СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИМ АППАРАТОМ Российский патент 1995 года по МПК H05G1/46 

Изобретение относится к рентгенотехнике и может использоваться, в частности, в аппаратах со среднечастотным преобразованием в главной цепи.

Известны способы управления рентгеновскими аппаратами, основанные на различных системах уставок параметров функционирования, включающих величины высокого напряжения, кВ, анодного тока, мА, количества электричества, мАс [1]
Использование таких систем уставок требует достаточно высокой квалификации и ответственности рентгенолога.

Известен способ управления рентгеновским аппаратом, заключающийся в том, что производят измерение интенсивности излучения за исследуемым объектом, сравнивают сигнал измерительного детектора с опорной величиной и отрабатывают расхождение между указанными величинами путем воздействия на средства регулирования высокого напряжения [2]
Известный способ, применимый, в частности, в рентгеновских аппаратах со среднечастотным преобразованием напряжения в главной цепи, обладает следующими недостатками: постоянная возможность ошибки оператора при задании величины высокого напряжения; ограниченные возможности оперативного учета физических различий снимаемых объектов (пациентов) с точки зрения задаваемой величины высокого напряжения; интенсивность системы регулирования.

Задача изобретения заключается в том, чтобы реализовать безуставочный режим управления аппаратом с автоматическим выводом на требуемые величины высокого напряжения и количества электричества (кВ и мАс).

Поставленная задача решена тем, что в способе управления рентгеновским аппаратом, заключающемся в измерении интенсивности излучения за исследуемым объектом с помощью детектора, сравнении сигнала детектора с опорной величиной и воздействии на высокое напряжение на рентгеновском излучателе в зависимости от результата сравнения, (а) для сравнения задают базовую опорную величину, устанавливаемую в зависимости от максимальной допустимой нагрузочной способности излучателя, и набор рабочих опорных величин, каждой из которых поставлен в соответствие определенный диапазон высоких напряжений, (б) в период нарастания высокого напряжения на излучателе после включения аппарата сравнивают сигнал детектора с базовой опорной величиной, (в) формируют сигнал высокого напряжения в момент совпадения сигнала детектора с базовой опорной величиной, (г) выбирают рабочую опорную величину в зависимости от диапазона высоких напряжений, в который попадает указанная величина высокого напряжения, (д) производят сравнение сигнала детектора с выбранной опорной величиной и (е) в момент совпадения сигнала детектора с выбранной опорной величиной производят фиксацию высокого напряжения на излучателе.

В частности базовая опорная величина может входить в набор рабочих опорных величин.

При этом рабочие опорные величины устанавливают на основе диагностически релевантных для различных органов величин высокого напряжения (кВ) и количества электричества (мАс).

Указанное решение позволяет устранить общепринятую систему уставок, управляемую оператором, и автоматически выбирать режим снимка (кВ-мАс) с учетом "прозрачности" пациента.

На фиг. 1 приведена схема рентгеновского аппарата со среднечастотным преобразованием напpяжения в главной цепи; на фиг. 2 схемный узел с измерителем времени в качестве средства формирования сигнала величины высокого напpяжения; на фиг. 3 временные диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы аппарата и реализации заявляемого способа.

Рентгеновский аппарат содержит рентгеновский излучатель 1, высоковольтный генератор 2 с сетевыми контакторами 3, образованный сетевым выпрямителем 4, сглаживающим LC-фильтром 5, инвертором 6, высоковольтным трансформатором 7 и высоковольтным выпрямителем 8, и блок 9 накала. Параллельно рентгеновскому излучателю 1 на выходе высоковольтного генератора 2 может быть включен измерительный делитель 10 напряжения.

За исследуемым объектом 11 установлены проходной детектор 12 излучения (ионизационная камера) и рентгеновская кассета 13 с определенной комбинацией экран-пленка. К детектору 12 через усилитель 14 подключена цепь реле экспозиции, образованная интегратором 15, первым компаратором 16 и первым источником (ИОС) 17 опорного сигнала.

К детектору 12 через тот же усилитель 14 подключена цепь сравнения сигнала детектора 12 с опорным сигналом, которая содержит компаратор 18 и средства задания опорного сигнала в зависимости от напряжения на излучателе 1, включающие аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 19, цифровой компаратор 20, ПЗУ 21, цифро-аналоговый преобразователь 22 и АЦП 23.

АЦП 19 служит для оцифровывания сигнала с выхода усилителя 14 сигнала детектора 12. АЦП 23 служит для оцифровывания сигнала с измерительного делителя напряжения 10.

Способ реализуют следующим образом.

Цифровой компаратор 20 работает на основе базовой опорной величины, хранимой им самим или поступающей с ПЗУ 21 (данный аспект не является принципиальным). Эта базовая опорная величина выбирается по следующим основаниям.

Если допустимая нагрузочная способность излучателя 1 составляет 30 кВт, то при максимальном напряжении 120 кВ и длительности экспозиции 1 с анодный ток составит 250 мА, что соответствует 250 мАс по параметру количество электричества. Для получения требуемого почернения пленки необходима некоторая доза, зависящая от чувствительности используемой комбинации экран-пленка и составляющая, например 0,05 Р. Соответственно при длительности экспозиции 1 с мощность дозы за объектом 11 должна составлять 0,05 Р/с, на основании чего и задается базовая опорная величина.

Указанная выше величина количества электричества 250 мАс достаточна для получения снимка наиболее поглощающих органов человеческого тела при любой комплекции пациентов.

Вместе с тем при исследованиях органов, оптимальные с точки зрения качества снимка величины высокого напряжения для которых находятся ниже 90 кВ, сохранение величины 250 мАс не требуется. Кроме того, сохранение величины 250 мАс привело бы к существенному недобору высокого напряжения при фиксированной уставке анодного тока 250 мА и заданной длительности экспозиции 1 с.

Поэтому, чтобы вывести высокое напряжение в оптимальный для исследуемого органа диапазон, необходимо уменьшить время экспозиции, тем самым снижая и величину мАс. Эта процедура и является основой предлагаемого способа.

Условно приведенные цифры являются только иллюстрацией принципа, можно составить шкалу соответствия между величинами высокого напряжения и временем экспозиции примерно следующего характера.

кВ 90-120 80-90 70-80 60-70 50-60 40-50 До 40 Время, с 1 0,8 0,6 0,4 0,16 0,08 0,04 мАс 250 200 150 100 40 20 10
Такая таблица хранится в ПЗУ 21, адресный вход которого соединен с выходом АЦП 23, формирующего оцифрованный сигнал величины высокого напряжения на рентгеновском излучателе 1. Компаратор 20 служит для подачи на ПЗУ 21 сигнала считывания, по которому в соответствии с адресом, поступающим с АЦП 23 и соответствующим величине высокого напряжения, из ПЗУ 21 через ЦАП 22 на опорный вход компаратора 18 выводится задаваемая для данной экспозиции опорная величина.

Выходы компараторов 16 и 18 через пульт 24 управления (или через специальные реле) связаны со средствами фиксации высокого напряжения на излучателе 1.

Эти средства включены на входе широтно-импульсного модулятора (ШИМ) 25, управляющего работой инвертора 6 высоковольтного генератора 2 (можно использовать и иные методы управления инвертором 6). В состав указанных средств входят операционный усилитель 26, включенный параллельно с ним конденсатор 27, источник 28 напряжения, последовательно включенный с источником 28 первый ключ 29 и включенный параллельно с конденсатором 27 второй ключ 30.

Сигнал величины высокого напряжения на излучателе 1 можно получать не с измерительного делителя 10, а на основании времени, прошедшего с момента включения аппарата, поскольку фронт нарастания напряжения высоковольтного генератора имеет стабильный и известный временной характер. В данном варианте получения сигнала величины высокого напряжения используется приведенная на фиг. 2 схема, включающая тактовый генератор 31 и счетчик 32 с входами запуска и считывания, которые соответственно соединены с пультом 24 управления и компаратором 20. В качестве тактового генератора 31 можно использовать генератор АЦП 19.

Все вышеприведенные цифровые блоки могут быть реализованы на основе стандартного микропроцессора.

Перед включением аппарата сетевые контакторы 3 и ключ 29 разомкнуты, а ключ 30 замкнут. По сигналу запуска с пульта 24 управления происходят замыкание сетевых контакторов 3, ключа 29 и размыкание ключа 30. Сетевое напряжение поступает на высоковольтный генератор 2, и одновременно от источника 28 напряжения заряжается конденсатор 27, напряжение с которого поступает на управляющий вход ШИМ 25, управляющий инвертором 6. На выходе высоковольтного генератора формируется нарастающее высокое напряжение (фиг. 3), поступающее на излучатель 1. Последний генерирует рентгеновское излучение, проходящее через исследуемый объект 11, проходной детектор 12 и падающее на рентгеновскую кассету 13.

Под действием прошедшего через объект 11 излучения детектор 12 генерирует электрический сигнал, который через усилитель 14 поступает на АЦП 19, компаратор 18 и интегратор 15.

Когда сигнал с детектора 12 после соответствующего преобразования усилителем 14 и АЦП 19 сравняется с базовой опорной величиной, хранящейся в цифровом компараторе 20 (или ПЗУ 21), последний формирует управляющий сигнал для ПЗУ 21, на адресный вход которого поступает сигнал с АЦП 23, соответствующий действующей величине высокого напряжения и снимаемый с измерительного делителя 10 (или счетчика 32). По сигналу с компаратора 20 из ПЗУ 21 через ЦАП 22 на опорный вход компаратора 18 считывается рабочий опорный сигнал, поставленный указанной выше таблицей в соответствие диапазону величин высокого напряжения, в котором сигнал детектора совпал с базовой опорной величиной.

В общем случае после поступления опорного сигнала с ЦАП 22 на компаратор 18 напряжение на излучателе 1 продолжает нарастать и сигнал детектора 12 также увеличивается. Когда сигнал на рабочем (детекторном) входе компаратора 18 сравняется с опорным сигналом, компаратор 18 формирует управляющий сигнал, по которому происходит размыкание ключа 29. В результате этого зарядка конденсатора 27 от источника 28 прекращается и напряжение на входе ШИМ 25 остается зафиксированным на время снимка, т.е. фиксируется и величина высокого напряжения на излучателе 1.

Окончание экспозиции производится обычным образом по сигналу реле экспозиции, т. е. когда уровень сигнала на выходе интегратора 15 сравняется с опорным сигналом с ИОС 17. В этот момент срабатывает компаратор 16, по сигналу которого размыкаются сетевые контакторы 3 и замыкается ключ 30. Замыкание ключа 30 вызывает уход заряда с конденсатора 27, вследствие чего на ШИМ 25 не поступает управляющее его работой напряжение.

Временные диаграммы экспозиции приведены на фиг. 3 сплошными линиями. Из этих диаграмм видно, что в диапазоне 90-120 кВ длительность экспозиции составляет постоянную величину (например, 1 с), а при меньших напряжениях длительность экспозиции уменьшается. Пунктирными линиями показаны напряжения, при которых происходит срабатывание цифрового компаратора 20 (стрелки показывают, к какой диаграмме относится соответствующий уровень напряжения).

Из приведенных разъяснений ясно, что базовая опорная величина может входить в набор рабочих опорных величин (диапазон 90-120 кВ). Вместе с тем это не является необходимым условием, поскольку можно использовать в указанном диапазоне некоторое смещение рабочей опорной величины по сравнению с базовой, например для учета быстродействия системы.

Рабочие опорные величины с точки зрения кВ и мАс выбираются как диагностически релевантные величины, т.е. соответствующие принятым в диагностике уставкам, обеспечивающим оптимальное качество снимков различных органов.

Вместе с тем данные параметры в предлагаемом способе выбираются автоматически, без вмешательства оператора, что существенно упрощает процедуру управления аппаратом и снижает вероятность получения некачественных снимков.

Изобретение может использоваться в рентгенотехнике, в частности, в рентгеновских аппаратах со среднечастотным преобразованием напряжения в главной цепи, и позволяет осуществлять автоматическую установку диагностически релевантных условий снимка по величинам высокого напряжения и количества электричества без вмешательства оператора, для чего в период нарастания высокого напряжения после включения аппарата производят сравнение сигнала детектора излучения за исследуемым объектом с базовой опорной величиной и в момент совпадения сигнала детектора с указанной базовой опорной величиной получают сигнал величины высокого напряжения на рентгеновском излучателе. Указанный сигнал используют для выбора рабочей опорной величины, поставленной в соответствие диагностически релевантным условиям снимка, и при совпадении нарастающего сигнала детектора с рабочей величиной фиксируют напряжение на рентгеновском излучателе на оставшееся время снимка. 2 з. п. ф-лы, 3 ил. 1 табл.

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКИМ АППАРАТОМ заключающийся в измерении интенсивности излучения за исследуемым объектом с помощью детектора, сравнении сигнала детектора с опорной величиной и воздействии на высокое напряжение на рентгеновском излучателе в зависимости от результата сравнения, отличающийся тем, что для сравнения задают базовую опорную величину, устанавливаемую в зависимости от максимально допустимой нагрузочной способности излучателя, и набор рабочих опорных величин, каждой из которых поставлен в соответствие определенный диапазон высоких напряжений, в период нарастания высокого напряжения на излучателе после включения аппарата сравнивают сигнал детектора с базовой опорной величиной, формируют сигнал величины высокого напряжения в момент совпадения сигнала детектора с базовой опорной величиной, выбирают рабочую опорную величину в зависимости от диапазона высоких напряжений, в который попадает указанная величина высокого напряжения, сравнивают сигнал детектора с выбранной рабочей опорной величиной и в момент совпадения сигнала детектора с выбранной рабочей опорной величиной производят фиксацию высокого напряжения на излучателе. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что базовая опорная величина входит в набор рабочих опорных величин. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что рабочие опорные величины устанавливают на основе диагностически релевантных для различных органов величин высокого напряжения и количества электричества.