СИСТЕМА ДИНАМИЧЕСКОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ ПРИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ

Полезная модель относится к области вычислительной техники, в частности, системе динамического восстановления изображений объектов при компьютерной томографии.
Томография (от греческого tomos - сечение, слой) - метод исследования внутренней структуры различных объектов (промышленных изделий, минералов, биологических тел и т.п.), заключающийся в получении послойных изображений объекта при облучении его рентгеновскими лучами, ультразвуком или др. излучениями. Соответственно различают рентгеновскую томографию (радиационную), ультразвуковую, оптическую, магниторезонансную томографию и др.
При томографической регистрации изображения какого-либо слоя объекта источник излучения (например, рентгеновская трубка) движется прямолинейно или по кругу в плоскости, параллельной регистрируемому слою, над объектом. Регистрирующий материал, обычно фотопленка, движется позади объекта в плоскости, также параллельной плоскости движения источника, по аналогичным (подобным) траекториям, но в обратном направлении. Этим достигается стабилизация положения изображения регистрируемого слоя на фотоматериале, с одновременным размазыванием очертаний других слоев.
Получение компьютерной томограммы (среза) на выбранном уровне основывается на выполнении следующих операций:
- формирование требуемой ширины рентгеновского луча (коллимирование);
сканирование пучком рентгеновского излучения, осуществляемого движением (вращательным и поступательным) вокруг неподвижного объекта устройства «излучатель - детекторы»;
- измерение излучения и определение его ослабления с последующим преобразованием результатов в цифровую форму;
машинный (компьютерный) синтез томограммы по совокупности данных измерения, относящихся к выбранному слою;
- построение изображения исследуемого слоя на экране видеомонитора (дисплея). Пример рентгеновской компьютерной томограммы показан на фиг.9.
Строго коллимированный пучок рентгеновского излучения проходит только через ту плоскость, которая интересует врача (фиг.10). При этом регистрация рассеянного излучения сведена к минимуму, что значительно улучшает визуализацию тканей, особенно мало контрастных.
Снижение регистрации рассеянного излучения при компьютерной томографии осуществляется коллиматорами, один из которых расположен на выходе рентгеновского пучка из трубки, другой - перед сборкой детекторов. Пример схемы рентгеновской компьютерной томографии показан на фиг.10. На чертеже показаны излучатель 1, круговой ячеистый детектор 2, компьютер 3 и систему 4 получения изображения.
Известно, что при одинаковой энергии рентгеновского излучения материал с большей относительной молекулярной массой будет поглощать рентгеновское излучение в большей степени, чем вещество с меньшей относительной молекулярной массой. Подобное ослабление рентгеновского пучка может быть легко зафиксировано.
Однако на практике мы имеем дело с совершенно неоднородным объектом - телом человека. Поэтому часто случается, что детекторы фиксируют несколько рентгеновских пучков одинаковой интенсивности в то время, как они прошли через совершенно различные среды.
Это наблюдается, например, при прохождении через однородный объект достаточной протяженности и неоднородный объект с такой же суммарной плотностью. При вращении рентгеновской трубки вокруг тела пациента детекторы регистрируют 1,5-6 млн. сигналов из различных точек (проекций) и, что особенно важно, каждая точка многократно проецируется на различные окружающие точки.
При регистрации ослабленного рентгеновского излучения на каждом детекторе возбуждается ток, соответствующий величине излучения, попадающего на детектор. В системе сбора данных ток от каждого детектора преобразуется в цифровой сигнал и после усиления подается в ЭВМ для обработки и хранения. Только после этого начинается собственно процесс восстановления изображения.
Восстановление изображения среза по сумме собранных проекций является чрезвычайно сложным процессом, и конечный результат представляет собой некую матрицу с относительными числами, соответствующую уровню поглощения каждой точки в отдельности.
В компьютерных томографах применяются матрицы первичного изображения 256×256, 320×320, 512×512 и 1024×1024 элементов. Качество изображения растет при увеличении числа детекторов, увеличении количества регистрируемых проекций за один оборот трубки и при увеличении первичной матрицы.
Увеличение количества регистрируемых проекций ведет к повышению лучевой нагрузки, применение большей первичной матрицы - к увеличению времени обработки среза или необходимости устанавливать дополнительные специальные процессоры видеоизображения.
За одно сканирование получают два соприкасающихся между собой среза толщиной 10 мм каждый. Картина среза восстанавливается на матрице размером 160×160. Полученные коэффициенты поглощения выражают в относительных единицах шкалы, нижняя граница которой (-1000 ед.Н.) (ед.Н. - единицы Хаунсфильда или числа компьютерной томографии) соответствует ослаблению рентгеновских лучей в воздухе, верхняя (+1000 ед.Н.) - ослаблению в костях, а за ноль принимается коэффициент поглощения воды.
Различные ткани мозга и жидкие среды имеют разные по величине коэффициенты поглощения. Например, коэффициент поглощения жира находится в пределах от - 100 до 0 ед.Н., спинномозговой жидкости - от 2 до 16 ед.Н., крови - от 28 до 62 ед.Н.
Это обеспечивает возможность получать на компьютерных томограммах основные структуры органов и многие патологические процессы в них. Чувствительность системы в улавливании перепада рентгеновской плотности в обычном режиме исследования не превышает 5 ед.Н., что составляет 0,5%.
На экране дисплея высоким значениям плотности (например, кости) соответствует светлые участки, низким - темные. Градационная способность экрана составляет 15-16 полутоновых ступеней, различаемые человеческим глазом. На каждую ступень, таким образом, приходится около 130 ед.Н.
Качество визуализации анатомических образований и очагов поражения зависит в основном от двух факторов: размера матрицы, на которой строится томограмма, и перепада показателей поглощения. Величина матрицы может оказывать существенное влияние на точность диагностики. Так, количество ошибочных диагнозов при анализе томограмм на матрице 80×80 клеток составляло 27%, а при работе на матрице 160×160 - уменьшилось до 11%.
Обычная рентгенография позволяет уловить минимальную разницу по плотности между соседними участками в 10-20%.
Однако при очень значительном перепаде плотностей рядом расположенных структур возникают специфические для данного метода условия, снижающие его разрешающую способность, так как при построении изображения в этих случаях происходит математическое усреднение и при этом очаги небольших размеров могут быть не обнаружены. В связи с этим, возникает задача восстановления изображений объектов по полученным срезам.
Известны технические решения поставленной задачи (1, 2).
Первое из известных технических решений основано на проведении параллельной обработки составляющей каждого уровня разложения изображения, определении параметров яркостно - контрастного преобразования путем формирования функции коррекции уровней яркости и функции коррекции контраста, формировании матрицы коэффициентов контраста, реконструкции семейства матриц масштабированных коэффициентов коррекции контраста для пространственного согласования на каждом уровне коэффициентов коррекции со значениями детализирующей составляющей.
Недостаток этого решения заключается в сложности его практической реализации в компьютерной томографии, обусловленной тем, что повышение визуальной информативности цифровых полутоновых изображений с помощью 3-х уровневой декомпозиции не может быть выполнено до восстановления цифрового изображения объекта по полученным срезам.
Известно и другое техническое решение, содержащее блок предварительной обработки данных, блок сравнения, первый блок накопления результатов, блок сопоставления с порогами, второй блок накопления результатов, блок перебора гипотез, переключатель режимов распознавания, блок формирования имитационной модели, блок формирования эмпирических моделей, блок траектории поиска решения, блок адаптации, блок управления, интерфейс оператора, первую, вторую и третью базы данных (2).
Последнее из перечисленных выше технических решений наиболее близко к описываемому техническому решению. Его недостаток заключается в недостаточно высоком быстродействии, обусловленном тем, что поиск данных, необходимых для восстановления изображений объектов распознавания, осуществляется по всем базам данных системы, что при их больших объемах делает невозможным работу системы в реальном масштабе времени.
Цель полезной модели состоит в повышении быстродействия системы путем исключения необходимости поиска эталонных цифровых описаний изображений объектов по всей базе данных системы.
Поставленная цель достигается тем, что в известную систему, содержащую модуль приема данных послойных срезов изображений объекта, информационный и синхронизирующий входы которого являются первыми информационным и синхронизирующими входами системы, при этом информационный вход модуля приема данных послойных срезов изображений объекта предназначен для приема данных послойных срезов изображений объекта, а синхронизирующий вход модуля приема данных послойных срезов изображений объекта предназначен для приема синхронизирующих сигналов занесения данных послойных срезов изображений объекта в модуль приема данных послойных срезов изображений объекта, модуль интеграции сигналов записи и считывания данных сервера базы данных системы, адресный выход которого является адресным выходом системы, первый синхронизирующий выход модуля интеграции сигналов записи и считывания данных сервера базы данных системы является первым синхронизирующим выходом системы, предназначенным для выдачи сигналов управления на вход первого канала прерывания сервера базы данных системы, а второй синхронизирующий выход модуля интеграции сигналов записи и считывания данных сервера базы данных системы является вторым синхронизирующим выходом системы, предназначенным для выдачи сигналов управления на вход второго канала прерывания сервера базы данных системы, первый модуль модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы, управляющий вход которого является первым управляющим входом системы, предназначенным для приема сигналов на выдачу данных, информационный выход первого модуля модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы соединен с первым информационным входом модуля интеграции сигналов записи и считывания данных сервера базы данных системы, первый и второй синхронизирующие входы которого подключены к первому и второму синхронизирующим выходам первого модуля модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы, и второй модуль модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы, управляющий вход которого является вторым управляющим входом системы, предназначенным для приема сигналов на выдачу данных, информационный выход второго модуля модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы соединен с вторым информационным входом модуля интеграции сигналов записи и считывания данных сервера базы данных системы, третий и четвертый синхронизирующие входы которого подключены к первому и второму синхронизирующим выходам второго модуля модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы, модуль приема данных эталонных описаний послойных срезов изображений объектов, информационный выход которого является информационным выходом системы, предназначенным для выдачи цифровых описаний послойных срезов изображений объектов на информационный вход сервера системы, отличающаяся тем, что с целью повышения быстродействия системы, она содержит модуль селекции опорных адресов записей эталонных послойных описаний срезов изображений объектов, информационный вход которого соединен с первым информационным выходом модуля приема данных послойных срезов изображений объекта, а синхронизирующий вход модуля селекции опорных адресов записей эталонных послойных описаний срезов изображений объектов подключен к первому синхронизирующему входу системы, модуль ведения базы данных эталонных послойных описаний срезов изображений объектов, информационный вход которого соединен с первым информационным выходом модуля селекции опорных адресов записей послойных срезов изображений объектов, синхронизирующий вход модуля ведения базы данных эталонных послойных описаний срезов изображений объектов подключен к синхронизирующему выходу модуля селекции опорных адресов записей послойных описаний срезов изображений объектов, информационный выход модуля ведения базы данных эталонных послойных описаний срезов изображений объектов соединен с информационным входом модуля приема данных эталонных послойных описаний срезов изображений объектов, синхронизирующий вход которого подключен к синхронизирующему выходу модуля ведения базы данных эталонных послойных описаний срезов изображений объектов, модуль идентификации данных послойных срезов изображений объектов, один информационный вход которого соединен с вторым информационным выходом модуля приема данных послойных срезов изображений объекта, другой информационный вход модуля идентификации данных послойных срезов изображений объектов подключен к информационному выходу модуля приема данных эталонных описаний послойных срезов изображений объектов, а синхронизирующий вход модуля идентификации данных послойных срезов изображений объектов соединен с синхронизирующим выходом модуля ведения базы данных эталонных описаний послойных срезов изображений объектов, и модуль управления выборкой данных базы знаний, информационный вход которого соединен со вторым информационным выходом модуля селекции опорных адресов записей эталонных послойных срезов изображений объектов, синхронизирующий вход модуля управления выборкой данных базы знаний подключен к синхронизирующему выходу модуля селекции опорных адресов записей эталонных послойных срезов изображений объектов, счетный вход модуля управления выборкой данных базы знаний соединен с первым тактирующим выходом модуля идентификации данных послойных срезов изображений объектов, первый выход модуля управления выборкой данных базы знаний подключен к счетному входу модуля ведения базы данных эталонных описаний послойных срезов изображений объектов, а второй выход модуля управления выборкой данных базы знаний соединен с первым установочным входом модуля ведения базы данных эталонных описаний послойных срезов изображений объектов, второй установочный вход которого подключен к второму тактирующему выходу модуля идентификации данных послойных срезов изображений объектов, а установочный выход модуля ведения базы данных эталонных описаний послойных срезов изображений объектов соединен с установочными входами модулей приема данных послойных срезов изображений объекта и управления выборкой данных базы знаний соответственно, при этом второй тактирующий выход модуля идентификации данных послойных срезов изображений объектов подключен к синхронизирующему входу первого модуля модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы, а второй выход модуля управления выборкой данных базы знаний соединен с синхронизирующим входом второго модуля модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена структурная схема системы, на фиг.2 - структурная схема модуля селекции опорных адресов записей эталонных послойных описаний срезов изображений объектов, на фиг.3 - структурная схема модуля управления выборкой данных базы знаний, на фиг.4 - структурная схема модуля ведения базы данных эталонных послойных описаний срезов изображений объектов, на фиг.5 - структурная схема модуля идентификации данных срезов изображений объектов, на фиг.6 - структурная схема модулей модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы, на фиг.7 - структурная схема формирователя опорного адреса базы данных сервера системы, на фиг.8 - структурная схема модуля интеграции сигналов записи и считывания данных сервера базы данных системы, на фиг.9 приведен пример, поясняющий процедуру формирования послойных срезов изображений объектов, на фиг.10 - показан пример формата файла среза послойного изображения, на фиг.11 - приведен пример формата заголовка файла среза послойного изображения, на фиг.12 приведен пример структурной схемы восстановления 3-х мерного изображения, на фиг.13 и 14 - приведены примеры пакета срезов для восстановления 3-х мерного изображения, на фиг.15 - приведен пример восстановленного трехмерного изображения с двухплоскостным вырезом.
Система (фиг.1) содержит модуль 1 приема данных послойных срезов изображений объекта, модуль 2 селекции опорных адресов записей эталонных послойных описаний срезов изображений объектов, модуль 3 управления выборкой данных базы знаний, модуль 4 ведения базы данных эталонных послойных описаний срезов изображений объектов, модуль 5 идентификации данных послойных изображений срезов объектов, модуль 6 приема данных эталонных описаний послойных срезов изображений объектов, первый 7 и второй 8 модули модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы, модуль 9 интеграции сигналов записи и считывания данных сервера базы данных системы. На фиг.1 показаны информационный 10, синхронизирующий 11, первый 12, и 13 управляющие входы системы, а также информационный 14, адресный 15, первый 16 и второй 17 синхронизирующие выходы.
Модуль 1 (фиг.1) приема данных послойных срезов изображений объектов выполнен в виде регистра, имеющего информационный 10, синхронизирующий 11 и установочный 20 входы, а также первый 21 и второй 22 информационные выходы.
Модуль 2 (фиг.2) селекции опорных адресов записей эталонных послойных описаний срезов изображений объектов содержит блок 40 памяти, выполненный в виде постоянного запоминающего устройства, дешифратор 41, элементы 42 - 44 И, первый 46 и второй 47 элементы задержки. На чертеже показаны информационный 48 и синхронизирующий 49 входы, а также информационные 50, 51 и синхронизирующий 52 выходы.
Модуль 3 (фиг.3) управления выборкой данных базы знаний содержит регистр 52, счетчик 53, компаратор 54, элемент 55 задержки. На чертеже показаны информационный вход 56, синхронизирующий вход 57, счетный вход 58 и установочный вход 59, а также первый 60 и второй 61 тактирующие выходы.
Модуль 4 (фиг.4) ведения базы данных эталонных послойных описаний срезов изображений объектов содержит блок 30 памяти, счетчик 31, элементы 32, 33 ИЛИ, элементы 34, 45 задержки. На чертеже показаны информационный 64, синхронизирующий 65, счетный 66 и установочные 67, 68 входы, а также информационный 23, синхронизирующий 24 и установочный 25 выходы.
Модуль 5 (фиг.5) идентификации данных срезов послойных изображений объектов содержит компаратор 72 и элемент 73 задержки. На чертеже показаны информационные 74, 75 и синхронизирующий 76 входы, а также первый 77 и второй 78 выходы.
Модуль 6 (фиг.1) приема данных эталонных послойных срезов изображений объектов выполнен в виде регистра, имеющего информационный 26 и синхронизирующий 27 входы, а также информационный 14 выход.
Модули 7, 8 (фиг.6) модификации адресов записи и считывания данных базы данных сервера системы содержат формирователь 119 опорного адреса базы данных сервера системы, реверсивный счетчик 120, компаратор 121, сумматор 122, триггер 123, группу 124 элементов И, элементы 125-129 ИЛИ, элементы 130-135 задержки. На чертеже показаны синхронизирующий 114 и управляющий 115 входы, а также информационный 139, первый 140 и второй 141 синхронизирующие выходы.
Формирователь 119 модулей 7 и 8 (фиг.7) опорного адреса базы данных сервера системы содержит блок 105 памяти, выполненный в виде постоянного запоминающего устройства, регистры 106, триггеры 107, элементы 108-109 И, элемент 110 ИЛИ, элементы 111-113 задержки. На чертеже показаны синхронизирующий 114 вход, а также информационный 118 и синхронизирующие 116, 117 выходы.
Модуль 9 (фиг.8) интеграции сигналов записи и считывания данных сервера базы данных системы содержит группу 36 элементов ИЛИ и элементы 37-38 ИЛИ. На чертеже показаны первый 81 и второй 82 информационные, первый 83, второй 84, третий 85 и четвертый 86 синхронизирующие входы, а также адресный 15, первый 16 и второй 17 синхронизирующие выходы.
Система работает следующим образом.
При вращении рентгеновской трубки вокруг тела пациента детекторы регистрируют сигналы из различных точек (проекций) и, что особенно важно, каждая точка многократно проецируется на различные окружающие точки (фиг.9).
При регистрации ослабленного рентгеновского излучения на каждом детекторе возбуждается ток, соответствующий величине излучения, попадающего на детектор. Характерное число детекторов 512 (1024). Система трубка - детекторы, вращаются на 3600 вокруг исследуемого объекта. При этом происходит сканирование 360-1200 проекций (ракурсов), с шагом соответственно 1-0,30. В процессе поворота рентгеновская трубка стреляет с длительностью 5-10 мс. Время полного поворота системы 2-10 сек.
В системе сбора данных ток от каждого детектора преобразуется в цифровой сигнал и после усиления подается на информационный вход 17 системы в виде файла, имеющего специализированный формат, предусматривающий сохранение в файле изображения дополнительной информации о пациенте, исследовании, физических параметрах изображения и т.п. Пример структура данного формата представлен на фиг.11. В информационном поле могут содержаться следующие данные:
- идентификационные данные пациента;
- режимы, в которых было получено изображение;
- размер матрицы изображения Nx, Ny;
- дата исследования;
- разрешение изображения (бит/пиксель);
- индивидуальный номер изображения и т.п.
Матрица значений содержит изображение в специализированном формате.
Имя файла изображения, тоже имеет специализированный формат, например, такой, как показан на фиг.11. В имени файла, первый символ (i или р) указывает на метод сохранения файла. (р - с сжатием, i - без сжатия). Последующие 7 символов являются уникальным номером пациента или исследования. В расширении файла, первый символ указывает на номер исследования, последующие две указывают на номер среза (измерения).
Таким образом, кодограмму файла на входе системы можно представить в следующем виде:
КОД
КОД
Идентификатор номера среза (измерения)
Цифровое описание объекта облучения в заданной плоскости среза
Данная кодограмма заносится в регистр модуля 1 синхронизирующим импульсом, поступающим на вход 22 с синхронизирующего выхода системы. С выхода 170 модуля 1 код идентификатора номера среза поступает на информационный вход 48 модуля 2, откуда она выдается на вход дешифратора 41.
Дешифратор 41 расшифровывает код идентификатора номера среза и подготавливает цепь прохождения сигнала с входа 49, открывая один из элементов 42-45 И. Для определенности положим, что высокий потенциал поступил на один вход элемента 42 И.
Параллельно с этим, синхронизирующий импульс с входа 22 системы поступает на вход 49 модуля 2, где задерживается элементом 46 на время занесения входной кодограммы в модуль 1 и срабатывания дешифратора 41, и далее опрашивает состояния элементов 42-45 И.
Учитывая то обстоятельство, что открытым по одному входу будет только элемент 42 И, то пройдя этот элемент И, синхроимпульс поступает на вход считывания фиксированной ячейки памяти постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 40, где хранится код опорного адреса записей эталонных цифровых описаний срезов объектов исследования и количество подобных записей в модуле 4 базы знаний системы.
Структура кодограммы, хранимой в фиксированной ячейке памяти ПЗУ, имеет следующий вид:
КОД
КОД
Опорный адрес знаний эталонных описаний изображений срезов
Количество записей эталонных описаний срезов
Код опорного адреса записей эталонных описаний объектов срезов данного типа из ПЗУ 40 считывается на выход 50 и далее через вход 64 модуля 4 поступает на информационный вход счетчика 31, а код количества записей считывается на выход 51 и далее через вход 56 модуля 3 поступает на информационный вход регистра 52.
Параллельно с описанным процессом, тот же импульс считывания с выхода элемента 46 модуля 2 задерживается элементом задержки 47 на время считывания содержимого фиксированной ячейки ПЗУ 40 и затем с выхода 52 поступает на синхронизирующий вход 65 счетчика 31 модуля 4 и на синхронизирующий вход 57 регистра 52, фиксируя в них соответствующие считанные коды.
Код адреса с выхода счетчика 31 выдается на адресный вход блока 30 памяти. Одновременно с занесением кода опорного адреса записей эталонных описаний срезов объектов облучения данного типа в счетчик 31 модуля 4, синхронизирующий импульс с входа 65 проходит элемент 33 ИЛИ, задерживается элементом 34 на время занесения кода адреса в счетчик 31, и далее поступает на вход считывания блока памяти.
По этому сигналу считывается первая запись из ячейки опорного адреса записей эталонных описаний срезов данного типа и через выход 23 модуля 4 поступает на информационный 26 вход модуля 6, в который она заносится синхронизирующим импульсом, поступающим с выхода 24 модуля 4 на вход 27 модуля 6.
Таким образом, в модуле 6 будет находиться содержание первой записи эталонных описаний срезов данного типа, а в модуле 1 к этому моменту времени уже находится цифровое описание среза объекта, поступившего на вход системы.
Цифровое описание среза объекта облучения, поступившее на вход системы, с выхода 22 модуля 1 поступает на информационный вход 74 модуля 5, а содержание первой записи эталонных описаний срезов объектов данного типа с выхода модуля 6 поступает на другой информационный вход 75 модуля 5.
Параллельно с этим процессом, синхронизирующий импульс с выхода 24 модуля 4 поступает на синхронизирующий 76 вход модуля 5, где задерживается элементом 73 на время занесения кода в модуль 6, и далее поступает на синхронизирующий вход компаратора 72.
По этому синхроимпульсу компаратор 72 сравнивает входные коды и если цифровое описание среза объекта, находящиеся в модуле 6, не совпадает с цифровым описанием среза объекта модуля 1, то на выходе 77 модуля 5 появляется сигнал, который поступает на вход 58 модуля 3, где, во-первых, проходит на счетный вход счетчика 53, который подсчитывает число просмотренных записей из базы знаний модуля 4.
Во-вторых, этот же импульс задерживается элементом 55 на время срабатывания счетчика 53, и затем поступает на синхронизирующий вход компаратора 54, на один информационный вход которого с выхода регистра 52 подан код числа записей эталонных цифровых описаний срезов объектов данного типа, а на другой информационный вход код числа просмотренных записей с выхода счетчика 53.
Если число просмотренных записей, зарегистрированное счетчиком 53, меньше числа записей базы знаний модуля 4, то на выходе 60 модуля 3 появляется импульс. Данный импульс через вход 66 модуля 4 проходит на счетный вход счетчика 31, увеличивая на единицу опорный адрес базы знаний модуля 4.
Кроме того, этот же импульс проходит элемент 33 ИЛИ, задерживается элементом 34 на время срабатывания счетчика 31, и вновь поступает на вход считывания блока 30 памяти. По этому сигналу вновь считывается содержимое очередной ячейки памяти по вновь сформированному адресу, выдается на информационный вход 26 модуля 6 и заносится в модуль 6 синхронизирующим импульсом, поступающим с выхода 24 модуля 4 на синхронизирующий вход 27 модуля 6.
Описанный процесс считывания эталонных цифровых описаний срезов объектов данного типа из модуля 4 и сравнения их с цифровым описанием объекта данного типа в модуле 1 будет продолжаться до тех пор, пока не будут просмотрены все записи срезов в базе знаний модуля 4. Этот факт будет зафиксирован компаратором 54 модуля 3 выдачей сигнала на выход 61.
С выхода 61 модуля 3 сигнал, во-первых, поступает на вход 67 модуля 4, где проходит элемент 32 ИЛИ, и далее поступает как на установочный вход счетчика 31, сбрасывая его в исходное состояние, так и через выход 25 модуля 4 на установочные входы модулей 1 и 3.
Если же модуль 5 зафиксирует факт равенства входных кодов, что будет свидетельствовать о том, что входное цифровое описание среза объекта соответствует эталонному цифровому описанию среза объектов данного типа, то на выходе 78 модуля 5 появляется сигнал, который, во-первых, поступает на синхронизирующий вход 114 модуля 7, запуская процедуру документирования массива данных с цифровым описанием срезов объекта облучения.
С этой целью, входной сигнал поступает на одни входы элементов 108, 109 И, другие входы которых управляются потенциалами, поступающими с прямого и инверсного выходов триггера 107. Однако открытым по одному входу будет только элемент 108 И, так как на один из его входов подается высокий потенциал с инверсного выхода триггера 107, находящегося в исходном состоянии.
В результате синхронизирующий импульс с входа 114 проходит элемент 108 И, и поступает на вход фиксированной ячейки памяти ПЗУ 105, где хранится опорный адрес буферной зоны памяти сервера, отведенной для хранения записей с цифровым описанием среза объекта исследования. Тот же синхронизирующий импульс с выхода элемента 108 И задерживается элементом 111 на время считывания кода из ПЗУ 105, и, во-первых, поступает на синхронизирующий вход регистра 106, занося в него опорный адрес записи.
Во-вторых, этот же импульс поступает на единичный вход триггера 107 и устанавливает его в единичное состояние, при котором элемент 108 И будет закрыт, а элемент 109 И - открыт. Тем самым будет подготовлена цепь прохождения следующего синхронизирующего импульса с входа 114.
И, наконец, в-третьих, импульс с выхода элемента задержки 111 проходит элемент 110 ИЛИ, вновь задерживается элементом 112 на время занесения кода адреса в регистр 106 и далее поступает на выход 116 формирователя 119.
Код адреса записи с выхода 118 формирователя 119 выдается на один вход сумматора 122, к другому входу которого подключен выход счетчика 120, соединенный также с одним входом компаратора 121, на другой вход которого постоянно подан «нулевой код».
Синхронизирующий импульс с выхода 116 формирователя, во-первых, сразу же через элемент 125 ИЛИ поступает на синхронизирующий вход сумматора 122, который суммирует код опорного адреса с выхода 118 с нулевым кодом счетчика 120, находящегося к этому моменту времени в исходном состоянии и выдает оставшийся без изменения код адреса записи на вход элементов 124 И группы.
Во-вторых, этот же импульс проходит элемент 128 ИЛИ и поступает на прямой вход триггера 123, устанавливая последний в единичное состояние, при котором высоким потенциалом с прямого выхода открываются элементы 124 И группы по другому входу, подключая тем самым выход сумматора 122 к выходу 139. В результате этого опорный адрес записи с входа 81 модуля 9 через элементы 36 ИЛИ группы выдается на адресный 15 выход системы.
В-третьих, синхронизирующий импульс с выхода элемента 112 задержки формирователя 119 задерживается элементом 113 на время формирования итогового кода на адресном 15 выходе системы и через выход 140 модуля 7 поступает на вход 83 модуля 9, проходит элемент 37 ИЛИ и выдается на выход 16 системы в качестве сигнала управления записью.
Этот сигнал поступает на вход второго канала прерывания сервера базы данных, по которому сервер переходит на подпрограмму записи содержимого модуля 6 через информационный 14 выход системы в базу данных сервера системы по адресу, сформированному на выходе 15 системы.
Кроме того, импульс с выхода 117 элемента 130 задержки модуля 7 поступает на счетный вход счетчика 120, фиксируя первую запись, а также после задержки элементом 135 на время записи данных в базу данных системы, данный импульс проходит вход элемента 129 ИЛИ, устанавливая триггер 123 в исходное состояние. Возвращаясь в исходное состояние триггер 123 закрывает элементы 124 И группы по одному входу и, тем самым, отключает выход сумматора 122 от адресного 15 выхода системы.
Если же в процессе идентификации данных модуль 5 все же зафиксирует неравенство входных кодов после просмотра всех эталонных записей с данными срезов исследуемого объекта, что будет зафиксировано появлением сигнала на выходе 61 модуля 3, то этот сигнал поступает на вход 114 модуля 8 и запускает процедуру документирования входных данных исследуемого объекта в зону памяти базы данных сервера, отведенную для документирования всех случаев, связанных с ошибками в данных. Процедура документирования реализуется точно также, как она была описана в предыдущем случае.
В результате исследований на компьютерном рентгеновском томографе получается пакет изображений (срезов), которые несут в себе точную метрологическую информацию. При наличии достаточно большого количества срезов и зная шаг, с которым они производились можно восстановить 3-х мерное изображение исследуемого объекта.
Пример схемы построения 3-х мерного изображения представлен на фиг.12. В связи с тем, что расстояние между срезами значительно больше, чем расстояние между точками (пикселями) на самом срезе, то используется алгоритм построения дополнительных, промежуточных срезов.
Дополнительные срезы получаются путем нахождения среднеарифметических значений точек предыдущего и последующего срезов. В результате формируется трехмерная матрица, с помощью которой восстанавливается 3-х мерное изображение.
Трехмерная матрица позволяет производить дополнительные операции (срезы, вырезы, перемещение в пространстве) для отображения внутренней структуры исследуемого объекта. Пример пакета срезов, используемых для восстановления 3-х мерного изображения, приведен на фиг.13 и 14.
Для визуального отображения сформированных массивов данных срезов на экране монитора на вход 12 системы поступает управляющий сигнал, который через вход 115 модуля 7, во-первых, через элемент 128 ИЛИ поступает на единичный вход триггера 125, устанавливая его в единичное состояние, при котором высоким потенциалом с прямого выхода открываются элементы 124 И группы по другому входу, подключая тем самым выход сумматора 122 к выходу 139. В результате этого адрес последней записи, сохраненной в сумматоре 122 с входа 139 модуля 7 поступает на вход 81 модуля 9 и далее через элементы 36 ИЛИ группы выдается на адресный 15 выход системы.
Во-вторых, синхронизирующий импульс с входа 115 задерживается элементом 133 на время срабатывания триггера 123 и через элемент 127 ИЛИ выдается на выход 141 модуля 7, откуда проходит на вход 85 модуля 9, проходит элемент 38 ИЛИ и выдается на выход 17 в качестве сигнала управления считыванием данных. С выхода 17 системы сигнал поступает на вход третьего канала прерывания сервера базы данных.
По этому сигналу сервер переходит на подпрограмму считывания содержимого ячейки базы данных по указанному на выходе 15 адресу, и выдачи первой записи базы данных.
Кроме того, синхронизирующий импульс с выхода элемента 127 ИЛИ задерживается элементом 134 на время считывания данных из базы данных, и, во-первых, через элемент 126 ИЛИ поступает на установочный вход сумматора 122, сбрасывая его в исходное состояние.
Во-вторых, этот импульс поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 120, уменьшая его показания на единицу. В-третьих, данный импульс задерживается элементом 131 на время срабатывания реверсивного счетчика 120 и поступает на синхронизирующий вход компаратора 121.
Компаратор 121 сравнивает показания реверсивного счетчика 120 с нулевым кодом, подаваемым на его другой вход, и пока показания счетчика 120 больше нулевого кода, то на выходе А компаратора 121 формируется сигнал, который, во-первых, через элемент 125 ИЛИ поступает на синхронизирующий вход сумматора 122, который по этому сигналу суммирует код опорного адреса с входа 118 с уменьшенными на единицу показаниями реверсивного счетчика 120 и выдает итоговый адрес на адресный 15 выход системы.
Во-вторых, этот же импульс задерживается элементом 132 задержки на время срабатывания сумматора 122, проходит элемент 127 ИЛИ и выдается на выход 141, откуда проходит на вход 85 модуля 9, проходит элемент 38 ИЛИ и выдается на выход 17 в качестве очередного сигнала управления считыванием данных. По этому сигналу сервер вновь переходит на подпрограмму считывания содержимого ячейки базы данных по указанному на выходе 15 адресу, и выдачи очередной записи базы данных граждан.
Кроме того, синхронизирующий импульс с выхода элемента 127 ИЛИ вновь задерживается элементом 134 на время считывания данных из базы данных, и, во-первых, вновь через элемент 126 ИЛИ поступает на установочный вход сумматора 122, сбрасывая его в исходное состояние. Во-вторых, он вновь поступает на вычитающий вход реверсивного счетчика 120, уменьшая его показания на единицу. И, в - третьих, он задерживается элементом 131 на время срабатывания реверсивного счетчика 120 и поступает на синхронизирующий вход компаратора 121.
Компаратор 121 вновь сравнивает показания реверсивного счетчика 120 с нулевым кодом, подаваемым на его другой вход, и пока показания счетчика 120 больше нулевого кода, то на выходе А компаратора 121 формируется сигнал, который, через элемент 125 ИЛИ поступает на синхронизирующий вход сумматора 122, который по этому сигналу суммирует код опорного адреса с входа 118 с уменьшенными на единицу показаниями реверсивного счетчика 120 и выдает итоговый адрес на адресный 15 выход системы.
Описанный процесс считывания данных базы данных продолжается до тех пор, пока компаратор 121 не зафиксирует факт равенства нулю показаний реверсивного счетчика 120, свидетельствующего о том, что все строки записи данных базы данных выданы на средства отображения и печати.
Пример восстановленного трехмерного изображения с двухплоскостным вырезом показан на фиг.15. Этот факт будет подтвержден выдачей импульса на выход В компаратора 121, который поступает на установочные входы реверсивного счетчика 120, сумматора 122 и триггера 123.
Таким образом, введение новых модулей и новых конструктивных связей позволило существенно повысить быстродействие системы путем исключения необходимости поиска эталонных описаний послойных срезов изображений объектов исследования по всей базе данных системы.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки:
1. Патент РФ №2448367 (11.04.2011).
2. Патент РФ №2384881 (14.08.2007) - прототип.