Национальный проект
“Малодозовая Диагностическая
Рентгенология Сверхвысокого
Разрешения”
Основан на Технологии
“МикроСекундная Рентгенология”
( “МСР” )
Москва, 2024 г.
Цель национального проекта :
Создание
Нового Поколения Цифровых МногоИмпульсных Рентгеновских Систем
и Оборудования Экспертного Класса
для получения и визуализации медицинских динамических
изображений сверхвысокого разрешения с
уменьшением рентгеновской дозы в 20 раз
и одновременным увеличением разрешения
рентгеновских изображений в 3-4 раза принципиально качественный переход диагностического
процесса в рентгенологии на высочайший экспертный
уровень, не имеющий мировых аналогов.
Проект и Технология
http://www.course-as.ru
“МикроСекундная
Рентгенология”
“MSR”
Построен на новых
физических принципах
Разработка ООО “КУРС-АС1”
2015-2021 г.
Главный Архитектор Проекта “MSR”
– Авшаров Евгений Михайлович
ООО “КУРС-АС1”
Разработка и производство:
- Цифровых X-Ray Систем Потоковой 2D Обработки и
Визуализации реального времени 1k*1k*30f/s (12bit)
“Michelangelo” (AS_RTDR-1M30)
- Мульти-модальных диагностических DICOM станций
реального времени “Michelangelo” для Потоковой 2D
Обработки и Визуализации медицинских изображений
- элементов нашей PACS системы “AS_VIMeN-RT”
- Масштабируемые DICOM Серверы и Наращиваемые
DICOM Хранилища, работающие под управлением
Графической Базы Данных для режима 7/24/365.
Рабочая DICOM станция “Michelangelo”
Сертификат ООО “КУРС-АС1”:
Сертификат о официальной регистрации № 2007613679, 2007:
Радиологическая PACS система приема, сканирования, оцифровки TV сигнала
высокого разрешения, систематизации, хранения, обработки, визуализации и
печати DICOM файлов медицинских изображений и сопроводительных PDF
документов – “Микеланджело”
Презентации DICOM станций Потоковой 2D Обработки и
Визуализации Реального Времени - “Michelangelo”
Слава - Станция “Michelangelo” на "XIV Ежегодной сессии НЦССХ им.
А.Н. Бакулева - Всероссийской конференцией молодых ученых” , 2010 г.,
вверху в центре академик РАМН Л. А. Бокерия на стенде "Курс-АС1 “.
Справа - Станция “Michelangelo” на международной
выставке “Здравоохнанение-2009” на стенде
фирмы “DRG-International Inc.” (USA), 2009 год.
2009г.
DICOM станция
“Michelangelo”
2010 г.
2D Обработка и Визуализация Динамических и
Статических Медицинских Изображений на
16bit Конвейере Реального Времени
1998 г.- 2007 г.
Высоко скоростной Аппаратно-Программный 2D Конвейер оригинальной
математической обработки Полного кадра или выделенной Зоны Интереса:
Включая: 16bit математические операции над кадрами изображений,
Множественные 16bit матричные преобразования изображений,
Множественные 16bit преобразования спектра изображений,
Множественные 16bit нелинейные преобразования изображений.
Flat Panel Detector
CameraLink Full
Кольцевой буфер
первичных кадров
Принцип работы
Гибкого Адаптивного Конвейера:
Сценарий
Функции
Обработки
Визуализация
Адаптивный 16bit Конвейер
2D Потоковой Обработки
DICOM Сервер
DICOM Станции
2D
“КУРС-АС1” разработала и производила X-Ray Систему
“Michelangelo” для Потоковой 2D Обработки и Визуализации
изображений Реального Времени ( 1kx1kx12b при 30 кадр/сек. )
2012 г.- 2013 г.
2D Обработка и
Визуализация
Реального Времени:
- Потока кадров,
- Зонная Обработка,
- Real Time DSA
- Мульти-кадровая
обработка
Слева X-Ray Система
Реального Времени
“AS_RTDR-1M30”
( внизу - DSA обработка
в формате QuickTime)
Зонная 2D Обработка 12-ти битной ангиографической серии
В выделенной зоне интереса хорошо виден слабый контраст
Слева –
Очень слабый след
рентгеновского
контраста
просматривается
на фоне мощного
коленного сустава.
Справа –
Слабый контраст
хорошо виден на
фоне как мягкой
ткани, так и на
фоне плотной
трубчатой кости.
2D Обработка 12-ти битной КТ серии в выбранной зоне
В выделенной зоне хорошо видна структура кости и зубов
Слева –
Стандартная визуализация рентгеновского
среза нижней челюсти пациента, полученное
на CT GE для исследования всего тела.
Справа –
Визуализация того же рентгеновского среза 2D Обработка и Визуализация по технологии
”MSR” ( “Микросекундная Рентгенология” )
Современное состояние диагностической рентгенологии
2000*2000 pix
X-Ray
Micro-CT
4032*4032 pix
2232 slice
X-Ray Micro-СT
Разрешение среза
Микро-КТ до
8000*8000 /
15000*15000
Наносекундные X-Ray трубки и аппараты
Внизу - импульсный медицинский X-Ray аппарат “Ясень-01”
Доза в 27-:-35 раз ниже
2008 г.- 2014 г.
2017 г.
Наносекундный
аппарат
Прима-250
2 kW
250kV
Прима
-250
“ЯСЕНЬ-01”
X-Ray доза
Ясень-01
Технологическая основа наносекундной рентгенологии
MSR-29
Скважность >= 10000 : 1
X-Ray
Сцинтиллятор
Gd2O2S:Tb
Уменьшение X-Ray дозы в 27-36 раз !
X-Ray доза при использовании аппарата Ясень-01
X-Ray Доза в mkGr
Синий – непрерывный режим
Красный – импульсный режим
аппарата Ясень-01
( Применение в
Наносекундных
Излучателях )
Длительность послесвечения Gd2O2S,
мкс
Материалы диссертации Корженевского С.Р. “Высокочастотные наносекундные генераторы для интроскопии …”
P.S. Увеличения чувствительности X-Ray детекторов
- Эффект “Парселла”Dependence of scintillation light yield in nanocrystalline
LuBO3 on dimensions of the grains
7000
Разработчик – НПЦ (Саратов)
“Нанотехнологии стекла”
6000
Integral Intensity
5000
D
4000
n
3000
2000
1000
0
30
40
50
60
70
80
D, nm
90
100
110
120
130
Для наночастиц Оскисульфида Гадолиния
(Gd2O2S) размером 100nm достигнут
эффект Парселла равный ~(2.5 - 3) раза.
Разработчик – ИФТТ, Черноголовка
(Институт Физики Твердого Тела)
Микроканальная пластина
в качестве X-Ray решетки
с диаметром каналов 10 мкм
(внизу слева), та же пластина
с нано люминофором Gd2O2S
при рентгеновском облучении
(внизу справа при увеличении).
Результаты обработки X-Ray теста Siemens d=270mm
16 битного Гибкого Адаптивного Конвейера
2007 г.
Внизу - фрагмент
исходного изображения
рентгеновского теста,
соответствующего
средней плотности легких
пациента.
Вверху - фрагмент
изображения после
прохождения конвейера 2D
Обработки и Визуализации.
Размер рентгеновского
фокусного пятна съемки:
0.6 x 0.6 мм
Режим съемки теста:
U = 60kV, I = 200mA,
t = 0.1sec, ( 20 mAs )
Размер фрагмента кадра:
H x V = 85 x 42 мм
Съемка X-Ray теста Siemens микрофокусной трубкой
/ Фокус ~= 0.1mm, U = 60kV, I < 0.1mA, t = 10 sec ( 1 mAs ) /
Выделенный фрагмент H x V = 56 x 35 mm ( 1000x765 pix. )
Размер пикселя = 56 микрон. Обработка не проводилась !
2016 г.
CMOS
камера
16 Mpix
Проблемы X-Ray изображений высокого разрешения
Факторы влияющие на разрешающую способность Фокус X-Ray трубки, Ток в трубке, Временные параметры
Стандартные X-Ray трубки
Фокус (0.5 x 0.5 -:- 1.2 x 1.2) mm
Ток <= 200-:-500mA при (1-:-10) mS
Разрешение не лучше 250 mkm
Предлагается новый класс Микросекундные X-Ray Системы:
Фокус не более 0.1x0.1 mm
Ток в импульсе I ~= 500 -:- 400 mA
Время импульса t = 0.1-:-2.0 mkS
Частота импульсов f >= 25 kHz
Разрешение не хуже 50 mkm
Микрофокусные X-Ray трубки
Фокус 0.1 x 0.1 mm и менее
Ток непрерывный = 0.1 -:- 1.0mA
Разрешение не хуже 50 mkm
2017 г.
Уменьшение
X-Ray дозы
и мощности
генератора
в 20 раз!!
Увеличение
динамического
разрешения
в 3-4 раза!!
Наносекундные X-Ray трубки
Фокус 1.5 x 1.5 mm не менее
Ток ~= 200-250 A при 20 nS
Разрешение не лучше 750 mkm
Уменьшение Дозы в 27-30 раз!!
DQE рентгеновских детекторов с Gd2O2S:Tb в сравнении
Голубым помечена зона “Микросекундной Рентгенологии”
Уменьшение рентгеновской дозы от 20 раз до 100 раз!!
Зона
Предельные
дозы для КТ и
Ангиографии.
Перегрев
X-Ray трубок.
MSR
2017 г.
Невозможен
малый фокус
0.15 -:- 0.10 мм
и увеличение
разрешения
X-Ray Доза
Фирма CANON (Toshiba) - увеличение разрешения в срезе (x2),
уменьшение дозы до 30%, улучшение изображений -“AiCE”
Аксиальное сечение
Реконструкция 1024x 1024
2023-2024г.
Новейшие технологии
конкурентов - Canon
Переход на матрицу среза
CT (512x512 в 1024x1024)
« Первый в мире режим
высокой четкости
Hi-Def » (цитата),
привел к сильному шуму
на изображении среза и
постановка диагноза на
таком кадре невозможна.
Для существенного улучшения изображения, до
диагностически значимого,
фирмой CANON создана
технология обработки CT
изображений нейронными
сетями с адаптированным
механизмом обучения –
AiCE
(Интегрированный
интеллект).
Фронтальное сечение
Cверху - аксиальный срез,
Снизу – фронтальный.
Сравнительные технологий X-Ray CT фирмы Canon
“Aquilion Precision” и технологии ”MSR”
“Aquilion Precision”
2024 г.
Внизу :
Изображение среза X-Ray CT
фирмы SIEMENS с разрешением
500 μm предыдущего поколения,
прошедшего 2D Обработку и
Визуализацию на конвейере
“Michelangelo” (“MSR “)
( МикроСекундная Рентгенология )
Визуализация более четкая чем
на самом передовом CT CANON!
Сравнение Tехнологий
Norm - Canon - MSR
Фокусное пятно ( μm )
Norm - 600 x 700
Canon - 400 x 500
MSR ■ - 100 x 100 min
- 150 x 150 max
Ячейка детектора ( μm )
Norm - 500 x 500
Canon - 250 x 250
MSR - 100 x 100
Матрица детектора
Norm - 256 x 900
Canon - 160 x 1792
MSR - 3000 x 5000
Вверху :
Изображение среза с X-Ray
CT “Aquilion Precision”,
фирмы CANON, реконструкция
в режиме 512x512 (стандарт),
обработанный по технологии
обучаемых нейронных сетей
AiCE
(Интегрированный интеллект)
Уменьшение дозы ~ 30%
Матрица реконструкции
Norm - 512 x 512
Canon - 1024 x 1024
MSR - 2000 x 2000
и разрешение ( μm )
2003 г.
Norm - 500 x 500
Canon - 250 x 250
MSR =< 100 x 100
Уменьшение дозы
MSR в 20 раз!
Сравнительные технологий X-Ray Angiography
фирмы Canon “Alphenix ” и технологии ”MSR”
Сравнение Tехнологий
2024 г.
Norm - Canon - MSR
Фокусное пятно ( μm )
Norm - 600 x 700
Canon - 400 x 500
MSR ■ - 100 x 100 min
“Alphenix Core+”
Ячейка детектора ( μm )
Norm - 300 x 300 (D)
Canon - 250 x 250 (D)
MSR - 100 x 100 (D)
DICOM станция
“Michelangelo”
Матрица детектора
2000 г.
Сверху :
изображение с ангиографа “Alphenix”
CANON, обработанный по технологии
обучаемых нейронных сетей AiCE
(Интегрированный интеллект)
Слева:
изображение с ангиографа фирмы
GE (ЭОП), прошедшего конвейер 2D
Обработки и Визуализации DICOM
.
серий по технологии ”MSR”
(МикроCекундная Рентгенология)
Видны отличия в качестве !
Norm - 1024 x 1024
Canon - 1200 x 1600
MSR - 3000 x 3000
- 3000 x 4000
Матрица визуализации
Norm - 1024 x 1024 (D)
Canon - 1200 x 1600 (D)
MSR – 3000 x 3000 (D)
и разрешение ( μm )
Norm - 300 x 300
Canon - 250 x 250
MSR =< 100 x 100
Уменьшение дозы
Canon = оптимизация ?
MSR - в 20 раз!
Существующие и перспективные X-Ray системы “КУРС-АС1”:
Dynamic X-Ray Systems Super High Resolution for 2D / 3D
Real Time Processing and Visualization ( Angio + CT )
(представлена на изображении в левом нижнем углу)
Проект “MSR”
Аппаратные Интерфейсы Управления Реального Времени
Real Time Control & Measurement of X-Ray Systems parameters
Адаптивные Измерения, Контроль и Зашита Реального Времени
- Измерение параметров каждого импульса излучения для каждого кадра: kV _ mA_ time / imp
- Измерение дозы на каждый кадр: Dose-Ist / frame
- Измерение параметров каждого кадра изображения: Mid_ Min_ Max_ pixvalue / frame,
- Расчет спектра каждого кадра и определение дозы для следующего кадра: Spector_ Dose_ / frame
Этапы создания нового класса Медицинского
Оборудования для рентгенологических исследований
Экспертного класса по технологии
“ МикроСекундная Рентгенология” ( “MSR” )
1. Конструкторская разработка и отработка технологии “Микросекундная
Рентгенология” (MSR) - реализация Этапа “MSR – 100/75/50 микрон”
( первый год, Этап I ) .
2. Создание и реализация линеек базовых комплектов проекта ”MSR” :
Сверхнизкодозовых X-Ray Излучателей, X-Ray Генераторов и X-Ray
Детекторов, по результатам Этапа I => “MSR – 100/75/50 микрон”
( второй год, Этап II ).
3. Сертификация и подготовка к мелкосерийному производству линейки
медицинских рентгеновских комплектов ”MSR” - по результатам
Этапа I + Этапа II ( третий год, Этап III ).
4. Доработка и реализация четвертого компонента Единой Системы
2D Обработки и Визуализации Реального Времени Сверхвысокого
Разрешения, создание Системы Аппаратных Интерфейсов Управления
Реального времени X-Ray аппаратами сверхвысокого разрешения
( первые два года, Этап I + Этап II + Этап III ).
5. Создание , “Демонстрационно-Выставочного X-Ray аппарата” ,
созданного по технологии “MSR - 100 микрон”
( Этап IV, 2 года, начиная со второго года настоящего проекта ).
Основные характеристики, достижимые
по технологии ”MSR”
Результатом внедрения “MSR” будет:
1. Уменьшение фокусного пятна рентгеновской трубки до величины
0.1x0.1 mm!! (вместо 0.5x0.5 mm) без которого нет высокого разрешения.
2. Уменьшение рентгеновского излучения и дозы в 20 раз!! и более при любом
виде обследований, в сравнении со стандартной рентгеновской технологией.
3. Уменьшение средней мощности рентгеновского генератора до 20 раз!! в
динамическом режиме работы для любого рентгеновского MSR аппарата.
4. Увеличение разрешения в 3 - 4 раза (до 100-:-50 микрон) для динамических
изображений высокого разрешения ( 9-:-12-:-16-:-25 ) Mpix при 120/60 кадр/сек.
5. Увеличение физического разрешения в срезе компьютерного томографа
(CT) до 100-:-50 микрон (вместо 500-250 микрон).
6. Аппаратная Мульти-Модальность – рентгеновский экспертный ангиографический комплекс и рентгеновский компьютерный томограф сверхвысокого
разрешения экспертного класса в едином конструктивном исполнении.
7. Уменьшение “Совокупной Стоимости Владения” (TCO) в 1.5-2.0 раза! в
течении всего жизненного цикла MSR оборудования.
Базовые организации, которые будут задействованные
в реализации проекта ”Микросекундная Рентгенология”:
ООО “КУРС-АС1”, Москва. (Главный архитектор проекта).
Концептуальное, схемотехническое и инженерное проектирование компонентов проекта
системотехническое и схемотехническое руководство, согласование работ партнеров.
НИИ Скорой Помощи им. Н.В.Склифосовского, г.Москва.
Апробация изделий, разработанных в рамках проекта “Микросекундная Рентгенология”
НИИЯФ МГУ, лаборатория “Медицинские компьютерные системы”, Москва.
Разработка специализированных медицинских программных модулей.
ООО "ВедаПроект", Москва, совместно с “КУРС-АС1”.
Электронные компоненты измерения и управления микросекундными X-Ray системами.
Микросекундные динамические рентгеновские детекторы.
OOO “Спектрафлеш”, С-Пб, совместно с “КУРС-АС1”.
Разработка микросекундных рентгеновских излучателей промышленного применения
ФГУП НИИ НПО "ЛУЧ", (ГК "РОСАТОМ"), совместно с “КУРС-АС1”.
Разработка микросекундных металлокерамических рентгеновских трубок.
Институт Физики Твердого Тела , Черноголовка, совместно с “КУРС-АС1”.
Разработка сцинтилляторов для рентгеновских детекторов MSR
СПбГЭТУ “ЛЕТИ” и АО "Светлана-Рентген", С-Пб, совместно с “КУРС-АС1”.
Системы фокусировки и микросекундных рентгеновских трубок.
ООО “С.П. Гелпик”, Москва, совместно с “КУРС-АС1”.
Разработка высоковольтных рентгеновских генераторов MSR моноблочного исполнения.
ПАО НПО “Энергомодуль”, Чебоксары, , совместно с “КУРС-АС1”.
Интеллектуальные инверторные высокочастотные модули для MSR.
Российские Интеграторы X-Ray систем для разных
модальностей ( под комплекты и модули ”MSR” )
АО “МТЛ” (Моск.)
НИПК “ЭЛЕКТРОН” (СП-б)
ООО "ВКО МЕДПРОМ”
6.0 млрд. руб 2023г.
3.2 млрд. руб 2021г.
2.2 млрд. руб 2021г. (Моск.)
Заключение
Наивысшее качество достоверной диагностики
на системах “MSR” экспертного класса
Профессиональные X-Ray Системы
2D Обработки и Визуализации
- для Профессионалов!
