (белая линия), выполненная оператором по изображению с помощью манипулятора мышь. На фиг.5 представлен компьютерный график эквивалентных значений МПКТ для всех точек этой трассы, ограниченный сверху и снизу предельными не значимыми величинами МПКТ.

На фиг.6 показано изображение диагностируемого объекта с трассой, проведенной оператором вдоль области интереса на диагностируемом медицинском объекте, а на фиг.7 представлено непрерывное распределение МПКТ вдоль точек этой трассы. Значения МПКТ определяются в любой точке трассы, которая проводится оператором в интересующей области.

Claims (1)

1. Тест-фантом, выполненный из материала, поглощающего рентгеновское излучение, отличающийся тем, что его форма состоит из двух частей, образующих единое целое, причем одна часть имеет постоянную высоту в продольном направлении, а другая часть имеет непрерывно меняющуюся высоту в этом же направлении, образуя клин, при этом на боковой стороне клиновой части выполнены калиброванные вырезы.

Images