INSTALATIA DE RAZE X SI IMAGINEA RADIOLOGICA

Size: px

Start display at page:

Download "INSTALATIA DE RAZE X SI IMAGINEA RADIOLOGICA"

Toby Hutchinson
5 years ago
Views:

1 INSTALATIA DE RAZE X SI IMAGINEA RADIOLOGICA 1. Scopul lucrării Studiul unei instalaţii de raze X, prezentarea generatorului radiografic mobil POLYMOBIL 10 şi a unor metode de prelucrare a imaginilor radiologice digitale. 2. Aparate necesare - documentaţia produsului POLYMOBIL 10 - Siemens - calculator compatibil Pentium - software de prelucrare a imaginilor numerice 3. Consideraţii teoretice Radiaţia X este o radiaţie electromagnetică cu lungime de undă cuprinsă între 0,1-150 Angström şi a fost descoperită în 1895 de către W. K. Röntgen. Generarea radiaţiei X, numită şi radiaţie Röntgen, se face prin frânarea electronilor emişi de catod de către atomii anodului, într-un tub de sticlă cu vid avansat. Tensiunea de accelerare aplicată pe electrozii tubului este cuprinsă între KV. Lungimea de undă minimă a radiaţiei se calculează cu relaţia: hc λ min = = [ ] eu U [ V A, ] unde h = , J s este constanta lui Planck, e = 1, C este sarcina electrică elementară, iar c m/ s este viteza luminii în vid. Unitatea de măsură a radiaţiei este Röntgenul (1R= 2, C/ Kg) sau radul (1R = 0,88 rad în aer şi 0,93 rad în ţesut). Radiaţia Röntgen se caracterizează prin: penetrabilitate - potenţiale de accelerare mari produc radiaţii dure, penetrante, cu energie mare şi lungime de undă mică atenuare - intensitatea radiaţiei în ţesut scade exponenţial, conform legii lui µ x Lambert: Ix () = I() 0 e, unde µ este coeficientul de absorbţie al mediului, presupus omogen, iar x adâncimea de pătrundere în ţesut absorbţie - depinde de numărul atomic al ţesutului atenuator, de calitatea radiaţiilor, de grosimea şi densitatea structurilor; diferenţele de densitate au un rol important în vizualizarea structurilor anatomice prin realizarea contrastului. efectul de luminiscenţă - producerea unei stări de excitaţie energetică instabilă urmată de radiaţii optic vizibile albastru-verde în unele substanţe cum ar fi sulfura de zinc, cadmiu sau cupru (fluorescenţă) efectul fotochimic - utilizat în radiografie, permite stocarea definitivă pe film fotografic a absorbţiei selective a radiaţiilor prin structura anatomică. 1

2 A cameră TV amplificator de imagine sistem optic monitor TV K pacient casetă cu film radiografic Fig. 3.1 Schema bloc a sistemului radiografic Instalaţia de raze X conţine următoarele componente (figura 3.1): tubul de raze - format din filament(catodul), anod(disc metalic rotativ sau fix) şi cupola tubului(înveliş din plumb care nu permite trecerea radiaţiei decât printr-o fereastră la care se adaptează o diafragmă; în jurul tubului se găseşte ulei pentru răcire şi izolare electrică). generatorul de tensiune - furnizează tensiunea înaltă de curent continuu care se aplică electrozilor tubului şi tensiunea redusă pentru alimentarea filamentului şi a circuitelor aferente masa de comandă - conţine instrumentele de măsură, control şi reglaj ale circuitului de alimentare şi releele de timp pentru expunere detectorii de evidenţiere a imaginii radiologice - sunt ecranul fluoroscopic, format din substanţe care devin fluorescente la impactul cu radiaţia modulată prin absorbţia în corp şi filmul radiografic, menţinut în casete speciale care sunt plasate direct sub regiunea de radiografiat. Sistemul clasic cu radioscopie cu ecran este depăşit, în prezent se utilizează amplificatorul de imagine pentru fluoroscopie televizată. accesorii - diafragme şi flanşe pentru înlăturarea radiaţiei secundare şi îmbunătăţirea contrastului imaginii şi a radioprotecţiei. Aparatul mobil de radiografie POLYMOBIL 10 este destinat secţiilor de terapie intensivă, secţiilor de urgenţă sau sălilor de operaţie. Se alimentează de la orice priză standard împământată cu tensiunea de Vca ±10%, 50/60Hz. Puterea absorbită de la reţea poate depăşi în prima zecime de secundă 10 KW. Tensiunea de accelerare este reglabilă în trepte între 40 şi 125 KV, iar curentul prin tub este reglabil în domeniul 0,32 100mAs. Aparatul conţine un temporizator de expunere şi este prevăzut cu protecţie la supraîncărcare. Ansamblul cupolă cuprinde un tub de raze X cu spot de focalizare de 0,8mm. Anodul este rotativ cu o turaţie de 2800 rpm, iar unghiul anodului este de 17,5 0. Capacitatea de înmagazinare a căldurii anodului este de J. Schema bloc a aparatului este prezentată în anexă. Sursa auxiliară de 12V din blocul U2 furnizează tensiunea necesară pentru comutatorul de pornire, care acţionează contactoarele ce alimentează celelalte blocuri ale aparatului. Circuitul de încărcare a condensatoarelor D950 încarcă în curent constant blocul de condensatoare D970, format din 10 condensatoare de câte µf la 350V, iar invertorul D960, alcătuit din 8 tranzistoare în punte, transformă tensiunea de pe condensatoare în tensiune alternativă, controlată de microprocesor prin modificarea frecvenţei de lucru a invertorului. Tensiunea de filament a tubului este controlată de microprocesor şi 2

3 prelucrată în blocul D925. Rotaţia anodului este controlată de blocul D900, aflat şi el sub controlul microprocesorului pe 8 biţi. Imaginea radiologică este elementul fundamental purtător de informaţii în radiodiagnostic. Ea corespunde intensităţii radiaţiei transmise şi neabsorbite de ţesutul străbătut. Datorită proiecţiei geometrice, imaginea are unele particularităţi caracteristice proiecţiei unui corp tridimensional pe un plan bidimensional. Astfel, proiecţia este conică, fapt ce determină o mărire şi deformare a structurii care se găseşte în fascicol, apare paralaxa, care permite disocierea structurilor suprapuse şi aprecierea profunzimii, iar penumbra, sau estomparea geometrică, oferă o imagine cu atât mai clară, cu cât focarul radiaţiei este mai mic. În sfârşit, sumaţia planurilor, amplasează în acelaşi plan diverse organe care se află la adâncimi diferite şi în acest fel se pot pierde informaţii importante asupra structurii investigate. Imaginile radiologice obţinute prin tehnici radiologice generale sunt: radioscopia (fluoroscopia), care se bazează pe efectul de fluorescenţă oferă avantajul unui examen dinamic, dar iradierea este importantă atât pentru pacient cât şi pentru examinator. radiografia standard, care se bazează pe efectul fotochimic al radiaţiilor are avantajele păstrării imaginii ca document, doza de iradiere redusă şi cost relativ scăzut. radiografia digitală, care se bazează pe reprezentarea numerică a imaginii radiologice, având o serie de avantaje prin tehnicile numerice de prelucrare a imaginilor, care conferă imaginii calitatea necesară identificării elementelor ce permit stabilirea diagnosticului. Radiografia digitală se poate obţine fie prin digitizarea semnalului de imagine achiziţionat cu o cameră video de la un amplificator de imagine (figura 3.1), fie prin folosirea unui ecran acoperit cu o substanţă specială care conţine fosfor, imaginea fiind ulterior scanată laser. La ora actuală se caută detectoare de imagine mai eficiente, care să ofere o claritate superioară la doze de radiaţie mai mici. Un detector ideal trebuie să permită obţinerea unei imagini complete, care să poată fi citită imediat pe cale electronică, iar calitatea ei să se apropie de limita teoretică dată de dimensiunile pixelilor. Pentru detectarea elementelor de imagine se încearcă utilizarea unor camere de gaz la înaltă presiune, iar purtătorii generaţi de radiaţia X ajung la detectorul semiconductor cu viteză controlată de un câmp electric extern. În exemplele următoare am preluat prin scanare o radiografie standard, numită bronhografie, care pune în evidenţă arborele bronşic şi modificările acestuia prin afecţiuni proprii sau ale parenchimului de vecinătate. S-a folosit propyliodon ca substanţă de contrast şi se urmăreşte orientarea bronşiilor, conturul, calibrul, continuitatea şi relaţiile cu alte imagini patologice. Figura 3.2 ilustrează imaginea originală (stânga), imaginea obţinută prin filtrare mediană cu o fereastră de 3 pixeli (mijloc), şi filtrarea adaptivă Wiener (dreapta). Figura 3.3 prezintă o prelucrare a imaginii originale pentru evidenţierea conturului care separă diferite regiuni care prezintă absorbţii diferite (stânga) şi histograma nivelelor de gri pentru imaginea originală (dreapta). 3

imaginii, iar cea din figura 3.5 printr-o scalare neliniară, folosind o corecţie gamma de 0,5. Fig. 3.2 Imagine originală, filtrare mediană şi filtrare adaptivă Wiener Fig.

4 Imaginea din figura 3.4 este obţinută printr-o scalare liniară a nivelelor de gri pentru îmbunătăţirea contrastului imaginii, iar cea din figura 3.5 printr-o scalare neliniară, folosind o corecţie gamma de 0,5. Fig. 3.2 Imagine originală, filtrare mediană şi filtrare adaptivă Wiener Fig. 3.3 Detecţia conturului şi histograma nivelelor de gri Fig. 3.4 Îmbunătăţirea contrastului şi histograma nivelelor de gri 4

Fig. 3.5 Corecţia gamma şi histograma nivelelor de gri Fig. 3.6 Egalizarea de histogramă În figura 3.

Se studiază principiul de generare a razelor X şi proprietăţile radiaţiei X. 4.2.

funcţional, urmărind schema bloc şi specificaţiile tehnice din anexă. 4.3.

5 Fig. 3.5 Corecţia gamma şi histograma nivelelor de gri Fig. 3.6 Egalizarea de histogramă În figura 3.6 s-a realizat o egalizare de histogramă prin acoperirea uniformă a întregului domeniu de contrast. 4. Modul de lucru 4.1. Se studiază principiul de generare a razelor X şi proprietăţile radiaţiei X Se studiază componentele instalaţiei de raze X şi aparatul mobil de radiografie POLYMOBIL 10 din punct de vedere structural şi funcţional, urmărind schema bloc şi specificaţiile tehnice din anexă Se digitizează diverse imagini radiologice prin scanare şi se studiază efectul funcţiilor MATLAB imread, imwrite, imshow, medfilt2, wiener2, imnoise, imcontour, imhist, imadjust, histeq, edge asupra acestor imagini Se studiază algoritmii de implementare a funcţiilor precizate la punctul anterior. 5

Aplicatii ale programarii grafice in experimentele de FIZICĂ

Aplicatii ale programarii grafice in experimentele de FIZICĂ Autori: - Ionuț LUCA - Mircea MIHALEA - Răzvan ARDELEAN Coordonator științific: Prof. TITU MASTAN ARGUMENT 1. Profilul colegiului nostru este