Разработка и исследование блока детектирования на основе твердотельных арсенид галлиевых детекторов для малодозовых маммографических аппаратов
Сравнительный анализ показывает, что рентгенологическое обследование является лучшим методом для выявления рака молочной железы на ранних стадиях. Для скрининга высококачественная маммография лучше, чем ультразвуковое или магниторезонансное исследование. Есть несколько причин, чтобы утверждать это: маммография проста, легко выполнима, неинвазивна и приемлема для женщинэто высоко чувствительная… Читать ещё >
Содержание
ГЛАВА 1. ОБЗОР И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ АППАРАТНЫХ МЕТОДОВ РЕАЛИЗАЦИИ РЕНТГЕНОВСКИХ МАММОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР) 11 1 Л. Медико-биологические аспекты решения проблемы ранней диагностики рака молочной железы.
1.2. Обзор основных типов рентгенографических систем.
1.2.1. Двухкоординатные системы
1.2.1.1. Системы па основе люминофоров с памятью
1.2.1.2. Сисчемы с использованием ПЗС структур
1.2.1.3. Системы с использованием активных матриц
1.2.2. Системы сканирующего типа.
1.2.2.1. Одноканальпые твердотельные детекторы
1.2.2.2. Системы вида ецинтиллятор + фотодиод.
1.3. Почему выбран арсенид галлия ЮаАн).
Выводы, но главе
ГЛАВА 2. КОНСТРУКЦИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ ИЗ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ. КОМПЕНСИРОВАННОГО ХРОМОМ
2.1. Принцип построения стандартной маммографической сисгемы
2.2. Тины детекторов.
2.3. Моделирование процессов разделения и сбора заряда в трёхмерном дегекшре
2.4. Моделирование процессов наведения и сбора заряда в координатных детекшрах.
2.5. Выбор оптимальных размеров де! екюра. -1
2.6. Методики изгоювлеиия полупроводниковой структуры и детекторов ионизирующего излучения из иолуизолирующего арсепида галлия 48
Выводы по главе
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЛОКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ И
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
3.1 Общая методика разработки и проектирования блока детектирования маммографических аппаратов.
3.2. Структура медико-технических требований на проектирование приборов для маммографии
3.3. Выбор структурной схемы проектируемого прибора
3.4. Моделирование параметров блока детектирования
3.5. Линейные системы.
3.6. Функция передачи модуляции (МТК ЧКХ).
3.6.1. МТЯ цифровых систем.
3.7. МРБ — спектральная плотноегь шума. .".
3.8. БОЕ (квантовая эффективность регистрации) теория
3.8.1. 0()Е (квантовая эффективность регистрации) рабочее определение
3.9. Моделирование прохождения рентгеновскою изл>чения
3.9.1. Геометрия системы
3.9.2. Источник рентгеновского излучения
3.9.3. Спекф рентгеновского излучения.
3.9.4. Обьект исследования.
3.9.5. Число фотонов, используемых при моделировании.
3.9.6. Счетный режим работы
3.9.7. Интегральный режим.
Выводы, но главе.
ГЛАВА 4. БЛОК ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ МАММОГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМ СКАНИРУЮЩЕГО ТИПА НА ОСНОВЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ АРСЕНИД ГАЛЛИЕВЫХ ДЕТЕКТОРОВ.
4.1. Структурная схема опытного образца блока детектирования
4.2. Основные технические данные.
4.3. Комплектность
4.4. Детекторный блок
4.4.1. Построение модуля изображения
4.4.2. Технологический маршрут изготовления модуля детектирования
4.4.3. Оборудование для тестирования работоспособности детекторных модулей
4.4.4. Методика, организация и проведение испытаний модулей изображения.
4.4.5. Результаты тестирования
4.5. Блок интерфейсный
4.6. Тестовое программное обеспечение
4.6.1. Системные требования
4.6.2. Состав тестового ПО.
4.6.3. Пользовательский интерфейс.
4.6.3.1. Модуль приема, визуализации и сохранения данных
4.6.3.2. Модуль пост-обработки и анализа сохраненных изображений 111 4.6.4. Работа с тестовым ПО.
4.6.4.1. Получение данных и сохранение изображений.
4.6.4.2. Просмотр и корректировка сохраненных изображений.
4.7. Технологический маршрут и м отовлеиия блока детектирования
4.8. Тестирование блока детектирования в системе с источником рентгеновского излучения
4.8.1. Маммограф рентгеновский МД-РА.
4.8.2. Тест-обьект DIGIMAM
4.8.3. Тест-обьект деталь-контраст CDMAM.".
4.9. Результаты исследования основных характеристик блока детектирования.
4.9.1. Измерения дозы в области дет ектора.
4.9.2 Зависимость выходного сигнала от силы тока на рентгеновской трубке
4.9.3. Функция передачи модуляции (MTO (MTF)) или частотно-контрастная характеристика (ЧКХ).
4.9.4. Спекiральная плотность шума (NPS).
4.9.5. Квантовая -зффекшвноегь регистрации (DQE)
4.9.6. Оценка пространственною разрешения, контрастной чувствительности и динамического диапазона.
Выводы по главе.
Список литературы
- Трапезников Н.Н. Статистика злокачественных новообразований в России и странах СНГ: Статистический сборник /Трапезников Н.Н., Аксель Е. М. М.: ОНЦ им. Н. Н. Блохина РАМН, 2001 — 296 с.
- Egan R.L. Roles of mammography in the early detection of breast cancer /Egan R.L.// Cancer 24:1197, 1969−1200.
- Бондарь Г. В. Первично-неоперабельный рак молочной железы /Бондарь Г. В., Седаков И. Е., Шлопов В. Г. Санкт-Петербург.: «Диалог», 2006. — 304 с. URL: http://www.cytokines.ru/Books/Book0070-Preface.php (дата обращения: 22.01.2010).
- Маммография в нашем центре //Федеральный медицинский цент Росимущества ФМЦР. Москва, 2010. URL: http://fmcr.ru/node/120 (дата обращения: 15.03.2010).
- Justo L. Diagnosis of Mammographically and Clinically Occult Carcinoma of the Breast /Justo L. Sibala, MD- С. H. Joseph Chang, MD- Fritz Lin, MD- William R. Jewell, MD. // Arch Surg. 1981- 116(1)-pp. 114−117.
- Паницца П. Скрининговое исследование /пер. с итал. Чудиной А. -Вместе против рака. 1999. — № 2. URL: http://oncos.mnw.ru/2−1999/index.html (дата обращения: 20.05.2008).
- Fujita H. Basic imaging properties of a computed radiographic system with photostimulable phosphors / Fujita H, Ueda K, Morishita J, Fujikawa T, Ohtsuka A, Sai T. // Med.Phys. Jan/Feb 1989- 16(l):52−9.
- Yoshiyuki Amemiya. Imaging Plates for Use with Syncrotron Radiation / Yoshiyuki Amemiya. //J.Synchrotron Rad. -1995 -№ 2 pp. 13−21.
- Hillen W. Imaging perfomance of a digital storage phosphor system /Hillen W., Schiebel U., Zaengel T. // Med.Phys. 1987 — № 14 — pp 744−751.
- Workman A. Signal, noise and SNR transfer properties of computed radiography /Workman A., Cowen A.R. // Phys.Med.Biol. -1993. № 38 — pp. 1789−1808.
- Fatz D. Digital X-Ray: The Market in Focus /Fatz D. New York: Theta Reports. Report No. 1241:-July 2004.-p. 126
- Deckman H.W. Format alterations in CCD based electro-optic X-ray detection / Deckman H.W., Gruner Sol.M. // Nucl.Instrum.Methods. in Phys. Res. 1986. -A246 — pp. 527−533
- Digital Radiography: A Global Strategic Business Report /Market Report. U.S.: Global Industry Analysts Inc. — September 1, 2010 -324 Pages — Pub ID: GJOB2839853
- Boudry J.M. Radiation damage of amorphous silicon, thin-film, field-effect transistors / Boudry J.M., Antonuk L.E. // Med. Phys. 1996. — 23(5). — pp. 743−754.
- Rowlands J. Amorphous Semiconductors Usher in Digital X-ray Imaging. / Rowlands J., Kasap S. //Physics Today. November 1997. — pp.24−30.
- Arfelli F. SYRMEP: an innovative detection system for soft X-rays / F. Arfelli, G. Barbiellni at al. // Nucl.Instr. and Methods. 1997. — A392. — pp. 188−191.
- Beuville E. An application specific integrated circuit and data acquisition system for digital X-ray imaging / Beuville E., Cederson B. et al. // Nucl.Instr. and Methods. 1998. — A406. — pp. 337−342.
- Hallewell G. D. The present status of pixel detector development for high energy physics collider applications / Hallewell G. D.// Nucl.Instr. and Methods. 1996. — A383. — pp. 44−54.
- Mattson R.A. Design and physical characteristics of a digital chest unit / Mattson R.A., Sones R.A., Stickney J.B., Tesic M.M., Barnes G.T.// Digital radiography. 1981. — SPIE Vol.314.-pp. 160−163.
- Direct digital mammography using a scanned-slot CCD imaging system. Martin J. Yaffe. Medical Progress through Technology 1993−19(1):13−21.
- Matinez-Davalos A. Evaluation of a new low-dose digital x-ray system /Matinez-Davalos A., Speller R.D., Horrocks J.A., Miller D.J., Baru S.E., Khabakhpashev A.G., Ponamarev O.A., Shekhtman L.I. // Phys. Med. Biol. 1993. — Vol. 38 — pp. 1419−1432.
- Bisogni M. G. Simulated and experimental spectroscopic perfomance of GaAs x-ray pixel detectors / Bisogni M. G., Cola A., Fantacci M.E./ Nucl. Instrum. Methods 2001. — A 466. -pp. 188−193
- Dumas D. J. Movable Radiation Shields for the CLEO II Silicon Vertex Detector /D. J. Dumas et al. // Nucl. Inst, and Meth. 1998. — A404 — pp. 17−24.
- Chemistry WebBook / National Institute of Standards and Technology. USA: National Institute of Standards and Technology, 2008. URL: http://webbook.nist.gov/chemistry/name-ser.html (дата обращения: 12.08.2009)
- Markov A.V. Semi-inslating LEC GaAs as material for radiation detectors: materials science issues /Markov A.V., et al, // Nucl. Instr. and Meth. -2001.-A 466. pp. 14−25
- Мастеров В.Ф. Электронная структура глубоких центров в арсениде галлия /Мастеров В.Ф.// Изв. Вузов. Физика. 1983. — № 10. — с. 45 — 55.
- Barrett Н.Н. Charge transport in arrays of semiconductor gamma-ray detectors /Barrett H.H., Eskin J.D., Barber H.B.// Physical review letters. 1995. — v.75, № 1. — pp.156−159.
- Sellin P. J: Modelling the small pixel effect in gallium arsenide X-ray imaging detectors / Sellin P.J. // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. 1999. — A. 434. — pp.75−81.
- Isobe T. Computer Simulation of Two-dimensional Gunn Devicces /Isobe Т., Nakamura Т., Goto G. // Fujit. Scient. Tec. J. 1973. — V.9, № 2. — pp.67−72.
- Толбанов О.П. Детекторы ионизирующих излучений на основе компенсированного арсенида галлия /Толбанов О.П. // Вестник Томского государственного университета -2005-№ 285-С. 155−163.
- Левинштенн M. E. Эффект Ганна /Левинштенн M. Е., Пожела Ю. К., Шур М. С. М.: Сов. радио, 1975 — 288 с.
- Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия /Шур М. М.: Мир, 1991. -632 с.
- Гольдштейн Л.Д. Электромагнитные поля и волны / Гольдштейн Л. Д., Зернов Н. В. -М.: Советское радио, 1971.-664 с.
- Мартынов В.Н. Полупроводниковая оптоэлектроника / Мартынов В. Н., Кольцов Г. И. -М.: Мисис, 1999.-400с.
- Пичугин И.Г. Технология полупроводниковых приборов: Учеб. пособие для вузов по спец. «Полупроводники и диэлектрики», «Полупроводниковые и микроэлектронные приборы» / Пичугин И. Г., Таиров Ю. М. М.: ВШ, 1984. — 288 с.
- Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль / Мудров А. Е. Томск: МП «Раско», 1991. — 272 с.
- Пономарев Г. А. Статистические методы в радиофизике / Пономарев Г. А., Пономарева В. Н., Якубов В. П. Томск: ИздЛТУ, 1989. — 315 с.
- Иванов В.В. Методы вычислений на ЭВМ: Справочное пособие /Иванов В. В. Киев: Наук, думка, 1986. — 584 с.
- Blot, L. Automated Quality Assurance Applied to Mammographic Imaging /Blot, L., Davis, A., Holubinka, M., Marti, R., Zwiggelaar, R.,//JASP 2002. — No. 7-, pp. 736−745.
- Аксель E.M. Злокачественные новообразования молочной- железы: состояние онкологической помощи, заболеваемость и смертность / Аксель Е. М. // Маммология -2006. -№ 1 стр. 9−13.
- Бабичев Е.А. Цифровая рентгеновская установка для медицинской диагностики /Бабичев Е.А., Бару.С.Е., Волобуев и др. Новосибирск: ИЯФ СО АН СССР. — 1980
- Гуржиев С.Н. Анализ цифровых сканирующих рентгенографических аппаратов- и аппаратов с камерами на основе ПЗС-матриц /Гуржиев С.Н.// Медицинский алфавит. -2005.-№ 5.-С. 8−11.
- X-ray Flat Panel Sensor С7921, С7930,С7942,С7943 Application Manual Hamamatsu Revision 4.08 2003
- Young K.C. Technical Evaluation of the Hologic Selenia Full Field Digital Mammography System / Young K.C., Oduko J.M., Woolley L. NHS Cancer Screening programmes. 2007 (NHSBSP Equipment Report 0701).
- Young K.C. Technical Evaluation of Kodak DirectView Mammography Computerised Radiography System using EHR-M2 Plates / Young K.C., Oduko J.M. NHS Cancer Screening Programmes, 2007 (NHSBSP Equipment Report 0706)
- Патент РФ RU2009137157 Устройство для регистрации и формирования рентгеновского изображения / Нам И. Ф., Рябков С. А., Толбанов О. П., Тяжев А. В. заявл. 07.10.2009
- Ayzenshtat G.I. The detecting modules for mammography /Ayzenshtat G.I., Lelekov M.A., Novikov V.A. et al. // IEEE International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON-2007). Proceedings. Tomsk: 2007. — P.226−227.
- Норенков И. П. Основы теории и проектирования САПР:Учебное пособие для втузов по спец. «Вычислительные маш., компл., сист. И сети» /Норенков И.П., Маничев В. Б. М.: Выш. шк., 1990. — 335 с.:ил.
- САПР: Системы автоматизированного проектирования: Учебное пособие для втузов: В 9 кн. Кн. 1. Принципы построения и структура / И. П. Норенков. Мн.: Выш. шк., 1987. -123с. :ил.
- ГОСТ Р 15.013−94 Система разработки и постановки продукции на производство. Медицинские изделия. Введ. 1995−01−01. — М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. -25с.
- Центр электронного обучения НГТУ http://www.edu.nstu.ru. / Новосибирский технический гос. ун-т.- Электрон, дан. Новосибирск: Центр электронного обучения НГТУ, 2094 — 2010. URL: http://www.edu.nstu.ru/courses/msos/09.html (дата обращения: 17.09.2009).
- Dainty J.C. Image science: principles, analysis and evaluation of photographic-type imaging processes / Dainty J. C., Shaw R. London, Academic Press, 1974. — 402 p.: ill.
- Giger M.L. Investigation of basic imaging properties in digital radiography / Giger M.L., Doi K./l Med. Phys. -1984.-11.-pp. 287−295.
- Williams T.L. The Optical Transfer Function of Imaging Systems /Williams T.L. -Chislehurst, UK, 1999. 504p.
- Stres S. Design optimization of a breast imaging system based on silicon microstrip detectors /Stres S" Mali Т., Mikuz M. and Cindro V.// Phys. Med. Biol. -2000. -45 2029 URL: http://iopscience.iop.Org/0031−9155/45/7/323 (дата обращения: 08.06.2005)
- Dobbins J.T., III Effects of undersampling on the proper interpretation of modulation transfer function, noise power spectra, and noise equivalent quanta of digital imaging systems /Dobbins J.T., III// Med.Phys. October 1995. — 22(2). — pp. 171−181.
- Bisogni M.G. Performances of different digital mammography imaging systems: Evaluation and comparison /Bisogni M.G., Bulajic D., Delogu P., et al.// Nuclear Instruments and Methods in Physics Research. -2005 -A 546 P. 14−18
- Stanford university educational website /Information Sheet EE261: The Fourier Trsnsform and its Applications. USA, California: Standford university. URL: http://www.stanford.edu/class/ee261 (дата обращения: 30.01.2007)
- Fujita H. Investigation of the Basic Imaging Properties in Digital Radiography. Characteristic Curves of II-TV Digital Systems /Fujita H., Doi K" Giger M. L. and Chan H.-P.// Med. Phys. -1984, — 13(1)-pp. 13−18.
- Young КС, Oduko JM. Evaluation of Kodak DirectView Mammography Computerised Radiography. NHS Cancer Screening Programmes, 2005 (NHSBSP Equipment Report 0504).
- Yaffe J. Direct digital mammography using a scanned-slot CCD imaging system /Martin J. Yaffe // Medical Progress through Technology 1993. — 19 — pp. 13−21.
- Dance D. R. Computation of scatter in mammography by monte carlo methods /Dance D. R. and Day G. J.// Phys. Med. Biol. 1984. — 29:237−234.
- Dance D. R. Additional factors for the estimation of mean glandular breast doe using the UK mammography dosimetry protocol /Dance D.R., Skinner C.L., Young K.C. et al.// Phys Med Biol. 2000. — 45:3225−3240.
- Dance D.R. Calculation of dose and contrast for two mammographic grids / Dance D.R., Persliden J. and Carlsson G. A.// Phys Med Biol. 1992. — 37:235−248.
- Mammography: A User’s Guide. NCRP No. 85, National Caouncil on Radiation Protection and Measurements (NCRP), Bethesda (1986)
- Medical Devices Agency Evaluation Report MDA/94/64 Determination of the X-ray focal spot dimensions of three commercial mammography screening systems supplement 3 to STD/88/7.
- Medical Devices Agency Evaluation Report MDA/99/06 A comparative evaluation of mammography X-ray units.
- Davies D. H. Automatic computer detection of clustered calcifications in digital mammograms /Davies D.H. and Dance D. R.// Phys Med Biol. 1990. — 35:1111−1118.
- Highnam R.P. Mammographic image analysis /Highnam R. P., Brady J. M. and Shepstone B.J.// European Journal of Radiology 1997. — 24. — pp. 20−32.
- Highnam R.P. A representation for mammographic image processing /Highnam R. P., Brady J. M. and Shepstone В .J.// Medical Image Analysis 1996. — 1,1, — pp. 1−18.
- Gopala Rao U. V. The Modulation Transfer Function of X-ray focal spots /Gopala Rao U.V. and Bate L.// Phys. Med. Biol. 1968. — 14,1 93−106.
- IPEM Report No. 78. Catalogue of diagnostic X-ray spectra and other data. /Cranley K, Gilmore В J, Fogarty G W A and Desponds L. Institute of Physics and Engineering in Medicine, 1997. (CD-ROM)
- Boone J. M. Glandular breast dose for monoenergetic and high-energy x-rays: Monte carlo assessment /Boone J. M.// Radiology 1999. -213:23−37.
- Andreo P. Monte Carlo techniques in medical radiation physics / Andreo P.// Phys Med Biol. 1991. — 36:861−920.
- IPSM Report No. 59 (2nd edition). The commissioning and routine testing of mammographic X-ray systems /Law J, Dance D. R., Faulkner K., Fitzgerald M. C., Ramsdale M. L. and Robinson A. The Institute of Physical Sciences in Medicine, 1994.
- Корнев E.A. Создание цифровой флюорографической системы с низкой дозой облучения пациента /Корнев Е.А., Лелюхин А. С., Петрушанский М. Г. Цифровая флюорографическая система. //Датчики и системы. 2004, — № 6. — стр. 55 — 58.
- Пономарев И.В., Прудаев И. А., Скакунов М. С., Хамматова Э. Г., Югова Г. С.- Томск, 2007.- 39 с. (№ 02.740.11.0164.) (№ГР1 200 963 594)
- XL1128CAD-7 И Краткое описание /"Элек.ру" — электротехнический интернет-портал М.: 2007. URL: http://www.elec.ru/market/offer-3 912 993 131.html (дата обращения: 18.12.2007)
- Абзалилова Л. P. Макетный образец блока детектирования для малодозовых медицинских рентгеновских систем /Абзалилова Л. Р., Нам И. Ф., Пшеничникова Н. В., Рябков С. А., Тяжев А. В. // Известия ВУЗов. Физика. Томск 2009, — № 12 4.2. — с. 5−7
- ГОСТ 14.004−83 Технологическая подготовка производства. Термины и определения основных понятий. Введ. 1983−07−01. М.: ИПК Издательство стандартов, 2009. — 22с.
- ГОСТ 14.201−83 Единая система технологической подготовки производства. Общие правила обеспечения технологичности конструкции изделия.-Введ.: 01−01−84.-М.: Издательство стандартов, 1983 -13 с.
- Технологичность конструкции, изделий. Терминьги определения.-Введ.: 01−07−83.-М.: Издательство стандартов, 1983 -5 с.
- Нормирование расхода материалов. Основные положения. Введ.: 01.01.84.-М.: Издательство стандартов, 1983 -5 с. ГОСТ 14.322−83 Нормирование расхода материалов. Основные положения.
- РД 95 10 380−89 Единая система технологической подготовки производства. Порядок проведения аттестации технологических процессов
- Комплект технической документации на Маммограф рентгеновский МД-РА. ТМО НИИЭМ. г. Истра.
- EUREF URL: http://www.??iire/.org/. Addendum on Digital Mammography version 1.0 to chapter 3 of the: European Guidelines for Quality Assurance in Mammography Screening (version 1.0 November 2003)
- Artinis DIGIMAM® 1.0 Phantom /Artinis Medical Systems website. Netherlands, 2000 -2009 URL: http://www.artinis.com/digimamdescription.htm (дата обращения: 14.11.2006).
- Artinis CDMAM Analyser /Artinis Medical Systems website. Netherlands, 2000 -2009 URL: http://www.artinis.com/cdmamanalyserdescription.htm (дата обращения: 14.11.2006)
- Thijssen M.A.O. Manual Contrast-Detail, phantom. Artinis CDMAM-type 3.4. /Thijssen M.A.O., Bijkerk, K.R., van der Burght, RJ.M. Artinis Medical Systems — Netherlands, 2006. -19p.
- Young K.C. Comparison of Software and Human Observers in Reading Images of. the CDMAM Test Object to Assess Digital Mammography Systems /Young K.C., Cook J., Odoku J.M. and Bosnans H.// Proc. SPIE Medical Imaging 6142, 614 206−1 (2006)
- Нам И. Ф. Методика определения основных параметров цифровых маммографических систем сканирующего типа /Нам И.Ф. // Успехи современного естествознания. 2006. — № 6. — с. 41
- Yaffe M. J. Direct digital mammography using a scanned-slot CCD imaging system / Yaffe M. J.//Med. Prog. Technol. -1993, — 19:13−21.
- X-ray group test pattern, (0.6−10.0)lp/mm L659061 /Canberra Packard Central Europe GmbH Schwadorf, Austria, 2003. URL: http://www.cpce.ru/news/newequip.shtml (дата обращения: 02.03.2005)
- ГОСТ 7512–82. Контроль неразрушающий. Соединения сварные. Радиографический метод. -Введ.: 84−01−01.-М.: Издательство стандартов, 1993 -29 с.