RU2714447C1

RU2714447C1 - Method for control and evaluation of operability of main units of digital x-ray apparatus and device for its implementation

Info

Publication number: RU2714447C1
Application number: RU2019125650A
Authority: RU
Inventors: Михаил Израилевич Зеликман; Сергей Александрович Кручинин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро РентгенТест"
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2019-08-14
Publication date: 2020-02-17

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: invention relates to X-ray equipment and aims at obtaining in simple inspection unambiguous response on technical condition of X-ray apparatus before receiving patients. Monitoring and evaluation of main units is carried out by analyzing the digital image of the test object placed in the middle of the input plane of the digital receiver, for this purpose, exposure thereof is performed with shooting parameters specific for clinical use of apparatus, recording an image, on which depending on the evaluated parameter, selecting areas of interest corresponding to different functional elements of the test object structure, then mathematically calculating average values of brightness levels, as well as ratio of average values of brightness levels in different areas, according to which anode voltage and other parameters are estimated. Test object is a square-shaped aluminum substrate, on the surface of which six functional elements are rigidly fixed, made from aluminum, lead and stainless steel, in form of plates of different thickness and geometric shape, intended to determine parameters used for evaluation and monitoring of operability of main assemblies of X-ray apparatus.

EFFECT: simple and high accuracy of controlling an X-ray apparatus.

2 cl, 1 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к рентгенотехнике и может быть использовано для рутинного контроля и оценки правильности функционирования цифровых рентгеновских аппаратов и их основных узлов, а именно, рентгеновского питающего устройства с излучателем и цифрового приемника рентгеновского изображения.The invention relates to x-ray technology and can be used for routine monitoring and evaluating the correct functioning of digital x-ray machines and their main components, namely, an x-ray power device with a radiator and a digital x-ray image receiver.

Рутинный контроль наряду с инсталляционными и периодическими испытаниями является важным звеном в процедуре обеспечения качества рентгеновского оборудования.Routine monitoring along with installation and periodic tests is an important link in the procedure for ensuring the quality of x-ray equipment.

Основная задача рутинных испытаний заключается в том, чтобы в процессе простой проверки при использовании максимально простого тестового оборудования в кратчайшие сроки получить однозначный ответ о техническом состоянии аппарата до начала приема пациентов.The main task of routine testing is to obtain an unambiguous answer about the technical condition of the device in the shortest possible time when using the simplest test equipment possible before starting to receive patients.

Данные испытания, как правило, осуществляются силами медицинского персонала (рентгенолаборантом) с определенной периодичностью (идеальный вариант - ежедневно). В случае, если по результатам контроля делается вывод о неработоспособности какого-либо узла аппарата, все исследования на этом аппарате прекращаются до тех пор, пока не будут проведены сервисные работы с устранением выявленных неисправностей.These tests, as a rule, are carried out by medical personnel (X-ray laboratory) with a certain frequency (ideal option is daily). In the event that, based on the results of the control, a conclusion is made about the inoperability of any unit of the device, all studies on this device are terminated until after service work is carried out to eliminate the identified malfunctions.

В настоящее время в лечебно-профилактических учреждениях (ЛПУ) Российской Федерации рутинный контроль цифровых рентгенодиагностических аппаратов практически не проводится. Отсутствуют простые аппаратно-программные средства, которые позволили бы нетехническому специалисту (рентгенолаборанту) осуществлять данные проверки. Предусмотренные в большинстве современных серийно выпускаемых аппаратов системы автотестирования отдельных узлов, к сожалению, не гарантируют стабильность выходных параметров устройства в целом (например, не отслеживается изменение интенсивности рентгеновского потока из-за износа рентгеновской трубки).Currently, in the medical institutions of the Russian Federation, routine monitoring of digital X-ray diagnostic devices is practically not carried out. There are no simple hardware and software tools that would allow a non-technical specialist (radiologist) to carry out these checks. Unfortunately, the self-testing systems of individual units provided in most modern commercially available devices do not guarantee the stability of the output parameters of the device as a whole (for example, the change in the intensity of the x-ray flux due to wear of the x-ray tube is not monitored).

Таким образом, разработка способа и устройства рутинного (ежедневного) контроля работоспособности цифровых рентгеновских аппаратов представляется актуальной.Thus, the development of a method and device for routine (daily) monitoring of the health of digital x-ray machines seems relevant.

Из уровня техники известно «Устройство для контроля высокого напряжения в рентгеновских аппаратах» (РФ, патент №2038705, публ. 27.06.1995 г.).The prior art known "Device for monitoring high voltage in x-ray machines" (RF, patent No. 2038705, publ. 06/27/1995).

Устройство используют в рентгенотехнике для контроля правильности функционирования рентгеновских аппаратов по высокому напряжению. Задача изобретения: создание простой и эффективной системы контроля высокого напряжения в рентгеновских аппаратах при радиационных измерениях путем фиксации калибровки устройства.The device is used in X-ray technology to control the correct functioning of X-ray machines at high voltage. The objective of the invention: the creation of a simple and effective control system for high voltage in x-ray machines during radiation measurements by fixing the calibration of the device.

Известен «Способ измерения анодного напряжения на рентгеновской трубке» (РФ, патент №2286654, публ. 27.10.2006 г.).The well-known "Method of measuring the anode voltage on an x-ray tube" (RF, patent No. 2286654, publ. 10/27/2006).

Способ используют для измерения анодного напряжения на рентгеновской трубке и предназначен он для применения в рентгеновских визуализирующих системах, в частности, в рентгеновских устройствах для медицинской диагностики.The method is used to measure the anode voltage on an x-ray tube and is intended for use in x-ray imaging systems, in particular, in x-ray devices for medical diagnostics.

Известна «Координатная метка для рентгенографии» (РФ, патент №2206267, публ. 20.06.2003 г.).Known "Coordinate label for radiography" (RF, patent No. 2206267, publ. 06/20/2003).

Техническое решение относится к устройствам для определения технических характеристик рентгенодиагностических аппаратов, и предназначено для выявления механической нерезкости изображения. При использовании изобретения обеспечивается возможность выявления механической нерезкости изображения, возникающей в результате вибрации рентгеновского штатива.The technical solution relates to devices for determining the technical characteristics of X-ray diagnostic devices, and is intended to detect mechanical image blur. When using the invention, it is possible to detect a mechanical image blur resulting from vibration of an X-ray tripod.

Известен «Тест-объект» (РФ, патент №2181984, публ. 10.05.2002 г.).The well-known "Test object" (RF, patent No. 2181984, publ. 05/10/2002).

Изобретение относится к рентгенотехнике и обеспечивает возможность исследования геометрической нерезкости изображения по всей толщине объекта рентгенографии.The invention relates to x-ray technology and provides the opportunity to study the geometric blur of the image over the entire thickness of the object of radiography.

Однако, известные технические решения являются достаточно сложными в эксплуатации, более того, они не предназначены для одновременного контроля и оценки работоспособности рентгеновского питающего устройства с излучателем и цифрового приемника рентгеновских аппаратов, что в настоящий момент является весьма актуальным.However, the known technical solutions are quite difficult to operate, moreover, they are not intended for the simultaneous monitoring and evaluation of the operability of an X-ray power supply device with an emitter and a digital receiver of X-ray machines, which is currently very relevant.

Эти известные технические решения являются аналогами заявленному техническому решению.These well-known technical solutions are analogues of the claimed technical solution.

Из уровня техники не выявлено наиболее близкого аналога к предлагаемому способу и устройству рутинного (ежедневного) контроля и оценки работоспособности цифровых рентгеновских аппаратов и их основных узлов.The prior art does not reveal the closest analogue to the proposed method and device routine (daily) monitoring and evaluation of the health of digital x-ray machines and their main nodes.

Предложенное техническое решение предполагает оценку работоспособности двух основных узлов цифрового рентгеновского аппарата, а именно: рентгеновского питающего устройства с излучателем, а также цифрового приемника рентгеновского изображения.The proposed technical solution involves assessing the health of two main nodes of a digital x-ray apparatus, namely: an x-ray power device with an emitter, as well as a digital x-ray image receiver.

Для рентгеновской части осуществляется контроль значений анодного напряжения и количества электричества, для приемника - коэффициента передачи и уровня внутренних шумов.For the X-ray part, the values of the anode voltage and the amount of electricity are monitored, for the receiver, the transmission coefficient and the level of internal noise.

Достигаемым при использовании предлагаемого изобретения техническим результатом является получение в процессе простой проверки при использовании максимально простого тестового оборудования в кратчайшие сроки однозначного ответа о техническом состоянии рентгеновского аппарата до начала приема пациентов.Achievable when using the proposed invention, the technical result is to obtain in the process of simple verification when using the simplest test equipment as soon as possible an unambiguous answer about the technical condition of the x-ray apparatus before starting to receive patients.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе контроль и оценку работоспособности основных узлов цифрового рентгеновского аппарата, а именно, рентгеновского питающего устройства с излучателем и цифрового приемника, осуществляют посредством анализа цифрового изображения тест-объекта, для чего тест-объект размещают в середине входной плоскости цифрового приемника, осуществляют его экспозицию с параметрами съемки, соответствующими анодному напряжению и количеству электричества при клиническом использовании аппарата, регистрируют изображение, на этом изображении в зависимости от оцениваемого параметра выбирают области интереса, соответствующие различным функциональным элементам конструкции тест-объекта, затем математически с использованием программного обеспечения рассчитывают средние значения уровней яркости в выбранных областях изображения, а также отношение средних значений уровней яркости в различных областях, по которому, используя калибровочную кривую, оценивают анодное напряжение, при этом при оценке количества электричества, а также коэффициента передачи и уровня внутренних шумов цифрового приемника используют рассчитанное значение анодного напряжения, соответствующую калибровочную кривую, величину отношения сигнал/шум и дисперсию шума, полученные расчетным путем для выбранных областей зарегистрированного изображения.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method, the monitoring and evaluation of the performance of the main components of the digital x-ray apparatus, namely, the X-ray power supply with the emitter and the digital receiver, is carried out by analyzing the digital image of the test object, for which the test object is placed in the middle of the input plane digital receiver, carry out its exposure with shooting parameters corresponding to the anode voltage and the amount of electricity in clinical use then register the image, depending on the estimated parameter, select areas of interest corresponding to various functional elements of the test object structure, then mathematically using software calculate the average values of brightness levels in the selected image areas, as well as the ratio of the average values of brightness levels in different areas, which, using the calibration curve, evaluate the anode voltage, while assessing the amount of electricity, and that Also, the transmission coefficient and the internal noise level of the digital receiver use the calculated value of the anode voltage, the corresponding calibration curve, the signal-to-noise ratio and the noise variance obtained by calculation for the selected areas of the recorded image.

Устройство (тест-объект), реализующее предлагаемый способ представляет собой алюминиевую подложку квадратной формы толщиной 2 мм, на поверхности которой жестко закреплены шесть функциональных элементов в виде пластин разной толщины и геометрической формы, предназначенных для определения параметров, используемых при расчете величин для оценки и контроля работоспособности основных узлов рентгеновского аппарата, при этом четыре пластины из шести имеют квадратную форму, одна из них выполнена из свинца и имеет толщину 3-4 мм, а три другие выполнены из алюминия и имеют толщины соответственно 1 мм, 3 мм и 5 мм, причем две пластины из шести имеют прямоугольную форму, одна выполнена из нержавеющей стали и имеет толщину 1 мм, другая выполнена из алюминия и имеет толщину 18 мм, прямоугольная пластина из нержавеющей стали закреплена на прямоугольной пластине из алюминия, на подложке в середине каждой из сторон квадрата выполнены метки, предназначенные для позиционирования тест-объекта на поверхности цифрового приемника.A device (test object) that implements the proposed method is an aluminum substrate with a square shape of 2 mm thick, on the surface of which six functional elements are rigidly fixed in the form of plates of different thicknesses and geometric shapes, designed to determine the parameters used in calculating the values for evaluation and control the health of the main nodes of the x-ray apparatus, while four of the six plates are square in shape, one of them is made of lead and has a thickness of 3-4 mm, and the other three are made of aluminum and have a thickness of 1 mm, 3 mm and 5 mm, respectively, with two of the six plates having a rectangular shape, one made of stainless steel and 1 mm thick, the other made of aluminum and 18 mm thick, a rectangular stainless plate steel is mounted on a rectangular plate of aluminum, on the substrate in the middle of each side of the square marks are made, designed to position the test object on the surface of the digital receiver.

Оценка и контроль основных узлов цифрового рентгеновского аппарата производится посредством анализа цифрового изображения тест-объекта, зарегистрированного при часто используемых параметрах съемки (например, при анодном напряжении 70 кВ, количестве электричества 100 мАс, фокусном расстоянии порядка 1 м для аппаратов общего назначения и 28 кВ и 20 мАс для маммографов).Evaluation and control of the main components of the digital X-ray apparatus is carried out by analyzing a digital image of a test object recorded with frequently used shooting parameters (for example, at anode voltage of 70 kV, the amount of electricity 100 mAs, focal length of about 1 m for general-purpose devices and 28 kV and 20 mA for mammographs).

Предлагаемый способ контроля и оценки работоспособности основных узлов цифрового рентгеновского аппарата и устройство его реализующее (тест-объект) поясняются чертежом, где на фиг. 1 показан общий вид устройства.The proposed method for monitoring and evaluating the health of the main components of a digital x-ray apparatus and its implementing device (test object) are illustrated in the drawing, where in FIG. 1 shows a general view of the device.

Тест-объект выполнен в виде подложки 1, на которой жестко закреплены шесть функциональных элементов 2, 3, 4, 5, 6 и 7. Подложка 1 имеет форму квадрата, выполнена из алюминия и имеет толщину 2 мм. Функциональные элементы 2, 3, 4 и 5 выполнены в виде пластин квадратной формы. Функциональный элемент 2 выполнен из свинца и имеет толщину 3-4 мм, функциональные элементы 3, 4 и 5 выполнены из алюминия и имеют толщины 5 мм, 3 мм и 1 мм соответственно. Функциональные элементы 6 и 7 выполнены в виде платин прямоугольной формы. Функциональный элемент 6 выполнен из нержавеющей стали и имеет толщину 1 мм, функциональный элемент 7 выполнен из алюминия и имеет толщину 18 мм. Функциональный элемент 6 жестко закреплен на поверхности функционального элемента 7. На подложке 1 посередине каждой из четырех сторон квадрата выполнены метки 8, предназначенные для позиционирования тест-объекта на цифровом приемнике.The test object is made in the form of a substrate 1, on which six functional elements 2, 3, 4, 5, 6, and 7 are rigidly fixed. The substrate 1 has the shape of a square, made of aluminum, and has a thickness of 2 mm. Functional elements 2, 3, 4 and 5 are made in the form of square plates. The functional element 2 is made of lead and has a thickness of 3-4 mm, the functional elements 3, 4 and 5 are made of aluminum and have a thickness of 5 mm, 3 mm and 1 mm, respectively. Functional elements 6 and 7 are made in the form of rectangular platinum. Functional element 6 is made of stainless steel and has a thickness of 1 mm, functional element 7 is made of aluminum and has a thickness of 18 mm. Functional element 6 is rigidly fixed to the surface of functional element 7. On the substrate 1 in the middle of each of the four sides of the square, marks 8 are made for positioning the test object on a digital receiver.

Подложка тест-объекта имеет внешние размеры 180 мм × 180 мм. Таким образом, данный тест-объект может быть свободно размещен на поверхности всех серийно выпускаемых цифровых приемников, применяемых для аппаратов общего назначения и маммографов (минимальный размер цифрового маммографического приемника составляет 18 см × 24 см).The substrate of the test object has an external dimension of 180 mm × 180 mm. Thus, this test object can be freely placed on the surface of all commercially available digital receivers used for general purpose devices and mammographs (the minimum size of a digital mammography receiver is 18 cm × 24 cm).

Все элементы тест-объекта изготавливаются в виде пластин определенной толщины для того, чтобы при прохождении рентгеновского потока через эти элементы излучение в пределах элементов ослаблялось одинаково. Подложка и функциональные элементы тест-объекта выполняются из различных материалов, чтобы обеспечить необходимое ослабление рентгеновского излучения за этими элементами, не прибегая к увеличению габаритных размеров конструкции. В качестве материалов элементов конструкции используются: алюминий, нержавеющая сталь и свинец. Несложно показать, что поток рентгеновских квантов с эффективной энергией порядка 50 кэВ (обеспечивается заданием анодного напряжения 70 кВ и установкой дополнительного фильтра на выходе излучателя порядка 20 мм алюминия) ослабляется 1 мм свинца приблизительно так же, как 6 мм нержавеющей стали или 94 мм алюминия.All elements of the test object are made in the form of plates of a certain thickness so that when the x-ray stream passes through these elements, the radiation within the elements is attenuated equally. The substrate and the functional elements of the test object are made of various materials to provide the necessary attenuation of the x-ray radiation behind these elements, without resorting to an increase in the overall dimensions of the structure. The materials used are structural elements: aluminum, stainless steel and lead. It is easy to show that the flux of X-ray quanta with an effective energy of about 50 keV (provided by setting the anode voltage of 70 kV and installing an additional filter at the output of the emitter of about 20 mm aluminum) is weakened by 1 mm of lead, much like 6 mm of stainless steel or 94 mm of aluminum.

Для аппаратов общего назначения (опорное значение анодного напряжения составляет порядка 70 кВ) для получения квазимоноэнергетичного рентгеновского потока (что необходимо для обеспечения воспроизводимости результатов расчета параметров), как правило, используют дополнительный фильтр из алюминия толщиной порядка 20 мм. В связи с этим, суммарная толщина элементов 1 и 7 составляет 20 мм. Толщина пластины, выполненной из нержавеющей стали 6, составляет 1 мм. Этого вполне достаточно, чтобы обеспечить существенное поглощение рентгеновского излучения за комбинацией элементов 6-7-1 по сравнению с 7-1, что необходимо для обеспечения требуемой точности оценки анодного напряжения.For general-purpose apparatuses (the reference value of the anode voltage is about 70 kV), an additional filter made of aluminum with a thickness of about 20 mm is usually used to obtain a quasi-monoenergetic X-ray flux (which is necessary to ensure reproducibility of the calculation results) In this regard, the total thickness of elements 1 and 7 is 20 mm. The thickness of the plate made of stainless steel 6 is 1 mm. This is quite enough to ensure a significant absorption of x-ray radiation after the combination of elements 6-7-1 compared to 7-1, which is necessary to ensure the required accuracy of the anode voltage estimate.

В маммографических аппаратах (опорное значение анодного напряжения составляет порядка 28 кВ) рентгеновское излучение значительно более «мягкое» по сравнению с аппаратами общего назначения. Поэтому для обеспечения квазимоноэнергетичного рентгеновского потока, как правило, используется алюминиевый фильтр, толщина которого составляет около 2 мм (подложка 1). В случае с маммографическими аппаратами для существенного ослабления рентгеновского излучения достаточно алюминиевой пластины толщиной 1-5 мм алюминия. Поскольку в настоящее время для серийно выпускаемых маммографов используется достаточно большое количество комбинаций материалов анода рентгеновской трубки и выходного фильтра излучателя (например, Mo/Mo, Mo/Rh, Rh/Rh, W/Rh, W/Al и т.д.), то в конструкции тест-объекта предусмотрены функциональные элементы 3, 4, 5 (отличающиеся по толщине).In mammography devices (the reference value of the anode voltage is about 28 kV), X-ray radiation is much more “soft” in comparison with general-purpose devices. Therefore, to ensure a quasi-monoenergetic X-ray flux, as a rule, an aluminum filter is used, the thickness of which is about 2 mm (substrate 1). In the case of mammographic devices, an aluminum plate with a thickness of 1-5 mm of aluminum is sufficient for a significant attenuation of x-ray radiation. Since at present a rather large number of combinations of materials of the anode of the X-ray tube and the output filter of the emitter are used for mass-produced mammographs (for example, Mo / Mo, Mo / Rh, Rh / Rh, W / Rh, W / Al, etc.), then in the design of the test object functional elements 3, 4, 5 (differing in thickness) are provided.

Толщина свинцовой пластины 2 должна быть такой, чтобы обеспечивать полное поглощение входного рентгеновского потока, формируемого в аппаратах общего назначения (при этом, для цифровых маммографов данное условие будет выполняться автоматически). Установлено, что свинцовой пластины толщиной 3-4 мм вполне достаточно, чтобы полностью поглотить рентгеновский поток с эффективной энергией порядка 50 кэВ.The thickness of the lead plate 2 should be such as to ensure complete absorption of the input x-ray flux generated in general-purpose apparatuses (at the same time, this condition will be fulfilled automatically for digital mammographs). It was found that a lead plate 3-4 mm thick is enough to completely absorb an X-ray flux with an effective energy of about 50 keV.

Предлагаемый способ реализуется с помощью тест-объекта следующим образом.The proposed method is implemented using a test object as follows.

Для оценки значений анодного напряжения и количества электричества рентгеновского питающего устройства с излучателем, а также коэффициента передачи и уровня внутренних шумов цифрового приемника рентгеновского изображения аппаратов общего назначения и маммографов необходимо разместить тест-объект в середине входной плоскости цифрового приемника.To assess the anode voltage and the amount of electricity of the X-ray power supply device with the emitter, as well as the transmission coefficient and the internal noise level of the digital X-ray image receiver of general-purpose apparatuses and mammographs, it is necessary to place the test object in the middle of the input plane of the digital receiver.

Позиционирование тест-объекта осуществляется с помощью специальных меток 8, расположенных посредине каждой из сторон подложки 1 тест-объекта.The positioning of the test object is carried out using special marks 8 located in the middle of each side of the substrate 1 of the test object.

Как правило, на цифровом приемнике имеется разметка в виде горизонтальной и вертикальной линий, проходящих через центр приемника и середины боковых сторон приемника.Typically, a digital receiver has markings in the form of horizontal and vertical lines passing through the center of the receiver and the middle of the sides of the receiver.

Таким образом, совмещая метки 8 тест-объекта с линиями на поверхности приемника, можно обеспечить его позиционирование.Thus, combining marks 8 of the test object with lines on the surface of the receiver, it is possible to ensure its positioning.

После установки тест-объекта осуществляют экспозицию, причем параметры съемки (анодное напряжение и количество электричества) должны соответствовать принятым для клинического использования аппарата.After installing the test object, an exposure is carried out, and the shooting parameters (anode voltage and amount of electricity) must correspond to those accepted for clinical use of the device.

На основе зарегистрированного изображения тест-объекта в областях интереса, соответствующих отдельным элементам его конструкции математически (с использованием программного обеспечения) рассчитывают следующие параметры: средние уровни яркостей и их отношения, дисперсии яркостей, а также отношения сигнал-шум (далее - рассчитываемые параметры).Based on the recorded image of the test object in the areas of interest corresponding to the individual structural elements, the following parameters are calculated mathematically (using software): average brightness levels and their ratios, brightness variances, as well as signal-to-noise ratios (hereinafter, the calculated parameters).

Для аппаратов общего назначения рассчитываемые параметры оценивают за следующими элементами конструкции тест-объекта: за свинцовой пластиной 2 квадратной формы толщиной 3-4 мм и алюминиевой подложкой 1 толщиной 2 мм; за алюминиевой пластиной прямоугольной формы 7 толщиной 18 мм и алюминиевой подложкой 1 толщиной 2 мм; за прямоугольной пластиной 6 из нержавеющей стали толщиной 1 мм, алюминиевой пластиной 7 прямоугольной формы толщиной 18 мм и алюминиевой подложкой 1 толщиной 2 мм.For general-purpose apparatuses, the calculated parameters are evaluated for the following structural elements of the test object: behind a lead plate 2 of a square shape 3-4 mm thick and an aluminum substrate 1 2 mm thick; behind a rectangular aluminum plate 7 with a thickness of 18 mm and an aluminum substrate 1 with a thickness of 2 mm; behind a rectangular plate 6 of stainless steel 1 mm thick, an aluminum plate 7 of a rectangular shape 18 mm thick and an aluminum substrate 1 of a thickness of 2 mm.

Для цифровых маммографов рассчитываемые параметры оценивают за следующими элементами конструкции тест-объекта: за свинцовой пластиной 2 квадратной формы толщиной 3-4 мм и алюминиевой подложкой 1 толщиной 2 мм; за алюминиевыми пластинами 3, 4, 5 квадратной формы толщинами 5, 3, 1 мм соответственно и алюминиевой подложкой 1 толщиной 2 мм; за алюминиевой подложкой 1 толщиной 2 мм.For digital mammographs, the calculated parameters are evaluated for the following structural elements of the test object: for a lead plate 2 of a square shape 3-4 mm thick and an aluminum substrate 1 2 mm thick; behind aluminum plates of 3, 4, 5 square shapes with thicknesses of 5, 3, 1 mm, respectively, and aluminum substrate 1 with a thickness of 2 mm; behind an aluminum substrate 1 2 mm thick.

Оценка анодного напряжения для аппаратов общего назначения осуществляется следующим образом.Assessment of the anode voltage for general-purpose apparatus is as follows.

С помощью зарегистрированного изображения тест-объекта математически (с использованием программного обеспечения) рассчитывают следующие параметры: определяют средние значения уровней яркостей в выбранной области исследования за пластиной из нержавеющей стали 6, алюминиевой пластиной 7 и подложкой 1 - S_с-ал-п, а также за алюминиевой пластиной 7 и подложкой 1 - S_ал-п. Отношение этих двух значений S_ал-п/S_c-ал-п будет зависеть только от величины анодного напряжения рентгеновского излучателя (U_a).Using the registered image of the test object, the following parameters are calculated mathematically (using software): determine the average values of the brightness levels in the selected area of study behind the stainless steel plate 6, aluminum plate 7 and substrate 1 - S _c-al-p , and behind the aluminum plate 7 and the substrate 1 - S _al-p . The ratio of these two values of S _al-p / S _c-al-p will depend only on the magnitude of the anode voltage of the x-ray emitter (U _a ).

Таким образом, если предварительно выполнена калибровка рентгеновского аппарата с шагом примерно 2 кВ, т.е. получена зависимость S_ал-п/S_c-ал-п от U_a в диапазоне напряжений примерно ±10 кВ относительно опорного значения, то, рассчитывая отношение S_ал-п/S_c-ал-п и используя калибровочную кривую, можно оценить U_a.Thus, if the X-ray machine was previously calibrated with a step of approximately 2 kV, i.e. the dependence of S _al-p / S _c-al-p on U _{a was} obtained in the voltage range of approximately ± 10 kV relative to the reference value, then, by calculating the ratio S _al-p / S _c-al-p and using the calibration curve, we can estimate U _a .

Оценка анодного напряжения для маммографов осуществляется следующим образом. С помощью зарегистрированного изображения тест-объекта математически (с использованием специализированного программного обеспечения) определяют средние значения уровней яркостей в выбранной области интереса за одной из алюминиевых пластин 3, 4 или 5 (толщиной 5, 3 или 1 мм) и подложкой 1 - S_ал-п, а также только за подложкой 1 - S_п. Выбор толщины алюминиевой пластины (1, 3 или 5 мм) определяется комбинацией материалов анода рентгеновской трубки и выходного фильтра излучателя каждого отдельного маммографа. Отношение S_п/S_ал-п зависит только от величины анодного напряжения U_a. Таким образом, зная отношение S_п/S_ал-п и имея предварительно полученную с шагом примерно 1 кВ калибровочную кривую в диапазоне напряжений примерно ±5 кВ относительно опорного значения, можно оценить U_a.Assessment of the anode voltage for mammographs is as follows. Using the registered image of the test object mathematically (using specialized software) determine the average values of the brightness levels in the selected area of interest for one of the aluminum plates 3, 4 or 5 (thickness 5, 3 or 1 mm) and the substrate 1 - S _{al- p} , and also only behind the substrate 1 - S _p . The choice of the thickness of the aluminum plate (1, 3 or 5 mm) is determined by the combination of the materials of the anode of the x-ray tube and the output filter of the emitter of each individual mammograph. The ratio of S _p / S _al-p depends only on the magnitude of the anode voltage U _a . Thus, knowing the ratio S _p / S _al-p and having previously obtained a calibration curve with a step of approximately 1 kV in the voltage range of approximately ± 5 kV relative to the reference value, U _a can be estimated.

Оценка количества электричества (мАс) для аппаратов общего назначения осуществляется с использованием рассчитанного значения анодного напряжения (U_a), квадрата отношения сигнал/шум

полученного с использованием зарегистрированного изображения (за функциональными элементами тест-объекта, включающими нержавеющую сталь 6, алюминиевую пластину 7 и подложку 1), а также полученной при калибровке аппарата зависимости нормированного на величину мАс квадрата отношения сигнал/шум

от U_a. Отношение сигнал/шум оценивается как результат деления среднего значения уровня яркости в выбранной области изображения тест-объекта к среднеквадратическому отклонению значения яркости в этой же области.Estimation of the amount of electricity (mA) for general purpose devices is carried out using the calculated value of the anode voltage (U _a ), the square of the signal-to-noise ratio

obtained using the registered image (behind the functional elements of the test object, including stainless steel 6, aluminum plate 7 and substrate 1), as well as the dependence of the signal-to-noise ratio normalized by the mAc value obtained during calibration of the apparatus

from U _a . The signal-to-noise ratio is estimated as the result of dividing the average value of the brightness level in the selected region of the image of the test object to the standard deviation of the brightness value in the same region.

Для маммографического аппарата квадрат отношения сигнал/шум

определяется за функциональными элементами конструкции тест-объекта, включающими алюминиевую пластину 3, 4 или 5 (толщиной 5, 3 или 1 мм) и подложку 1.For a mammography machine, the squared signal-to-noise ratio

determined by the functional design elements of the test object, including an

aluminum plate

3, 4 or 5 (5, 3 or 1 mm thick) and substrate 1.

Таким образом, зная U_a, с помощью калибровочной кривой оценивают

Далее значение количества электричества рассчитывается как результат деления

на

Thus, knowing U _a , using a calibration curve estimate

Next, the value of the amount of electricity is calculated as a result of division

on the

Оценка коэффициента передачи цифрового приемника (G) для аппаратов общего назначения определяется как результат деления среднего уровня яркости (S_с-ал-п) на квадрат отношения сигнал/шум

An estimate of the transmission coefficient of a digital receiver (G) for general-purpose devices is determined as the result of dividing the average brightness level (S _c-al-p ) by the square of the signal-to-noise ratio

Для маммографа - как результат деления S_ал-п на

For a mammograph - as a result of dividing S _al-p by

Оценка уровня внутренних шумов цифрового приемника (σ²) для аппаратов общего назначения и маммографов осуществляется путем расчета дисперсии значений яркости в области изображения тест-объекта за функциональными элементами конструкции, включающими свинцовую пластину 2 и алюминиевую подложку 1.Assessment of the internal noise level of the digital receiver (σ ² ) for general-purpose apparatuses and mammographs is carried out by calculating the variance of the brightness values in the image area of the test object behind functional structural elements, including a lead plate 2 and an aluminum substrate 1.

Предлагаемое техническое решение «Способ контроля и оценки работоспособности основных узлов цифрового рентгеновского аппарата» реализуют следующим образом:The proposed technical solution "Method of monitoring and evaluating the health of the main nodes of the digital x-ray apparatus" is implemented as follows:

Пример.Example.

Рассмотрим контроль анодного напряжения, количества электричества, а также коэффициента передачи и внутренних шумов цифрового приемника для следующего аппарата: рентгеновский комплекс Definium 6000 с плоскопанельным цифровым приемником па основе аморфного кремния, производства компании GE Healthcare (США).Consider the control of the anode voltage, the amount of electricity, as well as the transmission coefficient and internal noise of a digital receiver for the following apparatus: X-ray complex Definium 6000 with a flat-panel digital receiver based on amorphous silicon, manufactured by GE Healthcare (USA).

1. Предварительно проводится процедура калибровки рентгеновского аппарата, а именно: в центральной части приемника устанавливается (с использованием соответствующих меток) тест-объект; задается необходимое фокусное расстояние (например, 1 м); далее регистрируется серия изображений этого тест-объекта при значениях анодного напряжения в диапазоне примерно ±10 кВ относительно опорного значения (70 кВ) с шагом 2 кВ и неизменным значением количества электричества 100 мАс; для каждого зарегистрированного изображения математически рассчитывается отношение S_ал-п/S_c-ал-п, а также нормированное на величину мАс значение квадрата отношения си шал/шум

В таблицах 1 и 2 представлены результаты калибровки (зависимости отношения S_ал-п/S_c-ал-п, а также

от U_a).1. A preliminary procedure for the calibration of the x-ray apparatus is carried out, namely: in the central part of the receiver, a test object is installed (using appropriate marks); sets the required focal length (for example, 1 m); then a series of images of this test object is recorded at anode voltage values in the range of approximately ± 10 kV relative to the reference value (70 kV) with a step of 2 kV and a constant value of the amount of electricity of 100 mAs; for each registered image, the ratio S _al-p / S _c-al-p is mathematically calculated, as well as the squared noise / noise ratio normalized to the magnitude of mAc

Tables 1 and 2 show the calibration results (dependencies of the ratio S _al-p / S _c-al-p , as well as

from U _a ).

Для изображения, полученного при опорном значении U_a=70 кВ, дополнительно оценивают коэффициент передачи цифрового приемника (G), как результат деления среднего уровня яркости (S_c-ал-п) на квадрат отношения сигнал/шум

т.е. G=472,32/5622,32=8,4⋅10^-2, а также дисперсию внутренних шумов цифрового приемника (σ²): σ²=6,5. Полученные оценки G и σ² используют в качестве базовых (опорных) при проведении рутинного (ежедневного) контроля.For the image obtained at a reference value of U _a = 70 kV, the transmission coefficient of the digital receiver (G) is additionally estimated as a result of dividing the average brightness level (S _c-al-p ) by the square of the signal-to-noise ratio

those. G = 472.32 / 5622.32 = 8.4⋅10 ^-2 , as well as the variance of the internal noise of the digital receiver (σ ² ): σ ² = 6.5. The obtained estimates of G and σ ² are used as basic (reference) during routine (daily) control.

2. При проведении рутинного (ежедневного) контроля рентгенолаборант воспроизводит позиционирование тест-объекта и геометрию съемки (установку фокусного расстояния), как при калибровке аппарата. Далее на консоли оператора задаются опорные значения анодного напряжения (70 кВ) и количества электричества (100 мАс) и осуществляется экспозиция. С использованием зарегистрированного изображения оцениваются: отношение S_ал-п/S_c-ал-п,

G и σ². Пусть, например, отношение S_ал-п/S_c-ал-п равно 2,06;

G=473,56/5845,56=8,1⋅10^-2 (отклонение от опорного значения, полученного при калибровке, менее 4%); σ²=6,7 (отклонение от опорного значения, полученного при калибровке, менее 4%). Используя данные, представленные в таблице 1, получаем, что фактическая величина анодного напряжения рентгеновского аппарата составляет 72 кВ (т.е. наблюдается отклонение от опорного значения на величину не более 3%). Используя данные, представленные в таблице 2 и рассчитанное значение анодного напряжения (72 кВ), получаем, что величина мАс составляет 98,1 (отклонение от опорного значения менее 2%).2. During routine (daily) control, the x-ray laboratory reproduces the positioning of the test object and the geometry of the survey (setting the focal length), as when calibrating the device. Then, on the operator’s console, reference values of the anode voltage (70 kV) and the amount of electricity (100 mAs) are set and exposure is performed. Using the registered image are evaluated: the ratio of S _al-p / S _c-al-p ,

G and σ ² . Let, for example, the ratio S _al-p / S _c-al-p is 2.06;

G = 473.56 / 5845.56 = 8.1⋅10 ^-2 (deviation from the reference value obtained during calibration, less than 4%); σ ² = 6.7 (deviation from the reference value obtained during calibration, less than 4%). Using the data presented in table 1, we find that the actual value of the anode voltage of the x-ray apparatus is 72 kV (i.e., a deviation from the reference value by no more than 3% is observed). Using the data presented in table 2 and the calculated value of the anode voltage (72 kV), we find that the mAc is 98.1 (deviation from the reference value is less than 2%).

3. Задавая допустимые значения отклонения того или иного параметра от опорного значения, можно осуществлять оценку работоспособности основных узлов рентгеновского аппарата (рентгеновского питающего устройства с излучателем, а также цифрового приемника). Пусть, например, максимально допустимое отклонение результата оценки анодного напряжения от опорного значения составляет 10%. Тогда полученное при рутинном контроле отклонение рассчитанного значения анодного напряжения от опорного значения более чем на 10% будет говорить о неисправности рентгеновского питающего устройства.3. By setting the permissible values of the deviation of one or another parameter from the reference value, it is possible to evaluate the operability of the main nodes of the X-ray apparatus (X-ray power device with an emitter, as well as a digital receiver). Let, for example, the maximum permissible deviation of the result of the anode voltage assessment from the reference value be 10%. Then, the deviation of the calculated value of the anode voltage from the reference value obtained by routine monitoring by more than 10% will indicate a malfunction of the X-ray supply device.

ЗАКЛЮЧЕНИЕCONCLUSION

Представленный способ контроля и оценки работоспособности основных узлов цифрового рентгеновского аппарата и устройство для его осуществления позволяют производить эффективный рутинный контроль цифрового рентгеновского оборудования до начала приема пациентов силами медицинского персонала. Время, необходимое на проведение тестирования, не превышает 5-10 минут.The presented method for monitoring and evaluating the health of the main components of a digital x-ray apparatus and a device for its implementation allow for the effective routine monitoring of digital x-ray equipment before the start of patient reception by medical personnel. The time required for testing does not exceed 5-10 minutes.

Claims

1. A method of monitoring and evaluating the health of the main nodes of a digital x-ray apparatus, in which monitoring and evaluating the health of the main nodes, namely the X-ray power supply with a radiator and a digital receiver, is carried out by analyzing a digital image of the test object, for which the test object is placed in the middle the input plane of the digital receiver, carry out its exposure with the shooting parameters corresponding to the anode voltage and the amount of electricity in clinical use a apparatus, register the image on this image, depending on the parameter being evaluated, select areas of interest corresponding to various functional elements of the test object design, then mathematically using software to calculate the average values of brightness levels in the selected image areas, as well as the ratio of the average values of brightness levels in different areas in which, using a calibration curve, evaluate the anode voltage, while assessing the amount of electricity, as well as the transmission coefficient and the internal noise level of the digital receiver, the calculated value of the anode voltage, the corresponding calibration curve, the signal-to-noise ratio and the noise variance obtained by calculation for selected areas of the recorded image are used.

2. A test object for monitoring and evaluating the health of the main components of the x-ray apparatus, which is an aluminum substrate of a square shape 2 mm thick, on the surface of which six functional elements are rigidly fixed in the form of plates of different thicknesses and geometric shapes, designed to determine the parameters used in the calculation values for assessing and monitoring the health of the main nodes of the x-ray apparatus, while four of the six plates are square in shape, one of them is made of TSA and has a thickness of 3-4 mm, and the other three are made of aluminum and have a thickness of 1 mm, 3 mm and 5 mm, respectively, with two of the six plates having a rectangular shape, one made of stainless steel and having a thickness of 1 mm, the other is made made of aluminum and has a thickness of 18 mm, a rectangular stainless steel plate is mounted on a rectangular aluminum plate, on the substrate in the middle of each side of the square marks are made for positioning the test object on the surface of a digital receiver.