RU2460994C1 - Method of obtaining x-ray image of fish - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: fish is placed between an X-ray source and an X-ray image receiver, wherein the distance X₁ between the X-ray source and the fish is equal to the length L of the fish or the analysed area on the fish and is three times shorter than the distance X₂ between the X-ray source and the X-ray image receiver, and the diameter of the focal spot d_fp is determined by a corresponding mathematical expression based on said parameters.

EFFECT: possibility of rapid obtaining of sharp images of fish which are magnified three times or more, including bones with diameter of 0,05 mm, which are vital for studying species and population anomalies of the structure of their skeletons.

8 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к области рыбного хозяйства, в частности к способам идентификации рыб, и может быть использовано для выявления видовых и популяционных аномалий строения их скелета.The claimed invention relates to the field of fisheries, in particular to methods for identifying fish, and can be used to identify species and population anomalies in the structure of their skeleton.

Из всех известных способов идентификации рыб идентификация по их скелету является наиболее надежной. Для каждого вида рыб существуют свои значимые видовые и популяционные идентификационные признаки различных частей скелета, в том числе черепа, жаберного аппарата, челюстей, зубов, позвоночника, ребер, плавников и т.д. (Фиг.1). При этом наиболее значимые признаки популяционных аномалий скелета заключаются в мелких костях, диаметр которых d_k в зависимости от общего размера отдельной рыбы может составлять до 0,05 мм.Of all the known methods for identifying fish, identification by their skeleton is the most reliable. Each fish species has its own specific species and population identification features of various parts of the skeleton, including the skull, gill apparatus, jaws, teeth, spine, ribs, fins, etc. (Figure 1). Moreover, the most significant signs of population anomalies of the skeleton are small bones, the diameter of which d _k depending on the total size of an individual fish can be up to 0.05 mm.

В настоящее время для изучения скелетов рыб используются два основных способа: визуальное исследование и рентгенография. Для визуального исследования скелета рыбы необходима ее препарация - отделение от скелета всех мышечных тканей. Эта процедура сложна, трудоемка и не обеспечивает сохранность отдельных костей, в особенности при исследовании рыб малого размера.Currently, two main methods are used to study fish skeletons: visual examination and radiography. For visual examination of the skeleton of the fish, its preparation is necessary - the separation of all muscle tissue from the skeleton. This procedure is complex, time-consuming and does not ensure the preservation of individual bones, especially when examining small fish.

Рентгенографический способ изучения скелета в отличие от визуального позволяет обнаруживать те элементы скелета и особенности их строения, которые при препарировании не фиксируются. К достоинствам этого способа относятся также простота, малое время проведения исследования, достоверность получаемых результатов, возможность исследования как живых, так и неживых рыб, а также наличие на рентгеновских снимках дополнительной информации - изображения внутренних органов рыб.The x-ray method of studying the skeleton, in contrast to the visual one, allows one to detect those elements of the skeleton and their structural features that are not fixed during preparation. The advantages of this method also include simplicity, short time of the study, the reliability of the results obtained, the possibility of researching both living and non-living fish, as well as the presence of additional information on x-ray images - images of the internal organs of fish.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату является так называемый контактный способ получения рентгеновского изображения рыб, при котором рыба располагается на значительном расстоянии от источника рентгеновского излучения и вплотную (в контакте) к кассете с рентгеновской пленкой (Аминева В.А., Тот А. О применении рентгенографического метода исследования в ихтиологии // Труды Калининградского Технического института рыбной промышленности и хозяйства Министерства рыбного хозяйства. Ихтиология и рыболовство. Калининград, вып. XX, 1968 г., с.200-203).The closest in technical essence and the result obtained is the so-called contact method for obtaining an x-ray image of fish, in which the fish is located at a considerable distance from the x-ray source and close (in contact) to the cassette with the x-ray film (Amineva V.A., Tot A. On the application of the X-ray method of research in ichthyology // Proceedings of the Kaliningrad Technical Institute of the Fishing Industry and the Ministry of Fisheries. Ichthyology and Fisheries. Kal ningrad, vol. the XX-th, 1968, s.200-203).

Вследствие этого размеры рентгеновского изображения рыбы равны ее истинным анатомическим размерам. На Фиг.2 представлена геометрическая схема рентгеновской съемки (а) и получаемое изображение (б). Указанный способ обладает рядом существенных ограничений.As a result, the dimensions of the x-ray image of the fish are equal to its true anatomical size. Figure 2 presents the geometric pattern of x-ray photography (a) and the resulting image (b). The specified method has a number of significant limitations.

Во-первых, поскольку разрешающая способность человеческого глаза составляет 0,1-0,15 мм (Кишковский А.Н., Тютин Л.А., Есиновская Г.Н. Атлас укладок при рентгенологических исследованиях. - Л.: Медицина, 1987, с.200), для изучения мелких деталей изображения скелета, получаемого на безэкранную рентгеновскую пленку (разрешающая способность R которой позволяет визуализировать кости диаметром 0,05 мм), необходимо увеличить изображение скелета или отдельных его участков не менее чем в три раза с помощью специальных средств - лупы, микроскопа и т.д. Во-вторых, визуализация рентгеновского изображения на рентгеновскую пленку - процесс сложный и трудоемкий, требующий значительных затрат времени, что существенно усложняет сбор и обработку статистической информации об аномалиях скелета. Использование электронных, в том числе цифровых, приемников рентгеновского изображения при контактном способе съемки практически невозможно, так как для визуализации отдельной детали изображения размером 0,05 мм разрешающая способность R приемника должна составлять не менее 10 пар лин./мм. Для сравнения, разрешающая способность R современных приемников рентгеновского изображения не превышает 5-6 пар лин./мм (Основы рентгенодиагностической техники / Под ред. Н.Н.Блинова: Учебное пособие. - М.: Медицина, 2002 г. - 392 с.).Firstly, since the resolution of the human eye is 0.1-0.15 mm (Kishkovsky A.N., Tyutin L.A., Esinovskaya G.N. Atlas of styling during x-ray studies. - L .: Medicine, 1987, p.200), to study the fine details of the image of the skeleton obtained on a screenless X-ray film (whose resolution R allows visualizing bones with a diameter of 0.05 mm), it is necessary to enlarge the image of the skeleton or its individual sections at least three times using special tools - magnifiers, microscopes, etc. Secondly, the visualization of an X-ray image on an X-ray film is a complex and time-consuming process that requires a significant investment of time, which greatly complicates the collection and processing of statistical information about skeleton anomalies. The use of electronic, including digital, X-ray image receivers in the contact shooting method is practically impossible, since for the visualization of a single image detail of 0.05 mm in size, the resolution of the R receiver should be at least 10 lines / mm. For comparison, the resolution R of modern X-ray image receivers does not exceed 5-6 pairs of lines / mm (Fundamentals of X-ray diagnostic technology / Edited by N.N. Blinov: Textbook. - M .: Medicine, 2002 - 392 p. )

Задачей заявляемого изобретения является обеспечения возможности оперативного получения резких, увеличенных в три и более раз изображений рыб, включая кости диаметром 0,05 мм, наиболее значимые для изучения видовых и популяционных аномалий строения их скелета.The objective of the invention is the ability to quickly obtain sharp, enlarged by three or more times images of fish, including bones with a diameter of 0.05 mm, the most significant for the study of species and population anomalies in the structure of their skeleton.

Для получения технического результата, который заключается в получении рентгеновских снимков высокого качества, в предлагаемом способе получения рентгеновского изображения рыб рыба помещается между источником рентгеновского излучения и приемником рентгеновского изображения, расстояние X₁ между источником рентгеновского излучения и рыбой равно длине L рыбы или исследуемой области рыбы и в три раза меньше, чем расстояние Х₂ между источником рентгеновского излучения и приемником рентгеновского изображения, диаметр фокусного пятна d_фп определяется выражением:To obtain a technical result, which consists in obtaining high-quality x-ray images, in the proposed method for obtaining an x-ray image of fish, the fish is placed between the x-ray source and the x-ray image receiver, the distance X ₁ between the x-ray source and the fish is equal to the length L of the fish or the studied area of the fish and three times less than the distance X ₂ between the X-ray source and the X-ray image receiver, the focal spot diameter d _f defined by the expression:

где d_k - диаметр наименьшей значимой для идентификации рыбы кости, разрешающая способность приемника изображения составляет не менее 5 пар лин./мм, а диаметр D входного окна приемника изображения определяется выражением:where d _k is the diameter of the bone that is the least significant for fish identification, the resolution of the image receiver is at least 5 pairs lin./mm, and the diameter D of the input window of the image receiver is determined by the expression:

В отличие от известного способа-прототипа рыба располагается вблизи источника рентгеновского излучения на расстоянии X₁, равном длине L рыбы или исследуемой области рыбы (X₁=L), и на значительно большем расстоянии Х₂ от приемника изображения (Фиг.2). Соотношение указанных расстояний определяет коэффициент увеличения изображения К рыбы в соответствии с выражением:In contrast to the known prototype method, the fish is located near the x-ray source at a distance of X ₁ equal to the length L of the fish or the studied area of the fish (X ₁ = L), and at a much greater distance X ₂ from the image receiver (Figure 2). The ratio of these distances determines the coefficient of magnification of the image To fish in accordance with the expression:

где X₁ - расстояние между источником излучения и рыбой;where X ₁ is the distance between the radiation source and the fish;

Х₂ - расстояние между источником излучения и приемником изображения;X ₂ is the distance between the radiation source and the image receiver;

L - длина рыбы или исследуемой области рыбы.L is the length of the fish or the investigated area of fish.

С целью уверенного обнаружения кости диаметром 0,05 мм общая нерезкость Н изображения, которая будет определять его разрешающую способность R, должна быть не больше диаметра кости d_k:In order to confidently detect a bone with a diameter of 0.05 mm, the total blur N of the image, which will determine its resolution R, should be no more than the bone diameter d _k :

Общая нерезкость изображения Н рассчитывается по следующему выражению (Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В.Клюева. - М.: Машиностроение, 1980. - Кн. 2. - 382 с.):The total blurring of the image H is calculated by the following expression (X-ray engineering: Handbook. In 2 books / Ed. By V.V. Klyuyev. - M .: Mechanical Engineering, 1980. - Book 2. - 382 p.):

где Н_Г - геометрическая составляющая нерезкости,

;where N _G is the geometric component of the blur,

;

Н_D - динамическая составляющая нерезкости;H _D is the dynamic component of the blur;

Н_Э - экранная составляющая нерезкости.Н _Э - screen component of blur.

При условии съемки неподвижного объекта с увеличением К в три и более раз общая нерезкость изображения Н будет определяться геометрической составляющей Н_Г, поскольку динамическая составляющая Н_D=₀, а вклад экранной составляющей Н_Э незначителен вследствие увеличения изображения. Поэтому выражение для общей нерезкости изображения Н может быть записано следующим образом:Under the condition of shooting a stationary object with an increase in K by three or more times, the total image blur N will be determined by the geometric component H _G , since the dynamic component H _D = ₀ , and the contribution of the screen component H _{E is} insignificant due to the increase in the image. Therefore, the expression for the overall blurring of the image H can be written as follows:

где d_фп - диаметр фокусного пятна источника рентгеновского излучения.where d _fp is the diameter of the focal spot of the x-ray source.

Из выражений 1, 2 и 4 может быть определен диаметр фокусного пятна, необходимого для получения резких увеличенных рентгеновских изображений рыб заявляемым способом:From the expressions 1, 2 and 4, the diameter of the focal spot necessary to obtain sharp enlarged x-ray images of the fish by the claimed method can be determined:

Сущность заявляемого изобретения поясняется следующими графическими материалами:The essence of the invention is illustrated by the following graphic materials:

Фиг.1 - схема скелета рыбы, который состоит из черепа 1, скелета грудного плавника 2, скелета спинного плавника 3, позвоночника 4, скелета хвостового плавника 5, жаберной крышки 6, скелета плечевого пояса 7, скелета брюшного плавника 8, ребер 9, скелета анального плавника 10.Figure 1 - diagram of the skeleton of the fish, which consists of the skull 1, the skeleton of the pectoral fin 2, the skeleton of the dorsal fin 3, the spine 4, the skeleton of the caudal fin 5, the gill cover 6, the skeleton of the shoulder girdle 7, the skeleton of the abdominal fin 8, ribs 9, the skeleton anal fin 10.

Фиг.2 - геометрическая схема рентгеновской съемки способом-прототипом, а) - схема съемки, б) - получаемое изображение;Figure 2 is a geometric diagram of x-ray shooting by the prototype method, a) is a shooting diagram, b) is the resulting image;

Фиг.3 - геометрическая схема рентгеновской съемки заявляемым способом, а) - схема съемки, б) - получаемое изображение;Figure 3 - geometric diagram of x-ray photography by the claimed method, a) is a shooting scheme, b) is the resulting image;

Фиг.4 - функциональная схема цифровой рентгенодиагностической установки ПРДУ-02 для определения аномалий строения скелета рыб;Figure 4 is a functional diagram of a digital x-ray diagnostic installation PRDU-02 for determining anomalies in the structure of the skeleton of fish;

Фиг.5 - внешний вид окуня (а), рентгеновские изображения скелета окуня (б) и некоторых его составных частей (в);5 is an external view of the perch (a), x-ray images of the skeleton of the perch (b) and some of its components (c);

Фиг.6-8 - рентгеновские изображения наиболее важных для идентификации и выявления видовых и популяционных особенностей частей скелета разных видов рыб.6-8 - x-ray images of the most important for identification and identification of species and population features of the parts of the skeleton of different species of fish.

Предлагаемый способ съемки реализуется следующим образом (Фиг.3). В качестве источника излучения используется рентгеновский аппарат с диаметром фокусного пятна рентгеновской трубки не более 0,025 мм (25 мкм). Рыбу располагают на расстоянии X₁ от фокусного пятна d_фп. Величина X₁ определяется величиной рыбы или исследуемого участка рыбы L (X₁=L). Приемник рентгеновского изображения располагают на расстоянии Х₂ от фокусного пятна d_фп. Величину расстояния Х₂ выбирают в три раза больше, чем расстояние X₁. При таком соотношении расстояний изображение будет увеличено в три раза, соответственно размер изображения кости диаметром 0,05 мм составит 0,15 мм и существенно превысит разрешающую способность R современных цифровых приемников рентгеновского изображения (0,1 мм при R=5 пар лин./мм). Минимальный диаметр входного окна приемника изображения D определяют по выражению:The proposed method of shooting is implemented as follows (Figure 3). An X-ray apparatus with a focal spot diameter of an X-ray tube of not more than 0.025 mm (25 μm) is used as a radiation source. The fish is placed at a distance of X ₁ from the focal spot d _fp . The value of X _{1 is} determined by the size of the fish or the investigated area of the fish L (X ₁ = L). The x-ray image receiver is located at a distance of X ₂ from the focal spot d _fp . The value of the distance X ₂ choose three times more than the distance X ₁ . With this ratio of distances, the image will be enlarged three times, respectively, the image size of the bone with a diameter of 0.05 mm will be 0.15 mm and will significantly exceed the resolution R of modern digital X-ray image receivers (0.1 mm at R = 5 pairs / mm ) The minimum diameter of the input window of the image receiver D is determined by the expression:

(Следует отметить, что увеличение расстояния Х₂ приводит к дальнейшему увеличению изображения рыбы и его разрешающей способности R.)(It should be noted that increasing the distance X ₂ leads to a further increase in the image of the fish and its resolution R.)

Приведенные рентгенооптические параметры съемки: диаметр фокусного пятна d_фп, расстояния X₁ и Х₂, разрешающая способность R и диаметр D входного окна приемника рентгеновского изображения взаимосвязаны и только все вместе позволяют достичь поставленного технического результата.The given x-ray optical shooting parameters: focal spot diameter d _fp , distances X ₁ and X ₂ , resolution R and diameter D of the input window of the X-ray image receiver are interconnected and only together they allow achieving the technical result.

Данный способ реализуется с помощью цифровой рентгенодиагностической установки ПРДУ-02 (Фиг.4). В состав установки входят: рентгенозащитная камера 14 с источником излучения 13, штативным устройством 12, на котором располагается объект съемки (рыба) 17, цифровое устройство для визуализации изображения 11 на основе фотостимулируемого экрана 15 и персональный компьютер 16. В качестве источника рентгеновского излучения 13 установки используется рентгеновский аппарат с диаметром фокусного пятна рентгеновской трубки 20-25 мкм. Штативное устройство позволяет расположить рыбу на расстоянии от фокусного пятна, которое обеспечивает увеличение рентгеновского изображения рыбы в 3-5 раз. В качестве приемника рентгеновского изображения используется система визуализации на основе экрана с фотостимулируемым люминофором - разрешающая способность R=6 пар лин./мм, формат экрана 240×300 мм.This method is implemented using a digital x-ray diagnostic unit PRDU-02 (Figure 4). The installation includes: an X-ray protective camera 14 with a radiation source 13, a tripod 12, on which the subject (fish) 17 is located, a digital device for visualizing the image 11 based on a photostimulated screen 15 and a personal computer 16. As an X-ray source 13 of the installation An X-ray apparatus with a focal spot diameter of an X-ray tube of 20-25 μm is used. The tripod device allows you to position the fish at a distance from the focal spot, which provides an increase in the x-ray image of the fish 3-5 times. As an X-ray image receiver, a visualization system based on a screen with a photostimulated phosphor is used - resolution R = 6 pairs lin./mm, screen format 240 × 300 mm.

На фиг.6-8 представлены увеличенные рентгеновские изображения разных видов рыб. Снимки позволяют уверенно выявить отличительные особенности отдельных частей скелета, в том числе типичные кости, диаметр которых не превышает 0,05 мм.6-8 are enlarged x-ray images of different species of fish. The images allow us to confidently identify the distinctive features of individual parts of the skeleton, including typical bones, the diameter of which does not exceed 0.05 mm.

Claims (1)

Способ получения рентгеновского изображения рыб, при котором рыба помещается между источником рентгеновского излучения и приемником рентгеновского изображения, отличающийся тем, что расстояние X₁ между источником рентгеновского излучения и рыбой равно длине L рыбы или исследуемой области рыбы и в три раза меньше, чем расстояние Х₂ между источником рентгеновского излучения и приемником рентгеновского изображения, диаметр фокусного пятна d_фп определяется выражением:

где d_к - диаметр наименьшей значимой для идентификации рыбы кости, разрешающая способность приемника изображения составляет не менее 5 пар лин./мм, а диаметр D входного окна приемника изображения определяется выражением:

A method of obtaining an x-ray image of fish, in which the fish is placed between the x-ray source and the x-ray image receiver, characterized in that the distance X ₁ between the x-ray source and the fish is equal to the length L of the fish or the studied area of the fish and three times less than the distance X ₂ between the x-ray source and the x-ray image receiver, the diameter of the focal spot d _fp is determined by the expression:

where d _to - the diameter of the least significant bone for fish identification, the resolution of the image receiver is at least 5 pairs lin./mm, and the diameter D of the input window of the image receiver is determined by the expression:

Images