RU2190353C1

RU2190353C1 - Phantom for using radiographic examinations

Info

Publication number: RU2190353C1
Application number: RU2001123720/14A
Authority: RU
Inventors: А.Б. Мишкинис; А.Н. Черний
Original assignee: Мишкинис Александр Борисович; Черний Александр Николаевич
Priority date: 2001-08-28
Filing date: 2001-08-28
Publication date: 2002-10-10

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has casing manufactured from rigid radiopaque and photopaque material filled with water and having metric radiopaque members. Hollow tubular system shaped as bronchial tree is mounted inside of the casing and balloon simulating heart operation manufactured from elastic flexible material and connected to corresponding microprocessor-controllable air pressure generators. The metric members are mounted on flexible membrane around the bronchial tree trunks. Beside that, the casing has pipe connecting the internal part of the casing to the ambient atmosphere. EFFECT: enabled dynamic blurriness processing in X-ray lung examination. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской рентгенотехнике, а именно к устройствам для оценки точности топометрии внутренних органов по рентгеновским съемкам. The invention relates to medical x-ray technology, and in particular to devices for evaluating the accuracy of topometry of internal organs by x-ray surveys.

Известен фантом для рентгенографии, изготовленный из эпоксидной смолы в форме молочной железы. Внутри фантома находятся метрические эталоны различной формы и размеров, изготовленные из рентгеноконтрастного материала [1] . Known phantom for radiography made of epoxy in the form of a mammary gland. Inside the phantom there are metric standards of various shapes and sizes made of radiopaque material [1].

Фантом предназначен для контроля параметров рентгеномаммографических аппаратов и не может быть использован для оценки точности рентгенотопометрии объемных органов, например легких. The phantom is designed to control the parameters of X-ray mammography devices and cannot be used to assess the accuracy of X-ray topometry of volume organs, such as lungs.

Известен также фантом для оценки качества рентгеновских снимков легких компании 22, имеющий корпус из рентгенопрозрачного материала, заполненный веществом, плотность которого близка к плотности легочной ткани. Внутри фантома находятся метрические элементы из рентгеноконтрастного материала [2]. Also known is a phantom for evaluating the quality of X-ray images of the lungs of company 22, having a body of X-ray transparent material filled with a substance whose density is close to the density of lung tissue. Inside the phantom there are metric elements from radiopaque material [2].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фантом, содержащий корпус из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, заполненный водой, внутри которого жестко закреплены метрические элементы, выполненные из ретгеноконтрастного материала [3, с.348]. The closest technical solution to the proposed one is a phantom containing a housing made of hard X-ray and translucent material filled with water, inside of which metric elements made of retro-contrast material are rigidly fixed [3, p. 348].

Известный фантом предназначен для оценки качества цифровых рентгеновских снимков, полученных на компьютерном томографе, и не может быть использован в качестве точного прибора при контроле качества рентгеновского изображения, полученного центральным пучком, например при оценке динамической нерезкости. Для обоснования этого утверждения рассмотрим механизм формирования динамической нерезкости. The well-known phantom is designed to assess the quality of digital x-ray images obtained on a computer tomograph, and cannot be used as an accurate device for controlling the quality of an x-ray image obtained by a central beam, for example, when assessing dynamic blur. To justify this statement, we consider the mechanism of formation of dynamic blur.

Динамическая нерезкость возникает в результате перемещения подвижных органов во время экспозиции. Если рентгеноконтрастный объект ab остается неподвижным в момент съемки, то на снимке получается его четкое теневое изображение AB /фиг. 1. а/. В правой части рисунка показана кривая распределения оптической плотности по объему. Dynamic blurriness occurs as a result of the movement of moving organs during exposure. If the radiopaque object ab remains stationary at the time of shooting, then a clear shadow image AB / FIG. 1. a /. The right side of the figure shows the distribution curve of the optical density over the volume.

Если же объект во время экспозиции переместится из положения ab в положение ck /фиг. 1, б/ на величину Δq, то переходы почернения между фоном и изображением становятся плавными, т.е. возникает нерезкость изображения АС и ВС /фиг.1,б/. If the object during the exposure moves from position ab to position ck / Fig. 1, b / by Δq, the blackening transitions between the background and the image become smooth, i.e. there is a blur image of the AC and the aircraft / Fig.1, b /.

Уравнение для определения величины динамической нерезкости S-АС=ВК можно получить из фиг.1,б:

где f - расстояние от фокуса рентгеновской трубки до приемника изображения, a h - превышение объекта съемки над плоскостью приемника изображения.The equation for determining the dynamic blur value S-AC = VK can be obtained from figure 1, b:

where f is the distance from the focus of the x-ray tube to the image receiver, ah is the excess of the subject over the plane of the image receiver.

Так как величина смещения Δq зависит от скорости перемещения предмета υ и величины экспозиции t(Δq = υt),то

Динамическая нерезкость, так же как и геометрическая, снижает контраст изображения и затрудняет определение границ объекта, что может привести к погрешностям измерения деталей изображения.Since the displacement Δq depends on the speed of the subject υ and the exposure t (Δq = υt), then

Dynamic blur, as well as geometric blur, reduces image contrast and makes it difficult to determine the boundaries of the object, which can lead to measurement errors in image details.

При рентгенологическом исследовании человека и животных динамическая нерезкость может возникать при съемке сердца, органов дыхания, желудочно-кишечного тракта. Основным источником биомеханических колебаний является сердце. Колебания сердца возбуждают прилегающие легочные ткани, при этом динамическая нерезкость легочной зоны может достигнуть 4 мм, т.е. половины величины сердечной амплитуды. During X-ray examination of humans and animals, dynamic blurring can occur when taking pictures of the heart, respiratory system, and gastrointestinal tract. The main source of biomechanical vibrations is the heart. Heart oscillations excite adjacent lung tissue, while the dynamic blurring of the pulmonary zone can reach 4 mm, i.e. half the magnitude of the cardiac amplitude.

Из вышеизложенного следует, что фантом для исследования динамической нерезкости изображения легких должен содержать компоненты конструкции, имитирующие дыхательную подвижность бронхов и пульсацию сердца. В известных фантомах для рентгенографии таких компонентов нет. From the above it follows that the phantom for the study of dynamic blurring of the image of the lungs should contain structural components that mimic the respiratory mobility of the bronchi and pulsation of the heart. Known X-ray phantoms do not have such components.

Целью изобретения является создание фантома, обеспечивающего возможность исследования динамической нерезкости изображения, возникающей при рентгенографии легких. The aim of the invention is the creation of a phantom that enables the study of dynamic blurring of the image that occurs during x-ray of the lungs.

Поставленная цель достигается тем, что в фантоме для рентгенографии, содержащем корпус из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, заполненным водой с метрическими рентгеноконтрастными элементами, внутри корпуса на эластичной мембране закреплены замкнутая трубчатая система в форме "бронхиального" дерева и баллон, имитирующий сердце, причем трубчатая система и баллон выполнены из упругого эластичного материала и соединены с соответствующими генераторами воздушного давления управляемыми микропроцессорами, а метрические элементы закреплены на эластичной мембране вокруг стволов "бронхиального дерева", кроме того, корпус фантома снабжен патрубком, соединяющим внутреннюю часть корпуса с внешней атмосферой. This goal is achieved by the fact that in the phantom for radiography, containing a housing made of hard radiolucent and translucent material filled with water with metric radiopaque elements, a closed tubular system in the form of a “bronchial” tree and a balloon simulating a heart are fixed on the elastic membrane inside the housing, and the system and the cylinder are made of elastic elastic material and are connected to the corresponding air pressure generators controlled by microprocessors, and metric RP G elements are fixed to the flexible membrane around the trunks of "bronchial tree", in addition, the housing is provided with a dummy pipe connecting the inside of the body with the outside atmosphere.

Кроме того, генератор воздушного давления поршневого типа снабжен электромеханическим приводом. In addition, the piston type air pressure generator is equipped with an electromechanical drive.

Рентгеноконтрастные метрические элементы могут быть выполнены в виде перекрытия. X-ray contrast metric elements can be made in the form of an overlap.

На фиг.2,3 показана конструкция фантома для рентгенографии. Фиг.2 - вид спереди в разрезе. Фиг.3 - вид сбоку в сечении А-А. Figure 2.3 shows the design of the phantom for x-ray. Figure 2 is a front view in section. Figure 3 is a side view in section aa.

Корпус фантома для рентгенографии изготовлен из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, например, в форме прямоугольного параллелепипеда. Он имеет крышку 2, изготовленную из того же материала, что и корпус 1. Внутри корпуса 1 находится полая трубчатая система 3, по форме напоминающая бронхиальное дерево. Стенки "бронхиального дерева" 3 изготовлены из упругого эластичного материала, например резины, и имеют различную толщину. Толщина стенок уменьшается по мере уменьшения диаметра стволов "бронхиального дерева". "Бронхиальное дерево" закреплено на эластичной мембране 4, изготовленной, например, из резины, боковые и нижний края мембраны 4 закреплены на боковых краях и основании корпуса 1. "Бронхиальное дерево" 3 соединено с патрубком 5, находящимся в крышке 2 корпуса фантома. С внешней стороны патрубок 5 соединен посредством гибкого шланга 6 с генератором воздушного давления 7, например, поршневого типа. Поршень этого устройства может совершать колебания под действием электромеханического привода 8, управляемого микропроцессором 9. Кроме "бронхиального дерева" 3 внутри корпуса 1 на мембране 4 закреплен баллон 10, изготовленный из упругого эластичного материала, например резины. Баллон 10 имитирует колебания сердца. Баллон 10 соединен гибкой трубкой 11 с патрубком 12, установленном в крышке 2. С внешней стороны патрубок 12 соединен гибким шлангом 13 с генератором воздушного давления 14, например, поршневого типа. Поршень этого устройства может совершать колебания под действием электромеханического привода 15, управляемого микропроцессором 16. Фантом для рентгенографии заполнен водой 17, которая заливается в корпус 1 через патрубок 18, расположенный в крышке 2. Патрубок 18 снабжен винтовой пробкой 19. С противоположной стороны крышки 2 находится патрубок 20, соединяющий внутреннюю часть корпуса 1 с атмосферой. Метрические элементы 21 закреплены на мембране 4 вокруг стволов "бронхиального дева". Они выполнены из свинца в виде перекрестия, которое нанесено на рентгенопрозрачную основу. Каждое перекрестие имеет толщину 0,5 мм, ширину 1,0 мм и высоту 5,0 мм. Все перекрестия 21 ориентированы так, как показано на фиг.2. В качестве рентгенопрозрачной основы используется тонкое оргстекло. The body of the phantom for radiography is made of hard X-ray and translucent material, for example, in the form of a rectangular parallelepiped. It has a cover 2 made of the same material as the housing 1. Inside the housing 1 is a hollow tubular system 3, in shape resembling a bronchial tree. The walls of the "bronchial tree" 3 are made of an elastic elastic material, such as rubber, and have different thicknesses. The wall thickness decreases as the diameter of the trunks of the "bronchial tree" decreases. The bronchial tree is fixed to an elastic membrane 4 made, for example, of rubber, the side and lower edges of the membrane 4 are fixed to the side edges and the base of the housing 1. The bronchial tree 3 is connected to the pipe 5 located in the lid 2 of the phantom case. On the outside, the pipe 5 is connected through a flexible hose 6 with an air pressure generator 7, for example, a piston type. The piston of this device can oscillate under the action of an electromechanical actuator 8 controlled by microprocessor 9. In addition to the bronchial tree 3 inside the housing 1, a cylinder 10 is made on the membrane 4, made of an elastic material, such as rubber. Ballon 10 simulates a heart beat. The cylinder 10 is connected by a flexible tube 11 to a nozzle 12 mounted in a cover 2. On the outside, the nozzle 12 is connected by a flexible hose 13 to an air pressure generator 14, for example, of a piston type. The piston of this device can oscillate under the influence of an electromechanical drive 15 controlled by a microprocessor 16. The phantom for radiography is filled with water 17, which is poured into the housing 1 through a pipe 18 located in the cover 2. The pipe 18 is equipped with a screw plug 19. On the opposite side of the cover 2 is a pipe 20 connecting the inside of the housing 1 to the atmosphere. The metric elements 21 are fixed on the membrane 4 around the trunks of the bronchial virgin. They are made of lead in the form of a crosshair, which is applied to an X-ray transparent base. Each crosshair has a thickness of 0.5 mm, a width of 1.0 mm and a height of 5.0 mm. All crosshairs 21 are oriented as shown in FIG. A thin plexiglass is used as an X-ray transparent base.

Во время эксперимента, проводимого с целью определения влияния работы сердца и подвижности бронхов на возникновение динамической нерезкости изображения, фантом для рентгенографии 1 находится на штативе 22 перед входным окном рентгеновской кассеты 23, закрепленной в кассетодержателе 24 вертикальной стойки Букки 25, как показано на фиг.4. Рентгеновская кассета 23 может быть заряжена как обычной рентгеновской пленкой, так и специальным экраном с запоминающим люминофором, который используется при цифровой рентгенографии. Съемка выполняется рентгеновским излучателем 26. установленным на штативе 27. During an experiment conducted to determine the effect of heart function and bronchial mobility on the occurrence of dynamic image blur, the X-ray phantom 1 is located on a tripod 22 in front of the input window of the X-ray cartridge 23 mounted in the cassette holder 24 of the Bucca 25 vertical stand, as shown in FIG. 4 . X-ray cassette 23 can be charged as a conventional x-ray film, and a special screen with a storage phosphor, which is used in digital radiography. The shooting is performed by an x-ray emitter 26. mounted on a tripod 27.

Первый рентгеновский снимок фантома выполняют при выключенных генераторах воздушного давления 7 и 14, что позволяет получить рентгеновские изображения метрических элементов 21 при динамической нерезкости, равной нулю. Полученное изображение метрических элементов измеряют на цифровом денситометре, в результате чего определяют перепад оптической плотности между теневым изображением метрических элементов и фоном. Крестообразная форма метрических элементов позволяет выполнять измерения вдоль осей Х и Y снимка. Полученные цифровые данные вводятся в компьютер и используются в дальнейшем как эталонные. The first x-ray of the phantom is performed when the air pressure generators 7 and 14 are turned off, which makes it possible to obtain x-ray images of metric elements 21 with a dynamic blur of zero. The resulting image of the metric elements is measured on a digital densitometer, as a result of which the difference in optical density between the shadow image of the metric elements and the background is determined. The cross-shaped shape of the metric elements allows you to take measurements along the X and Y axes of the image. The received digital data is entered into the computer and used in the future as reference.

При рентгенографии легких пациент задерживает дыхание на время экспозиции, поэтому источником динамической нерезкости в этом случае является работающее сердце. Учитывая это, последующие снимки фантома выполняют при работе генераторе воздушного давления 14 и выключенном генераторе 7. Микропроцессор 16, управляющий воздушным генератором 14, обеспечивает его цикл работы, близкий к работе сердца человека. Перепад воздушного давления в баллоне 109 вызывает пульсацию его стенок и колебания ветвей "бронхиального дерева" 3, которые передаются им через мембрану 4. В этом колебательном процессе участвуют и метрические элементы 21, закрепленные на мембране 4. Патрубок 20, соединяющий внутреннюю часть фантома с атмосферой, исключает герметичность корпуса 1, которая может оказать сопротивление работающей системе. Выполняют серию снимков фантома при работающем генераторе, которые отличаются временем экспозиции, например от 0,01 с до 0,5 с. Изображения метрических элементов измеряются на цифровом денситометре и сравниваются с эталонными величинами, полученными при измерениях первого снимка фантома в отсутствие динамической нерезкости. Сравнительные данные позволяют оценить величину динамической нерезкости изображения при различном времени экспозиции. Для более точного анализа влияния работы сердца на качество снимка можно использовать фоторентгенокардиограф, который при подключении к микропроцессору 16 и рентгеновскому аппарату позволяет получать рентгенограммы в различные фазы работы "сердца". When radiography of the lungs, the patient holds his breath for the duration of the exposure, so the source of dynamic blur in this case is the working heart. With this in mind, subsequent phantom shots are performed when the air pressure generator 14 and the generator 7 are turned off. The microprocessor 16, which controls the air generator 14, provides its operation cycle close to that of the human heart. The difference in air pressure in the cylinder 109 causes a pulsation of its walls and oscillations of the branches of the bronchial tree 3, which are transmitted to them through the membrane 4. Metric elements 21 attached to the membrane 4 also participate in this oscillatory process. A pipe 20 connecting the inside of the phantom to the atmosphere , eliminates the tightness of the housing 1, which can resist a working system. A series of phantom shots are taken with the generator running, which differ in exposure time, for example, from 0.01 s to 0.5 s. Images of metric elements are measured on a digital densitometer and compared with the reference values obtained by measuring the first phantom image in the absence of dynamic blur. Comparative data allow us to estimate the value of the dynamic image blurriness at various exposure times. For a more accurate analysis of the effect of the heart on the quality of the image, you can use a photorenated cardiograph, which, when connected to the microprocessor 16 and the x-ray machine, allows you to receive radiographs in various phases of the heart.

При рентгенологическом обследовании пожилых людей с легочной патологией пациенты не всегда могут задержать дыхание во время экспозиции. Поэтому в этом случае динамическая нерезкость изображения может увеличиться за счет смещения бронхов. Для имитации этого варианта рентгеновский снимок фантома выполняется при одновременной работе генератора воздушного давления 14 и 7 (фиг.2). При наполнении "бронхиального дерева" 3 сжатым воздухом его концевые ветви, имея более тонкие стенки, начинают вытягиваться, увлекая за собой метрические элементы. Микропроцессор 9, управляющий работой воздушного генератора 7, запрограммирован на небольшой перепад воздушного давления в системе 3. Это связано с необходимостью незначительного смещения ветвей "бронхиального дерева" 3, как это происходит при задержке дыхания у пожилого больного человека. Рентгенографию фантома выполняют при различном времени экспозиции. Полученные снимки измеряют на цифровом денситометре. Динамическая нерезкость определяется путем сравнения полученных результатов с данными эталонных измерений. Экспериментальные исследования динамической нерезкости с помощью предложенного нами фантома для рентгенографии позволяет определить оптимальные условия рентгенографии легких в клинике. When x-ray examination of elderly people with pulmonary pathology, patients can not always hold their breath during exposure. Therefore, in this case, the dynamic image blur can increase due to the displacement of the bronchi. To simulate this option, an x-ray of the phantom is performed while the air pressure generator 14 and 7 are operating at the same time (FIG. 2). When the "bronchial tree" 3 is filled with compressed air, its end branches, having thinner walls, begin to stretch, dragging the metric elements along. The microprocessor 9, which controls the operation of the air generator 7, is programmed for a small difference in air pressure in the system 3. This is due to the need for a slight displacement of the branches of the "bronchial tree" 3, as this occurs when the breath is held in an elderly sick person. Radiography of the phantom is performed at different exposure times. The obtained images are measured on a digital densitometer. Dynamic blur is determined by comparing the results with the data of reference measurements. Experimental studies of dynamic blur using the phantom we proposed for radiography allows us to determine the optimal conditions for radiography of the lungs in a clinic.

Источники информации
1. Чикирдин Э.Г., Кочетова Г.П., Колос А.С. Проверка параметров рентгеномаммографических аппаратов в условиях кабинета // Медицинская техника, 1999, 5, с.27-30.Sources of information
1. Chikirdin E.G., Kochetova G.P., Kolos A.S. Checking the parameters of x-ray mammography devices in the office // Medical equipment, 1999, 5, p. 27-30.

2. Каталог компании "INVISION" "Diagnostic imaging and radiation therapy catalog", 2000 c.73-75. 2. The catalog of the company "INVISION" "Diagnostic imaging and radiation therapy catalog", 2000 c.73-75.

3. Рентгеновская техника (справочник), М.: Машиностроение, 1980, Книга 2, с.348. 3. X-ray technology (reference book), Moscow: Engineering, 1980, Book 2, p. 348.

Claims

1. Phantom for radiography, comprising a housing made of hard X-ray and translucent material with radiopaque metric elements filled with water, characterized in that a hollow tubular system in the form of a "bronchial tree" and a cylinder made of elastic elastic material connected to respective air pressure generators configured to control microprocessors, radiopaque metric elements mounted on the membrane around the trunks of the "bronchial tree", and the body is equipped with a pipe for connecting the inside of the body with the atmosphere.

2. The phantom according to claim 1, characterized in that the piston type air pressure generator is equipped with an electromechanical drive.

3. The phantom according to claim 1, characterized in that the radiopaque metric elements are made in the form of a crosshair.