Amorf selenyum düz panel dedektöre dayalı göğüs BT görüntü toplama yazılımının tasarımı
Zhang Ling1,2, Hu Zhanli2, Yu Chengbo1, Liu Lei1,2, Shi Wei2, Hong Xuda2, Xiang Liwei2
(1. Elektronik Bilgi ve Otomasyon Okulu, Chongqing Teknoloji Üniversitesi, Chongqing 400054; 2. Shenzhen İleri Teknoloji Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi, Shenzhen, Guangdong 518055)
Amorf selenyum dijital düz panel dedektörü için meme CT görüntülemesi için bir görüntü toplama yazılımı tasarlanmıştır.Bu yazılım, CT görüntülerinin elde edilmesini, depolanmasını ve gerçek zamanlı görüntülenmesini gerçekleştirebilir. Amorf selenyum düz panel dedektörün çalışma prensibi ve meme BT görüntüleme prensibine göre VS 2010 geliştirme ortamında meme BT görüntü alma yazılımının tasarımı ve testi MFC ve OpenCV baz alınarak tamamlanır.Yazılım görüntülerin hızlı bir şekilde alınmasını gerçekleştirir. Gerçek zamanlı görüntüleme amacıyla. Tasarlanan görüntü elde etme yazılımı hedef alınarak, karbon nanotüp X-ışını kaynakları kullanılarak parlak ve karanlık alan ve meme fantom görüntüleme deneyleri gerçekleştirilmiş olup, tasarlanan yazılımın tasarım gereksinimlerini ve hedeflerini karşıladığını göstermektedir.
Düz panel dedektörü; görüntü elde etme; göğüs CT; Microsoft Foundation Classes (MFC)
TP319A: 10.19358 / j.issn.1674-7720.2016.22.007
Zhang Ling, Hu Zhanli, Yu Chengbo ve diğerleri. Amorf selenyum düz panel dedektörü J 'ye dayalı göğüs BT görüntü alma yazılımının tasarımı.Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2016,35 (22): 26-28,32.
0 Önsöz
Meme BT (göğüs bilgisayarlı tomografi), meme hastalıklarının incelenmesine adanmış bir tıbbi görüntüleme cihazıdır [1]. Düz panel dedektörler ve X-ışını kaynakları, göğüs BT görüntüleme sistemlerinin temel bileşenleridir.X-ışını kaynağı, X-ışınlarını yaymak ve göğüs dokusu yapısına nüfuz etmek için kullanılır; düz panel dedektörler, meme dokusuna nüfuz eden ve dahili dönüşüme uğrayan X-ışınlarını almak için kullanılır. Dahili düzeltme, gürültü giderme, vb. Sonrasında dijital bir görüntü matrisi haline gelin, dijital sinyal bilgisayar terminalinde [2] depolama ve gerçek zamanlı görüntüleme için Gigabit Ethernet tarafından bilgisayara iletilir.
Farklı malzemelere göre, düz panel dedektörler iki türe ayrılır: amorf silikon düz panel dedektörler [3] ve amorf selenyum düz panel dedektörler [4]. İlki sintilasyon kristali, ince film amorf silikon fotodiyot dizisi ve amorf silikon transistör dizisinden oluşur; ikincisi, fotoiletken malzeme amorf selenyum ve amorf silikon transistör dizisinden oluşur. Amorf silikon düz panel ile karşılaştırıldığında, amorf selenyum düz panel, X-ışınlarını doğrudan görünür ışık fotonlarına dönüştürerek saçılma oluşumunu önler, böylece uzamsal çözünürlüğü, mamografinin klinik ihtiyaçlarını karşılayabilen amorf silikon düz panelinkinden daha iyidir. Aynı zamanda, amorf selenyum düz panel, son derece düşük görüntüleme dozuna, daha iyi görüntü kontrastına ve uzamsal çözünürlüğe sahiptir; bu, ayrıntılar için mamografinin son derece yüksek gereksinimlerini gerçekten karşılayabilir ve dijital mamografinin ana akım ve geliştirme yönü haline gelmiştir.
Kapsamlı bir şekilde ele alındığında, bu makale, görüntüleme ortamı olarak Analogicin AXS-2430 amorf selenyum düz panel dedektörünü kullanmaktadır. Algılama alanı 24 cm × 30 cm, görüntüleme matrisi 2816 × 3584 ve piksel boyutu 85 m × 85 m'dir. Gri skala derinliği 16 bittir.Dijital düz panel dedektörü aşağıdaki avantajlara sahiptir: (1) Geniş dinamik aralık, dijital görüntünün gri tonlama derinliği 16 bittir; (2) Saçılma kaybı çok düşüktür; (3) Görüntü elde etme hızı hızlıdır ve olabilir Çerçeve başına 900 ms'ye kadar; (4) Birden çok görüntünün isteğe bağlı sürekli ve hızlı edinimi.
Bu makale, meme CT sisteminin görüntü toplama yazılımını tasarlamak için MFC ve OpenCV'ye dayalı Visual Studio 2010 (VS 2010) geliştirme platformunu kullanır ve X-ışını kaynağıyla görüntü elde etme deneyleri gerçekleştirir.
1 Dedektörün çalışma prensibi
Amorf selenyum düz panel dedektörüne dayanan göğüs BT sistemi temel olarak bir iş istasyonu, bir meme kızağı, bir X-ışını kaynağı ve bir amorf selenyum düz panel dedektöründen oluşur Yapının şematik diyagramı Şekil 1'de gösterilmiştir. X-ışını kaynağı, statik çok açılı görüntüleme elde etmek için sıralı emisyonu kontrol etmek üzere programlanmış, böylece hareketin neden olduğu artefaktları önleyecek şekilde programlanmış, kendi geliştirdiği, dağıtılmış bir karbon nanotüp X-ışını kaynak dizisi [5] kullanır. Meme köprüsü, X-ışını kaynağını ve düz panel dedektörünü desteklemek için kullanılır ve orta kademe, algılama fantomunu yerleştirmek için kullanılır. İş istasyonu dedektöre ve X-ışını kaynağına Gigabit Ethernet üzerinden bağlanır.
Dedektör yalnızca harici tetikleme modunda çalışabildiğinden, normal çalışma sırasında belirli bir zaman dizisinde görüntü elde etme gerçekleştirmesi gerekir. Şekil 2, manuel edinim modunda dedektörün çalışma sırası diyagramını göstermektedir. Şekil 2'de gösterildiği gibi, dedektör başlatıldıktan sonra, harici tetikleme devresine çıkan bir hazır (HAZIR) sinyali gönderir ve dedektöre bir hazır sinyali (PERP) tetikler.Bu sırada, dedektör ön pozlama moduna girer. Hazırlık durumunda, T1'den sonra (yaklaşık 2,7 ms), hazırlık tamamlanır, pozlama durumuna girilir ve ekspozür penceresi (EXP_WIN) açılır Bu sırada, X-ışını kaynağı (X-RAY_ON) açılır ve dedektör pozlamaya başlar. T5, ekspozür penceresidir (yaklaşık 200 ms). ), T8 bir görüntü karesi elde etmek için pozlama süresidir (yaklaşık 900 ms). Sürekli bir edinimi tamamladıktan sonra, READY sinyali yükseğe çekilir ve T6 için (yaklaşık 8 saniye) bekledikten sonra, bir sonraki edinime girmeye hazırdır.
2 Görüntü toplama yazılım tasarımı
2.1 Yazılım gereksinimleri analizi
Amorf selenyum düz panel dedektöre dayalı göğüs BT sistemi temelde donanım ve yazılımı içerir [6]. Donanım esas olarak X-ışını kaynağı (dizi karbon nanotüp katot ışını kaynağı) ve düz panel dedektörü içerir. Yazılım bölümü temel olarak üç bölümden oluşur: görüntü alma, depolama ve gerçek zamanlı görüntüleme. Bu makale, meme BT görüntülerinin alınmasını ve gerçek zamanlı görüntülenmesini dedektörün çalışma sırasına göre tamamlamak için esas olarak X-ışını kaynağıyla işbirliği yapan düz panel dedektörlere dayalı görüntü toplama yazılımının tasarımını tanıtmaktadır.
2.2 Koleksiyon yazılım tasarımı
Bu yazıda, VS 2010 yazılım geliştirme platformu altında, dedektörün görüntü elde etme yazılımı MFC ve OpenCV temel alınarak tasarlanmıştır. Görüntü toplama yazılımı tarafından uygulanan ana işlevler şunları içerir: başlatma, mod seçimi, durum izleme, depolama yolu seçimi, görüntü saklama ve görüntüleme, edinme ve çıkışın sonlandırılması, vb. Başlatma, dedektörün temel çalışma parametrelerini ve modlarını ayarlamak ve dedektörün alınması için hazırlamaktır.Sistemin INITIALIZATION_EVENT olayını çağırarak tamamlanır; dedektörün dört isteğe bağlı modu vardır: Temas, Mag, Stereo ve Tomo, aynı görüntüleme çözünürlüğü ile Her ikisi de 2816 × 3584'tür. Temas, Mag ve Stereo'nun üç modu bir seferde yalnızca bir görüntü yakalayabilir ve pozlama süreleri sırasıyla 5 sn, 7 sn ve 3 sn'dir Tomo modu, bir seferde sürekli olarak 25 görüntü çekebilir. Her çerçevenin pozlama süresi 900 ms'dir.Yazılım başlatıldığında, Temas modu varsayılan olarak seçilir.Başlatma tamamlandıktan sonra, hatalı çalışmayı önlemek için arayüzdeki mod seçim kontrolü devre dışı bırakılır; durum izleme, dedektörün çalışma durumunu gerçek zamanlı olarak görüntülemek ve çalışmasını izlemek için kullanılır Durum: Görüntü depolama yolu, verileri hedef klasörde saklamak için uygun olan "tara ..." düğmesinin mesaj yanıt işlevi aracılığıyla değiştirilebilir ve seçilebilir; görüntü depolama biçimi, tıbbi görüntüler için yaygın olarak kullanılan .raw kayıpsız biçimdir ve OpenCV aracılığıyla görüntülenir. Görüntü verilerini okuduktan sonra, Resim kontrolünde görüntülenir Görüntünün gerçek zamanlı gösterimi, personelin toplanan görüntüleri gerçek zamanlı olarak gözlemlemesini sağlar, bu da sorunların zamanında tespit edilmesi ve düzeltilmesi için yardımcı olur. X-ışını kaynağı kapatıldıktan sonra görüntü elde etme sonlandırılır.Sistem, dedektör ediniminin ilgili zamanlamasını göndermeyi ve işlemeyi durdurur.Aynı zamanda, dedektör modu seçim düğmesi etkinleştirilir.Aynı zamanda, edinim gerçekleştirildiğinde, başlatma işleminin tekrar gerçekleştirilmesi gerekir; çıkış işlemi kapatmak için kullanılır Yazılım iletişim kutusu ve ilgili bellek alanını serbest bırakın, işlemi sonlandırın, güvenle çıkın ve bellek sızıntılarını önleyin.
Yazılım edinme süreci Şekil 3'te gösterilmektedir.
Dedektör veri toplamayı gerçekleştirdiğinde, esas olarak API'yi (uygulama programı arayüzü) ve dedektör işlevini gerçekleştiren kullanıcı programını kapsayan ve esas olarak aşağıdaki arayüz işlevlerini içeren CmainManage sınıfının tasarlanmasıyla gerçekleştirilir:
Başlatma; // Tam başlatma
QuickInitialize; // Hızlı başlatma
StartContAcqProp; // Koleksiyonu başlat
RecoverImage; // Resmi kurtar
MonitorPegasus; // Durum izleme
Kapat; // Toplamayı durdur
Yukarıdaki işlevler sırasıyla detektörün başlatılması / hızlı başlatılması, veri toplama, görüntü restorasyonu, mevcut durumu izleme ve edinmeyi durdurma işlevlerini gerçekleştirir. Başlatma iki farklı işleme bölünmüştür: tam başlatma ve hızlı başlatma Hızlı başlatma, varsayılan olarak elektronik ofset düzeltmesini atlar, yani arka plan gürültüsünü ortadan kaldırır.Tam başlatma işlemi, uzun bir zaman alan tüm dedektör parametrelerinin kalibrasyonunu gerektirir. Pratik uygulamalarda, arka plan sabit olduğunda, dedektörün sıcaklık yükselme süresini kısaltmak ve çalışma sıcaklığına hızlı bir şekilde ulaşmak için hızlı başlatmayı seçebilirsiniz.
Tasarlanan dedektör edinim yazılımı, görüntü kaydetme yolu seçimi ve veri depolamayı gerçekleştirmek için MFC'deki dosya iletişim kutusu sınıfını kullanır.Dedektör tarafından toplanan görüntü verileri .raw formatında kaydedilir ve toplanan görüntü verileri OpenCV kitaplık işlevi aracılığıyla okunur. Kullanıcıların toplanan görüntüleri gerçek zamanlı olarak gözlemlemesi için uygun olan koleksiyon arayüzünde gerçek zamanlı olarak alın ve görüntüleyin.
Tasarım tamamlandıktan sonra görüntü elde etme yazılımı arayüzü Şekil 4'te gösterilmektedir. Sol taraf, dedektör çalıştırma düğmeleri ve durum bilgilerinin üzerine yerleştirilmiştir ve sağdaki dikdörtgen çerçeve, gerçek zamanlı görüntü ekranı için alandır.
3 Deneysel sonuçlar ve tartışma
Edinim yazılımının tasarımı tamamlandıktan sonra, göğüs CT deney platformunun donanım sistemi ile birlikte deneyler gerçekleştirilmekte, tek karbon nanotüp X-ışını kaynağına dayalı parlak ve karanlık alan görüntüleme deneyleri ve göğüs fantom görüntüleme deneyleri ağırlıklı olarak yapılmaktadır.
3.1 Parlak ve karanlık alan görüntüleme deneyi
Deney, bir ışık kaynağı olarak kendi geliştirdiği bir karbon nanotüp X-ışını kaynağı kullandı ve dedektörün X-ışını görüntüleme etkisini, amorf bir selenyum düz panel dedektörü ve harici bir tetik devre kartı aracılığıyla test etti. Düşük katot akımı koşulları altında (Şekil 6'da gösterildiği gibi) karbon nanotüplerin karanlık alan görüntüleri (Şekil 5'te gösterildiği gibi) ve parlak alan görüntüleri sırasıyla toplanmıştır. Görüntü edinimi tamamlandıktan sonra, görüntü dosyası otomatik olarak farklı bir adla belirlenen klasöre kaydedilecektir.
3.2 Meme bezi fantom görüntüleme deneyi
Mamografi deneyi için seçilen fantom, Amerikan CIRS şirketinin meme fantomu No. 11A'dır. Fantom, bir karbon nanotüp X-ışını kaynağı ile açığa çıkarılır ve ardından görüntü, dedektör edinim yazılımı aracılığıyla toplanır, depolanır ve görüntülenir. Şekil 7'de gösterildiği gibi.
3.3 Sonuç analizi ve tartışma
Dedektörün karbon nanotüp X-ışını kaynağına dayalı parlak ve karanlık alan ve göğüs fantom görüntülemesinin deneysel sonuçları, bu yazıda tasarlanan göğüs CT görüntü elde etme yazılımının, dedektörün X-ışını kaynağı ile ve olmadan görüntü elde etme, saklama ve saklamasını gerçekleştirebildiğini göstermektedir. Gerçek zamanlı görüntüleme, başlangıçta tasarım hedeflerine ve gereksinimlerine ulaştı. Halihazırda geliştirilen X-ışını kaynağının performansı çok iyi olmadığı ve emisyon akımı düşük olduğu için meme fantomunun görüntüleme görüntüsü net değildir.Ancak tasarlanan görüntü elde etme yazılımı, dedektörün görüntü alma işlevini gerçekleştirir ve daha sonra kullanılabilir. Göğüs BT deneyi daha da geliştirilebilir ve optimize edilebilir.
4. Sonuç
VS 2010 yazılım geliştirme ortamında, bu makale, MFC ve OpenCV tabanlı amorf selenyum düz panel dedektörler için göğüs CT sistemi için görüntü toplama yazılımının tasarımını tamamladı. Yazılım, kullanıcı ihtiyaçlarına göre görüntü elde etmek için farklı dedektör edinim modları seçebilir ve görüntü verilerini gerçek zamanlı olarak saklayabilir ve görüntüleyebilir ve dedektörün çalışma durumunu gerçek zamanlı olarak izleyebilir. Karbon nanotüp X-ışını kaynağının görüntüleme deney sonuçları, dedektörün görüntü edinme yazılımının yazılımın uygulanabilirliğini doğrulayarak beklenen gereksinimleri karşılayabildiğini göstermektedir. MFC ve OpenCV'ye dayalı olarak tasarlanan göğüs BT görüntü alma yazılımı, donanım sistemi ile uyumluluğu fark eder ve sistemin uygulamasını basitleştirir.
Referanslar
1 BOONE J M, KWAN AL C, Yang Kai, ve diğerleri. Memeyi görüntülemek için bilgisayarlı tomografi J. Journal of Mammary Gland Biology and Neoplasia, 2006, 11 (2): 103-111.
2 Kong Fanliang, Li Guang, Luo Shouhua ve diğerleri. PaxScan2520D düz panel dedektörüne dayalı koni ışınlı CT görüntüleme yazılımı geliştirme J. China Medical Equipment, 2012, 27 (5): 90-93.
3 Kuang Zhonghua, Li Lanjun, Gui Jianbao, ve diğerleri X-ışını dedektörü MTF J yarık yöntemi ölçümü üzerine araştırma. Nükleer Elektronik ve Algılama Teknolojisi, 2015, 35 (8): 783-787.
[4] Guo Changyun Düz panel dedektörlerin ve geleneksel X-ışını dijital görüntülemenin geleceği J. China Medical Equipment, 2002, 17 (2): 1-8.
5 EMILY G, Gao Bo, Shan Jing, ve diğerleri. İnsan meme kanserinin x ışını görüntülemesi için karbon nanotüp elektron alanı yayıcılar J. Nanoteknoloji, 2014, 25 (25): 235-255.
[6] Zhang Haijing, Huang Hua. LabVIEW J. Çin Doku Mühendisliği Araştırmaları ve Klinik Rehabilitasyon, 2011, 15 (17): 3160-3162'ye dayalı mikro-CT görüntü edinme kontrol sisteminin yazılım tasarımı.
