RU2229264C1 - Method for carrying out biplane x-ray examination - Google Patents

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: method involves positioning patient, setting power modes of filming, alternating X-ray examination in frontal and lateral projections with following picture recording and representation. X-ray examination in lateral projection is carried out at the same power modes as the frontal one. The required quality of a film is achieved by making approximation of brightness distribution density envelope on image brightness histogram averaged over an image set in the isosceles triangle form as

,

where r_in and r_out are the current values of the input and output brightness at the input and output of processing procedure, respectively; R₀ is the lower boundary for brightness range on the averaged histogram; R₁ is the brightness value corresponding to middle brightness range on the averaged histogram; F′(r_in) = F(r_in)-0,5;

Description

Изобретение относится к разделу рентгенодиагностики и предназначено, в первую очередь, для клинических исследований на цифровых рентгенографических аппаратах.The invention relates to the field of X-ray diagnostics and is intended, first of all, for clinical studies on digital radiographic devices.

Известен способ одномоментной двухпроекционной рентгенографии, предусматривающий съемку исследуемого объекта в двух взаимно перпендикулярных направлениях с получением прямого и бокового снимков или серии снимков [1, с.64]. Этот способ рентгенографии применяется преимущественно для регистрации быстро протекающих процессов, например в ангиографии при ренггеноконтрастном исследовании сосудов. Способ [1] не нашел широкого применения из-за высокой стоимости рентгенографической системы, состоящей из двух однотипных рентгенографических аппаратов, съемочные устройства которых имеют взаимный разворот на 90°.The known method of simultaneous two-projection radiography, providing for the survey of the studied object in two mutually perpendicular directions with the receipt of direct and side images or a series of images [1, p.64]. This method of radiography is used mainly for registration of rapidly occurring processes, for example, in angiography with X-ray contrast study of blood vessels. The method [1] did not find wide application due to the high cost of the x-ray system, consisting of two of the same type of x-ray apparatus, the filming devices of which have a mutual rotation of 90 °.

Известен также способ двухпроекционной рентгенографии в прямой и боковой проекциях, предусматривающий соответствующую ориентацию пациента относительно приемника рентгеновского изображения, установку режимов рентгенографии и проведение съемки зоны интереса, например органов грудной полости [2, с. 126]. Этот способ реализуется на стандартной рентгенодиагностической аппаратуре и широко применяется в клинике. Он предназначен для детального изучения исследуемого органа и уточнения размеров и локализации обнаруженной патологии, например туберкулезной каверны. Данный способ двухпроекционной рентгенографии выбран нами в качестве прототипа.There is also known a two-way radiography method in direct and lateral projections, providing for the patient to be properly oriented relative to the X-ray image receiver, to set the radiography modes and to take pictures of the area of interest, such as organs of the chest cavity [2, p. 126]. This method is implemented on standard x-ray diagnostic equipment and is widely used in the clinic. It is intended for a detailed study of the organ under investigation and to clarify the size and localization of the detected pathology, for example, a tuberculous cavity. This method of dual projection radiography is selected by us as a prototype.

Обзорная рентгенография легких и сердца в прямой и боковой проекциях производится, например, в режиме: прямая проекция U=80 кВ, q=20 мАс, t=0,1 с, S=30×40 см, ДФ=2 мм Аl; боковая проекция - U=83 кВ, q=40 мАс, t=0,2 с, S=30×40 см [2, с.127].Survey radiography of the lungs and heart in the direct and lateral projections is performed, for example, in the mode: direct projection U = 80 kV, q = 20 mAs, t = 0.1 s, S = 30 × 40 cm, DF = 2 mm Al; lateral projection - U = 83 kV, q = 40 mA s, t = 0.2 s, S = 30 × 40 cm [2, p. 127].

Как видно из приведенных параметров, при боковом снимке мощность дозы выше, чем при прямом, поэтому поглощенные дозы для всех органов больше.As can be seen from the above parameters, the dose rate is higher in the side view than in the direct image, therefore the absorbed doses for all organs are greater.

Двухпроекционная рентгенография по своей диагностической информативности выше однопроекционной. Однако заметное увеличение дозовой нагрузки на пациента при боковом снимке в ряде случаев не позволяет применять двухпроекционный метод съемки.Two-projection radiography in its diagnostic information content is higher than single-projection. However, a noticeable increase in the dose load on the patient with a side shot in some cases does not allow the use of a two-projection method of shooting.

Целью настоящего изобретения является снижение лучевой нагрузки на пациента при проведении двухпроекционной рентгенографии.The aim of the present invention is to reduce radiation exposure to a patient during a two-projection radiography.

Данный технический результат достигается тем, что в способе двухпроекционной рентгенографии, предусматривающем укладку пациента, установку энергетических режимов съемки, поочередную рентгенографию пациента в прямой и боковой проекциях с последующей регистрацией и воспроизведением изображения, рентгенография в боковой проекции производится при тех же энергетических режимах, что и в прямой проекции, а необходимое диагностическое качество бокового снимка получают при использовании алгоритма нелинейного регулирования контраста, синтезированного для "эталонной" гистограммы яркостей в форме равнобедренного треугольника:This technical result is achieved by the fact that in the two-way radiography method, which includes laying the patient, setting the energy modes of shooting, sequential radiography of the patient in front and side projections with subsequent registration and playback of the image, radiography in the side projection is performed at the same energy modes as in direct projection, and the necessary diagnostic quality of the side image is obtained using the nonlinear contrast adjustment algorithm, syn ezirovannogo for "standard" brightness histogram in the form of an isosceles triangle:

для F(r_ВХ)≤0,5,

for F (r _BX ) ≤0.5,

для F(r_ВХ)>0,5,

for F (r _BX )> 0.5,

где r_ВЫХ и r_ВХ - текущие значения выходной и входной яркостей на выходе и входе процедуры обработки соответственно;where r _OUT and r _IN are the current values of the output and input brightness at the output and input of the processing procedure, respectively;

R₀ - нижняя граница диапазона яркостей результирующей гистограммы;R ₀ is the lower limit of the brightness range of the resulting histogram;

R₁ - значение яркости, соответствующее середине диапазона яркостей результирующей гистограммы;R ₁ is the brightness value corresponding to the middle of the brightness range of the resulting histogram;

f(x) - огибающая гистограммы яркостей зарегистрированного изображения.f (x) is the envelope of the brightness histogram of the registered image.

Суть предложенного способа может быть объяснена следующим образом. Пусть имеется изображение, огибающая плотности распределения яркостей которого описывается функцией f(r_ВХ) в диапазоне яркостей от R_{гран н} до R_{гран в}. Необходимо данное распределение привести к виду g(r_ВЫХ) в том же диапазоне яркостей (в случае равенства диапазонов яркостей исходного и обработанного изображений), причем следует учитывать, что общее число пикселов в изображении после преобразования не должно измениться. На основании последнего условия, которое может быть формализованно следующим образом:The essence of the proposed method can be explained as follows. Let there be an image whose envelope of the brightness distribution density is described by the function f (r _BX ) in the brightness range from R _{gran n} to R _gran v. It is necessary to bring this distribution to the form g (r _OUT ) in the same brightness range (in case of equal brightness ranges of the original and processed images), and it should be borne in mind that the total number of pixels in the image after conversion should not change. Based on the latter condition, which can be formalized as follows:

где F(r_ВХ) и G(r_ВЫХ) - значения интегралов функций f(r_ВХ) и g(r_ВЫХ) в пределах интегрирования от R_{гран н} до r_ВХ или r_ВЫХ, соответственно, и получают искомый алгоритм преобразования яркостей:where F (r _IN ) and G (r _OUT ) are the integrals of the functions f (r _IN ) and g (r _OUT ) within the integration from R _face to r _IN or r _OUT , respectively, and get the desired brightness conversion algorithm:

где G^-1(x) функция, обратная G(x).where G ^-1 (x) is the inverse of G (x).

Выражение (2) определяет в общей виде зависимость выходных значений яркости элементов изображения от входных, то есть является своеобразной переходной характеристикой.Expression (2) defines in general terms the dependence of the output brightness values of image elements on the input, that is, it is a kind of transitional characteristic.

Анализ большого количества обработанных и доведенных до хорошего диагностического качества изображений как прямой, так и боковых проекций грудной полости, полученных на различных типах цифровых рентгенографических систем, показал, что на усредненной по множеству изображений гистограмме яркостей (эталонной гистограмме) можно выделить четыре области с выраженными пиками (фиг.1):The analysis of a large number of processed and brought to a good diagnostic quality images of both the direct and lateral projections of the chest cavity obtained on various types of digital radiographic systems showed that four areas with pronounced peaks can be distinguished in the brightness histogram averaged over the set of images (reference histogram) (figure 1):

- область, соответствующую костной ткани (I);- area corresponding to bone tissue (I);

- область, соответствующую мягким тканям (II);- area corresponding to soft tissues (II);

- область, соответствующую легочной ткани (III);- the area corresponding to lung tissue (III);

- область вне тела пациента (IV).- the area outside the patient’s body (IV).

Задача, таким образом, сводится к аппроксимации огибающей плотности распределения яркостей для получения "эталонного изображения" (без учета области вне тела пациента) и решения уравнения (1).The task, therefore, is reduced to approximating the envelope of the density distribution of the brightnesses to obtain a “reference image” (without taking into account the area outside the patient’s body) and solving equation (1).

В процессе отработки аналитической части способа двухпроекционной рентгенографии установлено, что наиболее универсальным алгоритмом обработки рентгеновских изображений грудной полости является алгоритм, синтезированный для "эталонной" гистограммы яркостей в форме равнобедренного треугольника. Переходная характеристика в этом случае описывается следующим образом:In the process of testing the analytical part of the two-projection x-ray method, it was found that the most universal algorithm for processing chest x-ray images is the algorithm synthesized for the “reference” histogram of brightness in the form of an isosceles triangle. The transient response in this case is described as follows:

для F(r_ВХ)≤0,5,

for F (r _BX ) ≤0.5,

для F(r_ВХ)>0,5,

for F (r _BX )> 0.5,

где r_ВЫХ и r_ВХ - текущие значения выходной и входной яркостей на выходе и входе процедуры обработки соответственно;where r _OUT and r _IN are the current values of the output and input brightness at the output and input of the processing procedure, respectively;

R₀ - нижняя граница диапазона яркостей результирующей гистограммы;R ₀ is the lower limit of the brightness range of the resulting histogram;

R₁ - значение яркости, соответствующее середине диапазона яркостей результирующей гистограммы;R ₁ is the brightness value corresponding to the middle of the brightness range of the resulting histogram;

f(x) - огибающая гистограммы яркостей зарегистрированного изображения.f (x) is the envelope of the brightness histogram of the registered image.

Способ двухпроекционной рентгенографии осуществляется следующим образом.The two-way radiography method is as follows.

Допустим, что больной, например с кавернозным поражением верхней доли правого легкого, проходящий лечение в противотуберкулезном стационаре, был направлен в рентгеновское отделение для контрольной рентгенографии легких в прямой и боковой проекциях. В процессе подготовки к съемке в прямой проекции рентгенолог производит укладку больного на деке рентгеновского стола цифрового рентгенодиагностического аппарата грудью по направлению к приемнику рентгеновского изображения. С помощью светового центратора выполняют должную ориентацию рентгеновского излучателя относительно объекта съемки. С учетом телосложения пациента на пульте управления устанавливают энергетические режимы для выполнения рентгенограммы в прямой проекции. После команды “вдохнуть и не дышать” включают рентгеновский аппарат. Рентгеновское изображение легких в цифровом виде фиксируется в памяти компьютера, входящего в состав рентгеновского аппарата. Далее изменяют укладку больного для выполнения бокового рентгеновского снимка легких. Рентгенография в боковой проекции производится при тех же энергетических режимах, что и в прямой проекции. Анализ полученных снимков выполняют на видеомониторе, входящем в состав цифрового рентгенодиагностического аппарата. Боковое рентгеновское изображение легких, полученное при пониженных (относительно оптимальных) значениях анодного напряжения и силы тока рентгеновской трубки, получается достаточно темным и непригодным для анализа врачом-рентгенологом. С помощью алгоритма нелинейного регулирования контраста приводят боковое изображение легких к удовлетворительному для анализа виду. Эта процедура выполняется быстро, "щелчком" мыши на соответствующей кнопке.Suppose that a patient, for example, with a cavernous lesion of the upper lobe of the right lung, undergoing treatment in a TB hospital, was sent to the X-ray department for control radiography of the lungs in direct and lateral projections. In preparation for filming in a direct projection, the radiologist puts the patient on the deck of the x-ray table of the digital x-ray diagnostic apparatus with the breast toward the receiver of the x-ray image. Using the light centralizer perform the proper orientation of the x-ray emitter relative to the subject. Taking into account the physique of the patient, energy modes are established on the control panel for performing a radiograph in direct projection. After the command “inhale and do not breathe” turn on the x-ray machine. X-ray image of the lungs in digital form is recorded in the memory of the computer, which is part of the x-ray apparatus. Next, change the patient's styling to perform a lateral x-ray of the lungs. Radiography in a lateral projection is performed at the same energy modes as in direct projection. Analysis of the obtained images is performed on a video monitor, which is part of a digital X-ray diagnostic apparatus. A lateral x-ray image of the lungs, obtained at lower (relatively optimal) values of the anode voltage and current strength of the x-ray tube, is quite dark and unsuitable for analysis by a radiologist. Using the nonlinear contrast control algorithm, the lateral image of the lungs is brought to a form that is satisfactory for analysis. This procedure is carried out quickly by "clicking" the mouse on the corresponding button.

Эффективность предложенного способа проиллюстрируем на примере обработки рентгеновского изображения грудной полости в боковой проекции пациентки Л. 28 лет, проходившей профилактическое обследование на цифровом флюорографе. Боковой рентгеновский снимок выполнен в тех же энергетических режимах, что и прямой: U=80кВ, q=20 мАс, t=0,05 с. На фиг.2 представлены изображения до (a) и после (b) обработки и соответствующие этим изображениям гистограммы яркостей (с, d), полученные при следующих параметрах алгоритма: R₀=0, R₁=128. С помощью данного алгоритма за короткое время (измеряемое долями секунды) удается автоматически привести зарегистрированное изображение к виду, позволяющему врачу-рентгенологу определить наличие или отсутствие патологических изменений. У пациентки Л. отклонения от нормы не обнаружено. Использование предложенного нами способа двухпроекционной рентгенографии позволило в рассмотренном случае снизить дозовую нагрузку на обследуемого примерно в 1,5 раза.The effectiveness of the proposed method is illustrated by the example of processing an x-ray image of the chest cavity in the lateral projection of a patient L., 28 years old, who underwent a preventive examination on a digital fluorograph. The lateral x-ray image was taken in the same energy modes as the direct one: U = 80 kV, q = 20 mA s, t = 0.05 s. Figure 2 presents the images before (a) and after (b) the processing and the histograms of brightness (s, d) corresponding to these images obtained with the following algorithm parameters: R ₀ = 0, R ₁ = 128. Using this algorithm, in a short time (measured in fractions of a second), it is possible to automatically bring the registered image to a view that allows the radiologist to determine the presence or absence of pathological changes. Patient L. no abnormality was found. Using our proposed two-way radiography method, in the case considered, we reduced the dose load on the subject by about 1.5 times.

Новый способ двухпроекционной рентгенографии может найти широкое применение как при профилактическом обследовании населения на цифровых флюорографах, так в при контроле лечения больных на цифровых рентгенодиагностических аппаратах.A new method of two-projection radiography can be widely used both for prophylactic examination of the population on digital fluoroscopes and in monitoring the treatment of patients with digital x-ray diagnostic devices.

Источники информацииSources of information

1. Соколов В.Г., Туманов Н.А., Шварцман A.З. Штативно-механические устройства для рентгенографии. - М.: Медицина, 1979, 183 с.1. Sokolov V.G., Tumanov N.A., Schwartzman A.Z. Tripod-mechanical devices for radiography. - M.: Medicine, 1979, 183 p.

2. Ставицкий Р.В., Блинов Н.Н., Рабкин И.Х., Лебедев Л.А. Радиационная защита в медицинской рентгенологии. - М.: Кабур, 1994, 272 с.2. Stavitsky R.V., Blinov N.N., Rabkin I.Kh., Lebedev L.A. Radiation protection in medical radiology. - M .: Kabur, 1994, 272 p.

Claims (1)

Способ двухпроекционной рентгенографии, предусматривающий укладку пациента, установку энергетических режимов съемки, поочередную рентгенографию пациента в прямой и боковой проекциях с последующей регистрацией и воспроизведением изображения, отличающийся тем, что рентгенография в боковой проекции производится при тех же энергетических режимах, что и в прямой проекции, а диагностическое качество бокового снимка получают посредством аппроксимации огибающей плотности распределения яркостей на усредненной по множеству изображений гистограмме яркостей изображения, без учета области вне тела пациента, в форме равнобедренного треугольника по формуламA two-way radiography method, which includes laying down the patient, setting the energy modes of shooting, sequential radiography of the patient in direct and lateral projections with subsequent registration and playback of the image, characterized in that the radiography in lateral projection is performed at the same energy modes as in direct projection, and The diagnostic quality of the side image is obtained by approximating the envelope of the density distribution of brightnesses on the average a gram of image brightness, excluding the area outside the patient’s body, in the form of an isosceles triangle according to

для F(r_ВХ)≤0,5,

for F (r _BX ) ≤0.5,

для F(r_ВХ)>0,5,

for F (r _BX )> 0.5, где r_вых и r_вх – текущие значения выходной и входной яркостей на выходе и входе процедуры обработки соответственно;where r _o and r _in - current values of the output and input brightness at the output and input of the processing procedure, respectively; R₀ – нижняя граница диапазона яркостей усредненной гистограммы;R ₀ is the lower limit of the brightness range of the averaged histogram; R₁ – значение яркости, соответствующее середине диапазона яркостей усредненной гистограммы;R ₁ is the brightness value corresponding to the middle of the brightness range of the averaged histogram;

f(х) – огибающая гистограммы яркостей зарегистрированного изображения.f (x) - envelope of the histogram of the brightness of the registered image.

Images