Самодельный рентгеновский компьютерный томограф

    Полтора месяца назад я рассказывал о том, как Бен Краснов (Ben Krasnow) собрал самодельный рентгеновский сканер. Бен не прекратил свои эксперименты с рентгеном и теперь представляет полноценный компьютерный томограф (авторское описание).

    Пример работы томографа показан ниже. Сможете угадать, что (или кто) это?


    Да, в роли подопытного выступала замороженная курица.


    Принцип действия

    Схема установки показана на рисунке ниже. Рентгеновская трубка с коллиматором, формирующим конусный пучок, просвечивает объект насквозь. Рентгеновские лучи, прошедшие через объект, создают изображение на люминесцентном экране, которое фотографируется цифровой камерой. Поворачивая объект, получают серию изображений, по которым в дальнейшем строится воксельная 3D-модель объекта и всей его внутренней структуры.


    В реальность установка выглядит так:


    Источник излучения


    Источником рентгеновского излучения служит трубка, уже знакомая нам по прошлым проектам Бена.


    Трубка помещена в металлический цилиндр с отверстием, который дает ей светить только туда, куда нужно. Источник питания трубки выдает напряжение 50 кВ при токе около 1 мА.


    Экран


    Рентгеновское излучение, прошедшее через объект, попадает на люминесцентный экран, заставляя последний светиться. Так как разные части объекта поглощают излучение в разной степени, на экране видна картинка, где более темные участки соответствуют более плотным частям.


    Поворотный механизм


    В медицинских томографах тело пациента остается неподвижным, а вокруг него вращается кольцо с рентгеновской трубкой и детекторами. Здесь же проще поворачивать наблюдаемый объект, не двигая остальную часть установки.

    Объект расположен на поворотном столе, который приводится в движение шаговым двигателем. Двигатель управляется при помощи Arduino. Этот же контроллер служит для управления затвором камеры.


    Шаг поворота составляет 8°, таким образом, за 1 оборот объекта делается серия из 45 снимков.


    Обработка изображений

    Томография не зря называется «компьютерной», ведь основная обработка данных производится программно. В медицинских томографах используется специализированный софт, сравнимый по стоимости с «железом». Бен обошелся подручными средствами.

    Прежде всего, с помощью Photoshop (в режиме пакетной обработки) были убраны искажения перспективы, возникшие из-за того, что камера находится в стороне от экрана.


    Затем необходимо по изображениям «на просвет» получить серию параллельных срезов объекта. Для этой цели служат алгоритмы, основанные на обратных преобразованиях Радона. Они позволяют, имея несколько проекций интегрального поглощения рентгеновских лучей, восстановить функцию распределения плотности внутри объекта.


    Бен использовал Octave (опенсорсный аналог Матлаба) со специальной библиотекой. Полученная серия срезов выглядит так:


    И наконец, для визуализации и преобразования стопки срезов в трехмерную модель был использован пакет 3D Slicer.


    Видео

    Демонстрация работы самодельного томографа:
    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 82
    • +21
      Жесть, как бы только не поджариться в такой лаборатории случайно…
      • –3
        Интересно, эта статья может попасть в «Единый реестр доменных имен, указателей страниц сайтов в сети “Интернет” и сетевых адресов, позволяющих идентифицировать сайты в сети “Интернет”, содержащие информацию, распространение которой в Российской Федерации запрещено» как информация, наносящая вред здоровью?
        • +1
          Да, может.
          На фото — изображение несовершеннолетней обнажённой натуры (куры живут не более 8 лет).
        • +8
          «У Снежка нет шансов в томографе»(с) Ш.Купер
          • +3
            Да, увидев эту статью, я тоже сразу подумал о Шелдоне Купере )
        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
          • +3
            Фольгой )
            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
              • 0
                Свинцом.
              • +7
                Вышел из комнаты, дверь закрыл, включил. Выключил, зашел, от озона проветрил. Это если совсем параноик.

                А если не очень — просто железякой прикрылся. Там же не злая гамма, а всего лишь рентген, причем довольно мягкий (50кэВ).
                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                  • +7
                    Для снимков и КТ — рентген. Для лучевой терапии — могут и бету, и гамму, и нейтронное излучение. Естественно, ведется строгий контроль: кого, когда и на какую дозу облучили.
                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                      • +10
                        Если прибор специально не рассчитан на рентген — то в 90% случаев нельзя. При работе с рентгеном в дозиметрии обычно нет нужды. Причины следующие:
                        1) Рентгеновское излучение почти не рассеивается — либо поглощается в материале, либо проходит насквозь.
                        2) Рентгеновское излучение не вызывает появления наведенной радиации.
                        3) Источники рентгеновского излучения — трубки и ускорители — управляемые. Выключенный источник не представляет опасности.
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                          • +4
                            За экраном точно стоять нельзя. Экран ослабляет излучение в лучшем случае в пару раз. Кирпичная стена точно остановит рассеянное излучение, а прямой луч — может и не остановит, зависит от ее толщины, мощности источника и спектра (напряжения анода). Лучше всего рентгеновское излучение экранируется свинцом. Пара миллиметров свинца остановят почти любой луч.
                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                              • +4
                                Купить, например.
                                ebay.com/search/x-ray tube
                                • +2
                                  Продаются же в интернете. Поискать не пробовали? Но там кроме трубки нужен еще блок питания высокого напряжения и схема управления им. Далее, сама рентгеновская трубка, если она вам досталась в виде «голой стекляшки», требует охлаждения. Вот на видео явно применяется трубка в металлическом корпусе, заполненном внутри трансформаторным маслом.

                                  Еще у рентгеновских трубок бывают выходные окна из бериллия. Это токсичный металл — требует осторожного обращения.
                            • +1
                              Если под дозиметрией понимать контроль поглощенной дозы тех, кто работает с излучением — то дозиметрия используется в любой нормальной конторе. Каждый сотрудник, работающий с излучением, носит индивидуальный дозиметр-накопитель. Эти дозиметры регулярно сдаются на считывание, после чего зарегистрированная доза заносится в журнал учета.

                              Вместе с тем, работа с рентгеном как правило является рутинной и происходит с применением сертифицированного оборудования, так что в контроле мощности дозы с помощью приборов с быстрой реакцией (счетчики Гейгера, ионизационные камеры) действительно нет необходимости.
                              • 0
                                Не знаю, как обстоит дело в медучреждениях, но в научной лаборатории, где работали с рентгеном (кристаллография), никто персональных дозиметров не носил. Хотя, может формально и требовалось, а все давно болт забили. Ну и еще аппарат там стоял в отдельной комнате.
                                • 0
                                  В медучреждениях тоже болт забивают. Да и на атомных станциях, насмотря на ношение дозиметров и соответствующие службы, тоже, знаете ли, всем пофиг и сплошной формализм. Увы.
                                  • 0
                                    Потому что реально и на пенсию загреметь раньше срока.
                      • +1
                        Был бы мягким — не пробил бы курицу насквозь.
                        Да и мягкость рентгена не зависит от ускоряющего напряжения. Длина волны зависит от материала анода (характеристическое излучение). К примеру, советские дифрактометры Дрон 3M работают при 30 кВ / 30 мA и являются весьма вредными для здоровья.
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                        • +2
                          Мягкий ренген как раз самый опасный.
                          Если гамма проходит насквозь и почти не поглащяется тушкой, мягкая гамма всю энергию оставляет в первых сантиметрах мяса.
                          • +1
                            Тфу ты блин, «Если гамма проходит насквозь и почти не поглощается тушкой, мягкий рентген всю энергию оставляет в первых сантиметрах мяса. „
                            • 0
                              Оно то да. Только вот мягкий рентген поглощается воздухом. Поэтому до тушки мало что доходит, если только источник вплотную не прикладывать.
                          • +1
                            Как нам в конторе говорят при работе с источником рентгеновского излученя: «Главное, голову под луч не совать и все будет хорошо» :) Собственно, из всей ТБ — не лезть под луч и не светить в стены, за которыми находятся «обитаемые» помещения. Фон в комнате при работающем источнике практически не отличается от обычного. Здесь, по всей видимости, примерно то же самое.
                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                              • +1
                                Про рентгенологов и параметры их оборудования сам не в курсе, но я говорю о слабеньком лабораторном источнике, не предназначенном для медицинских целей.
                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                  • 0
                                    В толщине курицы и человека. :)

                                    Ну и в необходимой точности изображения. ведь для чётких контуров нужен мощный пучок, который контрастную картинку даст.
                                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                    • +3
                                      Полученные картинки внутренностей данной конкретной курицы представляют разве что чисто исследовательский интерес. Реальная КТ дает гораздо более высокое разрешение(сужу чисто визуально и субъективно, глядя на снимки собственного позвоночника:)). Могу предположить, что и излучение там помощнее и датчики, разумеется, другие. Ну и в этом примере курица пережила 1 оборот и 45 снимков в то время как томограф выдает несколько оборотов в секунду, а сколько за это время делается снимков — я сказать затрудняюсь, думаю, там речь идет как минимум о сотнях. И еще момент, в томографе вращается не человек, а источник с датчиками вокруг человека, то есть теоретически «отсвечивать» может во все стороны, поэтому персоналу там лучше не находиться.
                                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                            • +10
                              ну и от чего она умерла?
                              • +32
                                От отсутствия головы, думаю.
                                • +2
                                  Не факт, скорее от заморозки. Они безголовые бегают… Да и не только они…
                                  • +8
                                    Главное, что переломов не обнаружено!
                                  • 0
                                    Скорее всего, от электрошока.
                                  • +4
                                    Настоящий инженер.
                                    • +37
                                      Жду «как с помощью стиральной машины и арундино обогащать уран»…
                                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                      • 0
                                        На самом деле находиться в такой комнате во время включенной трубки нельзя. Рентгеновское излучение в значительной мере рассеивается самим исследуемым объектом — во все стороны. Мощность дозы рассеянного излучения может в десятки и сотни раз превышать природный фон. Точно не измерял — трубку выключали, как только видели, что показания радиометра сильно полезли вверх. Это, конечно, не так «жарко», как если под прямым лучом стоять, но все же. Тут надо экранировать всю зону, где присутствует излучение, хотя бы стальными листами, либо за стеной стоять, пока включена трубка.

                                        Защититься же от прямого луча из такой трубки (50кВ, 1мА) можно только свинцовым листом толщиной 1.5мм.

                                        Любые «горячие» испытания подобных систем должны проводиться с радиометром в руке, который чувствителен к рентгеновскому излучению в заданной области спектра.

                                        А профессия рентгенолога как раз потому и вредна, что область съемки полностью не экранирована. На рентгенолога летят лучи, рассеянные самим пациентом и отраженные от стен и потолка. По этой же причине, когда делают рентген, вам надевают свинцовый жилет. Чтобы не облучались те области тела, которые не подвергаются съемке. И это несмотря на то, что они вроде бы не находятся в области действия прямого луча от трубки.
                                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                          • 0
                                            Есть рентгенография и рентгеноскопия. В первом случае врач за дверью, во втором, если аппарат старый, то за экраном, на который сквозь пациента светит трубка — для получения картинки в реальном времени. Свинцовая защита в этом случае, конечно же, есть, но некоторую дозу врач всё равно получает.
                                          • 0
                                            Ну не только свинцовым листом :) Любым материалом, лишь бы толщина достаточная была. Вон экспериментальные реакторы, например, за водяным щитом работают. А рентгенологи обчыно в другой комнате сидят за пультом или за щитом. По крайней мере в нашем городе так.
                                            • 0
                                              Действительно, любым материалом. Но для свинца требуемая толщина значительно меньше, чем для других материалов. В интернете есть таблицы, опубликованные NIST, по удельному поглощению рентгеновского излучения разными материалами на единицу толщины, в зависимости от энергии квантов.
                                              • +4
                                                Излучение излучению рознь. Реактор фонит нейтронами, а их хорошо тормозят материалы с малым атомным весом (вода, парафин, полиэтилен) за счет упругого рассеяния на ядрах. Тяжелые материалы (свинец, сталь) наоборот вредны, т.к. поглощают нейтроны и сами становятся радиоактивными.

                                                Для рентгена и гаммы коэффициент поглощения растет с ростом атомного веса. То есть 1мм свинца эквивалентен примерно 4мм алюминия.

                                              • 0
                                                А почему на голову ничего не одевают? Фартук мне может и не упёрся никуда (делал снимок руки, соответственно большая его часть находилась на коленках, которые и так под столом были), а вот голова моя мне ещё нужна.
                                              • +1
                                                Надеюсь дети у него уже есть.
                                                • +2
                                                  Сложно сказать есть или нет, но курятиной он затарился основательно походу
                                                • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                  • +17
                                                    Надеюсь вы не мой сосед…
                                                  • +21
                                                    Бену, конечно, респект, но вместе с тем мне, как человеку уже пятнадцать лет работающему с рентгеном, на это больно смотреть. Инженер по технике безопасности нервно курит в углу.

                                                    Конечно, 50kV / 0,8 mA — это не так уж много, но какую-нибудь защитную конструкцию он мог бы сделать — хотя бы стальной шкаф сварить, что ли. Может у него за стенкой, куда он прямым пучком светит, кто-то живёт, а стены картонные. Опять же рентгеновская трубка должна быть заведена на дверные контакты. Случайно открыл дверь при включённом высоком — всё тут же вырубилось. Ну и дозиметр должен быть его лучшим другом при подобных экспериментах. Когда я работаю с рентгеном, на мне висит два накапливающих дозиметра — один цифровой с функцией предупреждения, а второй — аналоговый (там плёнка специальная).

                                                    Кроме того, он мог бы получить заметно лучшее качество.

                                                    Во-первых, раздобыть усилитель рентгеновского изображения (X-Ray Image Intensifier). Сейчас в промышленности и медицине постепенно переходят на плоскопанельные детекторы и старые усилители уже можно купить подержанными на том же ebay, ну вот к примеру навскидку за 400 долларов:

                                                    image

                                                    Во-вторых, изображения ему надо было интегрировать. Ну то есть, остановив манипулятор, сделать не один, а несколько кадров, потом посчитать среднее попиксельно. Это резко уменьшает шумы на изображении и улучшает реконструкцию.

                                                    В третьих, 45 снимков через 8 градусов — это очень мало. Ему надо было делать снимки с шагом в один градус или даже чаще, если механика позволяет.

                                                    Там на видео у Бена промелькнул медицинский томограф. Такие же томографы применяются и в промышленности, ну вот, к примеру для проверки деталей моторов, рычагов подвески и т.п.
                                                    А схема, которую реализовал Бен, когда крутится не трубка, а объект, тоже применяется для небольших деталей. Вот то же самое, что сделал он, только в чуть более цивилизованном исполнении:


                                                    • +3
                                                      Инженер по технике безопасности нервно курит в углу.
                                                      Это из серии «один раз не страшно» — про отличие разовой дозы от ежедневной.

                                                      Подозреваю, что цель была — показать принципиальную осуществимость подручными средствами. Поэтому и снимки через 8 градусов и защиты нет и усреднения нет.

                                                      Кстати, нечётное количество снимков — это тоже оптимизация: нет снимков «противоположных» видов, почти (с учётом не параллельности, а конусообразности луча — именно почти) дублирующих друг друга с точностью до симметрии.
                                                      • +1
                                                        Ионизирующее излучение может вызвать рак независимо от того, насколько малой была поглощенная доза. В этом смысле и один раз страшно. Именно этот микрорентгенчик может стать роковым. А тут человек облучается совершенно без необходимости и, возможно, подвергает облучению других людей — своих домочадцев или тех, кто за стенкой.
                                                        • +1
                                                          Интересно откуда инфа. Насколько мне известно, пока не доказано пагубное влияние малых доз излучения.

                                                          Ионизирующее излучение может вызвать рак независимо от того, насколько малой была поглощенная доза.

                                                          Это вообще очень интересно звучит, если учесть что абсолютно все мы живем постоянно поглощая дозы излучения, кто-то больше, кто-то меньше. В природе нет мест полностью без радиации.
                                                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                    • +11
                                                      В какую сторону у кого вращается курица?
                                                    • 0
                                                      (Простите, не заметил ссылку, убрал.)
                                                      • +7
                                                        Вообще, бездумно повторять схему не советую. Чревато лучевыми ожогами в лучшем случае. Была история же про школьника, который тоже собрал рентген.
                                                        image
                                                        На снимке хорошо видно как радиация пробивает матрицу фотика (точки такие).
                                                        • 0
                                                          Точно так же пробивало космическое излучение аппаратуру на съемках нового супермена, когда камеры везли не морем, а на самолете. Поэтому не рекомендуется возить зеркалки в самолете. Потом ретушировали сидели.
                                                          • 0
                                                            Оно не пробивает матрицу. Матрица во время съемки фиксирует эти частички. На ютьюбе куча видео с примерами. Когда нет излучения, нет и точек.
                                                            Этот эффект используют приложения для смартфонов. Они анализируют количество шума на определенном участке, и отталкиваясь от этого выдают приблизительный уровень радиации. Погрешность конечно очень высока.
                                                            • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                          • 0
                                                            Ключевое слово: рентген сифуна
                                                            (Не пытайтесь повторить дома)
                                                          • +1
                                                            Может я тёмный и забитый, но последние 10 лет считал, что томографы, во всяком случае современные томографы делаются на основе эффекта ядерно магнитного резонанса. По крайней мере это совершенно безопасно для пациента, в отличие от облучения рентгеновским излучением в течении длительного времени!
                                                            • +2
                                                              Это медицинские томографы, они фактически измеряют концентрацию атомов водорода, как раз для органики. А промышленные — на рентгене, у них в исследуемых объектах наличие водорода не предполагается и измеряется не оно.
                                                              • 0
                                                                Именно так, но поскольку речь шла о курице… Твёрдые тела исследовать этим методом почти невозможно. Хотя есть ответвление по точному исследованию состава жидкостей, но это уже не совсем томография.
                                                              • +4
                                                                Насколько я знаю есть два вида томографии: компьютерная (КТ), которая здесь описана и магнитно-резонансная (мрт), о которой вы и говорите.
                                                                • +3
                                                                  Тогда я уже разделил бы на рентгеновскую и магнитно-резонансную. Компьютерной обработки в последнем случае пожалуй куда больше чем в первом. Там объёмное сканирование ведётся возбуждением мощным электромагнитным импульсом вещества в определённой точке пространства с помощью фазированной решётки. Очень сложный процесс однако, недаром эти приборы стоят таких безумных денег! Ну и поддержание очень мощного и однородного поля в большом объёме, тоже та ещё задачка!!!
                                                                  • +2
                                                                    Вы правы, всякая современная томография — компьютерная. Просто на бытовом уровне, когда говорят «КТ», подразумевают именно рентгеновскую.
                                                                  • +1
                                                                    А есть еще ПЭТ — позитронно-эмисионная.

                                                                    Их всех объединяет только то, что они дают объемное изображение.
                                                                • –8
                                                                  у соседей за стеной живет неприятная собака которая вечно лает когда их нет дома. и вот мне тут мысль пришла интересная в голову… как думаете прокатит?
                                                                  • +1
                                                                    Облучить соседскую собаку — самосуд уровня хабра
                                                                    • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                                      • +1
                                                                        Не прокатит. Вы уже заранее сообщили о планируемом преступлении. Так что не стоит

                                                                        Да и потом, в зоне поражения может оказаться не только эта собачка за стенкой, но и ещё кто-нибудь.
                                                                        • –1
                                                                          написал бы про кошку дислайков было бы раз в 10ть больше.
                                                                          лицемерные людишки.
                                                                      • 0
                                                                        А я вот не пойму, зачем это было сделано. Бен повторил томограф (первого поколения), плюс внес в технологию серию принципиальных изменений искажающих итоговый результат. В результате имеем устройство-показометр собраное на коленке с непонятно какой разрешающей способностью и точностью, и плюс ко всему не безопасное для здоровья.

                                                                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                        Самое читаемое