Контрольная работа: Сбор и обработка измерительной информации

Далее поправки DX и DY суммируют с исходными сигналами и получают скорректированные координаты

Х_кор = Х + DХ и Y_кор = Y+ DY.

Если эта процедура выполняется в аналоговой форме, то все операнды в уравнениях (2) нужно представить в аналоговом виде. Структурная схема, выполняющая эти преобразования, показана на рис.5.

Первичный аналоговый сигнал Х поступает на УВХ1 и УВХ2 и преобразуется в цифровой код D_X с помощью АЦП_X . Аналогично преобразуется и сигнал Y. Цифровые координаты D_X и D_Y поступают на входы вычислителя поправок, которые на его выходах появляются в аналоговом виде и суммируются с исходными аналоговыми сигналами. Очевидно, что в вычислителе поправок цифровые данные должны быть преобразованы в аналоговые величины. Структурная схема вычислителя поправок приведена на рис.6.

??????? 5. ??????????? ????? ???????? ????????? ?????????.

Преобразования в этом блоке выполняются в соответствии с алгоритмом (2). На ПЗУ (по четыре на каждую координату) подаются старшие разряды координат, по которым извлекаются коэффициенты К1, К2 и т. д. Они умножаются в перемножающих ЦАП на аналоговые величины (U_ОП и др.), причем аналоговые множители, куда входят координатные сигналы и их произведения, формируются с помощью трех отдельных перемножающих ЦАП из младших разрядов и опорных напряжений. Далее отдельные слагаемые суммируют и получают поправку.

Подобным же образом производят и амплитудную коррекцию энергетического сигнала, но по более простому алгоритму

Z_кор = Z +DZ, (3)

где DZ = K_Z Z – поправка, а K_Z – коэффициент, являющийся функцией координат. Как и в случае коррекции координат, этот коэффициент хранится

? ??? ? ??????????? ?????? ?? ???????????? ????????.

Рисунок 6. Вычислитель поправок координатных сигналов.

Амплитудный селектор (анализатор спектра) служит для регистрации попадания Z-импульсов в заданное энергетическое окно, причем таких окон может быть несколько. Это объясняется тем, что программа работы современных ЭКТ, как правило, содержит мультиизотопный режим, т. е. режим, в котором используются несколько (2 – 3) изотопов с разными энергиями g-квантов. Хотя, по правде говоря, это бывает редко. «Многооконная» селекция реализуется с помощью специальных сдвоенных компараторов (рис.7)

Окно задается двумя уровнями напряжений – верхним (ВУ) и нижним (НУ), причем сами эти уровни формируются с помощью ЦАП, которые управляются кодами изотопов. Z-сигнал одновременно поступает на входы компараторов (инвертирующий и не инвертирующий). Выходной сигнал компаратора поступает на логическое устройство, стробируемое импульсами, которые формируются из тех же самых Z-импульсов, но со сдвигом во времени. Сигнал на выходе появляется только в том случае, если Z-импульс находится в пределах окна. Логическое устройство может иметь несколько выходов, сигналы которых используются для управления вводом информации в ЭВМ и при настройке в режиме осциллоскопа. В качестве компаратора можно использовать микросхему К554СА1 и др.

Знакомясь с устройством ЭКТ, мы постоянно отмечаем насыщенность различных блоков аналоговыми аппаратными средствами, особенно это относится к

??????? 7. ??????????? ????????.

блокам коррекции. АЦП в аппаратной части используются неэффективно – по сути, только для обслуживания адресации ПЗУ с поправочными коэффициентами и для цифровой амплитудной селекции при накоплении спектров. Большое количество ступеней преобразования не может не сказаться на качестве изображения. Разработчики это понимали, но у них не было выбора. Сейчас этот выбор появился в виде новой элементной базы, о которой уже говорилось в главе «Ультразвуковые сканеры». Цифровая элементная база постепенно вытесняет аналоговую и в этой отрасли медицинской интроскопии.

? ????? ?????? ???????????? ????????? ????? ????? ?????????????? ?????????? ???????? X, Y, Z ? ?????????? ????????? ?????????????? ??????????? X ? Y ?????????????? ???????????? ?????? ? ???????? ?????. ?????????? ??????????? ????? ????????? ?????? ????????????? ?????????? ?????????? ?? ???.8.

Рисунок 8. Канал аппаратной цифровой обработки.

АЦП Х, Y, Z размещаются в модуле детектора в непосредственной близости от аналоговых источников. Это сводит к минимуму примесь всевозможных помех. Вся цифровая аппаратная часть, занятая преобразованием измерительной информации, находится в модуле ПЭВМ. Цифровые сигналы в нее передаются по хорошо защищенным каналам (экранированные кабели или волоконная оптика) помехоустойчивыми кодами, например, с проверкой на четность.

В модуле коррекции по-прежнему производится коррекция, но только цифровая, линейных и энергетических искажений. Для этого используются те же алгоритмы (2) и (3). Они реализуются аппаратными средствами с помощью программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), например, серии 10K70RC240-3 фирмы ALTERA, цифровых перемножителях и др. Амплитудная селекция выполняется исключительно цифровыми компараторами.

В модуле сбора в зависимости от выбранного режима производятся накопление спектров или формирование матриц изображения. Для ускорения процесса обмена информацией с ЭВМ внутреннее ОЗУ разбито на две части – банка (Банк1 и Банк2). С таким приемом мы уже неоднократно встречались.

Переход к преимущественно цифровой обработке позволяет существенно улучшить качество изображения. Очередь теперь за расширением доли участия цифровой элементной базы в работе детектора, например цифровая коррекция энергозависимости первичных координатных сигналов и др. Не следует забывать, что для управления режимом ФЭУ требуется большое количество АЦП и их буферных регистров. Применение ПЛИС и специализированных микросхем, содержащих в одном корпусе несколько функционально независимых ЦАП, и здесь позволит уменьшить количество плат и улучшить качество работы системы в целом.

Еще раз перечислим возможности современного эмиссионного томографа. Он может работать как гамма-камера в статическом и динамическом режимах. Изображения, которые при этом получают, по традиции называют сцинтиграммами. В динамическом режиме кроме изображения еще строят график накопления –выведения РФП в исследуемой области, т.е. гамма-камера выполняет еще и функции радиометра.

Сканирование всего тела выполняют с целью выявления метастазов в скелете. При этом изображение тела выводится на весь экран в уменьшенном масштабе. Оно разворачивается по мере сканирования, которое производится очень медленно. Для этого в блоке синхронизации развертки координата линейного перемещения, поступающая от специального датчика, суммируется с одной из координат вспышки (например, Х) в системе координат детектора. Координата Y и смещенная координата Х уменьшаются с одинаковым масштабным коэффициентом и передаются в ЭВМ.

В режиме томографирования детекторная головка обходит по орбите ложе пациента. В процессе ее вращения создается несколько кадров изображения. Эти кадры аналогичны проекциям, получаемым при сканировании рентгеновским компьютерным томографом. Однако в отличие от РКТ из кадров изображения ЭКТ можно реконструировать много сечений различной ориентации, как в магнитно-резонансном томографе.