Визуализация рентгеновского изображения. (Лекция 7)

1. Дисциплина «Источники рентгеновского излучения»

Кафедра электронных приборов и устройств
Потрахов Николай Николаевич
Санкт-Петербургский
Государственный
Электротехнический
Университет (ЛЭТИ)

2.

Лекция 7
Визуализация рентгеновского
изображения

3.

Характеристики рентгеновского изображения
1. Рентгеновское изображение: скрытое, визуализированное.
Скрытое рентгеновское изображение
-
прошедшее через объект рентгеновское излучение и ослабленное в
различной степени в зависимости от распределения плотности и
толщины его тканей;
-
носитель информации о внутреннем строении объекта.
2. Визуализированное рентгеновское изображение
- преобразованное в оптический диапазон длин волн электромагнитного
излучения пространственное распределение интенсивности
рентгеновского излучения, прошедшего через объект.

4.

Преобразование (визуализация):
аналоговое и цифровое
Плотность почернения визуализированного рентгеновского
изображения (оптического) – критерий физической плотности
биологического вещества.
Физическая основа рентгенодиагностики в медицине – контроль
за изменением плотности различных тканей организма.

5.

Информативность рентгеновского изображения
Информативность (качество) рентгеновского изображения определяется
целым рядом фактором и, соответственно, характеризуется целым
рядом параметров.
Для оценки аналогового изображения можно выделить следующие
характеристики:
- энергетические (плотность почернения пленки, яркость экрана,
мощность экспозиционной дозы);
- пространственно-частотные (нерезкость, разрешающая способность);
- градационные (контраст, контрастная чувствительность,
фотографическая широта, динамический диапазон);
- временные (динамическая нерезкость, инерционность,
временное разрешение).

6.

Характеристики аналогового рентгеновского
изображения
Характеристики изображения
Энергетические
Пространственные
Градационные
Временные
Экспозиционная
доза на снимок (Р)
Нерезкость
(мм)
Контраст (%)
Динамическая
нерезкость (мм)
Эквивалентная
доза на снимок
(Зв)
Разрешающая
способность
(мм-1),
Контрастная
чувствительность
(%)
Инерционность
(%)
Пространственная
частота (мм-1)
Фотографическая
широта,
динамический
диапазон
Временное
разрешение (с)

7.

Резкость (нерезкость) рентгеновского изображения
Резкость рентгеновского изображения описывается
группой пространственных (пространственночастотных) характеристик, которые показывают,
каким образом передается изображение деталей
объекта различных размеров конкретными способами
рентгенографии. Важнейшими из этих характеристик
являются пространственная разрешающая способность
и нерезкость.

8.

Нерезкость рентгеновского изображения
Нерезкость Н [мм] характеризует возможности
способа рентгенографии воспроизводить на
изображении острые края объекта съемки и
количественно измеряется в миллиметрах. Нерезкость
связана с разрешающей способностью избражения
следующим выражением:
1
Н [мм]
2R

9.

Механизм образования геометрической нерезкости
а – точечное фокусное пятно; б – протяженное фокусное пятно;
1 – фокусное пятно; 2 – объект; 3 – плоскость изображения объекта;
4 – эпюры плотности почернения.

10.

Механизм образования геометрической нерезкости
Можно показать, что величина Нг определяется выражением:
f2
Н г d
f1
где d – размер фокусного пятна в направлении определения
нерезкости, f1 – фокусное расстояние (расстояние от фокусного
пятна до объекта), f2 – расстояние от объекта до приемника
изображения.

11.

Нерезкость рентгеновского изображения
Причины возникновения нерезкости:
-
размер фокусного пятна рентгеновской трубки;
соотношение расстояний между фокусным пятном, объектом и
приемником изображения;
-
рассеивание
световых
квантов
в
различных
слоях
усиливающего экрана и рентгеновской пленки;
-
движение
объекта
и
возможные
вибрации
штатива
рентгеновского аппарата;
-
форма и структура объекта.
Суммарная нерезкость Н с удовлетворительной для практики
точностью может быть определена из выражения:
Н Нг2 Нэ2 Нд2 Нм2
Какие причины вызывают Нг , Нэ, Нд, Нм?

12.

Механизм образования геометрической нерезкости
Если приемник изображения расположен вплотную к объекту, то
увеличение размеров изображения минимально.
f1 f 2
m
f1
Выражение для определения геометрической нерезкости может
быть записано в следующем виде:
Нг d (m 1)

13.

Количественная оценка резкости
рентгеновского изображения
Штриховая мира для определения разрешающей
способности способа рентгенографии.

14.

Количественная оценка резкости
рентгеновского изображения
Количественно
разрешающую способность
измеряют числом пар линий
на 1 мм, при этом под
парой линий подразумевают
две различимые соседние
полосы (прозрачную и
непрозрачную для
излучения).
Денситометрическая
кривая изображения миры, по
которой может быть
определена разрешающая
способность изображения.
R [пар лин/мм].

15.

Количественная оценка резкости
рентгеновского изображения
Пространственная разрешающая способность R определяется как
наибольшее число линий стопроцентного контраста (черных),
разделенных равными им линиями нулевого контраста (белыми),
различаемых на изображении специального теста – штриховой миры.
Конструкция миры состоит из набора чередующихся
рентгенонепрозрачных полос-штрихов, выполненных из материала с
высоким атомным номером (например, свинца), и рентгенопрозрачных
полос, выполненных из легкоатомного материала. Частота
расположения линий на единице длины миры изменяется от одного ее
края до другого, например, от 0,6 до 5 на миллиметр).

16.

Контраст рентгеновского изображения
Контраст рентгеновского изображения К относится к группе
градационных
характеристик,
которые
определяют
возможность
рентгенографического способа воспроизводить отдельные тона в
изображении, соответствующие деталям объекта.
Контраст рентгеновского изображения - нормированная разность
интенсивности
излучения,
соответственно,
исследуемым
объектом
или
его
перед
деталью.
J0
и
за
Jd
Нормирование
производится на величину интенсивности излучения перед объектом
или,
как
принято
говорить,
в
области
изображения
J0 Jd
К
J0
фона
рентгеновского

17.

Контраст рентгеновского изображения
К выводу выражения для контраста рентгеновского изображения.

18.

Контраст рентгеновского изображения
Пусть в объекте толщиной h, линейный коэффициент ослабления
материала которого для параллельного пучка монохроматического
излучения
равен
1,
имеется
деталь
толщиной
d
с
линейным
коэффициентом ослабления 2, причем d<<h, а 1 2. Интенсивность
излучения J1 , прошедшего через объект, будет равна.
J1 J 0 e
1 h
J1 J 0 e
где J0 – интенсивность
J P1
1 h
,
рентгеновского излучения на поверхности
объекта, JP1 – интенсивность рассеянного рентгеновского излучения,
- фактор накопления.

19.

Контраст рентгеновского изображения
Интенсивность излучения J2, прошедшего через объект в том месте,
где расположена деталь, может быть описана выражением
J 2 J 0 e 1 ( h d ) e 2 d J P 2 ,
где JP2 – интенсивность рассеянного рентгеновского излучения за
деталью.
Соответственно, контраст детали рентгеновского изображения может
быть определен как
J1 J 2 J 0 e ( h d ) e d J P 2 J 0 e h J P1
К
J1
J 0 e h
1
2
1
1
При условии, что J1 J2, а
e( ) d 1 ( 1 2 ) d
1
2
( 1 2 ) d
К
получим

20.

Контраст рентгеновского изображения
Контраст рентгеновского изображения детали растет с увеличением
разности коэффициентов ослабления излучения объекта и детали, а
также размеров самой детали и уменьшается с увеличением фактора
накопления, то есть вклада рассеянного излучения.
d
К
Фактор
накопления,
обусловленный
рассеянным
в
объекте
излучением, непосредственно зависит от толщины объекта.
Увеличение толщины объекта требует увеличения интенсивности
излучения
(экспозиционной
дозы),
генерируемой
рентгеновским
аппаратом, что дополнительно увеличивает фактор накопления.

21.

Контраст рентгеновского изображения
Если ввести понятие относительного размера детали
выражение
для
контраста
ее
рентгеновского
δ=d/h, то
изображения
можно
записать следующим образом:
μ δ h
К
χ
Из
выражения
уменьшается
следует,
(ухудшается)
с
неизменной толщине объекта.
что
контраст
уменьшением
изображения
размеров
детали
детали
при

22.

Чувствительность рентгенографии
Специалист, анализирующий полученное рентгеновское изображение
объекта только тогда сможет обнаружить его отдельную деталь,
когда рентгеновский контраст этой детали превышает некоторую
пороговую величину.
Рентгенографическая чувствительность
Тест контрастной чувствительности ТКЧ-01.

23.

Чувствительность рентгенографии
Понятие порогового контраста имеет квантовую
природу и определяет чувствительность
рентгенографического метода.
Оценку чувствительности рентгенодиагностических
методов производят с помощью специальных
эталонов. Для рентгенографического метода
диагностики используют, например, ступенчатый
алюминиевый клин или набор алюминиевых дисков
различной толщины в сочетании с дополнительным
алюминиевым фильтром заданной толщины.

24.

Чувствительность рентгенографии
В случае использования «дискового» эталона чувствительность
может быть определена как
h мин
Δ
100%
N
где - чувствительность рентгенографического метода, hмин – толщина
наиболее
тонкого
из
выявляемых
рентгенографическим
дисков, N – толщина дополнительного фильтра.
методом

25.

Чувствительность рентгенографии
На рисунке приведена усредненная зависимость чувствительности
рентгенографического метода от толщины объекта при
визуализации рентгеновского изображения на рентгеновскую
пленку в сочетании с усиливающим экраном.

26.

Контрастная чувствительность
Изображение теста контрастной чувствительности и различные
соотношения сигнала к шуму изображения.