УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ЛУЧЕВОЙ НАГРУЗКИ ПРИ РЕНТГЕНОПНЕВМОПОЛИГРАФИИ Российский патент 1998 года по МПК A61B6/02 

Изобретение относится к рентгеновской технике и рентгенодиагностике и используется при рентгенографии и рентгенопневмополиграфии для раннего распознавания заболеваний органов внешнего дыхания. В современном здравоохранении особую остроту приобрела проблема снижения лучевой нагрузки на обследуемых и обслуживающий персонал рентгеновских кабинетов, а так же население при профилактических и санологических обследованиях с целью своевременного выявления социально опасных заболеваний и раннего выявления функциональных нарушений внешнего дыхания у лиц, перенесших радиационную травму. Внедрение устройств, повышающих радиационную безопасность, рентгенофункциональных исследований повышает эффективность лучевой диагностики и на 70-80% снижает число бесполезных снимков легких и лучевую нагрузку (Палмер Ф. Рентгенология бронхиальной астмы. В кн.: Бронхиальная астма. Под ред. М.Э. Гершвина, русск. перевод под ред. А.Г. Чучалина. М. 1984. Рабкин И. Х., Ставицкий Р. В., Блинов Н. Н., Васильев Ю. Д. Тканевые дозы при рентгенологических исследованиях. - М.: Медицина, 1985).

При использовании известных устройств для рентгенографии, включающих прямое взаимодействие первичного пучка излучения о всем объемом объекта исследования, неизбежно возникает лавинообразный поток вторичного рассеянного излучения, оказывающий побочное биологическое воздействие на организм человека и крайне отрицательно влияющий на качество рентгенограмм. Для борьбы с рассеянным излучением в медицинской рентгенотехнике используют отсеивающие растры (решетка Лисгольма, бленда Окерлюнда и др.), которые в значительной степени поглощают рассеянное излучение.

Известно устройство для рентгенологических исследований по авторскому свидетельству N 549142 (СССР), содержащее опорную стенку, на которой размещены две шарнирно закрепленные рамы со сменными кассетами и двухфазным или четырехфазным рентгенополиграфическими растрами, привод которых содержит электродвигатель, плавающую муфту и два четырехтактных мальтийских механизма. На опорной стенке установлен датчик биосинхронизатора дыхания и биотоков сердца, обеспечивающий точное автоматическое включение высокого напряжения рентгеновского аппарата в экстремальные моменты завершенного вдоха и выдоха как при глубоком, так и спокойном инаперцептном дыхании.

Устройство позволяет при одном и том же положении пациента автоматически осуществлять как обзорную рентгенографию грудной клетки, так и полнофазную ступенчатую и непрерывную рентгенопневмополиграфию и рентгенопневмотетраграфию. Устройство оснащено специальной рентгенопневмополиграфической кассетой, что обеспечивает возможность проведения разноракурскной рентгенопневмополиграфии, томопневмополиграфии и зонопневмополиграфии. Устройство применяется в клинической практике (серийный Рентполиграф ВРП-2/4) и получило признание за рубежом (патенты Франции N 2512664; ФРГ N 3139588; Финляндии N 67296).

Главным недостатком устройства является высокая лучевая нагрузка на пациента и обслуживающий персонал, обусловленная воздействием вторичного рассеянного рентгеновского излучения на организм пациента и обслуживающий персонал.

Прототипом предлагаемого изобретения является устройство для рентгенологических исследований по авторскому свидетельству SU N 1045449, A 61 B 6/00, 1985, содержащее источник рентгеновского излучения, биосинхронизатор для автоматического включения рентгеновского аппарата в экстремальные фазы инаперцептного и волевого глубокого вдоха и выдоха, рентгенопневмополиграфические и отсеивающий растры и сменные кассеты для рентгенографической пленки с механизмами их перемещения. При этом рентгенопневмополиграфический и отсеивающий растры установлены с возможностью размещения пациента между ними. Размеры рабочих окон рентгенопневмополиграфического растра выполнены таким образом, чтобы отношение размера стороны окна к расстоянию источник излучения - растр равнялось 0,0013 - 0,0015, а изображение каждого окна на рентгенопневмополиграмме оставалось стандартным и равнялось 20х20 мм. Суммарная доза лучевой нагрузки на пациента при этом снижен соответственно до уровня одного обзорного снимка органов грудной клетки за счет экранирующего эффекта рентгенопневмополиграфических растров, а именно при двухфазной рентгенопневмополиграфии в 2 раза, а при рентгенотетраграфии в 4 раза в сравнении с аналогами. Такое снижение дозы вторичного рассеянного рентгеновского излучения в теле пациента обеспечивается за счет расчленения первичного пучка источника излучения на множество (256) мелких рентгенопневмополиграфических фракций, что предотвращает процесс лавинного образования вторичного рассеянного рентгеновского излучения во всем объеме объекта исследования.

Недостатком устройства остается относительно высокий уровень лучевой нагрузки на грудную клетку пациента применительно к задачам профилактического и санологического обследования различных групп населения и, прежде всего, лиц перенесших радиационную травму. Кроме того, применение отсеивающих растров в устройстве снижает возможности количественной обработки рентгенограмм и рентгенопневмополиграмм из-за повышенной планиметрической неоднородности снимков, кроме того повышается лучевая нагрузка на пациента пропорционально коэффициенту компенсации интенсивности первичного пучка излучения.

Цель предлагаемого изобретения заключается в устранении выявленных недостатков, а именно снижении индивидуальной лучевой нагрузки на пациента и обслуживающий персонал рентгеновского кабинета за счет резкого снижения уровня рассеянного излучения и одновременно повышения качества рентгенограмм. Указанная цель достигается тем, что в устройстве для рентгенопневмополиграфии, содержащем штатив с кареткой, опорную стенку, раму на шарнирах, соединенную с электродвигателем, сменную кассету для рентгеновской пленки с люминофорными 1 усиливающими экранами, рентгенографические и отсеивающий растры с возможностью размещения пациента между ними, механизм перемещения растров и кассеты, датчик биосинхронизации дыхания и биотоков сердца, между источником излучения и рентгенопневмополиграфическим растром размещен рентгенозащитный циклоколлиматор РЗКА (абревиатура РЗКА - рентгенозащитный коллиматор И.С. и В.И. Амосова, применяется в протоколах фантомной дозиметрии). Рентгенозащитный циклоколлиматор имеет корпус, на котором установлены электродвгиатель с циклоколлимационным диском на оси имеющем коллимирующие рабочие секторы и регулятором синхронизации, электрически связанным с электродвигателем и пускателем. При этом в корпусе имеется рабочее окно, центр которого совмещен с центральным пучком источника излучения.

На фиг. 1 изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - рентгенозащитный циклоколлиматор; на - фиг.3, а и б - рентгенограмма образца костной ткани, полученная соответственно по прототипу и с использованием рентгенозащитного синхроколлиматора РЗКА.; Изобретение поясняется фигю 1 и 2.

Устройства для снижения лучевой нагрузки при рентгенопневмополиграфии. (фиг.1) имеет штатив 1 с кареткой 2, к которой прикреплены опорная стенка 3, рама 4 на шарнирах со сменной кассетой 5, рентгенопневмополиграфический 6 и отсеивающий 7 растры. Перемещение растра 6 и кассеты 5 осуществляется приводом, состоящим из электродвигателя 8, соединенного с рабочим секторами в виде плавающей муфты 9, двух четырехтактных мальтийских механизмов 10, связанных с рамой 4. На наружной поверхности опорной стенки 3 закреплен биосинхронизатор дыхания и биотоков сердца 117 Согласованность перемещения растра 6 и кассеты 5 обеспечивается соединенными с рамой 4 телескопическими кронштейнами 14. К диафрагме источника рентгеновского излучения 15 прикреплен рентгенозащитный циклоколлиматор 16 при помощи болтов 17 (фиг.2).

Циклоколлиматор 16 имеет корпус 18, на котором расположены электродвигатель 19, регулятор синхронизации 23, обеспечивающий регулировку числа оборотов двигателя 19, рабочее окно 20, центр которого совмещен с оптической осью источника излучения 15. На оси электродвигателя 19 укреплен циклоколлимационный диск 21 с коллимирующими рабочими секторами 22, расположенными по все площади диска 21 с равными рентгенопоглощающими промежутками 24, число и профиль которых определяется эмпирически в зависимости от технических характеристик источника излучения, фотопреобразующих характеристик люминофоров усиливающих экранов, объекта исследования и основной цели, т.е. избранной величины снижения уровня рассеянного излучения в объекте исследования. Регулятор синхронизации 23 снабжен пускателем 25 и регулятором оборотов электродвигателя 26.

Устройство для снижения лучевой нагрузки при рентгенопневмополиграфии работает следующим образом.

Пациент размещается между растрами 6 и 7, прислоняется к опорной стенке 3 грудью. При рентгенопневмополиграфии пучок рентгеновского излучения от источника 15 последовательно проходит через рентгенозащитный циклоколлиматор 16, рентгенопневмополиграфический растр 6, грудную клетку пациента, отсеивающий растр 7 и фиксируется на рентгенографической пленке, расположенной в кассете 5 с люминофорными усиливающими экранами. При подготовке рентгеновского аппарата к съемке одновременно с включением вращения анода рентгеновской трубки источника излучения 15 запускают в работу электродвигатель 19 рентгенозащитного циклоколлиматора 16 при помощи пускателя 25, а регулятором оборотов электродвигателя 26 устанавливают необходимую скорость вращения циклоколлимационного диска 21 таким образом, чтобы обеспечить устойчивое максимальное непрерывное свечение люминофора усиливающих экранов в приемнике излучения 5.

При включении высокого напряжения первичный пучок рентгеновских лучей взаимодействует с коллимирующими полями 22 и поглощающими рентгеновское излучение промежутками 24. В процессе его первичный пучок излучения расщепляется на рентгенографическую фракцию, проходящую через коллимирующие поля 22 без изменения своей интенсивности и фракцию, поглощаемую материалом промежутков 24. Отношением площади рабочих полей 22 к площади поглощающей поверхности циклоколлимационного диска определяется эффективность радиозащитного эффекта циклоколлиматора. При этом, как показали результаты фантомной дозиметрии и фантомной рентгенографии, коллимированная фракция приобретает существенные отличительные признаки: резко снижается ее способность индуцировать поток вторичного рассеянного рентгеновского излучения в объекте исследования и улучшаются ее рентгенографические свойства (фиг.3, а, б).

Так, например, при силе тока 30 мА и напряжении 50 кВ по фантомным измерениям доза рассеянного излучения без циклоколлиматора равнялась 1544,00 мкР/с, а с ним - 6,50 мкР/с, т.е. снизилась более чем в 237 раз.

При сопоставлении рентгенограмм образца костной ткани, произведенных по известной методике с использованием отсеивающего растра (фиг.3, а) и без отсеивающего растра, но с циклоколлиматором (фиг.3, б) видно6 что после фильтрации первичного пучка излучения через него рисунок костной структуры стал более резким, уменьшился эффект проекционного искажения (увеличение объекта), повысилась яркость и контрастность рентгенологического отображения основных анатомических деталей образца.

На основании приведенных примеров можно сказать, что как бы "очищенная" от рассеянного излучения рентгенографическая фракция, следуя далее, беспрепятственно достигает рентгенопневмополиграфического растра 6 и при взаимодействии с его рабочими окнами дополнительно расщепляется на 256 пучков, за счет чего соответственно снижается доза на единицу информации в сравнении с известными функциональными рентгенографическими пробами Соколова и др.

Кроме того, размещение на одной и той же рентгенограмме 35х35 см 256 функциональных проб целесообразно с экономической точки зрения при одновременном снижении лучевой нагрузки на пациента в соответствии с прототипом в 2-4 раза.

На заключительной траектории движения рентгенографической фракции осуществляется ее автоматическая синхронизация с фотопреобразующим эффектом люминофора усиливающих экранов, размещенных в кассете 5. Юстировка шага движения коллимирующих полей 22 осуществляется при помощи известных методов измерения и фотоэлектрических интенсиметров (Гурвич А. М. Люминофоры и рентгеновские экраны. - М.: 1976).

Таким образом, при взаимодействии рентгеновских лучей с грудной клеткой обследуемого пациента суммарная экспозиционная доза излучения с помощью предлагаемого устройства может быть доведена до уровня естественного радиационного фона. При съемке без отсеивающего растра лучевая нагрузка дополнительно снижается в 1,5 раза.

При обзорной рентгенографии грудной клетки, которая в соответствии с аналогами и прототипом является обязательным исходным информационным и рентгенограмметрическим элементом, получаемым без изменения положения пациента, работает источник 15, циклоколлиматор 16, растры 6 и 7 извлекаются, механизмы 8 и 10 не работают, момент включения высокого напряжения осуществляется только за счет циклоколлиматора 16. Дозиметрический показатель снижения лучевой нагрузки за счет рассеянного излучения при производстве одного обзорного исходного снимка является основным для дальнейших расчетов.

Например, установлено, что экспозиционная доза рассеянного излучения равняется 6,50 мкР/с (снижение в сравнении в прототипом в 237 раз), тогда при использовании отсеивающего растра она составит 9,75 мкР/с.

При проведении рентгенопневмополиграфии с использованием циклоколлиматора 16, двухфазного растра 6, механизмов его перемещения 8 и 10 и биосинхронизатора 11 производятся два снимка: первый на высоте вдоха по команде: "глубоко вдохните! ", а второй (после перемещения растра на ширину одного рабочего окна по горизонтали при помощи электродвигателя 8 с приводом, плавающей муфты 9 и мальтийского механизма 10) по команде "глубоко выдохнуть!". Уровень лучевой нагрузки в этом случае по величине рассеянного излучения останется равным 6,50 мкР/с.

При проведении рентгенотетраграфии используются синхро-коллиматор 16, биосинхронизатор 11, четырехфазный растр 6, который с помощью механизмов 8 и 10 перемещается по кругу четыре раза. Производятся четыре снимка на одной и той же пленке приемника излучения 5, два из которых в экстремальные моменты спокойного физиологического (инаперцептного) вдоха и выдоха без какой-либо команды, а два во время волевого форсированного глубокого вдоха и выдоха по командам оператора "глубоко вдохнуть! ", "глубоко выдохнуть!". В процессе рентгенограмметрии таких тетраграмм выводят индивидуальные количественные показатели резервных регионарных и общих величин внешнего дыхания человека. Лучевая нагрузка на обследуемого остается равной 6,50 мкР/с, т.е. сниженной по рассеянному излучению в 237 раз.

По данным фантомной дозиметрии видно, что радиозащитная функция циклоколлиматора сохраняется и при использовании более жестких условий работы источника рентгеновского излучения 15 (от 50 до 90 кВ), которые обычно используются в медицинской практике.

К примеру, при увеличении напряжения до 90 кВ поток рассеянного излучения в объекте исследования без циклоколлиматора возрастает до 5123 мкР/с, снижается с РЗКА до 24 мкР/с, т.е. в 210 раз при минимальном числе оборотов циклоколлимационного диска 21 (нормальная юстировка) и до 57,4 мкР/с при максимальной скорости вращения диска (нарушенная юстировка).

При ступенчатой рентгенопневмополиграфии растры 6 остаются неподвижными, размещение пациента остается таким же как и при непрерывной пневмополиграфии, а механизмы 8 и 10 осуществляют аналогичные перемещения рентгенографической кассеты 5 с тем, чтобы через рабочие окна рентгенополиграфических растров 6 зарегистрировать функциональное состояние одних и тех же участков легких, диафрагмы, ребер и средостения в соответствующие фазы дыхания. Лучевая нагрузка остается без изменения, т.е. уровень рассеянного излучения в теле пациента при этом исследовании не превышает 6,50 мкР/с.

При разноракурсной рентгенопневмополиграфии, томопневмополиграфии и зонопневмополиграфии с источником излучения 15, циклоколлиматором 16 и биосинхроколлиматором 11 используется рентгенопневмополиграфическая кассета по патентам N 2512664 (Франция), N Е 3139688 (ФРГ), N 67296 (Финляндия). Лучевая нагрузка в этом случае при однократном включении источника составит 6,50 мкР/с, при двухфазной рентгенопневмополиграфии 13,60 мкР/с, при четырехфазной - 26,60 мкР/с, т.е. в сравнении с аналогами снизится в 237 раз при производстве обзорных снимков, в 118 раз при двухфазной и в 59 раз при четырехфазной рентгенопневмополиграфии.

Уменьшение размеров облучаемого поля является наиболее эффективным техническим решением в борьбе с побочным биологическим действие лавинного потока вторичного рассеянного рентгеновского излучения в теле пациента и повышения качества рентгенограмм. Поглощение энергии первичного пучка рентгеновских лучей, идущей на образование рассеянного излучения, с одновременно компенсацией интенсивности рентгенографической фракции, проходящей через объект исследования и достигающей приемника излучения, за счет стробокимографического эффекта обеспечивается при помощи рентгенозащитного циклоколлиматора.

Дозиметрические фантомные испытания показали возможность снижения лучевой нагрузки на обследуемого при обзорной рентгенографии грудной клетки и при рентгенопневмополиграфии от 36 до 237 раз с одновременным повышением рентгенограмметрических свойств снимков.

Описываемое устройство для снижения лучевой нагрузки в сочетании с серийным рентгеновским аппаратом стабильно обеспечивает проведение радиационно безопасных профилактических, санологических исследований при экспозиционных дозах, близких к естественному фону. Такие уровни лучевой нагрузки крайне важны для раннего распознавания дисфункций органов и систем у лиц, перенесших радиационную травму. Они имеют социальное значение, так как способствуют снижению суммарной лучевой нагрузки на население.

Использование: в медицине, а именно в рентгеновской технике и рентгенодиагностике для раннего распознавания заболеваний органов внешнего дыхания. Сущность изобретения: устройство для снижения лучевой нагрузки при рентгенопневмополиграфии содержит источник рентгеновского излучения, электродвигатель, соединенный с рабочими секторами, рентгенопневмополиграфический и отсеивающий растры с возможностью размещения пациента между ними, кассету для пленки с люминофорными усиливающими экранами, при этом между источником рентгеновского излучения и рентгенопневмополиграфическим растром размещен рентгенозащитный циклоколлиматор, выполненный в виде корпуса, на котором установлены электродвигатель с циклоколлимационным диском, имеющим коллимирующие рабочие сектора, пускатель и регулятор синхронизации. Технический результат: снижение уровня рассеянного излучения и индивидуальной лучевой нагрузки на пациента. 3 ил.

Устройство для снижения лучевой нагрузки при рентгенопневмополиграфии, содержащее источник рентгеновского излучения, электродвигатель, соединенный с рабочими секторами, рентгенопневмополиграфический и отсеивающий растры с возможностью размещения пациента между растрами, кассету для пленки с люминофорными усиливающими экранами, отличающееся тем, что между источником рентгеновского излучения и рентгенопневмополиграфическим растром размещен рентгенозащитный циклоколлиматор, при этом рентгенозащитный циклоколлиматор выполнен в виде корпуса, на котором установлены электродвигатель с циклоколлимационным диском, имеющим коллимирующие рабочие сектора, пускатель и регулятор синхронизации.