Исследование и разработка методов и средств контроля характеристик магнитно-резонансных и рентгеновских компьютерных томографов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.17, кандидат наук Сергунова Кристина Анатольевна

• Сергунова Кристина Анатольевна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Сергунова Кристина Анатольевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗРАБОТКЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ХАРАКТЕРИСТИК МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫХ И РЕНТГЕНОВСКИХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТОМОГРАФОВ

1.1. Возможности современных магнитно-резонансных и рентгеновских компьютерных томографов

1.2. Система контроля качества томографического оборудования

1.3. Контроль эксплуатационных параметров рентгеновских компьютерных томографов

1.3.1. Количественная компьютерная томография

1.4. Контроль эксплуатационных параметров магнитно-резонансных томографов

1.4.1. Магнитно-резонансная ангиография

1.4.2. Диффузионно-взвешенная магнитно-резонансная томография

1.5. Выводы к главе 1 и определение основных задач исследования...42 ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ ПАРАМЕТРОВ АНГИОГРАФИЧЕСКИХ И ДИФФУЗИОННО-ВЗВЕ ШЕННЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ ПРИ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ И ОЦЕНКИ МИНЕРАЛЬНОЙ ПЛОТНОСТИ КОСТИ ПРИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ

2.1. Конструкция тест-объекта для контроля характеристик потоков жидкостей при магнитно-резонансной ангиографии

2.2. Оценка влияния конструктивных особенностей тест-объекта на искажения оценок измеряемых параметров

2.3. Тест-объект для оценки измеряемого коэффициента диффузии

2.3.1. Математические модели, описывающие диффузию в живых тканях

2.3.2. Разработка физической модели, описывающей три типа процессов диффузии: неограниченный, затрудненный и ограниченный

2.3.3. Экспериментальные результаты оценки стабильности и размера мицелл в обратных эмульсиях на основе каприлила и циклометикона

2.3.4. Экспериментальные результаты сравнения моделируемых значений измеряемого коэффициента диффузии с клинически значимым диапазоном

2.4. Тест-объект для оценки минеральной плотности кости при

количественной компьютерной томографии

2.4.1. Разработка конструкции тест-объекта

2.5. Выводы к главе

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМЫ ОЦЕНКИ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ПАРАМЕТРОВ, РАЗРАБОТАННЫЕ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

3.1. Алгоритм расчета величины ОСШ на основе аппроксимации гистограммы сигнала в области фона центральным хи-распределением

3.2. Алгоритм оценки точности определения скоростей потоков

3.3. Определение точности методов и средств оценки измеряемого коэффициента диффузии

3.3.1. Оценка коэффициентов самодиффузии методом спектроскопии

ядерного магнитного резонанса высокого разрешения

3.3.2. Определение зависимости коэффициента самодиффузии от

температуры

3.4. Оценка эффективности работы функции жироподавления при диффузионно-взвешенной магнитно-резонансной томографии

3.5. Выводы к главе

ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗРАБОТАННЫХ АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

4.1. Апробация разработанного метода и средств оценки измеряемого коэффициента диффузии

4.2. Апробация разработанных аппаратно-программных средств для магнитно-резонансной ангиографии

4.3. Апробация алгоритма расчета поправочного коэффициента для оценки величины отношения сигнал/шум

4.4. Оценка возможностей снижения дозы при количественной компьютерной томографии

4.5. Сравнение рентгеновских методов остеоденситометрии

4.6. Выводы к главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ ПО ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ И АКТЫ ВНЕДРЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование и разработка методов и средств контроля характеристик магнитно-резонансных и рентгеновских компьютерных томографов»

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день магнитно-резонансная и компьютерная томография являются одними из наиболее информативных и востребованных методов лучевой диагностики. За последние годы доступность этих методов значительно выросла в связи с увеличением парка оборудования и расширением перечня показаний для их назначения. Только в рамках реализации программы модернизации за 2010 - 2012 гг. в Департаменте здравоохранения города Москвы (ДЗМ) было установлено порядка 72 магнитно-резонансных томографов (МРТ) и 108 рентгеновских компьютерных томографов (РКТ). На сегодняшний день в Москве функционирует около 170 РКТ и более 100 МРТ. По данным Единого радиологического информационного сервиса и Портала ДЗМ за последние 3 года (2015-2017 гг.) общее количество МР-исследований, проводимых медицинскими специалистами ДЗМ, увеличилось приблизительно в 2 раза, КТ-исследований -в 1,5 раза.

Для обеспечения и поддержания необходимого уровня качества исследований должна проводиться оценка основных эксплуатационных характеристик МРТ и РКТ, позволяющая оперативно информировать обслуживающую организацию об отклонениях указанных параметров от допустимого диапазона, возможных причинах несоответствия и способах их устранения.

В настоящее время в России не существует единой системы стандартизации и контроля качества магнитно-резонансной томографии. Необходимость подобной системы продиктована тем, что МРТ позволяет проводить не только качественную оценку различных органов и систем организма, но также определять функциональные характеристики с помощью количественных показателей, от точности и воспроизводимости которых зависит диагностическая ценность исследования. К последним относятся линейная и объемная скорости ликворотока и кровотока при магнитно-

резонансной ангиографии (МРА), измеряемый коэффициент диффузии (ИКД) при диффузионно-взвешенной магнитно-резонансной томографии (ДВ МРТ).

В компьютерной томографии для оценки механической прочности кости, а, следовательно, определения риска перелома также используют количественный параметр - минеральную плотность костной ткани (МПК). Однако наличие артефакта увеличения жесткости излучения (Beam hardening) и шума, связанного с рассеиванием излучения, а также методик их коррекции может приводить к изменению рентгеновской плотности и, как следствие, искажению МПК.

Таким образом, проведение широкого круга исследований, связанных с определением номенклатуры требующих контроля эксплуатационных параметров и характеристик РКТ и МРТ, стандартизацией методов проведения испытаний, а также разработкой соответствующего аппаратно-программного обеспечения, является актуальной задачей.

Теоретической и методической базой данной диссертационной работы послужили труды ведущих ученых и специалистов - Н.В. Анисимова, Н.Н. Блинова, М.И. Зеликмана, С.А. Кручинина, Н.Н. Потрахова, В.Д. Скирды, S. Aja-Fernández, O.Dietrich, K.E. Keenan и ряда других.

Необходимость создания единой системы эксплуатационного контроля качества работы МРТ и РКТ определила цель работы - исследование, разработку и внедрение в практику методов и аппаратно-программных средств для проведения эксплуатационного технического контроля МРТ и оценки точности измерения МПК на РКТ, позволяющих повысить информативность диагностических процедур и снизить дозовую нагрузку при проведении КТ-денситометрии.

Для достижения поставленной цели были решены следующие теоретические и практические задачи:

- проведен анализ существующих международных методик обеспечения качества работы МРТ и обоснован набор основных характеристик, подлежащих оценке при проведении периодических технических испытаний

МРТ и РКТ;

- разработана математическая модель тест-объекта для контроля характеристик потоков жидкостей и исследовано влияние параметров модели на величину искажения оценок эксплуатационных характеристик МРТ;

- проведена оценка влияния функции распределения шума многоканальных РЧ-катушек на точность оценки величины отношения сигнал/шум и разработан алгоритм расчета поправочного коэффициента;

- разработана физическая модель, позволяющая моделировать весь диапазон клинически значимых ИКД и описывающая три типа процессов диффузии: неограниченный, затрудненный и ограниченный;

- разработаны аппаратно-программные средства контроля параметров качества МР-изображений в режимах спинового и градиентного эхо, ДВ МРТ, МРА;

- разработаны аппаратные средства для оценки точности измерения МПК, проведен сравнительный анализ различных рентгеновских методов определения МПК и оценка возможностей снижения дозовой нагрузки при КТ-денситометрии;

- разработана и внедрена в практическое здравоохранение методика контроля основных характеристик МРТ в условиях эксплуатации;

- проведена апробация разработанных в процессе диссертационной работы методов, аппаратных и программных средств на различных моделях МРТ и РКТ.

Объект исследования - системы магнитно-резонансной и компьютерной томографии.

Предмет исследования - методическое, инструментальное и аппаратно-программное обеспечение для контроля качества количественных параметров при магнитно-резонансной и компьютерной томографии.

Методы исследования, применявшиеся для решения поставленных задач: комплексный анализ методик обеспечения качества работы МРТ и РКТ, создание физических и математических моделей для описания процессов

формирования и реконструкции изображений при МРА, ДВ МРТ и ККТ, изучение влияния физико-химических параметров мицеллярного раствора на интенсивность МР-сигнала, проведение экспериментов на серийно-выпускаемом оборудовании. Для проведения теоретических исследований применялись современные методы математического анализа, теории вероятностей и математической статистики, численные методы обработки и анализа изображений. Экспериментальные исследования и апробация разработанных аппаратно-программных средств проводились на базе медицинских организаций (МО) Департамента здравоохранения города Москвы (ДЗМ), ФКУЗ «ГКГ МВД России», ФГБУ «ЦИТО им. Н.Н. Приорова» Минздрава России, ФГБУ «Клиническая больница» УДП РФ, Госпитальный центр АО «Семейный доктор».

Полученные в ходе проведения исследований данные согласуются с теоретическими и экспертными, что подтверждает достоверность результатов работы.

В процессе работы были получены новые научные результаты:

- математическая модель элементов тест-объекта (фантома) для контроля характеристик потоков жидкостей при проведении МРА, на основании которой с использованием аналитических и численных методов проведены исследования влияния параметров импульсной последовательности на величину искажения оцениваемых характеристик;

- методы и аппаратно-программные средства контроля основных эксплуатационных характеристик МРТ и оценки МПК на РКТ;

- алгоритм расчета поправочного коэффициента для оценки величины отношения сигнал/шум на основе анализа гистограммы шумовой составляющей;

- физическая модель, описывающая три типа процессов диффузии: неограниченный, затрудненный и ограниченный - и позволяющая моделировать весь диапазон клинически значимых ИКД;

- алгоритм оценки погрешности определения измеряемого

коэффициента диффузии;

- данные сравнительного анализа различных рентгеновских методов определения МПК с использованием разработанного фантома;

- данные анализа точности измерения МПК при уменьшении дозовой нагрузки, на основании которых сформулированы рекомендации по выбору параметров протоколов исследований.

Практическая значимость работы подтверждается тем, что результаты выполненных исследований и найденных технических решений легли в основу создания аппаратно-программных средств контроля и методических рекомендаций, успешно применяемых инженерами ГБУЗ «НПЦ МР ДЗМ» при проведении технических испытаний МРТ и РКТ в МО ДЗМ. Также полученные в процессе работы научные результаты легли в основу ряда НИР, проводимых в ГБУЗ «НПЦ МР ДЗМ».

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований на защиту выносятся следующие научные положения:

- разработанные методы и аппаратно-программные средства для оценки измеряемого коэффициента диффузии (ИКД) с помощью поправочного коэффициента кв позволяет уменьшить относительную погрешность ИКД до 2,5 раз;

- введение поправочного коэффициента, рассчитанного на основе анализа гистограммы шумовой составляющей и учитывающего число приемных радиочастотных каналов, их взаимную корреляцию, а также закон центрального ^-распределения, позволяет повысить точность оценки величины отношения сигнал/шум до 7% в зависимости от числа РЧ-каналов по сравнению с методом, учитывающим рэлеевский закон распределения;

- разработанный алгоритм оценки скорости самодиффузии водных растворов на основе поливинилпирролидона (ПВП) методом ядерного магнитного резонанса, учитывающий инструментальную погрешность, а также погрешности аппроксимации и влияющей величины - температуры, позволяет провести измерения с погрешностью не более 4 %;

- разработанная физическая модель, описывающая три типа процессов диффузии: неограниченный, затрудненный и ограниченный, позволяет моделировать весь диапазон клинически значимых ИКД от 0,06 10-9 м2/с до 2,25-10-9 м2/с при 23°С;

- достоверность постановки диагноза не менее, чем у 75% больных остеопенией при снижение дозовой нагрузки в 3-4 раза, обеспечиваются путем 2-кратного увеличения выборки измеренных значений минеральной плотности костной ткани.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс Научно-образовательного медико-технологического центра МГТУ им. Н.Э. Баумана в рамках прохождения медико-технической и производственной практики, освоения программ курса лекций «Лучевая диагностика» факультета «Биомедицинская техника», а также в учебно-консультативном отделе ГБУЗ «НПЦМР ДЗМ» на циклах дополнительных программ повышения квалификации врачей по специальности «рентгенология».

Апробация работы проводилась на международных, всероссийских и региональных конференциях, съездах и научных форумах, среди которых II -V Всероссийские научно-практические конференции производителей рентгеновской техники (Санкт-Петербург, 2015-2018), Конгрессы российского общества рентгенологов и радиологов (Москва, 2015-2018), Международный форум «Quality and Safety in Healthcare» (Амстердам, 2018), Европейский конгресс радиологии (Вена, 2018), V Международная конференция по коллоидной химии и физико-химической механике (Санкт-Петербург, 2018), 31 -ый и 30-ый Международные конгрессы «Computer Assisted Radiology and Surgery» (Гейдельберг, 2017 и Барселона, 2016 ), VII Евразийский радиологический форум (Астана, 2017), Международный конгресс «Невский радиологический форум» (Санкт-Петербург, 2014), и другие.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 печатных работ (из них 5 в рецензируемых научных изданиях), получен 1 патент на изобретение,

1 патент на полезную модель, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ, поданы 2 заявки на получение патента на полезную модель, опубликованы 4 методические рекомендации, утвержденные Руководителем Департамента здравоохранения г. Москвы.

Результаты работы представлены на Всероссийском конкурсе научно-исследовательских работ в области инженерных и гуманитарных наук, посвященном 165-летию со дня рождения В.Г. Шухова, и удостоены диплома I степени в номинации «Техническая физика».

Структура диссертация. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (128 наименований), 4 приложений и изложена на 156 страницах машинописного текста, содержит 56 рисунков и 14 таблиц.

ГЛАВА 1. ПРЕДПОСЫЛКИ К РАЗРАБОТКЕ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ХАРАТЕРИСТИК МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНЫХ И РЕНТГЕНОВСКИХ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТОМОГРАФОВ

1.1. Возможности современных магнитно-резонансных и рентгеновских компьютерных томографов

Современную лучевую диагностику невозможно представить в отрыве от динамически развивающихся томографических методов исследования. Наиболее востребованными в настоящее время являются магнитно-резонансная томография и рентгеновская компьютерная томография. Благодаря усилиям разработчиков МРТ и РКТ, направленным на усовершенствование технических решений и программного обеспечения, удается непрерывно повышать эффективность применяемых методов исследования.

Сегодня для получения изображения в компьютерной томографии используют несколько рядов детекторов, количество которых варьируется в достаточно широких пределах от 16 до 640. Увеличение количества срезов дает возможность расширить спектр решаемых клинических задач. Например, 320-срезовые мультиспиральные (МС) РКТ позволяют покрыть область исследования длиной 16 см всего за один оборот рентгеновской трубки [1], что соответствует получению изображения всего сердце в течение одной фазы. Данная возможность является особенно эффективной при сканировании пациентов, страдающих аритмиями. МС РКТ с двумя трубками позволяют улучшить временное разрешение. Двухэнергетическая компьютерная томография сегодня позволяет получать дополнительную функциональную информацию благодаря повышению контраста пораженного участка на фоне нормальной ткани и уменьшению артефактов [2]. Техническая реализация данного метода у производителей существенно различается (рисунок 1.1). В составе PKT «Somatom Definition Flash» (Siemens) используются две

рентгеновские трубки и два ряда детекторов для одновременного сбора данных ослабления рентгеновских лучей, полученных при двух энергиях. Другие производители реализуют системы, основанные на работе одной рентгеновской трубки. В PKT «Discovery 750HD» (GE Healthcare) изображение получается при быстром переключении между низкими и высокими энергиями и использовании одного слоя детекторов с быстрой передачей данных. Система детекторов PKT «IQon spectral» (Philips) представлена двумя слоями, позволяющими регистрировать жесткое и мягкое излучение одновременно.

140/80 кВ 120-140 кВ

80-100

а б в

Рисунок 1.1. Схема расположения детекторов для двухэнергетических МСКТ: a - «Somatom Definition Flash» (Siemens) c двумя рентгеновскими трубками, б - «Discovery 750HD» (GE Healthcare), в - «IQon spectral» (Philips).

Благодаря применению современного программного обеспечения удается снизить шум, связанный с наличие металлоконструкций. Для уменьшения дозовой нагрузки на пациента в современных PKT применяются следующие методы [1]:

- синхронизированное с ЭКГ последовательное и спиральное сканирование;

- методы автоматического контроля экспозиции путем выбора фиксированных значений силы тока в зависимости от возраста и массы тела пациента или модуляции силы тока в зависимости от степени ослабления

излучения, фазы дыхания или сердечного цикла;

- итеративная реконструкция.

Перспективным направление компьютерной томографии является оценка такого количественного показателя, как минеральная плотность костной ткани (МПК) [3]. Данный метод, называемый количественной компьютерной томографией (ККТ), или КТ-денситометрией, не только может быть использован в качестве альтернативного метода двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии ^ХА), но также имеет ряд преимуществ:

- возможность проведения оппортунистическиого скрининга, т.е. выполнения ретроспективной оценки МПК на основе результатов КТ-исследований, выполненных с другими целями, что позволяет избежать дополнительного облучения пациента [3];

- возможность измерения объемной минеральной плотности трабекулярной кости, являющейся более чувствительной к особенностям метаболизма костной ткани, менее зависимой от наличия дегенеративных изменений, индекса массы тела и др.;

- более точное определение костной плотности в динамике после оперативного бариатрического лечения пациентов с повышенным индексом массы тела [4];

- большая чувствительность к выделению пациентов с остеопорозом из когорты обследованных лиц без переломов [5];

- выраженная зависимость МПК губчатого вещества тел позвонков от возраста [5];

- лучшая выявляемость пациентов с низкотравматическими переломами позвоночника [6];

- большая чувствительность к диагностике остеопороза у женщин в постменопаузе, длительно принимающих глюкокортикоиды [7];

- линейная зависимость измеряемых значений МПК от заданных значений [3,8].

В магнитно-резонансной томографии технический прогресс связан прежде

всего с сокращением времени сканирования [9], повышением чувствительности и информативности исследования [10]. Уменьшение времени, затрачиваемого на получение изображения, достигается путем использования различных методик параллельной визуализации: SENSE, GRAPPA и SPIRiT [11], а также увеличением индукции магнитного поля и скорости нарастания градиента [12]. В современных МРТ для клинических исследований максимальная амплитуда и скорость нарастания градиента составляют 45 мТл/м и 200 Тл/м/с при индукции магнитного 1,5 Тл, 80 мТл/м и 200 Тл/м/с (определяется порогом возникновения нервной стимуляции согласно ГОСТ Р МЭК 60601-2-33-2013) - при 3,0 Тл соответственно.

Сегодня магнитно-резонансная томография позволяет не только получить качественную оценку патологического состояния различных органов и систем организма, но также определить функциональные характеристики и метаболизм живой ткани с помощью количественных показателей [13]. Например, по данным ДВ МРТ, находящей широкое применение в выявлении и оценке распространенности неопластических образований, может быть рассчитан измеряемый коэффициент диффузии (ИКД), характеризующий клеточную плотность и обменные процессы [14,15]. Перфузионные МР-исследования на основе внутривенного введения болюса контрастного препарата позволяют оценить такие гемодинамические тканевые характеристики, как: мозговой кровоток (CBF), объём мозгового кровотока (CBV), среднее время транзита крови (МТТ). Измерение линейной и объемной скоростей ликворотока и кровотока становится доступным при использовании фазоконтрастной магнитно-резонансной томографии [16], а изменение кровотока, обусловленного насыщением крови кислородом (гемодинамический ответ), - при помощи BOLD-методики МРТ. Кроме того, современные МРТ предусматривают использование высокотехнологичной методики спектроскопии с измерением параметров резонансных пиков (смещение, амплитуда, ширина), позволяющих определить концентрацию метаболитов в веществе или измерить рН ткани. Другими технологиями

количественной оценки являются МР эластография, измеряющая упругость исследуемых тканей, а также методика «Спин-лок» (Spin-Locked MRI), измеряющая спин-решетчатую релаксацию во вращающемся магнитном поле, что дает возможность количественно оценить низкочастотные процессы, обусловленные обменом в процессе релаксации протонами между свободными молекулами воды и макромолекулами.

Таким образом, МРТ и РКТ сегодня не только современные средства медицинской визуализации, но также и устройства, позволяющие провести количественные измерения, от точности и воспроизводимости которых зависит качество диагностической информации. Для этого требуется проведение надлежащего контроля качества, включающего оценку основных параметров и характеристик МРТ и РКТ и обеспечения необходимых мер безопасности, с момента появления серийного образца и на всех уровнях эксплуатации.

1.2. Система контроля качества томографического оборудования

Контроль технического состояния томографического оборудования, как и любого медицинского изделия, осуществляется на протяжении всего жизненного цикла и включает в себя следующие основные этапы (Приложение А):

- приемочные испытания на этапе разработки [17];

- приемосдаточные испытания на этапе производства [17];

- испытания в целях государственной регистрации [17];

- эксплуатационные технические испытания [18].

На этапе разработки или усовершенствования томографического оборудования проводятся технические испытания опытного образца с целью определения степени соответствия выбранных технических решений утвержденному медико-техническому заданию (МТЗ). При необходимости образец отправляется на доработку. Следующим этапом являются

технические испытания установочной серии, когда допускается внесение корректировок в техническую документацию (ТД) и постановка на производство считается завершенной.

После организации производственного процесса каждую изготовленную единицу подвергают приемосдаточным испытаниям, где принимается решение о ее пригодности к поставке и использованию. Для возможности эксплуатации томографического оборудования на территории Российской Федерации обязательным является прохождение процедуры государственной регистрации, в целях которой также проводятся испытания для оценки соответствия параметров и характеристик нормативной и технической документации.

Несмотря на многоступенчатую систему контроля технических параметров томографических систем на этапе производства важную роль в поддержании функционального состояния и обеспечении качественной работы оборудования играют технические испытания в условиях эксплуатации, которые принято делить на три типа [18]:

- приемочные (установочные) испытания, которые проводятся при вводе в эксплуатацию нового РКТ или МРТ, а также после ремонта или замены одного из функциональных блоков;

- периодические испытания, проводимые не реже 1 раза в 2 года, после ремонта или замены составных элементов оборудования, а также при выявлении значительных изменений характеристик, контролируемых в рамках испытаний на постоянство параметров;

- испытания на постоянство параметров.

Первые два типа испытаний выполняются при участии специалистов аккредитованной организации (испытательной лаборатории). При условии получения положительных результатов оценок сотрудниками медицинской организации проводятся первичные испытания на постоянство параметров, позволяющие определить базовые значения. В дальнейшем испытания на постоянство параметров проводятся с целью выявления значительных

отклонений контролируемых параметров от базовых величин.

Данная система контроля технического состояния оборудования в условиях эксплуатации получила название программы контроля качества (quality assurance) [19,20]. Известно, что эффективная программа контроля качества не позволяет устранить все проблемы, но она должна быть построена таким образом, чтобы дать возможность выявить несоответствия, прежде чем они смогут серьезно повлиять на клинические результаты исследований [20].

Таким образом, с учетом непрерывного развития технологий, применяемых в РКТ и МРТ, требуется проведение периодического анализа существующих систем контроля качества, пересмотра номенклатуры контролируемых параметров, а также усовершенствование методов и средств их оценки.

1.3. Контроль эксплуатационных параметров рентгеновских компьютерных томографов

Эксплуатация РКТ, как и любого рентгенодиагностического аппарата, в медицинской организации (МО) осуществляется на основании санитарно-эпидемиологического заключения (СЭЗ). Перечень эксплуатационных параметров и характеристик, контролируемых в целях получения или продления СЭЗ, а также в рамках проведения периодического технического контроля представлен в СанПиН 2.6.1.1192-03 [21]. Согласно данному документу испытания проводятся аккредитованной на данный вид деятельности организацией с периодичностью не реже, чем один раз в два года. В документе приведены электрические и радиационные характеристики, но отсутствуют параметры качества формирования изображений РКТ.

Процедура проведения эксплуатационных технических испытаний РКТ в России также регламентируется рядом специализированных нормативных документов, к которым относятся стандарты ГОСТ Р МЭК 61223-3-5-2008 [22] и ГОСТ Р МЭК 61223-2-6-2001 [19]. Первый описывает процедуру оценки и

контроля характеристик КТ при приемочных испытаниях и определяет следующий перечень контролируемых параметров:

- точность позиционирования стола пациента;

- толщина выделяемого среза;

- показатель дозы КТ (CTDI);

- высококонтрастное пространственное разрешение, или функция передачи модуляции;

- шум, однородность и средние числа КТ-единиц.

В представленных нормативных документах отсутствует упоминание о необходимости оценки точности измерений, проводимых при КТ-денситометрии. Однако, как было отмечено ранее, данная методика находит все большее распространение ввиду наличия ряда преимуществ по сравнению с DXA, а также увеличением парка РКТ. Кроме того, КТ-денситометрия подразумевает возможность проведения оппортунистического скрининга, в том числе, по данным низкодозовой компьютерной томографии. Отличительной особенностью данных исследований является снижение величины отношения сигнал/шум, которая также может влиять на точность измерения МПК.

Это требует более детального рассмотрения методики выполнения КТ-денситометрии с целью последующей разработки методов и средств контроля МПК при эксплуатационных испытаниях.

1.3.1. Количественная компьютерная томография

Одним из методов остеоденситометрии является количественная компьютерная томография, или КТ-денситометрия ^СТ) [23]. Данный метод количественного измерения МПК был представлен в 1970-х гг. практически одновременно с развитием технологии рентгеновской компьютерной томографии [24]. Экспериментально была выявлена линейная зависимость коэффициента поглощения от минерального содержания кости [25,26].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Сергунова Кристина Анатольевна, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ulzheimer S., Flohr T. Multislice CT: Current Technology and Future Developments // Multislice CT. Medical Radiology / ed. Reiser M. et al. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. P. 323.

2. Grajo J.R. et al. Dual energy CT in practice: Basic principles and applications // Appl. Radiol. 2016. Vol. 45, № 7. P. 6-12.

3. Петряйкин А.В. и др. Рентгеновская денситометрия, вопросы стандартизации (обзор литературы и экспериментальные данные) // Радиология-практика. 2018. Т. 67, № 1. С. 50-62.

4. Yu E.W. et al. Bone loss after bariatric surgery: discordant results between DXA and QCT bone density // J. Bone Miner. Res. 2014. Vol. 29, № 3. P. 542-550.

5. Bergot C. et al. A comparison of spinal quantitative computed tomography with dual energy X-ray absorptiometry in European women with vertebral and nonvertebral fractures // Calcif. Tissue Int. 2001. Vol. 68, № 2. P. 74-82.

6. Link T.M. Osteoporosis Imaging: State of the art and advanced imaging // Radiology. 2012. Vol. 263, № 1. P. 3-17.

7. Brown J.K. et al. Asynchronously calibrated quantitative bone densitometry // J. Clin. Densitom. Elsevier Inc., 2017. Vol. 20, № 2. P. 216-225.

8. Сергунова К.А. и др. Стандартизация количественных данных рентгеновских методов остеоденситометрии // Сборник тезисов IV Всероссийской научно-практической конференции производителей рентгеновской техники. Санкт-Петербург, 24

ноября 2017 г., 2017. С. 58-62.

9. Hollingsworth K.G. Reducing acquisition time in clinical MRI by data undersampling and compressed sensing reconstruction // Phys. Med. Biol. 2015. Vol. 60, № 21. P. R297-R322.

10. Nechifor-Boila I.A. et al. Clinical efficiency of diffusion weighted imaging with background body signal suppression in magnetic resonance mammography — Choosing a qualitative or a quantitative approach // Acta Medica Marisiensis. 2012. Vol. 58, № 2. P. 110-115.

11. Hamilton J., Franson D., Seiberlich N. Recent advances in parallel imaging for MRI // Prog. Nucl. Magn. Reson. Spectrosc. 2017. Vol. 101. P. 71-95.

12. Moser E. et al. Ultra-high field NMR and MRI—the role of magnet technology to increase sensitivity and specificity // Front. Phys. Frontiers, 2017. Vol. 5. P. 33.

13. Deng J., Wang Y. Quantitative magnetic resonance imaging biomarkers in oncological clinical trials: Current techniques and standardization challenges // Chronic Dis. Transl. Med. 2017. Vol. 3, № 1. P. 8-20.

14. Bickel H. et al. Quantitative apparent diffusion coefficient as a noninvasive imaging biomarker for the differentiation of invasive breast cancer and ductal carcinoma in situ // Invest. Radiol. 2015. Vol. 50, № 2. P. 95-100.

15. Gawande R.S. et al. Role of diffusion-weighted imaging in differentiating benign and malignant pediatric abdominal tumors // Pediatr. Radiol. 2013. Vol. 43, № 7. P. 836-845.

16. Paul J.S., Raveendran S.G. Understanding phase contrast MR

angiography: a practical approach with MATLAB examples. Springer International Publishing, 2016. 92 p.

17. ГОСТ Р 15.013-2016 Система разработки и постановки продукции на производство (СРПП). Медицинские изделия - ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет // М.: ФГУП 'Стандартинформ'. 2016. с. 15.

18. ГОСТ Р 56606-2015 Контроль технического состояния и функционирования медицинских изделий. Основные положения -ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет // М.: ФГУП 'Стандартинформ'. 2016. с. 14.

19. ГОСТ Р МЭК 61223-2-6-2001 Оценка и контроль эксплуатационных параметров рентгеновской аппаратуры в отделениях (кабинетах) рентгенодиагностики. Часть 2-6. Испытания на постоянство параметров. Аппараты для рентгеновской компьютерной томографии, ГОСТ Р от 28 декабря 2001 года №МЭК 61223-2-6-2001 // М.: ИПК Издательство стандартов. 2002. 20 с.

20. Price R. et al. 2015 American college of radiology MRI quality control manual. 2015. 120 p.

21. Гигиенические требования к устройству и эксплуатации рентгеновских кабинетов, аппаратов и проведению рентгенологических исследований.: СанПиН 2.6.1.1192-03. 2003.

22. ГОСТ Р МЭК 61223-3-5-2008 Оценка и контроль эксплуатационных параметров в отделениях лучевой диагностики. Часть 3-5. Приемочные испытания. Оценка эксплуатационных характеристик рентгеновской аппаратуры для компьютерной томографии - ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет // М.:

Стандартинформ. 2009. 28 с.

23. Клинические рекомендации. Остеопороз. 2016. P. 104.

24. Adams J.E. Quantitative computed tomography // Eur. J. Radiol. 2009. Vol. 71, № 3. P. 415-424.

25. POSNER I., GRIFFITHS H.J. Comparison of CT scanning with photon absorptiometric measurement of bone mineral content in the appendicular skeleton // Invest. Radiol. 1977. Vol. 12, № 6. P. 542-544.

26. Bradley J.G., Huang H.K., Ledley R.S. Evaluation of Calcium concentration in bones from CT scans // Radiology. 1978. Vol. 128, № 1. P.103-107.

27. Weissberger M.A. et al. Computed tomography scanning for the measurement of bone mineral in the human spine // J. Comput. Assist. Tomogr. 1978. Vol. 2, № 3. P. 253-262.

28. Cann C.E., Genant H.K. Precise measurement of vertebral mineral content using computed tomography // J. Comput. Assist. Tomogr. 1980. Vol. 4, № 4. P. 493-500.

29. Громов А.И. и др. Проблема точности денситометрических показателей в современной многослойной компьютерной томографии // Медицинская визуализация. 2017. Т. 0, № 6. С. 133-142.

30. Engelke K. et al. Clinical use of quantitative computed tomography-based advanced techniques in the management of osteoporosis in adults: The 2015 ISCD Official Positions-Part III // J. Clin. Densitom. Elsevier Ltd, 2015. Vol. 18, № 3. P. 393-407.

31. Wait J.M.S. et al. Performance evaluation of material decomposition with rapid-kilovoltage-switching dual-energy CT and

implications for assessing bone mineral density // AJR. Am. J. Roentgenol. 2015. Vol. 204, № 6. P. 1234-1241.

32. Yu L., Liu X., McCollough C.H. Pre-reconstruction three-material decomposition in dual-energy CT / ed. Samei E., Hsieh J. International Society for Optics and Photonics, 2009. Vol. 7258. P. 72583V.

33. Saito M. Potential of dual-energy subtraction for converting CT numbers to electron density based on a single linear relationship // Med. Phys. 2012. Vol. 39, № 4. P. 2021-2030.

34. СанПиН 2.1.3.2630-10 Санитарно-эпидемиологические требования к организациям, осуществляющим медицинскую деятельность" (с изменениями на 10 июня 2016 года) - ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет. 2010.

35. Санитарно-гигиенические требования к магнитно-резонансным томографам и организации работы, Письмо Управления Роспотребнадзора по городу Москве от 01 августа 2007 года №9-05/122-486. 2007.

36. ГОСТ Р МЭК 60601-2-33-2013 Изделия медицинские электрические. Часть 2-33. Частные требования безопасности с учетом основных функциональных характеристик к медицинскому диагностическому оборудованию, работающему на основе магнитного резонанса - ИС «Техэксперт: 6 поколение» Интранет // М.: ФГУП 'Стандартинформ'. 2016. 86 с.

37. Блинов Н.Н., Снопова К.А. Проблемы паспортизации и контроль качества кабинетов магнитно-резонансной томографии. 2014. Vol. 3, № 285. P. 34-37.

38. Lerski R.A. et al. Multi-center trial with protocols and prototype test objects for the assessment of MRI equipment. EEC Concerted Research Project. // Magn. Reson. Imaging. Vol. 6, № 2. P. 201-214.

39. IEC 62464-1:2018 Magnetic resonance equipment for medical imaging - Part 1: Determination of essential image quality parameters. 2018. 178 p.

40. IEC 62464-2:2010 Magnetic resonance equipment for medical imaging - Part 2: Classification criteria for pulse sequences. 2010. 26 p.

41. NEMA Standards Publication MS 1-2008 Determination of Signal-to-Noise Ratio (SNR) in Diagnostic Magnetic Resonance Imaging. 2008. 21 p.

42. NEMA Standards Publication MS 2-2008 Determination of Two-Dimensional Geometric Distortion in Diagnostic Magnetic Resonance Imaging. 2008. 14 p.

43. NEMA Standards Publication MS 3-2008 Determination of Image Uniformity in Diagnostic Magnetic Resonance Imaging. 2008. 17 p.

44. NEMA Standards Publication MS 5-2003 Determination of Slice Thickness in Diagnostic Magnetic Resonance Imaging. 2003. 18 p.

45. Parallel Imaging in MRI: Technology, Applications, and Quality Control The Report of AAPM Task Group 118. 2015.

46. AAPM REPORT NO. 100 Acceptance Testing and Quality Assurance Procedures for Magnetic Resonance Imaging Facilities. 2010. 38 p.

47. ACR-AAPM Technical standard for diagnostic medical

physics performance monitoring of magnetic resonance imaging (MRI) equipment. 2014. 6 p.

48. Paper S. et al. Do we need MRI quality assurance : experience from a multi- unit imaging center with 14 MRI systems. 2015. P. 1-8.

49. Анисимов Н.В., Батова С.С., Пирогов Ю.А. Магнитно-резонансная томография: управление контрастом и междисциплинарные приложения / ред. Ю.А.Пирогова. М: МАКС Пресс, 2013. 244 с.

50. Dikaios N. et al. Noise estimation from averaged diffusion weighted images: Can unbiased quantitative decay parameters assist cancer evaluation? // Magn. Reson. Med. 2014. Vol. 71, № 6. P. 21052117.

51. Magnetic resonance equipment for medical imaging part 1: determination of essential image quality parameters: BS EN 624641:2007. London, UK: British Standards Institution, 2007.

52. NEMA MS 6-2008 (R2014) Determination of Signal-to-Noise Ratio and Image Uniformity for Single-Channel, Non-Volume Coils in Diagnostic Magnetic Resonance Imaging (MRI). 2008.

53. Mark H., Workman J. Statistics in spectroscopy. Elsevier/Academic Press, 2003. 328 p.

54. Axel L. et al. Quality assurance methods and phantoms for magnetic resonance imaging: Report of AAPM nuclear magnetic resonance Task Group No. 1 a // Repr. from Med. Phys. 1990. Vol. 17, № 21. P. 271-7344.

55. McCann A.J., Workman A., McGrath C. A quick and robust method for measurement of signal-to-noise ratio in MRI // Phys. Med.

Biol. 2013. Vol. 58, № 11. P. 3775-3790.

56. Dietrich O. et al. Measurement of signal-to-noise ratios in MR images: Influence of multichannel coils, parallel imaging, and reconstruction filters // J. Magn. Reson. Imaging. 2007. Vol. 26, № 2. P. 375-385.

57. Dietrich O. et al. Influence of multichannel combination, parallel imaging and other reconstruction techniques on MRI noise characteristics // Magn. Reson. Imaging. 2008. Vol. 26, № 6. P. 754-762.

58. Морозов С.П. и др. Использование контрастного усиления при компьютерной томографии и магнитно-резонансной томографии в амбулаторно-поликлинической практике: текущее состояние и перспективы // Радиология-практика. 2018. Т. 68, № 2. С. 43-55.

59. Шрайбман Л.А. и др. Возможности фазово-контрастной магнитно-резонансной ангиографии в исследовании сосудистой системы. Часть 1. исследование церебральных артерий. 2014. С. 511.

60. Muhs B.E. et al. Theory, technique, and practice of magnetic resonance angiography // Vascular. 2007. Vol. 15, № 6. P. 376-383.

61. Mathew R.C., Kramer C.M. Recent advances in magnetic resonance imaging for peripheral artery disease // Vasc. Med. 2018. Vol. 23, № 2. P. 143-152.

62. Vessie E.L. et al. A practical guide to magnetic resonance vascular imaging: techniques and applications // Ann. Vasc. Surg. 2014. Vol. 28, № 4. P. 1052-1061.

63. Морозов А.К., Махсон А.Н., Карпов И.Н. Магнитно-

резонансная томография всего тела (DWIBS). Возможности и перспективы применения в костной патологии. // Вестник травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова. 2015. № 2. С. 1924.

64. Kivrak A.S. et al. Comparison of apparent diffusion coefficient values among different MRI platforms: a multicenter phantom study // Diagnostic Interv. Radiol. 2013. Vol. 19, № 6. P. 433-437.

65. Сергунова К.А. и др. Разработка аппаратно - программных средств контроля параметров качества диффузионно - взвешенных изображений для повышения эффективности диагностики опухолевых образований // Биотехносфера. 2016. Т. 5, № 47. С. 9-13.

66. Hope T.R. et al. Demonstration of non-gaussian restricted diffusion in tumor cells using diffusion time-dependent diffusion-weighted magnetic resonance imaging contrast // Front. Oncol. 2016. Vol. 6. P. 1-10.

67. Cloutier G. et al. A multimodality vascular imaging phantom with fiducial markers visible in DSA, CTA, MRA, and ultrasound // Med. Phys. 2004. Vol. 31, № 6. P. 1424-1433.

68. Koktzoglou I. et al. Arterial spin labeled carotid MR angiography: A phantom study examining the impact of technical and hemodynamic factors // Magn. Reson. Med. 2016. Vol. 75, № 1. P. 295301.

69. Summers P.E. et al. Multisite trial of MR flow measurement: Phantom and protocol design // J. Magn. Reson. Imaging. 2005. Vol. 21, № 5. P. 620-631.

70. Aspasia K. et al. In vitro blood flow analysis using magnetic

resonance angiography // Phys. Medica. Elsevier, 2016. Vol. 32. P. 305.

71. Wong P., Graves M.J., Lomas D.J. Integrated physiological flow simulator and pulse sequence monitoring system for MRI // Med. Biol. Eng. Comput. 2008. Vol. 46, № 4. P. 399-406.

72. Durand E.P. et al. Precision of magnetic resonance velocity and acceleration measurements: Theoretical issues and phantom experiments // J. Magn. Reson. Imaging. 2001. Vol. 13, №2 3. P. 445-451.

73. Nilsson A. et al. Accuracy of four-dimensional phase-contrast velocity mapping for blood flow visualizations: a phantom study // Acta radiol. SAGE PublicationsSage UK: London, England, 2013. Vol. 54, № 6. P. 663-671.

74. Schnell S. et al. Accelerated dual- venc 4D flow MRI for neurovascular applications // J. Magn. Reson. Imaging. 2017. Vol. 46, № 1. P. 102-114.

75. Дисковый фантом для контроля измерения скоростей при фазо-контрастной магнитно-резонансной томографии и способ контроля измерения линейной и объемной скорости движения фантома : пат. 2579824 Рос. Федерация. № 2014144054/28 ; заявл. 31.10.2014 ; опубл. 31.10.2014, Бюл. № 10.

76. Cercueil J.-P. et al. Intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging in the liver: comparison of mono-, bi- and tri-exponential modelling at 3.0-T // Eur. Radiol. 2015. Vol. 25, № 6. P. 1541-1550.

77. Chandarana H. et al. Comparison of biexponential and monoexponential model of diffusion weighted imaging in evaluation of renal lesions // Invest. Radiol. 2010. Vol. 46, № 5. P. 285-291.

78. Roth Y. et al. Quantification of water compartmentation in cell suspensions by diffusion-weighted and T2-weighted MRI // Magn. Reson. Imaging. 2008. Vol. 26, № 1. P. 88-102.

79. Price W.S. et al. A model for diffusive transport through a spherical interface probed by pulsed-field gradient NMR // Biophys. J. 1998. Vol. 74, № 5. P. 2259-2271.

80. Тоноян А.С. и др. Диффузионно-куртозисная МРТ в диагностике злокачественности глиом головного мозга // Медицинская визуализация. 2015. № 1. С. 7-18.

81. Rosenkrantz A.B. et al. Body diffusion kurtosis imaging: basic principles, applications, and considerations for clinical practice // J. Magn. Reson. Imaging. 2015. Vol. 42, № 5. P. 1190-1202.

82. Le Bihan D. What can we see with IVIM MRI? // Neuroimage.

2018.

83. White N.S. et al. Diffusion-weighted imaging in cancer: physical foundations and applications of restriction spectrum imaging. // Cancer Res. NIH Public Access, 2014. Vol. 74, № 17. P. 4638-4652.

84. Horkay F., Pierpaoli C., Basser P.J. Phantom for diffusion MRI imaging: pat. US20120068699A1 USA. 2012.

85. Ihalainen T. et al. A body-sized phantom for evaluation of diffusion-weighted MRI data using conventional, readout-segmented, and zoomed echo-planar sequences // Acta radiol. 2016. Vol. 57, № 8. P. 947954.

86. Wang X., Reeder S.B., Hernando D. Phantom for quantitative diffusion magnetic resonance imaging: pat. US20160363644A1 USA. 2015.

87. Boss M.A. et al. QIBA perfusion, diffusion and flow MRI technical committee: Activities in diffusion MRI. 2014 Available at: https://qibawiki.rsna.org/images/b/bc/QIBA_PDF_DWI_Poster_2014_v 1_0.pdf (accessed 06.12.2018).

88. Keenan K.E. et al. Design of a breast phantom for quantitative MRI // J. Magn. Reson. Imaging. 2016. Vol. 44, № 3. P. 610-619.

89. Keenan K.E. et al. Variability and bias assessment in breast ADC measurement across multiple systems // J. Magn. Reson. Imaging. 2016. Vol. 44, № 4. P. 846-855.

90. Matsuya R. et al. A new phantom using polyethylene glycol as an apparent diffusion coefficient standard for MR imaging. // Int. J. Oncol. 2009. Vol. 35, № 4. P. 893-900.

91. Choi M.H. et al. Rheology of decamethylceclopentasiloxane (cyclomethicone) W/O emulsion system // Macromol. Res. SpringerVerlag, 2009. Vol. 17, № 12. P. 943-949.

92. Bongers A., Hau E., Shen H. Short Diffusion Time Diffusion-Weighted Imaging With Oscillating Gradient Preparation as an Early Magnetic Resonance Imaging Biomarker for Radiation Therapy Response Monitoring in Glioblastoma: A Preclinical Feasibility Study // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2018. Vol. 102, № 4. P. 1014-1023.

93. Moraru L., Dimitrievici L. Apparent diffusion coefficient of the normal human brain for various experimental conditions // AIP Conf. Proc. 2017. Vol. 1796, № 40005. P. 20005.

94. Туркин А.М. и др. Отёк головного мозга - возможности магнитно-резонансной томографии // Вестник рентгенологии и радиологии. 2009. Т. 4, № 6. С. 3-11.

95. Kalender W.A. et al. The European Spine Phantom - a tool for standardization and quality control in spinal bone mineral measurements by DXA and QCT // Eur. J. Radiol. 1995. Vol. 20, № 2. P. 83-92.

96. Pearson J. et al. European semi-anthropomorphic spine phantom for the calibration of bone densitometers: assessment of precision, stability and accuracy. The European Quantitation of Osteoporosis Study Group. // Osteoporos. Int. 1995. Vol. 5, № 3. P. 174184.

97. Park A.-J. et al. Measurement Uncertainty in spine bone mineral density by dual energy X-ray absorptiometry // J. Bone Metab. 2017. Vol. 24, № 2. P. 105-109.

98. Pearson D., Cawte S.A., Green D.J. A comparison of phantoms for cross-calibration of lumbar spine DXA // Osteoporos. Int. Springer-Verlag London Limited, 2002. Vol. 13, № 12. P. 948-954.

99. Khoo B.C.C. et al. Evaluating accuracy of structural geometry by DXA methods with an anthropometric proximal femur phantom // Australas. Phys. Eng. Sci. Med. 2013. Vol. 36, № 3. P. 279-287.

100. Emami A. et al. A new phantom for performance evaluation of bone mineral densitometry using DEXA and QCT // 2011 IEEE Nuclear Science Symposium Conference Record. IEEE, 2011. P. 3441-3445.

101. Acr - Spr - Ssr Practice Parameter for the Performance of quantitative computed tomography (QCT) bone densitometry. 2014. Vol. 1076, № Revised 2008. P. 1-14.

102. Яковлева Т.В. Теоретическое обоснование математических методов совместного оценивания параметров сигнала и шума при анализе райсовских данных // Компьютерные

исследования и моделирование. 2016. Т. 8, № 3. С. 445-473.

103. Aja-Fernández S., Tristán-Vega A. A review on statistical noise models for Magnetic Resonance Imaging // LPI, ETSI Telecomunicación, Univ. Valladolid, Spain, Tech. Rep. 2013. P. 1-23.

104. Aja-Fernández S., Tristán-Vega A. Influence of noise correlation in multiple-coil statistical models with sum of squares reconstruction // Magn. Reson. Med. 2012. Vol. 67, № 2. P. 580-585.

105. Bruschewski M., Schiffer H., Grundmann S. Measuring turbulent swirling flow with phase-contrast MRI. 2014. P. 7-10.

106. Tristán-Vega A., Aja-Fernández S., Westin C.-F. Least squares for diffusion tensor estimation revisited: Propagation of uncertainty with Rician and non-Rician signals // Neuroimage. 2012. Vol. 59, № 4. P. 4032-4043.

107. Berti D., Palazzo G. Colloidal foundations of nanoscience. Elsevier, 2014. 288 p.

108. Шагинян А.А. и др. Трансляционная и вращательная диффузия молекул поливинилспирта и поливинилпироллидона в водном растворе // Труды БГТУ. Серия 3 Физико-математические науки и информатика. УО «Белорусский государственный технологический университет», 2013. № 6. С. 40-44.

109. Марахова А. и др. Определение размеров наночастиц в коллоидных растворах методом динамического рассеяния света // Наноиндустрия. 2016. № 1. С. 88-93.

110. Knappe P. et al. Characterization of poly(N-vinyl-2-pyrrolidone)s with broad size distributions // Polymer (Guildf). Elsevier, 2010. Vol. 51, № 8. P. 1723-1727.

111. Браун О.М., Кившарь Ю.С. Модель Френкеля-Конторовой. Концепции, методы, приложения / ред. А.В.Савина. М: ФИЗМАТЛИТ, 2008. 536 с.

112. Johnson C.S., Wu D. Diffusion measurements by magnetic field gradient methods // Encyclopedia of magnetic resonance. Chichester, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2011. P. 1-24.

113. Claridge T.D.W. High-resolution NMR techniques in organic chemistry. Elsevier Science, 2016. 552 p.

114. Сергунова К.А. и др. Разработка методики оценки точности определения измеряемого коэффициента диффузии при МРТ // Сборник тезисов V Всероссийской научно-практической конференции производителей рентгеновской техники. Санкт-Петербург. 2018. С. 121-124.

115. Holz M., Heil, Stefan R., Sacco A. Temperature-dependent self-diffusion coefficients of water and six selected molecular liquids for the calibration in acccurate HNMR PFG m // Phys. Chem. Chem. Phys. 2000. Vol. 2. P. 4740-4742.

116. Фриберг С., Боторель П. Микроэмульсии: структура и динамика. М.: Мир, 1990. 320 с.

117. Giustini M. et al. Microstructure and dynamics of the water-in-oil CTAB/n -Pentanol/n-Hexane/water microemulsion: a spectroscopic and conductivity study // J. Phys. Chem. American Chemical Society, 1996. Vol. 100, № 8. P. 3190-3198.

118. Brandao S. et al. Fat suppression techniques (STIR vs. SPAIR) on diffusion-weighted imaging of breast lesions at 3.0 T: preliminary experience // Radiol. Med. 2015. Vol. 120, № 8. P. 705-713.

119. Lin C., Rogers C., Majidi S. Fat suppression techniques in breast magnetic resonance imaging: a critical comparison and state of the art // Reports Med. Imaging. Dove Press, 2015. Vol. 8. P. 37.

120. Reeder S.B. et al. Multicoil Dixon chemical species separation with an iterative least-squares estimation method // Magn. Reson. Med. 2004. Vol. 51, № 1. P. 35-45.

121. Sergunova K. et al. Development of a quality assurance phantom and software module to enhance DWI and DWIBS efficiency in diagnosis of benign and malignant tumors // International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery: proceedings of the 30th International congress and exhibition. Heidelberg, 2016. P. S24-S25.

122. Сергунова К.А. и др. Применение эмульсий для контроля качества диффузно-взвешенных магнитно-резонансных изображений // Сборник тезисов IV Всероссийской научно-практической конференции производителей рентгеновской техники. Санкт-Петербург, 24 ноября 2017 г., 2017. С. 55-58.

123. Третьяк Л.Н. Обработка результатов наблюдений. Оренбург: Оренбургский гос. ун-т, 2004. 171 с.

124. Sergunova K. et al. Dynamic phantom and automated analysis software tool for QA in magnetic resonance angiography // International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery: proceedings of the 30th International congress and exhibition. Barcelona, 2017. P. 14-15.

125. Петряйкин А.В. и др. Динамический фантом для моделирования потоков при МР-ангиографии // Медицинская визуализация. 2017. Т. 21, № 6. С. 130-139.

126. Jacobs M. Handbook of MRI pulse sequences // Journal of

Magnetic Resonance Imaging. John Wiley & Sons, Ltd, 2006. Vol. 24, № 1. 256 p.

127. Aja-Fernández S., Vegas-Sánchez-Ferrero G. Statistical Analysis of Noise in MRI. Springer International Publishing Switzerland, 2016. 327 p.

128. МУ 2.6.1.2944—11 Контроль эффективных доз облучения пациентов при проведении медицинских рентгенологических исследований. Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2011. 38 c.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Блок-схема контроль технического состояния томографического

оборудования.

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Таблица ПБ1. Функция распределения сигнала для различных алгоритмов реконструкции.

№ п/п Количество каналов РЧ-катушки Тип реконструк ции Наличие параллельного сбора данных Функция распределения в области фона Функция распределения в области объекта исследования

Тип Уравнение плотности вероятности Тип Уравнение

1 Один Рэлея /1Л ч м ( и2 Л р(м\а)-—ехР 1, а ^ 2а ) В - 4 -"а2 2 Райса \ м ( м2 +12Л г (I■ мЛ рм(м|1 "а)" а2 еХР (- 2а У' и2 Л Вм ] -а +12-£Р 4= (" £ )« 4к - 812+0 (к-))• 2а2

2 Несколько Рэлея (XIX \ м ( м2 Л р (м\а)=-ехР а), В = 4 ""а2 2 Райса (ъ^т \ м ( м2 +12Л . (I■ мЛ рм(м|1а)-а2ехр(- 2а2 [а* Л В[м] -2а2 +12-"I2А2, (-£)

3 Несколько 8о8 Центральное Хи-распределение „ 21-1 м21-1 ( м2 Л Рм(м|а'1)=Г(1) а" еХР(-2а2) В[м ] -2а2 [1 -(^ ) Нецентральное Хи-распределение I" ( м 2 +12 Л Рм( м\1ь,а,1)-11м1 ехр (-Л т (I ■ м Л ^ ( а) В[м ] - 2а2 (1 + к-(1,1,-к ^ *а2(1 - 21 + 3 - 81 + 412 + 0 (к к-Л 2а2

Продолжение таблицы ПБ1.

4 Несколько или вЯАРРА+Я МБ Есть Рэлея ч М { М2 1 Р (м 1а)= —ехР 1' а ( 2а ) в=4 2 Райса \ М { М2 +12 1 г {I ■ М1 рм(м \1,а)= а2 ехр{- 2а2 ( а2 ) в[м ] = 2 а2 +12Ь2/2 (-)

5 Несколько вЯАРРА+Я оЯ Есть Центральное Хи-распределение ^ 2" М-1 { М21 рм(ма])=г{ь) ехр|^_2ст2у1' В[М ] = 2а2 [Ь-(ЭД2) Нецентральное Хи-распределение Рм (М\1ь,а, Ь) = 1]-М] ехр {-М+2 ] Г {1Ь ■ М1 ^{ 1 а1 } В[М ] = 2а2{1 + *-(ЭД2.^ [-1, Ь, -* 11 *=А 2а2

6 Несколько вЯАРРА+Я оЯ+ ьов Есть Логарифмически центральное Хи-распределение В = 1о, (М) РМ(Ма'Ь>г(1) а2ь ехр[-2а2 В[М ] = 2а2 [Ь-(ГТ^)2) Логарифмически нецентральное Хи-распределение Л ( М Л]+1 ( 2М Л \ Ро,. ) ехр[-- 2а 2 2 ' 1 В[М ] = 1 р- - ^ р2 + о р), р=а

7 Несколько Равномерное распределение Рм (Рм ■ 1М ) = :^ 2ж Тихонова (фон Мизеса) , , г ехР(^э(Фм)) Рм {рм\р ■ 1м\11 )= 2яЛ(Я) ■ 1 1М ' 11 Х= а2 В[М ] = 1 - / У0(Я)

Примечание: ^ - конфлюентная гипергеометрическая функция первого рода

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Блок-схема алгоритма определения точности средств оценки измеряемого коэффициента диффузии методом ЯМР-

спектроскопии.

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

Результаты оценки измеряемого коэффициента диффузии. Таблица ПГ1. Результаты оценки ИКД, полученного на МРТ с индукцией магнитного поля 1,5 Тл различных фирм-

производителей .

Фирма-производитель General Electric Philips Siemens Hitachi Toshiba

Наименование МРТ Brivo MR355 Ingenia Espree Echelon Oval Excelart Vantage

Порядковый № МРТ 1 2 3 4 5 6 7 8 9

TR, мс 5300 3300 5300 5300 5300 5300 2000 5300 5300

TE, мс 103 105 106 100 100 100 120 100 120

FOV, мм 230x230 260x260 260x260 260x260 260x260 260x260 260x260 260x260 260x260

Матрицы

сканирования, мм 128x128 144x144 128x128 128x128 128x128 128x128 128x128 128x128 128x128

Размер пикселя, мм 2,03x2,03 1,81x1,81 2,03x2,03 1,01x1,01 2,03x2,03 2,03x2,03 2,03x2,03 2,03x2,03 2,03x2,03

Ширина

полосы пропускания, 1953 1388 1563 1667 1302 1302 1302 1302 1302

Гц

Продолжение таблицы ПГ1.

Значение ИКД для следующих веществ, *10-3 мм2/с:

- вода 2,02±0,054 2,28±0,037 2,15±0,037 2,17±0,039 2,27±0,036 2,32±0,038 2,29±0,039 2,30±0,037 2,24±0,040

- 10% раствор ПВП 1,73±0,039 1,81±0,038 1,68±0,040 1,71±0,039 1,80±0,042 1,84±0,037 2,05±0,038 1,87±0,037 1,59±0,040

- 20% раствор ПВП 1,41±0,038 1,41±0,036 1,38±0,037 1,40±0,040 1,48±0,041 1,44±0,036 1,82±0,037 1,52±0,037 1,33±0,038

- 30% раствор ПВП 1,14±0,040 1,23±0,039 1,06±0,043 1,04±0,040 1,10±0,040 1,15±0,040 1,48±0,040 1,15±0,040 1,09±0,040

- 40% раствор ПВП 0,92±0,042 1,00±0,036 0,94±0,034 0,97±0,041 0,96±0,041 1,02±0,043 1,22±0,041 0,96±0,042 0,95±0,041

- 50% раствор ПВП 0,69±0,042 0,75±0,035 0,82±0,033 0,80±0,033 0,78±0,032 0,79±0,032 0,99±0,057 0,88±0,031 0,71±0,031

- 60% раствор ПВП 0,70±0,041 - 0,69±0,033 0,67±0,034 0,68±0,032 - 0,84±0,031 0,70±0,033 -

- 70% раствор ПВП 0,59±0,042 - 0,58±0,030 0,54±0,042 0,60±0,031 - 0,59±0,030 0,60±0,031 -

Таблица ПГ2. Результаты аппроксимации экспериментальных данных зависимости ИКД от температуры полиномами

первого и второго порядка

Вещество Б = аТ2 + ЬТ + с Критерии качества уравнения регрессии

а Ь с У ^^ ост У ' ост1 / / У ост 2 Я2 5 V А

ПВП 10% 3,756 10-12 -1,706 10-10 3,846 10-9 1,27^ 10-20 3,49 0,991 1,9910-11 1,84

0 6,664 10-11 1,353 10-10 4,43 10-20 0,969 3,6710-11

ПВП 20% 3,14510-12 -1,37110-10 3,03 10-9 1,73 10-20 2,28 0,986 2,32-10-11 1,49

0 6,15310-11 -7,789 10-10 3,95 10-20 0,967 3,4610-11

ПВП 30% 1,675 10-12 -6,11710-11 1,639 10-9 4,26 10-21 2,47 0,993 1,1510-11 1,55

0 4,46 10-11 -1,588 10-11 10,06 10-21 0,983 1,7910-11

ПВП 40% 1,248 10-12 -3,383 10-11 1,12810-9 6,2 10-21 1,56 0,990 1,3910-11 1,23

0 4,499 10-11 -1,053 10-10 9,7 10-21 0,984 1,7110-11

ПВП 50% 1,376 10-12 -5,01610-11 1,306 10-9 4,33 10-21 1,98 0,990 1,1610-11 1,39

0 3,673 10-11 -5,328 10-10 8,5710-21 0,980 1,6110-11

ПВП 60% 1,957 10-12 -9,002 10-11 1,78110-9 4,69 10-21 2,18 0,986 1,2310-11 1,45

0 3,459 10-11 -1,862 10-10 10,02 10-21 0,970 1,7910-11

ПВП 70% 4,890 10-12 -2,337 10-12 3,808 10-10 3,4710-21 1,07 0,983 1,0910-11 1,02

0 2,899 10-11 -1,17110-10 3,75 10-21 0,982 1,1210-11

эмульсия -2,839 10-12 2,287 10-11 -4,032 10-10 9,60 10-22 1,09 0,844 5,8610-12 1,03

0 4,899 10-12 -1,208 10-10 10,05 10-22 0,830 6,0110-12

Таблица ПГ3. Абсолютные значения и погрешности коэффициентов диффузии веществ тест-объекта для ДВ МРТ.

Измерения выполнены на МР-спектрометре Bruker AVANCE 600 с использованием последовательности STE-LED-BPP.

PVP 0% PVP 10% PVP 20% PVP 30% PVP 40% PVP 50%

Абсолютное значение ИКД при Т= 23°С,*10-9 м2/с 2,25 1,91 1,54 1,21 1,01 0,88

СКО с учетом требуемой надежности t (Р=0,90), *10-11 м2/с 2,50 2,84 1,63

СКО с учетом требуемой надежности t (Р=0,95), *10-11 м2/с 3,05 3,47 1,99

СКО с учетом требуемой надежности t (Р=0,98), *10-11 м2/с 3,74 4,25 2,45

СКО с учетом требуемой надежности t (Р=0,99 , *10-11 м2/с 4,25 4,84 2,79

Погрешность СИ, *10-11 м2/с 3,95 3,96 3,96

Погрешность СИ/3П (Р=0,90) , *10-11 м2/с 2,17 2,17 2,17

Погрешность СИ/3П (Р=0,95) , *10-11 м2/с 2,58 2,59 2,59

Погрешность СИ/3П (Р=0,98) , *10-11 м2/с 3,03 3,03 3,03

Погрешность СИ/3П (Р=0,99), *10-11 м2/с 3,39 3,40 3,40

Погрешность установки Т, *10-11 м2/с 0,52 0,41 0,27

Суммарная погрешность (Р=0,90) , *10-11 м2/с 3,35 3,60 2,73

Суммарная погрешность (Р=0,95) , *10-11 м2/с 4,03 4,35 3,27

Суммарная погрешность (Р=0,98) , *10-11 м2/с 4,85 5,24 3,91

Суммарная погрешность (Р=0,99) , *10-11 м2/с 5,47 5,92 4,40

Суммарная погрешность (Р=0,90),% 1,49 1,75 2,34 2,98 2,70 3,10

Суммарная погрешность (Р=0,95),% 1,79 2,11 2,82 3,59 3,23 3,71

Суммарная погрешность (Р=0,98),% 2,16 2,54 3,40 4,33 3,87 4,44

Суммарная погрешность (Р=0,99),% 2,43 2,86 3,84 4,89 4,35 5,00

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Научно-образовательный медико-технологический центр

в учебный процесс Научно-образовательного медико-технологического центра МГТУ им.

Н.Э. Баумана результатов диссертационной работы Сергуновой К.А. «Исследование и разработка методов и средств контроля характеристик магнитно-резонансных и рентгеновских компьютерных томографов»

В работе Сергуновой Кристины Анатольевны представлены методы и аппаратно-программные средства контроля эксплуатационных параметров магнитно-резонансных томографов (МРТ) и рентгеновских компьютерных томографов (КТ).

Предложенная система контроля характеристик МРТ и КТ позволяет оценить качество получаемых изображений и точность количественных измерений при проведении магнитно-резонансной или компьютерной томографии. Разработанные методы и средства контроля позволяют провести оценку измеряемого коэффициента диффузии с погрешностью не более 4 %, а также повысить точность измерения величины отношения сигнал/шум до 7% в зависимости от числа РЧ-каналов МРТ.

Новизна предложенных технических решений защищена 1 патентом на изобретение, 1 патентом на полезную модель, 2 заявками на патент на полезную модель, 1 свидетельством о регистрации программы для ЭВМ и 4 методическими рекомендациями.

Разработанные Сергуновой К.А. аппаратно-программные средства и методические рекомендации с 2016 года внедрены в учебный процесс в рамках освоения программы курса лекций «Лучевая диагностика» факультета «Биомедицинская техника» - программа подготовки студентов 2-ого курса, общее количество студентов 50 человек, а также используются для получения практических навыков в рамках прохождении медико-технической и производственной практики, общее количество студентов 100 человек.

Акт о внедрении

Н.А. Войнова

ДЕПАРТАМЕНТ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Научно-практический центр медицинской радиологии Департамента здравоохранения города Москвы»

в практическую деятельность испытательной лаборатории ГБУЗ «НПЦМР ДЗМ»

результатов диссертационной работы Сергуновой Кристины Анатольевны «Исследование и разработка методов и средств контроля характеристик магнитно-резонансных и рентгеновских компьютерных томографов» по специальности 05.11.17- Приборы, системы и изделия медицинского

Результаты диссертационной работы Сергуновой К.А. позволили создать первую в России систему контроля качества МРТ в условиях эксплуатации. Разработанные Сергуновой К.А. методические рекомендации для контроля качества характеристик МРТ были утверждены руководителем Департамента здравоохранения г. Москвы, включены в область аккредитации Испытательной лаборатории (ИЛ) и в настоящее используются для проведения периодических технических испытаний специалистами ИЛ государственного бюджетного учреждения здравоохранения города Москвы «Научно-практический центр медицинской радиологии Департамента здравоохранения города Москвы» (ГБУЗ «НПЦМР ДЗМ»),

Внедрение аппаратно-программных средств контроля характеристик МРТ позволяет выявлять соответствующие нарушения в работе данного оборудования, оперативно информировать обслуживающую организацию об отклонениях указанных параметров от допустимого диапазона, а также возможных причинах несоответствия и способах их устранения. За 2016-2017 гг. количество несоответствий, выявленных в процессе проведения технических испытаний, составило порядка 10-15 %. При оценке количественных параметров (ИКД, скорость потока и др.) с использованием представленных тест-объектов рассчитываются поправочные коэффициенты, позволяющие уменьшить систематическую погрешность проводимых на МРТ измерений.

Разработанная Сергуновой К.А. модель фантома для оценки МПК в настоящее время используется для разработки протоколов НДКТ (низкодозовой компьютерной томографии) скрининга рака легких, которые позволили бы также провести оценку минерально? мистического скрининга.

Испытательная лаборатория

109029, г. Москва,

ул. Средняя Калитниковская, д. 28, стр. ! тел/факс: [phone] e-mail: rtk@.rpcmr.org.ru

10" декабря 2018 г.

Акт о внедрении

Начальник

И.В. Солдатов

ДЕПАРТАМЕНТ ЗДРАВООХРАНЕНИЯ

ГОРОДА МОСКВЫ Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы «Научно-практический центр медицинской радиологии Департамента здравоохранения города Москвы» (ГБУЗ «НПЦМР ДЗМ»)

125040, г. Москва, ул. Расковой 16/26, стр. I Почтовый адрес: 109029, Москва, ул. Средняя Калитниковская, д.28, стр.| E-mail: nрсшг@zdrav.mos.ru. [e-mail] тел./ф. [phone]. [phone] ОГРН 1037739481229 ИНН 7709064286 КПП 771401001

От 20. а /3 №_

На № от

Акт о внедрении

в учебный процесс учебно-консультативного отдела ГБУЗ «НПЦМР ДЗМ» результатов диссертационной работы Сергуновой К.А. «Исследование и разработка методов и средств контроля характеристик магнитно-резонансных и рентгеновских

компьютерных томографов»

Результаты диссертационной работы Сергуновой К.А. используются в учебном процессе на циклах дополнительных программ повышения квалификации врачей по специальности «рентгенология» с 2017 года. За это время с методиками контроля и аппаратно-программными средствами, разработанными автором, ознакомились более 100 врачей-рентгенологов.

В настоящее время результаты работы Сергуновой К.А. применяются преподавателями учебно-консультативного отдела на лекционных, практических и семинарских занятиях. При подготовке материалов используются изображения фантомов, полученные методами магнитно-резонансной и компьютерной томографии, позволяющие сформировать у учащихся наглядные представление о возможных причинах снижения качества и появления артефактов на изображениях.

Использование разработанных тест-объектов в учебном процессе позволяет расширить общие понимания учащихся о физических принципах формирования изображения при различных импульсных последовательностях (ИП), обучить

грамотному выбору параметров ИП с целью улучшения качества получаемых диагностических данных, приобрести навыки проведения испытаний на постоянство параметров МРТ и КТ, а также оптимизировать протоколы исследования при проведении КТ-денситометрии с целью снижения дозовой нагрузки.

Заведующий

учебно-консультативного отдела ГБУЗ «НПЦМР ДЗМ»,

Акт о BHe.ipciiiiii

в медицинскую практику ФКУЗ «ГКГ МВД России» результатов диссертационной работы Сергуновой Крис гины Анатольевны «Исследование и разработка методов и средств контроля характеристик магнитно-резонансных и рентгеновских компьютерных томографов»

Разработанные Сергуновой Кристиной Анатольевной методы и средства контроля характеристик магнитно-резонансных и рентгеновских компьютерных томографов внедрены в работу отделения лучевой диагностики ФКУЗ «ГКГ МВД России» и в настоящее время активно применяются для решения следующих задач:

- обучения персонала отделения лучевой диагностики, формирования \ них практических навыков настройки протоколов исследований:

- в рамках выполнения научно-исследовательских работ ФКУЗ «ГКГ МВД России»;

- при проведении испытаний КГ и МРТ на постоянство параметров, позволяя своевременно выявлять нарушения в работе данного вида оборудования.

Заместитель начальника ФКУЗ «ГКГ МВД России» по медицинской части, полковник вн. сл. к.м.н.

Главный врач Госпитального центра АО Семейный доктор, д.м.н. профессор кафедры Факультетской хирургии №1 МГМСУ им А.И. Евдо