КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Оценка качества изображения УЗ - сканеров
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ СКАНЕРОВ
5.1.1. Основные характеристики качества изображения
Качество изображения УЗ-прибора определяет диагностические возмож- ности прибора, позволяет сравнивать различные приборы между собой, а также судить о работоспособности прибора и правильности настройки. Качество изображения зависит от совокупности характеристик, основными из которых являются: разрешающая способность (продольная и поперечная); чувствительность; динамический диапазон; контрастная разрешающая способность; временная разрешающая способность, определяемая частотой кадров в секунду. К ним следует добавить такие характеристики, как: мертвая зона; разрешающая способность по толщине; степень постоянства разрешающей способности в зоне изображении: аппаратурные артефакты; геометрические искажения. Мертвой зоной (dead zone) называется часть изображения, прилегающая непосредственно к рабочей поверхности датчика, где практически невозможно выделить эхо-сигналы, так как они не видны на фоне «хвоста» мощного излучаемого импульса или его переотражений (ring-down) внутри датчика (рис.5.1а). Чем меньше мертвая зона по глубине, тем лучше можно наблюдать ткани и структуры на малых глубинах (при условии хорошей разрешающей способности на этих глубинах). Разрешающая способность по толщине (elevation resolution) характеризует возможность наблюдать раздельно малоразмерные структуры в толщинной плоскости, т.е. плоскости, перпендикулярной плоскости сканирования. Эта характеристика зависит от ширины УЗ - луча в толщинной плоскости. Все три разрешающие способности (продольная, поперечная и по толщине) вместе определяютпространственную разрешающую способность, или объем разрешения (resolution volume) - минимальную пространственную область, которой соответствует один элемент изображения на экране прибора (рис. 5.1,б).
От степени постоянства разрешающей способности в зоне изображения в наибольшей мере зависит однородность качества изображения в кадре, наблюдаемом на экране прибора. Пространственная разрешающая способность, как правило, лучше в зоне фокусировки и ухудшается на очень малых и больших глубинах, поэтому изображение воспринимается как неоднородное. Чем выше качество прибора, тем больше степень однородности изображения. Аппаратурные артефакты - это искажения изображения, возникающие из-за технического несовершенства УЗ - прибора. К аппаратурным артефактам, например, может быть отнесена мертвая зона. Другие типичные примеры аппаратурных артефактов: ложные сигналы на экране и снижение четкости изображения вследствие наличия боковых лепестков у УЗ – луча и «хвоста» эхо-сигнала. Более подробно об артефактах в УЗ -приборах будет рассказано в следующем разделе. Рис. 5.1. Понятие о мертвой зоне и пространственной разрешающей способности: а - взаимное расположение плоскости сканирования и толщинной плоскости; б - объем разрешения в увеличенном масштабе
Геометрические искажения - то отличие размеров и форм структур на изображении от реальных, что может иметь место по объективным физическимпричинам или вследствиенесовершенной аппаратуры. Большинство из характеристик качества изображения может изменяться в зависимости от типа датчика, рабочей частоты, режима работы и правильности настройки прибора. Для различных областей применения одни из характеристик более важны, чем другие. Это обстоятельство обязательно надо иметь в виду, так как по техническим и физическим причинам улучшение одних характеристик может достигаться за счет других. Например, повышение чувствительности (увеличение глубины обзора) за счет снижения рабочей частоты датчика может сопровождаться ухудшением разрешающей способности. Точно так же повышение контрастной разрешающей способности, достигаемое за счет усреднения по кадрам, приводит к снижению реальной частоты кадров, т.е. к ухудшению временной разрешающей способности.
Поэтому в современных приборах используется выбор определенного сочетания регулировок, обеспечивающих наилучшее качество изображения для каждого конкретного случая.
5.1.2.Технические характеристики УЗ - диагностических приборов и их связь с качеством изображения
Перечислим основные технические характеристики, на которые следует обращать внимание в первую очередь: - число переключаемых фокусов на передачу (focal point number) и число зон динамической фокусировки на прием; - величина динамического диапазона и возможность его регулировки (variable dynamic range); - число зон регулировки усиления на различных глубинах (TGC); - число градаций (уровней) серой шкалы (grades of gray); - возможность коррекции изображения и обработки эхо-сигналов (препроцессинг, постпроцессинг); - наличие динамической апертуры (variable aperture); - возможность наблюдения на экране выбранной части изображения; - число степеней увеличения изображения, в том числе возможность увеличения в выбранной малой зоне (zoom); - наличие управляемого режима усреднения по кадрам; - возможность режима предустановки, т.е. выбора предварительно установленных комбинаций регулировок (factory preset), а также возможность для пользователя самому программировать и вводить такие комбинации (user preset); - номенклатура датчиков, в том числе наличие широкополосных и мультичастотных датчиков; - число приемно-передающих каналов прибора; - число элементов в датчиках; - качество и размер экрана монитора прибора. При сравнении между собой возможностей различных приборов следует отдавать предпочтение тому прибору, у которого больше число переключаемых фокусов, величина динамического диапазона, число зон регулировки усиления по глубине, число степеней увеличения изображения, размер экрана.
Число градаций серой шкалы должно быть не менее 128. Дальнейшее увеличение числа градаций слабо влияет на улучшение качества изображения. Возможностью гамма-коррекции изображения и раздельной регулировкой параметров препроцессинга и постпроцессинга сигналов, как правило, не пользуются. В большинстве случаев достаточно использовать заводскую установку гамма-коррекции и режим выбора заранее установленных регулировок. Возможность регулировки положения зоны обзора по глубине и режим zoom реализуютсяпочти во всех современных приборах. Управление режимом усреднения по кадрам важно использовать в тех случаях, когда проводятся исследования не только статических, но и динами- ческих (подвижных) структур (сердца, сосудов). При наблюдении динамических структур степень усреднения (уровень корреляции изображений в соседних кадрах) приходится уменьшать в ущерб качеству изображения с целью повышения достоверности получаемой информации.
5.1.3. Определение части элементов (или части апертуры) датчика, формирующих УЗ – луч
Число элементов в датчиках и связанное с ним число приемно-передающих каналов электронного блока прибора определяет разрешающую способность и влияет на аппаратурные артефакты изображения. Чем больше число элементов и число каналов, тем выше, вообще говоря, качество изображения. Число элементов в датчиках и каналов приема-передачи фирмы-производители указывают далеко не всегда. Вместе с тем, основное значение имеет не столько само число элементов датчика, сколько то, какая их часть от общего количества участвуете формировании УЗ - луча: чем большее число элементов формирует УЗ - луч, тем выше качество изображения. Можно предложить простой тест для определения того, какая часть элементов (или апертуры) датчика формирует УЗ - луч на прием и передачу. После включения прибора и установления на нем В-режима необходимо переключить фокусировку напередачу на самый дальний фокус. Далее следует смочить поверхность датчика водой или покрыть ее тонким слоем геля. После этого надо приложить к рабочей поверхности тонкий металлический предмет (толщиной не более 1-2 мм), например спицу, булавку, разогнутую скрепку, тонкую отвертку и т.д. Ось предмета (тест-объекта) должна быть ориентирована перпендикулярно плоскости сканирования, а начальное положение тест-объекта - середина рабочей поверхности датчика (рис. 5.2).
Рис. 5.2. Определение части элементов (или части апертуры) датчика, формирующих УЗ - луч
В процессе сканирования в приборе элементы датчика автоматически переключаются с помощью специального коммутатора таким образом, что в формировании УЗ - луча на передачу и прием участвует одновременно только часть из всех элементов: 16 из 80, 32 из 96 или из 128, 64 из 128 или из 192 и т.д., в зависимости от класса прибора и типа датчика. Тест-объект контактирует только с одним элементом, и если этот элемент возбуждается на передачу и подключен на прием, то между элементом и хорошо отражающим ультразвук тест-объектом появляются многократные переотражения УЗ - сигнала с очень небольшим затуханием, в результате чего на экране монитора можно наблюдать светлую акустическую строку. Если элемент возбуждается 16 раз (при числе каналов на передачу-прием, равном 16), а число элементов в датчике 80, то в формировании луча участвует 1/5 часть элементов датчика, и мы увидим на экране засвеченную часть изображения шириной в 1/4 от общей ширины изображения (рис. 5.3,а). При этом на меньших глубинах относительная ширина засвеченной зоны может ступенчато или плавно изменяться, что свидетельствует об автоматическом изменении апертуры в процессе динамической фокусировки на прием.
Рис. 5.3. Вид изображений на экране УЗ - приборов при испытании с тест-объектом в соответствии с рис. 5.2: а - простой прибор, - в формировании УЗ - луча участвует 1/5 часть элементов дат- чика; б - прибор среднего класса - луч формируется 1/4 частью элементов датчика; в - прибор повышенного класса - в формиро- вании луча участвует 1/3 элементов датчика; г - прибор высокого класса - луч формирует почти половина элементов датчика
При 32 каналах на прием-передачу и 128 элементах в датчике в формировании луча участвует 1/4 часть элементов датчика и набольшой дальности засвечивается 1/3 ширины изображения (рис. 5.3,б). При 48 и более каналах в датчике засвечивается не менее 1/2 ширины изображения (рис. 5.3,в, 5.3,г). Чем большее число каналов имеется в приборе, тем большая часть ширины изображения засвечивается при работе с тест-объектом и тем лучше, как правило, поперечная разрешающая способность прибора. С помощью элементарного тест-объекта можно также быстро проверить работоспособность всех каналов прибора и элементов датчика. Для этого надо медленно вести тест-объект вдоль рабочей поверхности датчика от одного края датчика к другому, сохраняя ориентировку оси тест-объекта перпендикулярной плоскости сканирования. При этом засвеченная часть изображения будет перемещаться по эхограмме, отслеживая перемещение тест-объектa по поверхности датчика. Если прибор исправен, засвеченная часть не изменяется по своему виду в процессе перемещения тест-объекта и только обрезается на краях зоны обзора. Изменение вида засвеченной области или вообще исчезновение акустических строк при некоторых положениях тест-объекта свидетельствует о неисправности каналов прибора или элементов датчика.
5.1.4. Оценка качества изображения с помощью УЗ тест-фантома
Для оперативной и корректной оценки качества изображения при покупкеприбора и в процессе эксплуатации в медицинском учреждении лучше всего использоватьУЗ - тканеэквивалентный фантом. УЗ - фантом - это устройство, имитирующее условия прохождения ультразвуковых сигналов в биологических тканях. Существует достаточно большое количество фантомов различного типа для проверки как отдельных характеристик (специальные фантомы), так и совокупности параметров изображения УЗ - прибора (универсальные фантомы). Наиболее часто используются универсальные фантомы. Основные производители фантомов - фирмы ATS Laboratories Inc. (модели 539 ATS Labs, 515 ATS Labs). Фирма производит универсальный тканеэквивалентный фантом для проверки контрастного разрешения и воспроизведения координат, в котором среда распространения имитирует рассеяние ультразвука в паренхимальных областях печени. Составными элементами такого фантома являются и включения, дающие отрицательный контраст в изображении и имеющие форму нерассеивающих цилиндров, изображения которых на экране дисплея имитируют кистозные образования. Тест-система Кардифф, разработанная фирмой Diagnostic Sonar Ltd, состоит из нескольких фантомов из проволочек и структур различной формы в среде из рассеивающего ультразвук геля и позволяет измерять большое число параметров, а также позволяет с определенными ограничениями оценить разрешающую способность по трем координатам. Фирма Nuclear Associates Ltd выпускает также акустические фантомы, позволяющие оценивать контраст и разрешающую способность приборов. Фантомы имеют оригинальную конструкцию в виде набора конусов, начиненных рассеивающим ультразвук гелем, причем интенсивность рассеяния меняется при переходе от одного конуса к другому. Все конусы зафиксированы в фантоме в однородном геле, который также обладает определенными рассеивающими свойствами. Сравнительную оценку порога обнаружения при низком контрасте получают, сканируя каждый конус в поперечном направлении и определяя тот диаметр поперечного сечения конуса, при котором еще возможно выявление конуса. Повторение этой операции для конусов с изменяющимся контрастом при рассеянии, определяемым относительно геля, позволяет в итоге построить кривую зависимости контраста от диаметра для данного порога обнаружения, называемую кривой «контраст – разрешающая способность». Чем выше качество системы, тем ближе эта кривая подходит к началу координат. 5.1.5. Конструкция ультразвукового тест-фантома
Разработанный УЗ - фантом позволяет оценивать следующие характеристики (рис. 5.4): размеры зон изображения; чувствительность; разрешающую способность; глубину мертвой зоны; степень постоянства разрешающей способности; контрастную разрешающую способность и динамический диапазон. Кроме того, с помощью фантома можно оценить положение и размер фокальных зон, форму УЗ - луча, а также линейные искажения в изображении, правильность калибровки прибора для определения геометрических размеров биологических структур.
Рис. 5.4. Универсальный УЗ - фантом: модель 539 ATS Labs Фантом представляет собой небольшой контейнер – аквариум средних размеров(~50х30х30мм), содержащий группы отражателей, помещенных в определенную среду. Внутренние стенки аквариума покрываются резиноподобным материалом для предотвращения многочисленных отражений акустических сигналов. В качестве среды используется смесь воды со спиртом – эта смесь используется для получения точных значений скорости звука. Процентное соотношение узнается экспериментальным путем. Вместо рабочей поверхности фантома может использоваться решетка из тонких прутьев – вследствие сложности подбора соответствующего материала с подходящими акустическими характеристиками, подобным характеристикам кожи. Датчик в процессе работы с фантомом должен располагаться таким образом, чтобы плоскость его сканирования была параллельна большой боковой плоскости контейнера фантома. Для удержания контейнера на одной и той же глубине используются прутья решетки, при этом датчик оборудуется специальным упором, или же датчик должен соприкасаться с ними одним из краев рабочей поверхности – для того, чтобы помехи от контактной решетки были минимальными. В первом случае решетка может находиться над поверхностью рабочего состава. Во втором – ограничительная решетка должна находиться на глубине 2-5 мм от поверхности рабочей среды. При необходимости решетка должна свободно убираться. Отражатели в фантоме имитируют различные объекты наблюдения. В качестве отражателей используются так называемые точечные отражатели, которые представляют собой нейлоновые струны малого диаметра (не более 0,4мм), протянутые в фантоме таким образом, чтобы они были перпендикулярны плоскости сканирования. Также используются отражатели в виде цилиндров разных диаметров из латуни, имитирующей костные образования и плексигласа, имеющим меньший коэффициент отражения звуковых волн (при нормальном падении, расчетные данные) на границы раздела между данными средами и водой. Точечные отражатели, закрепленные на известных расстояниях друг относительно друга, позволяют получить количественные характеристики изображения. ● Геометрические размеры изображения можно оценить с помощью рядов отражателей, расположенных вертикально и горизонтально(рис. 5.5).
Рис. 5.5. Универсальный УЗ - фантом для приборов с датчиками секторного сканирования: модель 515 ATS LABs
Напоминаем, что ширина прямоугольной зоны изображения в датчиках линейного сканирования всегда меньше по крайней мере на 20-30%, чем протяженность рабочей поверхности датчика. То же относится и к ширине зоны изображения возле поверхности конвексного датчика - она всегда меньше на те же 20-30% размера рабочей поверхности датчика. ● Чувствительность прибора при работе с каждым из датчиков оценивается по глубине проникновения УЗ - сигналов внутрь фантома. В приборе устанавливается максимальная по глубине фокусировка на передачу и определяется наибольшая глубина, на которой еще видны характерные отражения от структуры фантома на фоне случайных мерцающих шумов приемника. Глубина проникновения определяется с помощью вертикального ряда точечных отражателей, расстояние между которыми составляет 1 см. ● Разрешающая способность оценивается с помощью фантома по результатам наблюдения специально для этого предназначенной группы точечных отражателей, расположенных компактно (рис. 5.4). ● Для оценки продольной разрешающей способности используется то обстоятельство, что соседние отражатели в группе по вертикали отстоят друг от друга на известных расстояниях: 5, 4. 3, 2, 1 мм. Если все отражатели на экране наблюдаются отдельно, не сливаясь, то продольная разрешающая способность прибора - не хуже 1 мм. Если же два отражателя, наиболее близко расположенные друг к другу, сливаются на изображении в одно пятно, то разрешающая способность хуже чем 1 мм, но лучше чем 2 мм. Если три отражателя сливаются, то разрешающая способность - от 3 до 4 мм и т.д. Следует иметь в виду,что продольная разрешающая способность может несколько ухудшиться с глубиной, а также с удалением от точки фокусировки на передачу. Поэтому испытания полезно повторитьдля различных глубин контрольной группы отражателей. Если используется фантом с одной контактной поверхностью, например фантом для датчиков секторного сканирования, то в нем, как правило, имеется две или более группы отражателей для проверки разрешающей способности, расположенные на различных глубинах. ● Оценка поперечной разрешающей способности осуществляется так же, как и продольной, но по той части отражателей в группе, которые в основном ориентированы горизонтально. Расстояния между ними по горизонтали также известны точно, они тоже равны 5, 4, 3, 2, 1 мм. Поэтому если, например, раздельно наблюдаются два из них, а три других сливаются, то разрешающая способность не хуже 4 мм и несколько лучше 3 мм. Для корректной оценки поперечной разрешающей способности необходимо датчик ориентировать так, чтобы его ось проходила через группу контрольных отражателей по возможности перпендикулярно линии их расположения. В противном случае можно получить хороший результат за счет того, что недостаточная поперечная разрешающая способность компенсируется, как правило, более высокой продольной разрешающей способностью. Поперечная разрешающая способность может более заметно, чем продольная, изменяться с глубиной, ухудшаясь с увеличением глубины. Поэтому оценку поперечной разрешающей способности необходимо проводить на различных глубинах. Приближенную оценку поперечной разрешающей способности во всем диапазонеглубин можно получить с помощью вертикального ряда точечных отражателей. Изображение каждого из отражателей имеет размер по вертикали, характеризующий продольную разрешающую способность, а размер по горизонтали определяется поперечной разрешающей способностью. Если расположить ось датчика вдоль вертикальной линии отражателей (это удобно делать с помощью маркерной линии, отображаемой на экране прибора), то размеры отражателей по горизонтали будут приблизительно совпадать с шириной УЗ -луча на соответствующей глубине. Таким образом, по картине на экране можно оценить форму УЗ - луча в плоскости сканирования. Переключая по глубине фокусировку на передачу, можно выяснить, как это влияет на форму луча и на разрешающую способность, а также определить положение фокальных зон. ● С помощью группы точечных отражателей, специально предназначенных для проверки разрешающей способности, можно оценить и разрешающую способность по толщине. Для этого следует поставить датчик, как и прежде, над указанной группой и повернуть его вокруг вертикальной оси на 90°, так чтобы плоскость сканирования была перпендикулярна большой плоской боковой стенке фантома. На экране прибора будут наблюдаться яркие длинные линии, соответствующие нейлоновым струнам фантома. Зная расстояние между струнами по горизонтали, можно по количеству наблюдаемых линий приблизительно определить ширину УЗ - луча в толщинной плоскости и соответствующую разрешающую способность. ● Глубина мертвой зоны или практически равная ей глубина множественных начальных переотражений определяется с помощью группы точечных отражателей в верхней части фантома. Отражатели расположены в ряд наис- кось с фиксированными расстояниями по глубине друг относительно друга. Глубина измеряется по первому же отражателю, который виден на фоне «хвоста» излучаемого импульса и переотражений, возникающих от него в датчике. Результаты оценки контрастной разрешающей способности и динамического диапазона зависят от правильности регулировки многих параметров прибора, в том числе общего усиления, усиления в различных интервалах по глубине, установки режимов препроцессинга и постпроцессинга. ● Правильность настройки и калибровки прибора для оценки геометрических форм и размеров структур и органов проверяется по точности отображения вертикального и горизонтального рядов точечных отражателей, а также по способности прибора без искажений отображать форму круглых сосудов разного диаметра. Любыеотклонения в изображении фантома от правильных линейных или круглых форм свидетельствуют о неисправности прибора. Используя режим измерения в приборе, можно определить расстояния между точечными отражателями по горизонтали и по вертикали. Сравнивая полученные результаты с известными значениями этих расстояний в фантоме, можно проверить калибровку прибора. Измерения должны проводиться при температуре, указанной в инструкции по использованию фантома, например при +23°С.
Дата добавления: 2014-11-29; Просмотров: 2721; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |