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