Способ получения рентгеновского изображения и диагностический рентгеновский аппарат

 

Изобретение используется в рентгеноскопии и рентгенографии для медицинского и промышленного применения. Способ осуществляют, облучая пакетом мощных импульсов рентгеновского излучения наносекундной длительности стоящий за исследуемым объектом конвертер, преобразующий рентгеновское излучение в видимое. Съемку полученного изображения ведут видеокамерой, синхронно управляемой с моментом прихода пакета импульсов рентгеновского излучения. Количество импульсов в пакете определяют по соотношению 1 N t/T₁, где N - количество импульсов рентгеновского излучения в пакете; t - время обратного хода луча кадровой развертки видеокамеры; T₁ - период следования импульсов рентгеновского излучения в пакете. Облучение объекта происходит синхронно с кадровой разверткой видеокамеры во время обратного хода луча видеокамеры. Рентгеновский аппарат состоит из импульсной рентгеновской трубки, позволяющей генерировать мощные наносекундные импульсы генератора импульсов высокого напряжения наносекунднои длительности, устройства управления выходными параметрами, конвертера, преобразующего рентгеновское излучение в видимое, видеокамеры, формирователя импульсов запуска, работающего в режиме генерации пакета импульсов запуска по заданной программе, устройства синхронизации, контроллера аналого-цифрового преобразователя, видеомонитора и устройства хранения и обработки видеообразов. Изобретение позволяет снизить дозовую нагрузку на операторе и объекте, а также повысить качество изображения. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способу получения рентгеновского изображения и к рентгеновским аппаратам, а именно к рентгеноскопическим и рентгенографическим аппаратам, для медицинского и промышленного применения.

Известен способ получения рентгеновского изображения для рентгеноскопии, заключающийся в непрерывной засветке люминофора рентгеновскими лучами и рентгенотелевизионный рентгеноскоп, содержащий генератор высокого постоянного напряжения, рентгеновскую трубку, конвертер рентгеновского излучения, телевизионную видеокамеру, видеоконтрольное устройство (ВКУ) и устройство запоминания (УЗ) изображения [1], работающий на основе этого способа. В результате непрерывной нагрузки на люминофор конвертера, для получения качественного изображения, необходимо иметь высокий средний уровень интенсивности рентгеновского излучения.

Принципиальным недостатком данного способа является большая дозовая нагрузка на объекте, обусловленная применением постоянного рентгеновского излучения. Такой способ получения рентгеновского изображения и аппараты на его основе, применяются для промышленного контроля качества деталей и не используются в медицинской рентгеновской диагностике.

Наиболее близким по исполнению является способ получения рентгеновского изображения, реализованный в рентгеноскопической и рентгенографической системе получения изображения диагностической рентгеновской установки [2], содержащей рентгеновскую трубку, генератор импульсного высокого напряжения миллисекундной длительности, устройство управления и запуска генератора импульсного высокого напряжения, рентгенографический преобразователь, телевизионную видеокамеру, УЗ кадра, контроллер, ВКУ для рентгеноскопии и рентгенографии. Данная система реализует два способа получения рентгеновского изображения: 1-й способ для рентгеноскопии осуществляется следующим образом. Рентгеновская трубка с частотой кадровой развертки видеокамеры генерирует импульсы рентгеновского излучения миллисекундной длительности, амплитуда которых задается устройством управления и запуска генератора импульсного высокого напряжения, а время прихода импульса рентгеновского излучения синхронизировано с вертикальной разверткой видеокамеры, таким образом, что импульсы рентгеновского излучения генерируются в пределах периода гашения обратного хода кадровой развертки.

2-й способ для рентгенографии реализуется следующим образом. Контроллер отключает сигнал видеокамеры от ВКУ рентгеноскопии и подключает видеокамеру к УЗ кадра. После считывания первого кадра изображения, устройство управления и запуска генератора вырабатывает сигнал остановки вертикальной развертки видеокамеры и отключения генератора высокого напряжения. Запомненный сигнал выводится на ВКУ рентгенографии.

К недостаткам данных способов получения рентгеновского изображения системы, осуществляющей их реализацию относятся: 1. Большая дозовая нагрузка на объекте и операторе, обусловленная: - низкой интенсивностью свечения люминофора при воздействии большой (миллисекундной) длительности рентгеновского излучения; - работой генератора рентгеновского излучения с частотой кадровой развертки видеокамеры.

2. Большая энергия в импульсе рентгеновского излучения, необходимая для просвечивания за один импульс исследуемого объекта.

Большая энергия в импульсе рентгеновского излучения приводит к большой запасаемой энергии в генераторе высокого напряжения и, как следствие, к большим размерам генератора.

3. Низкое качество изображения, а именно динамическая нерезкость движущихся объектов, обусловленная послесвечением люминофора конвертера. В результате послесвечения люминофора изображение предыдущего кадра накладывается на следующий кадр.

Отмеченные недостатки приводят к большой дозовой нагрузке на объекте и операторе, большой потребляемой мощности для получения изображения, росту габаритов и веса аппарата, низкому качеству изображения.

Задачей изобретения является снижение дозовой нагрузки на объекте и операторе, повышение качества изображения, уменьшение габаритов, веса и потребляемой мощности аппарата, повышение ресурса работы.

Поставленная задача достигается тем, что облучают импульсным рентгеновским излучением стоящий за исследуемым объектом конвертер, снимают полученное изображение видеокамерой, синхронно управляемой с моментом прихода импульсного рентгеновского излучения, преобразуют сигнал из аналоговой формы в цифровую, запоминают, обрабатывают и транслируют изображение. В отличие от известного способа экспозицию конвертера осуществляют пакетом мощных наносекундных импульсов рентгеновского излучения, приходящим синхронно с кадровой разверткой видеокамеры во время обратного хода луча видеокамеры. Причем количество импульсов в пакете определяют из соотношения 1 N t/T₁, где N - количество импульсов рентгеновского излучения в пакете; t - время обратного хода луча кадровой развертки видеокамеры; T₁ - период следования импульсов рентгеновского излучения в пакете.

Однако экспозиция конвертера с частотой следования кадровой развертки видеокамеры нецелесообразна для большинства рентгеноскопических исследований. Возможно определение периода следования пакетов импульсов рентгеновского излучения в режиме рентгеноскопии и рентгенографии движущихся объектов из соотношения T₂ = n, где T₂ - период следования пакетов импульсов рентгеновского излучения; n= 1,2,3, . . .. и т.д., n = 1 соответствует телевизионному изображению; - длительность одного кадра, причем величину n определяют из возможно минимальной дозовой нагрузки на исследуемом объекте, удобством визуального контроля за движущимся объектом и поддерживают программой управления, обеспечивающей при n > 1 трансляцию изображения на монитор в режиме "стоп-кадра". Поскольку привыкание глаза человека к изображению происходит за время ~ 0,2 с, то во многих случаях нецелесообразно использовать частоту смены изображения более 5 Гц, что в 10 раз ниже частоты кадровой развертки видеокамеры. Следовательно, во столько же раз можно снизить частоту генерации пакета импульсов рентгеновского излучения и понизить дозовую нагрузку на исследуемом объекте и операторе. При медленном изменении положения объекта, частота генерации пакетов рентгеновского излучения может быть снижена и будет выбираться оператором и поддерживаться программой управления аппаратом. Следовательно, дозовая нагрузка будет уменьшаться. Кроме того, пропорционально уменьшению частоты увеличивается ресурс работы аппарата, уменьшается потребляемая энергия.

При проведении рентгеноскопических исследований оператор не всегда успевает зафиксировать происшедшие изменения в исследуемом объекте. Во время переключения аппарата на разные режимы работы возможна потеря необходимой информации. Поэтому целесообразно режим рентгенографии осуществлять без прерывания режима рентгеноскопии. Это достигается тем, что каждый кадр изображения преобразуется в цифровую форму и запоминается. В этом случае режим рентгенографии происходит параллельно с рентгеноскопическими исследованиями. После окончания рентгеноскопических исследований, запомненное изображение можно воспроизвести в рентгенографическом режиме и отдельными кадрами и в режиме кино.

Способ осуществляется в рентгеновском аппарате для рентгенографии и рентгеноскопии, который содержит импульсную рентгеновскую трубку с генератором импульсов высокого напряжения, устройство управления выходными параметрами генератора импульсов высокого напряжения, конвертер рентгеновского излучения, видеокамеру для регистрации видимого излучения и подачи сигнала на аналого-цифровой преобразователь, устройство синхронизации для получения сигнала запуска от контроллера, подключенного к цифроаналоговому преобразователю, соединенному с видеоконтрольным устройством для рентгеноскопии, и устройству обработки видеообразов, выполненному с возможностью подачи сигнала на устройство хранения видеообразов и видеоконтрольное устройство для рентгенографии, который отличается тем, что генератор импульсов высокого напряжения является наносекундным и соединен с формирователем импульсов запуска генератора, выполненным с возможностью генерирования пакета импульсов запуска за период обратного хода луча видеокамеры, при этом устройство выделения кадровых синхроимпульсов через устройство синхронизации связано с формирователем импульсов запуска.

Использование нескольких импульсов рентгеновского излучения позволяет получать оптимальную яркость свечения конвертера подбором числа импульсов, суммирование нескольких импульсов значительно повышает стабильность свечения от кадра к кадру. Кроме того, позволяет снизить величину накопленной энергии в генераторе пропорционально количеству импульсов излучения. Например, если для просвечивания объекта необходимо излучение, полученное при торможении электронного пучка, от генератора с энергией 20 Дж, то в предлагаемом изобретении предлагается создать десять импульсов, следующи[ друг за другом за время, не превышающее времени обратного хода луча кадровой развертки видеокамеры, от генератора с энергией 2 Дж. Такой режим работы позволяет уменьшить габариты генератора, улучшить тепловой режим работы анода, тем самым уменьшить габариты всего аппарата и увеличить ресурс его работы.

На Фиг. 1 представлена схема предлагаемого рентгеновского аппарата для рентгеноскопии и рентгенографии. Аппарат содержит импульсную рентгеновскую трубку 1, наносекундный импульсный генератор высокого напряжения 2, устройство управления выходными параметрами генератора 3, конвертер рентгеновского излучения 4, видеокамеру 5, формирователь пакетов импульсов запуска 6, устройство синхронизации 7, контроллер 8, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 9, УЗ кадра 10, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 11, ВКУ для рентгеноскопии 12, устройство обработки видеообразов 13, ВКУ для рентгенографии 14, устройство выделения кадровых синхроимпульсов (КСИ) 15, устройство хранения видеообразов 16, облучаемый объект 17.

В предлагаемом изобретении оператор выбирает режим работы аппарата и включает программу управления. При этом контроллер 8 выдает сигнал запуска на устройство синхронизации 7, на которое постоянно поступает КСИ с устройства выделения КСИ 15. По условиям съемки, в зависимости от скорости перемещения объекта, контроллер 8 выдает сигнал запуска с частотой, меньшей чем частота работы видеокамеры. Устройство синхронизации по команде контроллера 8 вырабатывает пакет импульсов с определенной длительностью пакета, временной синхронизацией к КСИ и количеством импульсов в пакете, фиг. 2. Полученный пакет импульсов поступает на формирователь импульсов запуска 6, в котором импульсы в пакете преобразуются до требуемой величины для запуска импульсного генератора высокого напряжения 2. Генератор 2 вырабатывает импульсы высокого напряжения, которые поступают на импульсную рентгеновскую трубку 1. Полученные импульсы рентгеновского излучения просвечивают исследуемый объект 17, попадают на конвертер рентгеновского излучения 4. Свечение конвертера регистрируется видеокамерой 5. Аналоговый сигнал с видеокамеры преобразуется в цифровую форму АЦП 9 и в цифровом виде поступает на УЗ кадра 10. Запомненный кадр изображения приходит на контроллер 8, который выдает команду прерывания чтения видеосигнала для следующих кадров изображения. Одновременно записанный кадр с рентгеновским видеообразом из контроллера 8 поступает на ЦАП 11 и устройство обработки видеообразов (преобразователь кадра в графический формат) 13, являющийся математической программой. Оба полученных сигнала поступают на ВКУ рентгеноскопии 12 и рентгенографии 14. В результате оба режима работы - рентгенографический и рентгеноскопический - осуществляются параллельно. Изображение на экране ВКУ остается до следующего цикла получения изображения.

Испытания аппарата производились при условиях, представленных в табл. 1 и 2.

Как видно из табл. 1, в экспериментах использовалась наиболее простая и низкочувствительная система визуализации рентгеновского изображения: люминофор + видеокамера. Тем не менее, поверхностные дозы облучения на испытуемых объектах (табл. 2) значительно ниже общепринятых медицинских норм [3]. Можно предположить, что применение более чувствительной видеокамеры, рентгеновских электронно-оптических преобразователей (РЭОП) или микроканальных усилителей света (МКУ), имеющих чувствительность в ~ 10000 раз выше люминофоров, позволит еще снизить дозы облучения.

Литература.

1. Рентгенотехника. Справочник, под ред. В.В. Клюева. М. "Машиностроение", 1980 г., книга 2, с. 246-247.

2. Патент Японии. X-RAY DIAGNOSTIC DEVICE. 1-50398 (A), Appl. N. 62- 206815, Int. Cl⁴ H 05 G 1/58, A 61 В 6/00, H 05 G 1/64. Публ. РЖ Изобретения стран мира. Вып. 139, МКИ H 05 G С,H; N1, Москва, 1990 г. с. 9.

3. См. [1], с. 266.

Формула изобретения

1. Способ получения рентгеновского изображения для рентгенографии и рентгеноскопии путем облучения импульсным рентгеновским излучением стоящего за исследуемым объектом конвертера, снятия полученного изображения видеокамерой, синхронно управляемой с моментом прихода импульсного рентгеновского излучения, преобразования сигнала из аналоговой формы в цифровую, запоминания, обработки и трансляции изображения, отличающийся тем, что экспозицию конвертера осуществляют пакетом мощных наносекундных импульсов рентгеновского излучения, приходящим синхронно с кадровой разверткой видеокамеры во время обратного хода луча видеокамеры, причем количество импульсов в пакете определяют из соотношения
1 N t/T₁,
где N - количество импульсов рентгеновского излучения в пакете;
t - время обратного хода луча кадровой развертки видеокамеры;
Т₁ - период следования импульсов рентгеновского излучения в пакете.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что период следования пакетов импульсов рентгеновского излучения в режиме рентгеноскопии и рентгенографии движущихся объектов определяют из соотношения
T₂ = n,
где Т₂ - период следования пакетов импульсов рентгеновского излучения;
n = 1,2,3 и т.д., n = 1 соответствует телевизионному изображению;
- длительность одного кадра,
причем величину n определяют из возможно минимальной дозовой нагрузки на исследуемом объекте, удобством визуального контроля за движущимся объектом и поддерживают программой управления, обеспечивающей при n > 1 трансляцию изображения на монитор в режиме "стоп-кадра".

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что режим рентгенографии осуществляют без прерывания режима рентгеноскопии.

4. Рентгеновский аппарат для рентгенографии и рентгеноскопии, содержащий импульсную рентгеновскую трубку с генератором импульсов высокого напряжения, устройство управления выходными параметрами генератора импульсов высокого напряжения, конвертер рентгеновского излучения, видеокамеру для регистрации видимого излучения и подачи сигнала на аналого-цифровой преобразователь, устройство синхронизации для получения сигнала запуска от контроллера, подключенного к цифроаналоговому преобразователю, соединенному с видеоконтрольным устройством для рентгеноскопии, и устройству обработки видеообразов, выполненному с возможностью подачи сигнала на устройство хранения видеообразов и видеоконтрольное устройство для рентгенографии, отличающийся тем, что генератор импульсов высокого напряжения является наносекундным и соединен с формирователем импульсов запуска генератора, выполненным с возможностью генерирования пакета импульсов запуска за период обратного хода луча видеокамеры, при этом устройство выделения кадровых синхроимпульсов через устройство синхронизации связано с формирователем импульсов запуска.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Прежний патентообладатель:
Закрытое акцинерное общество "РИНМЕС"

(73) Патентообладатель:
Институт электрофизики Уральского отделения Российской академии наук

Договор № РД0015024 зарегистрирован 07.12.2006

Извещение опубликовано: 20.01.2007        БИ: 02/2007

---