Устройство мобильного цифрового малодозового рентгенографического аппарата
Предложена полезная модель устройства мобильного малодозового цифрового рентгенографического аппарата предназначенного для получения цифровых рентгенографических изображений при проведении любых травматологических и ортопедических манипуляций, как в стационарных условиях операционного отделения, манипуляционных, перевязочных, так и в полевых отделениях неотложной помощи медицинских и ветеринарных учреждений, для идентификации объектов при проведении антитеррористических мероприятий в полевых условиях. Полезная модель имеет сборно-разборную конструкцию, размещаемую в переносном контейнере (чемодане) - переносной вариант, либо в виде перемещаемой по полу легкой передвижной платформы - палатный вариант, и имеет в своем составе планшету сканера с детектирующим устройством для регистрации рентгеновского излучения, блок электроники управления аппаратом и источником рентгеновского излучения, устройством подъема источника и позиционирования источника рентгеновского излучения по отношению к объекту исследования, удаленный персональный компьютер (ноутбук) для получения, после обработки переданных данных, цифрового рентгеновского изображения исследуемого объекта, формируемого в результате перемещения детектирующего устройства по полю рентгеновского излучения электромеханической системой, размещенной в планшете и управляемой персональным компьютером, в компьютере имеется программа, обеспечивающая создание базы данных исследуемых объектов, задание и управление параметрами источника рентгеновского излучения, параметрами регулируемых источников электрического питания, параметрами многоканальных микросхем, параметрами платы оцифровки и, обеспечивающая визуализацию рентгеновского изображения на экран компьютера, с возможностью передачи изображения по компьютерным сетям. С целью повышения разрешающей способности, эффективности регистрации излучения, радиационной стойкости и надежности в полезной модели использована твердотельная микрополосковая ионизационная камера с резистивной характеристикой, изготовленная на основе полуизолирующего полупроводникового материала на арсениде галлия. Для увеличения эффективности регистрации во времени в полезной модели применены аналоговые многоканальные микросхемы, построенные по конвейерному циклу работы, в котором время регистрации изображения равно времени вывода информации из микросхем.
Аппарат предназначен для получения цифровых рентгенографических изображений при проведении любых травматологических и ортопедических манипуляций, для неотложной диагностики нетранспортабельных больных, как в стационарных условиях операционного отделения, манипуляционных, перевязочных, так и в полевых отделениях неотложной помощи медицинских и ветеринарных учреждений, для идентификации объектов в полевых условиях при проведении антитеррористических мероприятий.
Известно несколько аналогов, заявляемой полезной модели, аппаратов, используемых для получения рентгенографических изображений в перечисленных областях применения. Все они используют для получения рентгеновского изображения объекта рентгеновскую пленку либо кассету и имеют длительное время получения диагностического результата, в том числе и в цифровом виде, от 60 минут до одних суток с применением специальных дополнительных устройств, зачастую не доступных в месте поведения рентгеновского облучения объекта. Для ряда устройств, для получения рентгеновских снимков, необходимы расходные химические вещества, и специальные средства их утилизации.
Для переносного варианта, заявляемой полезной модели, наиболее близким прототипом является Комплекс экстренной рентгенографии «Экспресс-Рентген» (поставщик ОАО «Славич», 152140 Переяславль-Залеский, пл. Менделеева д.2), состоящий из переносного рентгеновского аппарата «Дина-2» и системы «Экспресс-Рентген», предназначенный для получения сухих позитивных рентгеновских снимков на прозрачной основе в стационарных и полевых условиях без использования обрабатывающих растворов. Портативная система «Экспресс-Рентген» состоит из комплекта фотоматериалов ЭР-3, процессора ПЭР-1П и кассеты усиливающим экраном. Размещается в двух небольших чемоданах, с общим весом ~35 кг. Характеризуется низкой контрастной чувствительностью ~2,5%, небольшим эксплуатационным ресурсом, аналоговой формой получаемого изображения (на пленку либо пластину).
Для передвижного (палатного) варианта, заявляемой полезной модели, наиболее близким прототипом является Аппарат рентгеновский диагностический переносной 10Л6-01Р (поставщик ЗАО «Амико» г.Москва), состоящий из моноблока с рентгеновской трубкой, устройства подъема моноблока, разборной колонны движения моноблока; подвижного основания с блоком электроники. Моноблок с рентгеновской трубкой может вращаться вокруг своей оси, вокруг оси вилки моноблока, перемещаться вдоль колонны штатива и перпендикулярно колонне. Для получения снимков применяются рентгеновские фотокассеты с усиливающими экранами. Получение снимков производится с помощью ручного пульта на выносном шнуре длиной 5 метров. Аппарат перемещается на колесиках и имеет вес 65 кг. Мощность моноблока мала, поэтому при выполнении снимков легких время экспозиции весьма велико.
Все перечисленные прототипы, заявляемой полезной модели, используют в качестве носителя изображения, носители аналогового типа, - рентгеновскую пленку либо запоминающую пластину и требуют расходных хим.материалов и оборудования для получения изображения и специальных устройств для их просмотра и анализа специалистом. Низкая эффективность регистрации рентгеновского излучения этих аппаратов не позволяет выполнить снимки с коротким временем экспозиции, а длительная экспозиция приводит к получению изображения с плохой контрастностью - несколько процентов. Выполнение рентгеновских снимков на этих аппаратах вне специально защищенных помещений повышает риск облучения, как персонала, так и людей, случайно находящихся в непосредственной близости от места диагностики.
Предлагаемая полезная модель позволяет иметь мобильное устройство, дающее цифровое рентгенографическое изображение высокого качества на экране компьютера (ноутбука) при пониженной дозе облучения исследуемого объекта, обладает высокой радиационной стойкостью и, с использованием компьютерных технологий, упрощает процедуру выполнения диагностики и укорачивает время получения диагностического результата до нескольких минут.
Поставленная цель достигается тем, что полезная модель имеет сборно-разборную конструкцию, размещаемую в переносном контейнере (чемодане) - переносной вариант, либо в виде перемещаемой по полу легкой передвижной платформы - палатный вариант, и имеет в своем составе планшету сканера с детектирующим устройством рентгеновского излучения, что детектирующее устройство для регистрации рентгеновского излучения содержит микрополосковую ионизационную камеру и многоканальную микросхему, что ионизационная камера выполнена твердотельной, на основе плоскопараллельной структуры, состоящей из полуизолирующего, резистивного, с большой удельной плотностью материала - арсенида галлия, на одной стороне которого с помощью процесса микролитографии нанесены микрополосковые электроды, а на другой сплошной электрод, где в чувствительной области, образованной между электродами, устанавливается однородное распределение напряженности электрического поля, ориентированное перпендикулярно направлению распространения ионизирующего излучения, токи ионизации от которого собираются микрополосковыми электродами, связанными с многоканальной микросхемой, выполняющей операцию интегрирования токов с микрополосковых электродов на микроконденсаторах многоканальной микросхемы, позволяющей с помощью промежуточной аналоговой памяти, расположенной в ней, организовать конвейерный цикл работы, в котором интегрирование токов и последовательный вывод соответствующих им значений амплитуд напряжений, за предыдущий цикл интегрирования выполняется параллельно во времени, а время интегрирования определяется интервалом времени последовательного вывода амплитудных значений напряжений с микроконденсаторов на выходе микросхемы за вычетом времени выполнения внутреннего цикла работы микросхемы.
Микрополосковая ионизационная камера и одна (либо несколько) многоканальные микросхемы объединены в единичный модуль детектирующей системы. Необходимая длина детектирующей системы планшеты сканера набирается из этих единичных модулей.
Изображение, получаемое после прохождения рентгеновского излучения через объект, регистрируется линейкой ионизационных камер (размещенной в планшете сканера). Линейка ионизационных камер механически перемещается по кадру за время экспозиции. Оцифрованная информация накапливается в оперативной памяти планшеты сканера, которая связана через адаптер связи с ноутбуком для выполнения операции чтения. Изображение в цифровой форме вводится в память компьютера для дальнейшей обработки.
В заявленной полезной модели используется Патент 
RU 2291470 С2. Ионизационная камера выполнена на твердотельном, полуизолирующем, радиационностойком полупроводниковом соединении-арсениде галлия, которое имеет низкий порог ионизации и высокую удельную плотность материала с большим коэффициентом радиационного поглощения. Известно, что эффективность регистрации рентгеновского излучения повышается с увеличением плотности материала чувствительной области детектирующей системы. Плотность полупроводникового материала арсенида галлия составляет - 5,32 г/см3 при пороге ионизации - 4,5 электронвольта, что позволяет поднять эффективность регистрации и контрастную чувствительность рентгеновского снимка в условиях пониженной дозы облучения объекта по сравнению с аналогами (прототипами).
Дополнительное снижение дозы, получаемой объектом диагностики, достигается использованием подвижного щелевого коллиматора, формирующего веерный пучок на линейку ионизационных камер планшеты сканера во время получения рентгеновского снимка и снижающего облучение соседних областей объекта диагностики. Перемещение линейки ионизационных камер синхронизовано с движением щелевого коллиматора.
Применяемая в предлагаемой полезной модели многоканальная аналоговая микросхема выполняет операции интегрирования токов с микрополосковых электродов на микроконденсаторах аналоговой микросхемы, позволяющей с помощью промежуточной аналоговой памяти, расположенной в ней, организовать конвейерный цикл работы, дающий высокую временную эффективность работы устройства. В микросхеме предусмотрена возможность компенсации темнового тока твердотельных ионизационных камер, что позволяет (с учетом резистивной характеристик камер) по мере накопления дозы облучения камер производить коррекцию характеристик всех электронных каналов в процессе эксплуатации.
С целью уменьшения шумов детектирующей системы, ионизационные камеры и микросхемы термостабилизируются при рабочей температуре.
Заявленная полезная модель может быть реализована по схеме, приведенной на фиг.1 (переносной вариант), и по схеме фиг.2 (палатный вариант).
Рисунок внешнего вида переносного аппарата в развернутом состоянии представлен на фиг.1. В аппарат входят: моноблок источника рентгеновского излучения - 1, штатив - 2, щелевой коллиматор - 3, блок управления - 4, планшет сканера - 5, кабель соединительный рентгеновская трубка-блок управления - 6, кабель сетевого питания - 7, кабель соединительный планшет - блок управления - 8, кабель соединительный планшет-ноутбук (USB кабель) - 9, кабель сетевого питания ноутбука - 10, контейнер - 11, ноутбук - 12.
Рисунок внешнего вида передвижного палатного аппарата представлен на фиг.2. В аппарат входят: кабель сетевого питания - 1, блок управления - 2, передвижная платформа - 3, кабель соединительный планшет - блок управления - 4, кабель соединительный рентгеновская трубка-блок управления - 5, моноблок источника рентгеновского излучения с щелевым коллиматором (показано два положения) - 6, планшет сканера - 7, ноутбук - 8, кабель сетевого питания ноутбука - 9, кабель соединительный планшет-ноутбук (USB кабель) - 10.
Таким образом, именно заявленное применение ионизационной камеры, изготовленной из твердотельного полуизолирующего, резистивного, с большой удельной плотностью и радиационной стойкостью материала, на основе которого изготовлена с помощью микролитографической технологии микрополосковая детектирующая система высокой эффективности регистрации рентгеновского излучения, с пространственным разрешением, составляющим десятки микрон, в сочетании с микросхемой, обладающей высокой эффективностью использования времени регистрации излучения, с использованием планшеты сканера и оригинальным конструкторским решением общего дизайна (переносной и палатный варианты устройства), позволяют достичь поставленной цели.
Сопоставительный анализ с аналогами показывает, что заявленное устройство отличается новым техническим решением, сочетающее в себе высокую эффективность непосредственной регистрации рентгеновского излучения, с высокой временной эффективностью измерений при высоком пространственном разрешении и радационной стойкости, с получением цифрового изображения и использованием компьютерных технологий, отсутствием расходных химических материалов и значительным ускорением процедуры диагностики, с возможностью привлечения удаленных центров диагностики для получения оперативного результата.
Положительный эффект достигается использованием твердотельных ионизационных камер, в которых в качестве активной ионизируемой среды используется твердотельный, полуизолирующий, резистивный, радиационно стойкий полупроводниковый материал - арсенид галлия, используемый также как элемент конструкции, на поверхности которого сформированы с помощью технологии микролитографии с большой плотностью на единицу длины микрополосковые электроды, непосредственно связанные с микросхемой, обладающей высокой эффективностью использования интервала времени измерений. Этим достигается повышение эффективности регистрации рентгеновского излучения при уменьшенной дозе облучения исследуемого объекта, которая дополнительно снижается с использованием щелевого коллиматора, повышения контрастной чувствительности и пространственного разрешения рентгенограмм, повышения радиационной стойкости детектирующей системы и увеличение длительности эксплуатации полезной модели при сокращении эксплуатационных расходов.
Все это позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию «новизна», а также по перечисленным техническим решениям в сравнении с аналогами соответствие критерию «промышленная применимость».
1. Устройство мобильного цифрового малодозового рентгенографического аппарата, содержащего в своем составе механизм позиционирования источника рентгеновского излучения по отношению к объекту исследования в виде сборно-разборной штанговой конструкции, размещаемой в переносном контейнере (чемодане) малых размеров, служащим также основанием для крепления штанги и размещения блока электроники управления аппарата (переносной вариант), либо в виде перемещаемой по полу передвижной платформы с блоком электроники управления аппаратом и источником рентгеновского излучения, механизмом подъема и позиционирования источника рентгеновского излучения по отношению к объекту исследования, разборной колонны движения источника (палатный вариант) и планшеты сканера, размещаемой за исследуемым объектом, с детектирующим устройством для регистрации рентгеновского излучения и получения цифрового изображения, содержащим микрополосковую ионизационную камеру и многоканальные микросхемы, отличающееся тем, что ионизационная камера выполнена твердотельной на основе плоскопараллельной структуры, состоящей из полуизолирующего резистивного, с большим удельным сопротивлением материала - арсенида галлия, на одной стороне которого с помощью процесса микролитографии нанесены микрополосковые электроды, а на другой - сплошной электрод, где в чувствительной области, образованной между электродами, устанавливается однородное распределение напряженности электрического поля, токи ионизации которой от ионизирующего излучения собираются микрополосковыми электродами, связанными с многоканальными микросхемами, позволяющими с помощью промежуточной аналоговой памяти, расположенной в них, организовывать конвейерный цикл работы, в котором интегрирование токов и последовательный вывод соответствующих им значений амплитуд напряжений за предыдущий цикл интегрирования выполняются параллельно во времени, а время интегрирования определяется интервалом времени последовательного вывода амплитудных значений напряжений с микроконденсаторов на выходе микросхем за вычетом времени выполнения внутреннего цикла работы микросхем, которые передаются для оцифровки на размещенную в планшете плату оцифровки, с последующей передачей цифровых значений амплитуд на удаленный персональный компьютер (ноутбук) для получения после обработки переданных данных цифрового рентгеновского изображения исследуемого объекта, формируемого в результате перемещения детектирующего устройства по полю рентгеновского излучения электромеханической системой, размещенной в планшете и управляемой персональным компьютером, в котором имеется программа, обеспечивающая создание базы данных исследуемых объектов, задание и управление параметрами источника рентгеновского излучения, параметрами регулируемых источников электрического питания, параметрами многоканальных микросхем, параметрами платы оцифровки и обеспечивающая обработку данных и визуализацию рентгеновского изображения на экран компьютера, с возможностью передачи изображения по компьютерным сетям.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительное снижение дозы облучения исследуемого объекта достигается использованием перемещаемого щелевого коллиматора.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снижение веса мобильного аппарата достигается используемыми материалами и общим дизайном.
