Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины

Рассмотрены наиболее значительные этапы развития компьютерной томографии и отмечен тот факт, что вклад ученых ИПРИ НАН Украины выводит успехи украинской науки на передовые рубежи в Европе и мире. Отмечено, что в ИПРИ НАН Украины разработан и внедрен в серийное производство в Министерстве среднего Ма...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Published in:	Реєстрація, зберігання і обробка даних
Date:	2007
Main Authors:	Синьков, М.В., Закидальский, А.И., Калиновский, Я.А., Самбыкина, Э.Е., Цыбульская, Е.А.
Format:	Article
Language:	Russian
Published:	Інститут проблем реєстрації інформації НАН України 2007
Online Access:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50899
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Cite this:	Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины / М.В. Синьков, А.И. Закидальский, Я.А. Калиновский, Э.Е. Самбыкина, Е.А. Цыбульская // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 3. — С. 105-116. — Бібліогр.: 36 назв. — pос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859648224569065472
author	Синьков, М.В. Закидальский, А.И. Калиновский, Я.А. Самбыкина, Э.Е. Цыбульская, Е.А.
author_facet	Синьков, М.В. Закидальский, А.И. Калиновский, Я.А. Самбыкина, Э.Е. Цыбульская, Е.А.
citation_txt	Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины / М.В. Синьков, А.И. Закидальский, Я.А. Калиновский, Э.Е. Самбыкина, Е.А. Цыбульская // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 3. — С. 105-116. — Бібліогр.: 36 назв. — pос.
collection	DSpace DC
container_title	Реєстрація, зберігання і обробка даних
description	Рассмотрены наиболее значительные этапы развития компьютерной томографии и отмечен тот факт, что вклад ученых ИПРИ НАН Украины выводит успехи украинской науки на передовые рубежи в Европе и мире. Отмечено, что в ИПРИ НАН Украины разработан и внедрен в серийное производство в Министерстве среднего Машиностроения компьютерный томограф для исследования всего тела человека. Показаны перспективные направления развития компьютерной томографии и вклад ИПРИ НАН Украины в исследования в данной области.
first_indexed	2025-12-07T13:30:42Z
format	Article
fulltext	ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 105 УДК 620.179.15:004.421.2 М. В. Синьков, А. И. Закидальский, Я. А. Калиновский, Э. Е. Самбыкина, Е. А. Цыбульская Институт проблем регистрации информации НАН Украины ул. Шпака, 2, 03113 Киев, Украина Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины Рассмотрены наиболее значительные этапы развития компьютерной томографии и отмечен тот факт, что вклад ученых ИПРИ НАН Ук- раины выводит успехи украинской науки на передовые рубежи в Евро- пе и мире. Отмечено, что в ИПРИ НАН Украины разработан и вне- дрен в серийное производство в Министерстве среднего Машино- строения компьютерный томограф для исследования всего тела чело- века. Показаны перспективные направления развития компьютерной томографии и вклад ИПРИ НАН Украины в исследования в данной об- ласти. Ключевые слова: компьютерная томография, промышленная томо- графия, томограмма, рентгеновский компьютерный томограф, алго- ритм реконструкции, объемная реконструкция. На протяжении всех 20-ти лет научной жизни Института проблем регистра- ции информации (ИПРИ) Национальной академии наук Украины в Отделе спе- циализированных средств моделирования под руководством доктора технических наук, профессора М.В. Синькова выполнялись исследования в области компью- терной томографии (слово томография переводится с греческого как «изображе- ние среза»). Гордостью ИПРИ НАН Украины является томограф СТ-Киев, кото- рый был создан сотрудниками отдела института и передан в 1990 г. для серийного производства на одно из российских предприятий, находившихся в г. Снежинске Челябинской области. Авторы статьи считают необходимым отметить творческий вклад бывших сотрудников Отдела, создававших компьютерный томограф СТ-Киев: д.т.н. Н.М. Губарени, к.т.н. С.Л. Радванского, к.т.н. Л.И. Тарасенко-Зеленой, к.т.н. А.Ф. Яни- ка, к.ф-м.н. В.Д. Сапрыкина, Е.Т. Ляшука, В.Е.Телешева, А.И. Оникиенко, Г.Ю. Проскудиной, Э.Е. Самбыкиной, В.М. Денисова, Б.Л. Осовца, А.П. Снежкова, Н.А. Чижской, Г.А. Суркова, Н.М. Мойсака. Наиболее близко к открытию методов томографии подошел К. Майер, кото- рый в 1914 г. на конгрессе врачей во Львове сделал доклад на тему «Рентгеногра- © М. В. Синьков, А. И. Закидальский, Я. А. Калиновский, Э. Е. Самбыкина, Е. А. Цыбульская М. В. Синьков, А. И. Закидальский, Я. А. Калиновский, Э. Е. Самбыкина, Е. А. Цыбульская 106 фия сердца, свободная от посторонних теней». Удаление мешающих теней он производил, перемещая во время снимка рентгеновскую трубку по дуге с центром вращения на уровне объекта исследования [3]. В 1921 г. врач А. Бокаж получил патент на чертежи рентгеновского аппарата для послойной рентгенографии, кото- рый предусматривал одновременное взаимно противоположное сочетанное дви- жение рентгеновской трубки и кассеты с пленкой. Однако прошло около 10-ти лет, прежде чем голландец З. Плант получил первый качественный послойный снимок живого человека. В 1931 г. немецкий инженер Г. Гроссман сконструиро- вал аппарат для послойной рентгенографии, получивший название томограф, а само исследование — томографирование [4]. В 1935 г. советский ученый В.И. Феоктистов разработал первый в стране томограф и создал стройную теорию то- мографии [5]. Он обосновал математическое толкование метода томографии, оп- ределил возможные варианты конструирования аппаратов для послойных иссле- дований. Теория томографии В.И.Феоктистова послужила базой для дальнейших исследований в этой области. В 1949 г. в Киевском научно-исследовательском рентгенорадиологическом институте М.С. Овощниковым был создан томофлюо- рограф, позволяющий получать томограммы в натуральную величину [6]. М.С. Овощников разработал теорию послойных снимков (1947, 1949, 1950, 1951), про- вел ряд исследований по анализу получения изображения на томограммах и опре- делил факторы, влияющие на образование изображения на пленке. Метод, используемый М.С. Овощниковым, основан на получении изолиро- ванных теневых изображений внутренних органов и отдельных их частей на рент- геновской пленке [7]. Суть метода заключается в следующем. Если рентгеновская трубка и детектор неподвижны, мы видим суммарную плоскую картину всех сло- ев, лежащих на пути луча (теневое изображение). Если же излучатель и детектор подвижны, то можно разделить суммарную картинку за счет «размазывания» тени во всех слоях кроме одного неподвижного слоя (неподвижного относительно дви- гающихся излучателя и детектора). Элементы объекта исследования, находящиеся в плоскости центра вращения системы во время снимка и не меняющие своего от- ношения к рентгеновской пленке, на снимке видны четко, а те элементы объекта, которые меняют отношение к ней, — «размазываются». В результате контрастное изображение получается только на уровне оси вращения. В 50-е годы прошлого столетия в эти работы включились специалисты по ра- диолокационной технике. В период 1956–1957 гг. профессор С.И. Тетельбаум, Б.И. Коренблюм, А.А. Тютин и др. создали макет одного из первых томографов [8, 9]. Они исследовали случай относительно близкого расположения источника излучения, когда объект облучается узким веерообразным пучком. При равно- мерном вращении объекта вокруг оси, перпендикулярной исследуемому слою, на фотопленке, перемещающейся параллельно этой оси, получается рентгеношиф- рограмма, заключающая в себе данные, необходимые для получения изображения слоя. В 1972 г. на основе предложенных А. Кормаком математических методов и алгоритмов [2] Хаунсфилдом был запатентован, разработан и изготовлен первый компьютерный томограф. В дальнейшем стало возможным разделить рентгенов- ские компьютерные томографы на условные группы, называемые поколениями [1, 10, 11]. Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 107 Вычислительный томограф первого поко- ления использует один информационный ка- нал: один квазиточечный источник излучения и один информационный детектор (рис. 1). Позже, с целью увеличения информатив- ности томографической системы, были орга- низованы несколько одновременно действую- щих параллельных каналов для формирования проекционных данных (рис. 2). Так появилось второе поколение вычислительных томогра- фов, которые используют один источник из- лучения с квазивеерным лучом и группой де- текторов. В томографах третьего поколения (рис. 3) дальнейшее уменьшение времени сканирова- ния было достигнуто за счет исключения по- ступательного движения системы. Полнота проекционных данных полностью обеспечи- вается увеличением числа детекторов и шири- ной веерного луча, который теперь охватыва- ет всю зону восстановления. Для реконструк- ции используется другая математическая ос- нова — веерная геометрия. При этом, как од- ну из модификаций, можно рассматривать пе- репаковку веерного луча в параллельный. Важно отметить, что в ИПМЭ НАН Ук- раины, а затем в ИПРИ НАН Украины труда- ми коллектива Отдела специализированных средств моделирования был разработан пер- вый в СССР рентгеновский компьютерный томограф СТ-Киев для исследования всего тела человека [12, 13]. В качестве направления разработки был принят вариант томографа 3-го поколения. Это позволяло обеспечить многофункциона- льность применения томографа при проведе- нии медицинских исследований, давало воз- можность сканирования любой части тела. В качестве операционного движения использо- валось круговое вращение источника рентге- новского излучения вокруг неподвижного па- циента. Большое влияние на качество изо- бражения оказывала синхронизация скорости вращения, положения источника рентгенов- ского излучения и момента съема данных. Для снижения влияния артефактов движения Рис. 1. Схема томографа первого поколения ИО РИ ИД Рис. 2. Схема томографа второго поколения Рис. 3. Схема томографа третьего поколения М. В. Синьков, А. И. Закидальский, Я. А. Калиновский, Э. Е. Самбыкина, Е. А. Цыбульская 108 (дыхание и др.) томограф 3-го поколения должен обеспечивать достаточно высо- кую скорость сканирования пациента. Имеющиеся на то время рентгеновские трубки были диодными. По заказу ИПРИ НАН Украины в Ленинградском КБ «Светлана» была разработана принци- пиально новая трехэлектродная мощная импульсная рентгеновская трубка напря- жением 140 кВ. Сотрудниками Отдела специализированных средств моделирова- ния осуществлялось сопровождение разработки. Высокая теплоемкость анода и хорошее охлаждение обеспечили возможность непрерывной работы при сканиро- вании нескольких срезов. Стабильность высоковольтного источника питания (ру- ководитель разработки источника — член-корреспондент НАН Украины В.Е. Тонкаль) в сочетании с сеточным управлением с малым временем нарастания и спада обеспечили постоянство спектрального состава рентгеновского излучения при задании нужной длительности импульса. В качестве детектора использовалась разработанная в отделе 300-канальная ксеноновая ионизационная камера (М.В. Синьков, В.Д. Сапрыкин, А.И. Закидаль- ский) [14]. Была разработана 300-канальная система сбора данных (ССД) для ре- гистрации импульсных токов ксенонового детектора (длительность 1–5 мс, пери- од 20 мс, максимальный уровень сигнала порядка 0,5 мкА). В силу малости вход- ного сигнала каждый канал был реализован на отдельном операционном усилите- ле, осуществляющем интегрирование входных токов. Напряжения группы инте- граторов поочередно преобразовывались в двоичный цифровой код. АЦП был по- строен по двухступенчатой схеме и обеспечивал преобразование интегрирован- ных сигналов (максимальное значение) с точностью 15,5 двоичных разрядов (А.И. Закидальский, Б.Л. Осовец). Окончательный результат реконструкции сечения в значительной степени определяется адекватностью принятых допущений и качеством алгоритма, эф- фективностью реализации программы на данном вычислительном устройстве. Первые программы при реконструкции модельного фантома для матрицы размером 256´256 требовали десятки часов работы ЭВМ СМ-4. Разработка новых подходов в реализации «сверточных» алгоритмов и использование в узких местах программ на ассемблере дали возможность сократить время реконструкции на СМ-4 до десятков минут [15]. Подключение к СМ-4 в качестве арифметического расширителя МТ-70 обеспечило реконструкцию одного сечения за время около двух минут. Доводка экспериментального образца компьютерного томографа проводилась в 1989–1990 гг. в Киевском НИИ рентгенрадиологии Министерства здравоохра- нения Украины. В тот период времени директором института был доктор меди- цинских наук, профессор А.И. Позмогов, который способствовал быстрому реше- нию всех научных вопросов и активно помогал в проведении научных исследова- ний. После завершения испытаний в 1990 г. разработанный томограф был передан для организации серийного производства на приборостроительный завод Челя- бинск-70. Как рассказывают М.В. Синьков и А.И. Закидальский, сдача томографа за- казчику проходила следующим образом: «Тестирование экспериментального об- разца проводилось настолько успешно, что вызывало у заказчика удивление и не- доверие. Заказчики даже предположили, что реконструкция стандартного амери- Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 109 канского фантома была проведена заранее и хранилась в памяти компьютера, а во время испытания на дисплей вызывались нужные рисунки. Наступившее тягост- ное молчание прервал один из главных конструкторов заказчика, который пред- ложил свой зимний сапог поставить вместо фантома. Через 2 минуты на дисплее появилось сечение сапога (рис. 4). При этом обнаружилось, что подошва сапога состояла из клееных резиновых слоев. На изображении, полученном в ходе экспе- римента, хорошо были видны клееные слои, что вызвало бурный восторг окру- жающих. Так был сдан в серийное производство компьютерный томограф 3-го поколения СТ-Киев». Дальнейшее развитие томографических систем идет путем увеличения числа параллельных информационных каналов и сокращения доли механического дви- жения в процессе сканирования [1]. В томографах четвертого поколения (рис. 5) используется неподвижная круговая детекторная система. В таких вычислитель- ных томографах значительно упрощается механическая система сканирования. Вра- щается только источник излучения, что значительно уменьшает габариты и вес ме- ханических устройств. В этот же период начали появляться разработки компьютерных томографов для исследования промышленных изделий. На первых этапах для этих целей стали приме- нять компьютерные томографы третьего- четвертого поколений из числа тех, что бы- ли предназначены для медицинского нап- равления. Но сравнительно невысокие энер- гетические характеристики (до 150 кэВ) не ИО ИД РИ Рис. 5. Схема томографа четвертого поколения Рис. 4. Сапог и его томограмма. Они спасли компьютерную томографию в Украине М. В. Синьков, А. И. Закидальский, Я. А. Калиновский, Э. Е. Самбыкина, Е. А. Цыбульская 110 позволяли широко применять их в промышленности. Эти разработки, с одной стороны, развивались в микротомографию, а с другой — в томографию высоко- энергетического направления. Такие томографы могли «прошивать» толстые слои металла, что важно для изделий энергомашиностроения и военного направлений. Сейчас компьютерная томография широко используется для неразрушающего контроля промышленных изделий, причем круг объектов, требующих томографи- ческих исследований, постоянно расширяется. Современное развитие промыш- ленной томографии связано с исследованием габаритных или движущихся объек- тов. При решении этих задач возникают новые требования к характеристикам то- мографических систем. Для получения информации о многих срезах с помощью компьютерных то- мографов третьего-четвертого поколений необходимо многократно выполнять циклы разгона–стабилизации–торможения сканирующей системы, что приводит к значительному времени сбора данных. В томографах на основе геликоидального движения [16] для сканирования всего объекта системе источник–детектор зада- ется непрерывная легко стабилизируемая скорость. Это позволяет существенно ускорить сбор данных, эффективнее использовать тепловой ресурс рентгеновской трубки, а также существенно увеличить зону сканирования. Практически подав- ляющее большинство разрабатываемых за последнее десятилетие томографов ме- дицинского назначения и значительная часть промышленных томографов исполь- зуют геликоидальное движение. В последние десятилетия XX века и в настоящее время активно развивается трехмерная реконст- руктивная томография [16–18] по данным в конусе лучей (рис. 6). Основными приложениями томо- графов такого типа являются не- разрушающая диагностика промы- шленных изделий, медицинская ди- агностика, реконструкция объектов в электронной микроскопии. Томографы, использующие ко- нусный луч и двумерную матрицу детекторов, обладают рядом преи- муществ: — позволяют эффективнее использовать излучение рентгеновских источни- ков; — приводят к заметному снижению времени сбора данных за счет одновре- менного сканирования выбранной зоны восстановления; — обладают высокой разрешающей способностью. Большой объем вычислений, необходимый в трехмерной томографии, требу- ет разработки быстрых алгоритмов для экспресс-анализа тестируемых объектов. Традиционные точные алгоритмы объемной реконструкции в конусных пуч- ках были разработаны на основе теории, развитой Смитом [19], Туем [20], и Гран- гейтом [21]. Эти точные алгоритмы предполагают, что исследуемый объект пол- Рис. 6. Схема сканирования объекта конусным лучом и двумерной матрицей детекторов Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 111 ностью лежит в конусном пучке, регистрируемом 2D-детектором. Такие ограни- чения подобных алгоритмов не позволяют восстанавливать подавляющее боль- шинство реальных объектов из-за их размеров. В идеальном случае, когда проекционные данные полные, последовательные и не зашумленные, рекомендуется использовать точные методы реконструкции. На практике не всегда эти условия выполняются, что значительно ухудшает каче- ство получаемых изображений и затрудняет применение точных алгоритмов объ- емной реконструкции. Кроме того, эти алгоритмы имеют очень низкое быстро- действие. Например, объемная реконструкция объекта с использованием различ- ных точных алгоритмов для матрицы размером 256×256×256 потребовала от 4-х до 7-и часов работы рабочей станции SUN SPARC ULTRA-1 [22]. По сравнению с точными, приближенные алгоритмы трехмерной реконст- рукции объекта имеют некоторые преимущества: 1) допускается неполная геометрия сканирования; 2) возможен частичный охват объекта конусным лучом; 3) достигается высокая производительность обработки данных, так как при частичном охвате объекта конусным лучом уменьшается количество обрабаты- ваемых данных; 4) повышается качество получаемого изображения за счет снижения уровня шумов и уменьшения количества артефактов. В ИПРИ в 1994–2001 гг. коллективом Отдела специализированных средств моделирования также проводилась разработка алгоритмов объемной реконструк- ции объектов в конусных лучах [23, 24]. В разработке этих алгоритмов опирались на метод Фельдкампа для круговой траектории сканирующей системы. Предло- женная модификация этого алгоритма для реконструкции в конусных лучах по- зволила уменьшить количество арифметических операций на вклад до количества операций в алгоритмах с использованием параллельных лучей. Использование многорядной детекторной системы значительно увеличивает производительность обработки данных, но при этом повышает стоимость томо- графа в связи с очень высокой ценой детекторов. В современных томографиче- ских системах в качестве двумерной матрицы детекторов часто используется рентгенооптический преобразователь [25], который оптически состыкован с циф- ровой видеокамерой. Рентгенооптические системы преобразуют рентгеновские лучи в видимое изображение. Такие матрицы детекторов обеспечивают регистрацию лучей конусного пуч- ка в широком динамическом диапазоне изменения сигнала (210–214) с исключи- тельно высоким пространственным разрешением (до 4096´4096 пикселов). Одна- ко размеры входного окна рентгенооптического преобразователя не позволяют сканировать объекты с габаритными размерами более 15–25 см. В связи с этим весьма актуальной задачей стала разработка алгоритмов реконструкции больших объектов при частичном охвате детекторной системой объекта сканирования. В 2002–2006 гг. в Отделе специализированных средств моделирования изуча- лись и разрабатывались алгоритмы реконструкции при частичном охвате объекта измерительной системой [26–29]. Использование этих алгоритмов позволяет рас- ширить область применения детекторных систем на базе рентгенооптического преобразователя для исследования более габаритных изделий. М. В. Синьков, А. И. Закидальский, Я. А. Калиновский, Э. Е. Самбыкина, Е. А. Цыбульская 112 Исследования показали принципиальную возможность получения всей необ- ходимой для реконструкции информации, независимо от размеров матрицы де- текторов, за счет многократного вращения большого объекта вокруг соответст- венно выбранных центров. Приведенные формулы определения координат цен- тров вращения и начальных значений углового положения объекта позволяют сформировать проекционные данные для 100 % охвата. Малость угла конусного пучка позволяет успешно применить модификацию алгоритма Фельдкампа для цилиндрического детектора и получить хорошее качество реконструкции. В рассматриваемый период в отделе было предложено использовать избы- точность проекционных данных для двойного сокращения числа требуемых ска- нирований. Подход эффективен для объектов с осевой симметрией. В большинст- ве практических случаев можно добиться хорошей реконструкции за счет выбора центра вращения объекта. Основное внимание было уделено алгоритмам реконструкции при половин- ном охвате объекта сканирующей системой [28]. Предложено для полного сбора данных использовать проекционные данные от сканирования вокруг двух центров вращения объекта. Проведенное моделирование показало, что в большинстве случаев при ска- нировании целесообразно ограничиться вращением объекта вокруг единственного центра [29]. Для кардинального улучшения качества реконструкции в этом случае предложено увеличить угол охвата объекта до ~55 %. На основе метода интегрирования вдоль заданного направления разработан алгоритм объемной реконструкции с преобразованием проекционных данных ко- нусного пучка в набор данных параллельных веерных слоев (PR_PAR) [30, 31]. Ал- горитм обеспечивает максимальное быстродействие. Его применение при 100 % перекрытии зон сканирования обеспечивает высокое быстродействие при хоро- шем качестве реконструкции длинных объектов. Во всех предложенных алгорит- мах за счет организации вычислений удалось в несколько раз сократить приве- денное количество операций на вклад и даже при 100 % перекрытии ограничиться только тремя операциями на вклад (рис. 7). Наиболее новые, проводимые в Отделе разработки, связаны с развитием ал- горитмов вычисления свертки [33, 34]. Повышение эффективности вычисления свертки в алгоритме томографической реконструкции было достигнуто следую- щими методами: — использование комплексного БПФ (быстрое преобразование Фурье) одно- временно двух действительных последовательностей, одна из которых рассматри- вается как чисто мнимая, позволяет вдвое уменьшить количество операций; — представление ядра после добавления требуемого числа нулевых отсчетов в виде четной функции дает возможность при умножении спектров в 6 раз сокра- тить количество операций за счет замены комплексных умножений действитель- ными; — сокращение длины кольцевой свертки за счет некоторого наложения сиг- налов вне зоны интереса позволяет в ряде случаев дополнительно вдвое снизить период БПФ, сохраняя при этом допустимую погрешность. Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 113 Рис. 7. Количество операций на вклад для произвольного размера матрицы в алгоритме PR_PAR При длине входной последовательности »2p для получения одного отсчета свертки необходимо выполнить примерно 10p операций с плавающей точкой (flops). Переход от БПФ по основанию 2 к БПФ по смешанному основанию (Сплит-радикс 4/2) улучшает оценку до »8p flops. Разработанный алгоритм вы- полнения одномерной свертки с помощью двумерного БПФ, использующего 4d гиперкомплексные коммутативные числовые системы, дает возможность еще со- кратить число операций на »20 %. На основании рассмотренных выше алгоритмов был разработан весь ком- плекс необходимых программ [35] от создания математического фантома до ви- зуализации и измерения результатов реконструкции для произвольных сечений и профилей (рис. 8). Моделирование показало высокое качество реконструкции да- же таких сложных объектов, как фантом Шеппа–Логана. Использование предложенных приближенных алгоритмов позволяет рекон- струировать объекты, размеры которых существенно больше матрицы детекторов. При этом заметно сокращается время реконструкции. При использовании точного алгоритма Кацевича [36] объемная реконструкция фантома головы для матрицы 400´400´200 требует 2,9 часа (Alpha 21264, 667 MГц, 512 Mб). Разработанные алгоритмы позволяют существенно ускорить процесс рекон- струкции. Так, объемная реконструкция фантома Шеппа–Логана для матрицы размером 300´300´121 при использовании предлагаемого алгоритма требует око- ло 4-х мин. 20-ти сек. (Персональный компьютер, процессор Pentium-4, 3 ГГц, 512 Мб.). Приведенная скорость работы предлагаемого алгоритма более чем на поря- док превышает скорость работы точного алгоритма Кацевича, обеспечивая каче- ственную реконструкцию в режиме реального времени. p 1 2 3 4 FDK0 17,65 17,36 17,20 17,11 FDK1 8,84 8,46 8,25 8,13 RADON 31,71 30,86 30,43 30,21 RADONZERO 36,75 33,66 31,98 31,06 MIXED 19,82 15,50 13,04 11,67 LINCON 11,98 6,63 3,64 1,98 DC 30,84 29,58 28,88 28,48 PR_PAR 2,78 2,44 2,25 2,14 [32] М. В. Синьков, А. И. Закидальский, Я. А. Калиновский, Э. Е. Самбыкина, Е. А. Цыбульская 114 Рис. 8. Пример объемной реконструкции объекта. Трехмерное изображение и сечения Как следует из вышеизложенного, компьютерная томография за рассматри- ваемый период времени прошла ряд сложных этапов своего развития. Представ- ляется, что эти достижения станут основой дальнейшего прогресса в этом направ- лении. Полученные в ИПРИ НАН Украины результаты в области компьютерной томографии уверенно выводят Украину на ведущее место среди стран СНГ и ближнего зарубежья. 1. Терновой К.С., Синьков М.В. Закидальский А.И., Яник А.Ф. и др. Введение в современную томографию. — К.: Наук. думка, 1983. 2. Cormack A.M. Representation of a Function by Its Line Integrals, with Some Radiological Ap- plications // J. Appl. Phys. — 1963. — 34. — P. 2722–2727. 3. Mayer K. Zur Tomographie // Fortschr. Röntgenstr. — 1935. 4. Grossmann G. Tomographie I (Röntgenographsche Darstellung von Korperschichten) // Ibid. — 1935. 5. Феоктистов В.И. Теория томографии // Вестник рентгенологии и радиологии. — 1938. — Вып. 3. 6. Овощников М.С. Физико-техническое обоснование томофлюорографии // Вопросы томоф- люорографии и томографии. — 1950. Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины ISSN 1560-9189 Реєстрація, зберігання і обробка даних, 2007, Т. 9, № 3 115 7. Овощников М.С. Новые аппараты и методы рентгенологического исследования. — К.: Госмедиздат УССР, 1962. 8. Тетельбаум С.И. О методе получения объемных изображений при помощи рентгеновско- го излучения // Известия Киевского ордена Ленина политехнического института. — 1957. — Т. ХХII. 9. Коренблюм Б.И., Тетельбаум С.И., Тютин А.А. Об одной схеме томографии // Изв. вузов МВО. Радиофизика. — 1958. — № 3. 10. Computed Tomography. Its History and Technology. // Siemens AG, Medical Solutions, Sie- mensstr. — Forchheim (Germany). — 2005. — 1, D-91301. 11. Rohrer M., Multislice-CT Technology // Еxtracted from: Kalender, Willi A. Computed Tomo- graphy. — Wiley-VCH. — 2000. 12. Sinkov M. Ukrainian Competence Network for the Development of Industrial CT-Scanner // 6th European Conference on Non Destructive Testing. — Nice Acropolis (France). — 1994, 24-28 October. — P. 973–974. 13. Sinkov M.V., Zakidalsky A.I., Janik A.F., Kosinsky V.I. Applications of Parallel Operations for Image Reconstruction in Computerized Tomography // Proc. SPIE. — 1997. — Vol. 3055. — P. 315– 318. 14. Сапрыкин В.Д., Синьков М.В. Вопросы детектирования сигналов в рентгеновской вычис- лительной томографии // Электронное моделирование. — 1982. — № 5. — С. 45–50. 15. Синьков М.В., Закидальский А.И., Радванский С.Л. Об одном способе приближенного вы- числения свертки в вычислительной томографии // Электронное моделирование. — 1987. — № 1. — C. 23–26. 16. Henrik Turbell, Cone-Beam Reconstruction Using Filtered Backprojection, Dissertation № 672, Linkoping Studies in Science and Technology (Sweden), 2001. 17. Хермен Г. Восстановление изображений по проекциям. Основы реконструктивной томо- графии: Пер. с англ. — М.: Мир, 1983. 18. Feldkamp L.A., Davis L.C., Kress J.W. Practical Сone-Вeam Аlgorithm // J. Opt. Soc. Am. — 1984. — Vol. 1(6). 19. Smith B.D. Image Reconstruction from Cone-Beam projections: Necessary and Sufficient Con- ditions and Reconstruction Methods // IEEE Trans. Med. Imaging. — 1985. — Vol. 4. — P. 4–28. 20. Tuy H. An Inversion Formula for Cone-Beam Reconstruction // SIAM J. Appl. Math. — 1983. — Vol. 43. — P. 546–552. 21. Grangeat P. Analyze d’un Systeeme d’Imagerie 3D Par Reconstruction a Partir de Radiogra- phies X en Geometrie Conique. These de doctorat. Ecole Nationale Superieure des Telecommunications, 1987. 22. Tang X., Hsieh J., Hagiwara A., Nilsen R.A., Thibault J.B., Drapkin E. A Three-Dimensional Weighted Cone-Beam Filtered Backprojection (CB-FBP) Algorithm for Image Reconstruction in Volumetric CT Under a Circular Source Ttrajectory // Phys. Med. Biol. ― 2005, Aug 21. — 50(16). — 3889–3905. 23.Sinkov M.V., Zakidalsky A.I., Chapor A.A., Sinkova T.V., Stukalenko P.I. Study and Choice of method for Solving 3D Reconstruction Problem in Tomography.// Proc.7th ECNDT. — Copenhagen. — May 1998. — Abstracts. — P. 378 + Proceedings. — Vol. 3. — P. 2529–2534. 24. Синьков М.В., Чапор А.А. Исследование методов реконструкции конической томографии и их эквивалентности // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 1999. — Т. 1, № 3–4. — С. 36–44. М. В. Синьков, А. И. Закидальский, Я. А. Калиновский, Э. Е. Самбыкина, Е. А. Цыбульская 116 25. Самбыкина Э.Е., Цыбульская Е.А. Практические аспекты реализации алгоритмов объем- ной реконструкции контрастных объектов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2003. — Т. 5, № 2. — С. 10–17. 26. Синьков М.В., Закидальский А.И. Избыточность проекционных данных и пути ее исполь- зования для повышения эффективности промышленных томографов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2003. — Т. 5, № 2. — С. 85–93. 27. Закидальский А.И., Самбыкина Э.Е. Сравнительный анализ алгоритмов объемной рекон- струкции для различных схем сканирования // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2003. — Т. 5, № 1. — С. 61–68. 28. Синьков М.В., Закидальский А.И. Объемная реконструкция «больших» объектов на томо- графах с ограниченной по размерам матрицей детекторов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2003. — Т. 5, № 3. — С. 18–25. 29.Синьков М.В., Закидальский А.И., Самбыкина Э.Е., Цыбульская Е.А. Разработка алгорит- мов объемной реконструкции «больших» объектов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2003. — Т. 5, № 4. — С. 43–50. 30. Закидальский А.И., Цыбульская Е.А. Преобразование конусного пучка в квазипараллель- ные слои веерного типа для повышения производительности реконструкции томографических изображений // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2004. — Т. 6, № 2. — С. 27–32. 31. Синьков М.В., Закидальский А.И., Цыбульская Е.А. Алгоритмическая и программная реа- лизация алгоритма преобразования конусных проекций // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. 2006. — Т. 8, № 1. — С. 31–33. 32. Jacobson C. Fourier Methods in 3D Reconstruction from Cone-Beam Data / Department of Electrical Engineering: Dissertation. — Linkoping. — 1996. — N 427. — 255 p. 33. Закидальский А.И., Цыбульская Е.А. Реализация свертки с помощью рекурсивных проце- дур для реконструкционного 3D алгоритма // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2005. — Т. 7, № 2. — С. 29–36. 34. Закидальский А.И., Цыбульская Е.А. Быстрая свертка на основе БПФ // Реєстрація, збері- гання і оброб. даних. — 2005. — Т. 7, № 3. — С. 62–70. 35. Цыбульская Е.А. Моделирование высокопроизводительного томографического алгоритма реконструкции промышленных объектов // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2005. — Т. 7, № 4. — С. 54–57. 36. Kudo, Rodet, Noo, Defrise. Exact and Approximate Algorithms for Helical Cone-Beam CT. — 2004, April 27. Поступила в редакцию 20.07.2007
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-50899
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1560-9189
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T13:30:42Z
publishDate	2007
publisher	Інститут проблем реєстрації інформації НАН України
record_format	dspace
spelling	Синьков, М.В. Закидальский, А.И. Калиновский, Я.А. Самбыкина, Э.Е. Цыбульская, Е.А. 2013-11-06T11:47:41Z 2013-11-06T11:47:41Z 2007 Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины / М.В. Синьков, А.И. Закидальский, Я.А. Калиновский, Э.Е. Самбыкина, Е.А. Цыбульская // Реєстрація, зберігання і оброб. даних. — 2007. — Т. 9, № 3. — С. 105-116. — Бібліогр.: 36 назв. — pос. 1560-9189 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50899 620.179.15:004.421.2 Рассмотрены наиболее значительные этапы развития компьютерной томографии и отмечен тот факт, что вклад ученых ИПРИ НАН Украины выводит успехи украинской науки на передовые рубежи в Европе и мире. Отмечено, что в ИПРИ НАН Украины разработан и внедрен в серийное производство в Министерстве среднего Машиностроения компьютерный томограф для исследования всего тела человека. Показаны перспективные направления развития компьютерной томографии и вклад ИПРИ НАН Украины в исследования в данной области. ru Інститут проблем реєстрації інформації НАН України Реєстрація, зберігання і обробка даних Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины Article published earlier
spellingShingle	Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины Синьков, М.В. Закидальский, А.И. Калиновский, Я.А. Самбыкина, Э.Е. Цыбульская, Е.А.
title	Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины
title_full	Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины
title_fullStr	Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины
title_full_unstemmed	Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины
title_short	Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины
title_sort	компьютерная томография. этапы развития и вклад ипри нан украины
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/50899
work_keys_str_mv	AT sinʹkovmv kompʹûternaâtomografiâétapyrazvitiâivkladiprinanukrainy AT zakidalʹskiiai kompʹûternaâtomografiâétapyrazvitiâivkladiprinanukrainy AT kalinovskiiâa kompʹûternaâtomografiâétapyrazvitiâivkladiprinanukrainy AT sambykinaée kompʹûternaâtomografiâétapyrazvitiâivkladiprinanukrainy AT cybulʹskaâea kompʹûternaâtomografiâétapyrazvitiâivkladiprinanukrainy

Компьютерная томография. Этапы развития и вклад ИПРИ НАН Украины

Institution

Similar Items