РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ Российский патент 1997 года по МПК H05G1/26 G01T1/36 H01L31/115 A61B6/00 

Изобретение относится к области электроники и может быть использовано при создании нового класса рентгенографического оборудования.

Известен ряд рентгенографических установок, характеристики которых приведены ниже (см. таблицу).

Во всех указанных аналогах, включая прототип, в качестве которого выбрана рентгенографическая установка, описанная в работе "Цифровая рентгенографическая установка для медицинской диагностики", разработанная в институте ядерной физики Г.И. Будкера (Новосибирск, 1991). Установка включает в себя стандартный рентгеновский излучатель с питающим его высоковольтным источником, штатив с механической системой сканирования, многоэлементный твердотельный формирователь изображения (МТФРИ) и систему регистрации и управления.

Распределение излучения в горизонтальном направлении измеряется с помощью МТФРИ, а в вертикальном путем механического сканирования. Для этой цели рентгеновская трубка, щелевой коллиматор и камера во время съемки одновременно и равномерно перемещаются в вертикальном направлении (для установки с вертикальным положением пациента). Коллиматор со щелью в 1 мм формирует тонкий веерообразный пучок рентгеновского излучения, который после прохождения через тело пациента попадает во входное окно МТФРИ. В этом случае МТФРИ размещенным на нем электроникой управления можно рассматривать как 320 независимых счетчиков рентгеновских квантов. Информация, накопленная в счетчиках во время экспозиции строки, переписывается в память ЭВМ, и затем начинается регистрация следующей по вертикали строки. По окончании съемки кадра в памяти накапливается цифровое изображение-матрица 320х256 чисел, описывающая распределение излучения после прохождения через тело пациента. Первое необработанное изображение на дисплее возникает одновременно со сканированием.

Управление установкой осуществляется с помощью ЭВМ. Программное обеспечение установки включает в себя основную управляющую программу и программы для проведения контроля работоспособности блоков и установки в целом. Программа позволяет врачу провести съемку нескольких кадров, посмотреть полученные снимки на дисплее, записать на диск, а также в случае необходимости запустить специальную диагностическую задачу для обработки полученной информации. В режиме обработки врач может вывести снимок на дисплей и при помощи специальной, быстрой дисплейной системы оперативно преобразовать изображение в вид, наиболее удобный для визуального анализа, и за счет этого улучшить диагностические возможности проекционной рентгенографии. Программа позволяет измерять расстояния между объектами на изображении, плотность в каждой точке изображения и среднюю плотность в произвольном фрагменте изображения, а также проводить другие операции.

Метод сканирования практически исключает регистрацию излучения, рассеянного в теле пациента. Нулевой фон и высокое быстродействие камеры (600 кГц на канал) существенно расширяют динамический диапазон по сравнению с другими методами регистрации. Несмотря на большое время съемки кадра (около 8 с), снижение резкости изображения из-за небольших перемещений пациента не происходит, так как время экспозиции каждой строки при сканировании составляет 30 мс.

Целью предложенного изобретения является сокращение времени экспозиции, снижения лучевой нагрузки на пациента, снижение стоимости эксплуатации и стоимости рентгенографической установки.

Принципиальным отличием предложенного технического решения от прототипа является то, что в качестве многоэлементного твердотельного формирователя изображения использованы сборки модулей линеек полупроводниковых фотоприемников, сочлененные с ПЗС мультиплексорами. В этом же заключается принципиальная новизна предложенного технического решения.

Предлагаемое решение существенно, так как позволяет по новому принципу построить конструкцию прибора, где ключевым элементом является многоэлементный полупроводниковый фотоприемник, сочлененный с ПЗС коммутатором. Следовательно, данный признак существенен и, следовательно, все изобретение обладает существенностью. Предложение существенно, так как позволяет значительно повысить чувствительность приемного узла установки и снизить рабочую дозу функционирования прибора, кроме того предложение позволяет снять с потребления пленки, покрытые серебром (см. аналог), и снизить стоимость рентгенографических исследований и комплектующих изделий. Таким образом, предлагаемое изобретение может обеспечить большой технический эффект, резко увеличить чувствительность установки и снизить себестоимость процесса эксплуатации и самой установки.

Данное предложение обладает изобретательским уровнем, так как элементы новизны в данной заявке не предполагают очевидности для специалистов. Необходимо отметить, что именно предлагаемое сочетание элементов новизны: использование многоэлементных твердотельных формирователей рентгеновских изображений (МТФРИ) с классической рентгеновской трубкой, но пониженной излучательной мощности дает принципиально новое функциональное свойство рентгенографическому аппарату медицинской диагностики понижение более одного порядка мощности лучевого излучения на пациента. Применение высокоэффективного МТФРИ позволяет сократить время экспозиции, отказаться от использования толстослойных серебросодержащих пленок, по сравнению с аналогами снизить весо-габаритные параметры рентгенографической установки и др.

На чертеже изображена схема рентгенографической установки по предложенному техническому решению.

Установка состоит из рентгеновской трубки 1 (см. чертеж), коллиматора 2, балки 3, блока МТФРИ 4, системы сбора и обработки информации 5 и устройства визуализации 6. При необходимости в состав установки включается стол пациента. Излучение от рентгеновской трубки через коллиматор достигает пациента и, проходя через обследуемую область тела, достигает крепленного на стол пациента блока МТФРИ, где после обработки периферийной электроникой в виде градуированного сигнала достигает системы сбора и обработки информации (СОИ). Полученную информацию затем вводят в устройство визуализации. В предложенном нами техническом решении блок МТФРИ 4, состоит из гибридной фоточувствительной схемы 7, содержащей линейку фотоприемников 8, сочлененных с ПЗС мультиплексором 9.

В данном предложении линейка фотоприемников изготовлена на основе теллурида кадмия с размером элементов 100 х 100 мкм, с количеством элементов разложения изображения 1280, а мультиплексор изготовлен на основе кремния, с поверхностным каналом. Линейка фотоприемников (которая может быть изготовлена и на основе арсенида галлия или на основе кремния) сочленяется с коммутатором посредством изготовленных на кристалле коммутатора диодов, которые расположены между фотоприемником и электродом ПЗС. Излучение от рентгеновской трубки после прохождения сквозь тело пациента попадает на фотоприемник и сигнал от фотоприемника поступает на диод, и в результате этого диод включается в прямом направлении и инжектирует заряд, пропорциональный поступающему сигналу, под электрод ПЗС, который по выходу из ПЗС последовательно попадает в систему сбора и обработки информации (СОИ) и затем в устройство отображения.

Аппарат обеспечивает выполнение снимка за время не более 3,5 с (при экспонировании кадра формата 1280х1024 элемента изображения с разрешением не хуже 0,3 мм), обработка изображения не более 5,0 с. Аппарат обеспечивает математическую обработку изображения и хранение не менее 2000 рентгеновских изображений с целью улучшения диагностических возможностей.

Аппарат обеспечивает:
звуковую связь врача с пациентом;
ширину канала детектора не более 0,26 мм;
число градаций серого не менее 256;
управление всеми необходимыми перемещениями с выносного и встроенного пульта управления;
выдачу сигнала на безусловное выключение рентгеновской трубки при остановке сканирования по любым причинам;
грузоподъемность стола пациента не менее 170 кг;
размеры стола: длина 220 см, ширина 90 см, высота от пола 65-110 см;
крепление рентгеновской трубки и МТФРИ с рассогласованием коллимированного пучка рентгеновских квантов не более 0,1 мм;
размер фокусного пятна трубки не более 1,2х0,3 мм;
коллимирование потока рентгеновских квантов перед исследуемым объектом с учетом получения на поверхности детекторов фокусного пятна шириной не более 1,0 мм;
выбор области экспонирования на всей длине стола;
время непрерывной работы аппарата должно быть не менее 6 ч;
время подготовки аппарата к работе должно быть не более 15 мин.

Материал поверхности стола пропускает рентгеновские кванты, испускаемые трубкой в диапазоне напряжений.

Блок питания и управления рентгеновской трубкой (БПУ РТ) с дистанционного пульта обеспечивает возможность регулирования:
анодного напряжения: от 10 до 140 кВ (в нескольких диапазонах в зависимости от области применения);
анодного тока от 4 до 400 мА со ступенчатой регулировкой в четырех диапазонах: 4- 10 мА через 2 мА, 10 30 мА через 5 мА, 30 100 мА через 10 мА, 100 400 мА через 20 мА, управление от ЭВМ.

Блок детектирования:
обеспечивает регистрацию рентгеновских квантов от блока рентгеновских трубок с эффективностью не менее 70% при загрузке до 5х10⁵ имп/с;
обеспечивает предварительную обработку сигнала с последующим сопряжением с системой сбора и обработки информации (СОИ) и устройством визуализации (УВ);
обеспечивает электропитание электронных блоков предварительной обработки информации всех уровней.

Система сбора и обработки информации (СОИ) и устройство визуализации (УВ) обеспечивает: режим обработки изображения в диалоге оператор ЭВМ с применением графического кодировщика типа "мышь" и АЦ клавиатуры по следующим видам: режим "окна", "масштаб", "горизонтальная и вертикальная линии", "деление", "инверсия", измерение расстояний, измерение плотности, а также запись на внешние устройства отснятых кадров для длительного хранения.

Система защиты от рассеянного излучения обеспечивает потоки не более 25 мкР/с на расстоянии 1 м в любом направлении (при напряжении на трубке 100 кВ и токе 100 мА).

Технико-экономическая эффективность данного технического предложения заключается в том, что применение твердотельного высокоэффективного полупроводникового МТФРИ позволяет сократить время экспозиции, снизить лучевую нагрузку на пациента, отказаться от использования толстослойных серебросодержащих пленок.

Изобретение относится к электронике. Существо изобретения: в устройстве, включающем рентгеновский излучатель с питающим его высоковольтным источником, многоэлементный твердотельный формирователь рентгеновских изображений (МТФРИ), штатив с механической системой сканирования с жестко крепленным на нем в одной горизонтальной плоскости рентгеновским излучателем и МТФРИ в позиции, когда рентгеновское излучение, проходя через объект наблюдения, достигает торцов фотоприемников МТФРИ, последний выполнен в виде сборки модулей, содержащих линейный многоэлементный полупроводниковый фотоприемник, сочлененный с ПЗС мультиплексором. 1 ил., 1 табл.

Рентгенографическая установка для медицинской диагностики, включающая в себя рентгеновский излучатель с щелевым коллиматором и многоэлементный твердотельный формирователь рентгеновских изображений, отличающаяся тем, что последний выполнен в виде сборки модулей, содержащих линейный многоэлементный фотоприемник на основе GaAs, электрически связанный с поверхностноканальным ПЗС-мультиплексором посредством прямоинжекционного ввода.