имитатор работы рентгеновского компьютерного томографа, использующий оптический диапазон излучения для работы с тестовыми образцами

Формула изобретения

Имитатор работы рентгеновского компьютерного томографа, использующий оптический диапазон излучения для работы с тестовыми образцами, включает линейку переключаемых источников лазерного излучения, подключенных к блоку управления источниками лазерного излучения, расположенный напротив них приемник излучения с возможностью синхронного перемещения с источниками излучения, вращающийся предметный столик для сменных тестовых образцов, размещенный в пространстве между источниками излучения и приемником, пьезоэлектрический привод предметного столика с блоком управления, персональный компьютер, к которому подключены блоки управления источниками излучения и приводом предметного столика, последовательно включенные аналого-цифровой преобразователь, корректор/калибратор и фильтр обратных проекций, выход приемника излучения подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, а выход фильтра обратных проекций - к персональному компьютеру.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к компьютерной томографии и предназначено для выполнения комплекса лабораторных работ, связанных с визуализацией изображений в компьютерной томографии и изучением математического аппарата пошаговой компьютерной томографии. Может использоваться в учебном процессе высшего и среднего специального образования, на факультетах усовершенствования врачей при переподготовке рентгенологов, в центрах подготовки технических специалистов медицинской и технической томографии.

В настоящее время широко используются рентгеновские томографы различной конструкции, обеспечивающие получение изображений внутренних структур объектов исследования. Они, как правило, содержат подвижную систему с рентгеновским излучателем и приемником, устройство размещения и перемещения исследуемого объекта, устройство управления и устройство формирования изображения (свидетельство на ПМ № 11352, G03B 42/02, 1999).

Компьютерные томографы сочетают физические принципы традиционного рентгеновского просвечивания (трансмиссионная томография), математические методы обработки результатов измерений и современные достижения вычислительной техники. Плоский, расходящийся пучок рентгеновского излучения, сформированный коллиматором, проходит через неподвижный объект на ряд детекторов. Полученная таким образом информация обрабатывается вычислительным устройством (разработан английской фирмой «EMJ» в 1973 г.) В дальнейшем усовершенствование компьютерных томографов шло по пути увеличения количества детекторов.

Недостатком рентгеновских томографов является то, что их излучение токсично как для изучаемых биологических объектов, находящихся непосредственно в зоне излучения, так и для близко расположенных от работающего аппарата. Что в свою очередь требует специально оборудованных помещений для их установки и эксплуатации.

Известны оптические томографы, позволяющие определять пространственные неоднородности в сильно рассеивающих тканях человека и животных. В них исследуемое пространственно сканируют зондирующим лазерным (импульсным или непрерывным) лучом, детектируют рассеянное оптическое спекл-поле и определяют оптические неоднородности.

Оптический томограф состоит из полупроводникового инжекционного лазера, системы двухкоординатного пространственного сканирования лазерного луча, цифровой ПЗС видеокамеры, генератора, дифракционного спектрометра или интерферометра и персонального компьютера (патент РФ № 2303393, А61В 5/05,2007).

В отличие от рентгеновских томографов оптические томографы используют иные принципы реконструкции и визуализации, что не позволяет в полной мере применять их для изучения принципов работы рентгеновских компьютерных томографов.

Задача, решаемая изобретением, - это создание имитатора работы рентгеновского компьютерного томографа (учебного имитатора оптического компьютерного томографа (УИОКТ)), моделирующего работу рентгеновского компьютерного томографа и безопасного в использовании для обслуживающего и обучающегося контингента.

Технический результат заключается в повышении качества обучения и обеспечении безопасных условий труда.

Технический результат достигается тем, что имитатор работы рентгеновского компьютерного томографа, использующий оптический диапазон излучения для работы с тестовыми образцами, включает линейку переключаемых источников лазерного излучения, подключенных к блоку управления источниками лазерного излучения, расположенный напротив них приемник излучения с возможностью синхронного перемещения с источником излучения, вращающийся предметный столик для сменных тестовых образцов, размещенный в пространстве между источниками излучения и и приемником, пьезоэлектрический привод предметного столика с блоком управления, персональный компьютер, к которому подключены блоки управления источниками излучения и приводом предметного столика, последовательно включенные аналого-цифровой преобразователь, корректор/калибратор и фильтр обратных проекций, выход приемника излучения подключен к входу аналого-цифрового преобразователя, а выход фильтра обратных проекций к персональному компьютеру.

Отличительные особенности изобретения: перенос рабочей области из рентгеновского диапазона в оптический диапазон; использование линейки подвижных и неподвижных переключаемых источников лазерного излучения и одного синхронно перемещающегося с источниками излучения приемника излучения; применение пьезоэлектрического привода с нанопозиционированием, а также использование специально разработанных фантомов - контрастные с полным поглощением излучения и использующие рассеивающие среды, а также среды с мало отличающимися между собой по степени прозрачности (коэффициенту преломления) неоднородностями внутри этих фантомов.

Имитатор работы рентгеновского компьютерного томографа (УИОКТ), использующий оптический диапазон излучения, имитирует процесс работы рентгеновского компьютерного томографа, реализует алгоритмы реальных задач вычислительной томографии (ВТ): - алгоритм прямого обращения матриц, итерационные алгоритмы, в том числе с привлечением техники метода конечных элементов, метода максимума энтропии, метода послойного расщепления, метода полиномиальных разложений, метода обратного проецирования с фильтрацией, алгоритмов Фурье-синтеза, непосредственного преобразования Радона. И позволяет изучать их в пошаговом режиме с одновременным отображением этапов восстановления на экране монитора. Задавать параметры реконструкции, изучать принципы визуализации.

На фиг.1 изображена блок-схема предложенного имитатора работы рентгеновского компьютерного томографа.

Имитатор (УИОКТ) содержит линейку источников лазерного излучения (излучатели) 1 и приемник монохромного лазерного излучения 6, блок управления источниками лазерного излучения 10, вращающийся предметный столик (не показан) со сменными тестовыми образцами (фантомами) 11, пьезоэлектрический привод предметного столика 5 с блоком управления 7, персональный компьютер 8, программу реконструкции изображения с фильтром обратных проекций 4, корректор/калибратор 3, АЦП 2 и принтер 9.

Принцип работы

Источниками зондирующего излучения 1 в УИОКТ служит линейка лазерных излучателей с длиной волны излучения в диапазоне от 450 нм до 750 нм, подключенная к блоку управления 10. Алгоритм работы блока управления 10 лазерными излучателями определяется загруженным из персонального компьютера (ПК) 8 программным обеспечением и может оперативно меняться в зависимости от поставленной задачи обучения. Приемником лазерного излучения 6 служит датчик из аморфного кремния, усиленный сигнал которого поступает в 12-разрядный аналого-цифровой преобразователь 2, после которого проходит программную калибровку и коррекцию в корректоре/калибраторе 3. Фильтр обратных проекций 4 обрабатывает восстановленное изображение. Вращение предметного столика, совмещенного с пьезоэлектрическим приводом 5, осуществляет блок управления пьезоэлектрическим приводом 7 по алгоритму, загруженному из ПК 8 оператором. Исследуемый образец (фантом) 11 крепится к предметному столику и служит для точной оценки алгоритмов реальных задач вычислительной томографии.