Рентгенографическая установка для медицинской диагностики

Предложение относится к разделу медицинской техники, а именно к рентгенодиагностическим аппаратам, предназначенным для использования как в специализированных медицинских учреждениях, например противотуберкулезных диспансерах, так и больницах общего профиля. Целью нашего предложения является увеличение срока службы излучателя рентгенодиагностических аппаратов и тем самым повышение эффективности их работы. Данная цель достигается тем, что в рентгенографической установке для медицинской диагностики, содержащей рентгеновский излучатель, подключенный к высокочастотному рентгеновскому генератору и программируемому блоку управления, детектор рентгеновского излучения с механизмом его перемещения в плоскости регистрации изображения и систему обработки сигнала и формирования изображения, соединенную с видеомонитором, в качестве детектора рентгеновского излучения используется полноформатный рентгеновский электроннооптический преобразователь (РЭОП), а механизм перемещения детектора обеспечивает последовательное дискретное перемещение РЭОПа в четыре точки экспозиции A, B, C, D, являющимися вершинами углов квадрата с координатами x_A=s, y_A=s; x_B=s, y_B=-s; x_C=-s, y_C=-s; x_D =-s, y_D=s, причем начало системы координат х=у=0, совмещено с центральным лучом рентгеновского излучателя, кроме того система обработки сигнала и формирования изображения дополнена компаратором фрагментальных изображений A, B, C, D, и схемой формирования результирующего снимка по фрагментальным изображениям.

Предполагаемое техническое решение относится к разделу медицинской техники, а именно к рентгенодиагностическим аппаратам, предназначенным для использования как в специализированных медицинских учреждениях, например противотуберкулезных диспансерах, так и больницах общего профиля.

Известна рентгенографическая установка для медицинской диагностики, в которой в качестве фотодетектора используется запоминающий экран, нанесенный на поверхность барабана. После экспозиции считывание скрытого изображения производится с помощью инфракрасного лазера (Авторское свидетельство 1018623, от 13.10.82, A61B 6/00) [1].

Применение фотодетектора с запоминающим экраном [1] позволяет на порядок снизить лучевую нагрузку на пациента. Однако данная технология получения флюорографического снимка чрезвычайно дорога.

В нашей стране фотодетекторы с запоминающим экраном не выпускаются и в медицинской практике применяются очень редко.

Известна также рентгенографическая установка для медицинской диагностики, содержащая светонепроницаемый корпус, защищенный свинцом, с входным окном, закрытым пластиной из рентгенопрозрачного и светонепроницаемого материала, к которой примыкает экран плоской формы, состоящий из подложки, связующего слоя и люминофора. Внутри корпуса установлен светосильный объектив и фоторегистратор с ПЗС-матрицей, которая связана с платой считывания и обработки сигнала (Рентгеновские диагностические аппараты под редакцией Н.Н.Блинова и Б.И.Леонова.- М.: ВНИИМТ, 2001, с.198) [2]. Рентгенографические установки такого типа [2] принято называть цифровыми.

При фотосъемке с флуоресцентного экрана только 1% светового потока попадает в объектив фотокамеры и участвует в формировании изображения. Это объясняется широкой диаграммой направленности излучения люминофора под действием рентгеновского излучения (В.В.Дмоховский, Э.Г.Чикирдин Физико-технические основы флюорографии/ Основы флюорографии.- Ленинград: Медицина, 1965. - С.11). Это обстоятельство является большим недостатком всех типов флюорографов, в конструкции которых используются флюоресцирующие экраны, так как вынуждает увеличивать время экспозиции, что приводит и излишнему облучению пациента.

Известна также рентгенографическая установка для медицинской диагностики (Патент RU 2098929 от 29.05.95 г. A61B 6/00) [3], содержащая высокочастотный рентгеновский генератор, рентгеновский излучатель с щелевым коллиматором, рентгеновский детектор, соединенный с системой регистрации и воспроизведения изображения, механическое сканирующее устройство, защитную кабину с площадкой для ног пациента.

Сканирование пациента производится в вертикальном направлении. Рентгеновское излучение, прошедшее через тело пациента, регистрируется многоэлементным линейным детектором (МЛД). Детектор улавливает сигналы, минимально превышающие порог чувствительности усилителя, благодаря чему фоновое излучение не фиксируется и создается оптимальное соотношение «сигнал-шум». При этом максимально уменьшается радиационная доза на пациента.

Информация, накопленная в МЛД во время экспозиции строки, переписывается в память ЭВМ, и затем начинается регистрация следующей по вертикали строки. Для этой цели рентгеновский излучатель, щелевой коллиматор и МЛД во время съемки одновременно и равномерно перемещаются в вертикальном направлении. Коллиматор с узкой щелью формирует тонкий веерообразный пучок рентгеновского излучения, который после прохождения через тело пациента, попадает во входное окно МЛД.

Информация, накопленная детектором за время экспозиции строки, передается в компьютер. После окончания съемки кадра в памяти компьютера формируется матрица изображения (320×256 чисел), содержащая информацию о распределении излучения после прохождения через тело пациента. Цифровое рентгеновское изображение выводится на видеомонитор компьютера через 5 с после окончания сканирования.

Управление аппаратом [3] осуществляется с помощью ЭВМ. Программное обеспечение включает в себя основную программу, управляющую аппаратом во время съемки, и программы для контроля работоспособности блоков и аппарата в целом.

Данный аналог наиболее близок по конструкции к заявляемому объекту и поэтому был выбран нами в качестве прототипа.

В аппаратах сканирующего типа [3] рентгеновский излучатель работает в экстремальных условиях из-за длительной экспозиции (5 и более секунд), что ведет к перегреву и быстрому выходу из строя рентгеновской трубки. Стоимость современной рентгеновской трубки отечественного производства доходит до 15000 рублей. Частый выход рентгеновских трубок в аппаратах сканирующего типа и отсутствие средств для ее замены приводит к длительному простою рентгеновских аппаратов.

Целью нашего предложения является увеличение срока службы излучателя рентгенодиагностических аппаратов и тем самым повышение эффективности их работы.

Данная цель достигается тем, что в рентгенографической установке для медицинской диагностики, содержащей рентгеновский излучатель, подключенный к высокочастотному рентгеновскому генератору и программируемому блоку управления, детектор рентгеновского излучения с механизмом его перемещения в плоскости регистрации изображения и систему обработки сигнала и формирования изображения, соединенную с видеомонитором, в качестве детектора рентгеновского излучения используется полноформатный рентгеновский электроннооптический преобразователь (РЭОП), а механизм перемещения детектора обеспечивает последовательное дискретное перемещение РЭОПа в четыре точки экспозиции A, B, C, D, являющимися вершинами углов квадрата с координатами x _A=s, y_A=s; x_B=s, y_B=-s; x_C=-s, y_C=-s; x_D=-s, y_D =s, причем начало системы координат x=y=0, совмещено с центральным лучом рентгеновского излучателя, кроме того система обработки сигнала и формирования изображения дополнена компаратором фрагментальных изображений А, В, С, D, и схемой формирования результирующего снимка по фрагментальным изображениям.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что конструкция предлагаемой рентгенографической установки неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

Далее наше предложение сопровождается чертежами и пояснением к ним. На фиг.1 схематически изображена конструкция предлагаемого устройства; на фиг.2 показана геометрия формирования рентгеновского изображения, а на фиг.3 представлено результирующее рентгеновское изображение органов грудной клетки, полученное на опытном образце предложенного нами аппарата.

Рентгенографическая установка для медицинской диагностики содержит рентгеновский излучатель 1, подключенный к рентгеновскому генератору 2 высокочастотного типа, команда на включение которого дается оператором с программированного блока управления 3. Программированный блок управления содержит ЭВМ 4, в состав которой входит схема управления съемкой 5 и система обработки сигнала и формирования изображения 6, соединенная с видеомонитором 7. Управление работой рентгенографической установки осуществляется с помощью клавиатуры 8.

Рентгеновский излучатель 1 установлен на вертикальном штативе 9, закрепленном на массивном основании 10. Рентгеновский излучатель 1 оптически сопряжен с входным окном 11 рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОПа) 12, который является детектором рентгеновского излучения. РЭОП 12 закреплен на каретке 13, представляющей собой цилиндр вращения, ось 14 которого проходит через подшипник 15, закрепленный в стойке 16, установленной на основании 10. На конце оси 14 закреплено стальное зубчатое колесо 17, соединенное цепью 18 (типа велосипедной) с малым зубчатым колесом 19, закрепленным на оси электродвигателя 20, электрически соединенного со схемой управления съемкой 5 ЭВМ 4. Зубчатое колесо 17 снабжено электромагнитным тормозом 21, подключенным к схеме управления съемкой 5 ЭВМ 4. РЭОП 12 электрически соединен с системой обработки сигнала и формирования изображения 6, содержащей аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22, компаратор фрагментальных изображений 23 и схему формирования результирующего снимка по фрагментальным изображениям 24. Детекторная часть рентгенографической установки закрыта защитным кожухом 25, изготовленным из полимера.

Для обеспечения постоянного оптического сопряжения рентгеновского излучателя 1 с входным окном 11 РЭОПа 12 используется диафрагма 26, выполненная в виде окна 27 в круглом диске 28, изготовленном из материала с высоким атомным номером, например вольфрама. Диск 28 соединен червячной парой 29 с электродвигателем 30, электрически подключенным к схеме управления съемкой 5 ЭВМ 4.

При исследовании органов грудной полости пациент 31 находится на подъемнике 32 грудью по направлению к РЭОПу 12, как показано на фиг.1. Подъемник пациента 32 снабжен электроприводом и позволяет рентгенолаборанту добиться должной ориентации пациента 31 перед съемкой. При съемке подбородок пациента 31 опирается на специальный фиксатор 33.

РЭОП 12 закреплен на каретке 13 эксцентрично относительно оси ее вращения (точки О на фиг.2), которая совпадает с центральным лучом i рентгеновского пучка. Центральная точка o' оптического окна 11 РЭОПа 12 смещена относительно точки O, как по осям x, так и y, на величину s=0,5 r, где r - радиус входного окна 11 РЭОПа (см. фиг.2). Механизм перемещения детектора обеспечивает последовательное дискретное перемещение РЭОПа 12 в четыре точки экспозиции A, B, C, D, являющимися вершинами углов квадрата с координатами x_A=s, y_A=s; x_B=s, y_B=-s; x_C=-s, y_C=-s; x_D =-s, y_D=s, причем начало системы координат x=y=0, совмещено с точкой О. Перемещение РЭОПа 12 осуществляется поворотом каретки 13 в исходное положение при работе электродвигателя 20 по команде ЭВМ 4. После выключения электродвигателя 20 включается электромагнитный тормоз 21, после чего выполняется снимок. Для получения полноформатного рентгеновского снимка обследуемого объекта РЭОП 12 последовательно перемещается в точки экспозиции А, В, С, D. Синхронно с РЭОПом 12 перемещается окно 27 диафрагмы 26 электродвигателем 30 по команде ЭВМ 6.

С выхода РЭОПа 12 электрический сигнал поступает в ЭВМ 4, непосредственно в АЦП 22 системы обработки сигнала и формирования изображения 6. После преобразования сигнала он поступает в компаратор фрагментальных изображений 23, где производится сравнительный анализ информации, полученной в четырех точках экспозиции A, B, C, D. В блоке 24 производится электронная сшивка фрагментальных изображений в результирующий снимок, который выводится на экран видеомонитора 7. В плоскости регистрации изображения рентгеновская картина, отображенная на результирующем снимке, ограничена квадратом KLMN (фиг.2), сторона которого KL2,4 r.

На фиг.3 в качестве примера приведено результирующее рентгеновское изображение органов грудной клетки, полученное на опытном образце предложенного нами аппарата.

Применение РЭОПа позволяет существенно снизить лучевую нагрузку на пациента. Исследования показали, что при получении обзорного снимка легких эффективная доза не превышает 7 мкЗв, что приблизительно на порядок меньше дозы, получаемой пациентом при съемке на рентгеновском аппарате с цифровой камерой.

Высокая чувствительность РЭОПа позволяет уменьшить время экспозиции до долей секунды. Суммарное время экспозиции четырех фрагментальных снимков не превышает 0,5 с, что не приводит к перегреву рентгеновской трубки и гарантирует ее надежную длительную работу.

Предложенная конструкция рентгенографической установки может найти широкое применение в пульмонологии и фтизиатрии, особенно при обследовании детей, так как обеспечивает значительное снижение лучевой нагрузки на пациента.

1. Рентгенографическая установка для медицинской диагностики, содержащая рентгеновский излучатель, подключенный к высокочастотному рентгеновскому генератору и программируемому блоку управления, детектор рентгеновского излучения с механизмом его перемещения в плоскости регистрации изображения и систему обработки сигнала и формирования изображения, соединенную с видеомонитором, отличающаяся тем, что в качестве детектора рентгеновского излучения используется полноформатный рентгеновский электронно-оптический преобразователь (РЭОП), а механизм перемещения детектора обеспечивает последовательное дискретное перемещение РЭОПа в четыре точки экспозиции A, B, C, D, являющиеся вершинами углов квадрата с координатами x _A=s, y_A=s; x_B=s, y_B=-s; x_C=-s, y_C=-s; x_D=-s, y_D =s, причем начало системы координат x=y=0 совмещено с центральным лучом рентгеновского излучателя, кроме того, система обработки сигнала и формирования изображения дополнена компаратором фрагментальных изображений A, B, C, D и схемой формирования результирующего снимка по фрагментальным изображениям.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм дискретного перемещения РЭОПа содержит каретку РЭОПа, соединенную цепной передачей с электродвигателем, подключенным к программируемому блоку управления.