ФАНТОМ ДЛЯ РЕНТГЕНОГРАФИИ Российский патент 2002 года по МПК A61B6/00 

Изобретение относится к медицинской рентгенотехнике, а именно к устройствам для оценки точности топометрии внутренних органов по рентгеновским съемкам.

Известен фантом для рентгенографии, изготовленный из эпоксидной смолы в форме молочной железы. Внутри фантома находятся метрические эталоны различной формы и размеров, изготовленные из рентгеноконтрастного материала [1] .

Фантом предназначен для контроля параметров рентгеномаммографических аппаратов и не может быть использован для оценки точности рентгенотопометрии объемных органов, например легких.

Известен также фантом для оценки качества рентгеновских снимков легких компании 22, имеющий корпус из рентгенопрозрачного материала, заполненный веществом, плотность которого близка к плотности легочной ткани. Внутри фантома находятся метрические элементы из рентгеноконтрастного материала [2].

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является фантом, содержащий корпус из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, заполненный водой, внутри которого жестко закреплены метрические элементы, выполненные из ретгеноконтрастного материала [3, с.348].

Известный фантом предназначен для оценки качества цифровых рентгеновских снимков, полученных на компьютерном томографе, и не может быть использован в качестве точного прибора при контроле качества рентгеновского изображения, полученного центральным пучком, например при оценке динамической нерезкости. Для обоснования этого утверждения рассмотрим механизм формирования динамической нерезкости.

Динамическая нерезкость возникает в результате перемещения подвижных органов во время экспозиции. Если рентгеноконтрастный объект ab остается неподвижным в момент съемки, то на снимке получается его четкое теневое изображение AB /фиг. 1. а/. В правой части рисунка показана кривая распределения оптической плотности по объему.

Если же объект во время экспозиции переместится из положения ab в положение ck /фиг. 1, б/ на величину Δq, то переходы почернения между фоном и изображением становятся плавными, т.е. возникает нерезкость изображения АС и ВС /фиг.1,б/.

Уравнение для определения величины динамической нерезкости S-АС=ВК можно получить из фиг.1,б:

где f - расстояние от фокуса рентгеновской трубки до приемника изображения, a h - превышение объекта съемки над плоскостью приемника изображения.

Так как величина смещения Δq зависит от скорости перемещения предмета υ и величины экспозиции t(Δq = υt),то

Динамическая нерезкость, так же как и геометрическая, снижает контраст изображения и затрудняет определение границ объекта, что может привести к погрешностям измерения деталей изображения.

При рентгенологическом исследовании человека и животных динамическая нерезкость может возникать при съемке сердца, органов дыхания, желудочно-кишечного тракта. Основным источником биомеханических колебаний является сердце. Колебания сердца возбуждают прилегающие легочные ткани, при этом динамическая нерезкость легочной зоны может достигнуть 4 мм, т.е. половины величины сердечной амплитуды.

Из вышеизложенного следует, что фантом для исследования динамической нерезкости изображения легких должен содержать компоненты конструкции, имитирующие дыхательную подвижность бронхов и пульсацию сердца. В известных фантомах для рентгенографии таких компонентов нет.

Целью изобретения является создание фантома, обеспечивающего возможность исследования динамической нерезкости изображения, возникающей при рентгенографии легких.

Поставленная цель достигается тем, что в фантоме для рентгенографии, содержащем корпус из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, заполненным водой с метрическими рентгеноконтрастными элементами, внутри корпуса на эластичной мембране закреплены замкнутая трубчатая система в форме "бронхиального" дерева и баллон, имитирующий сердце, причем трубчатая система и баллон выполнены из упругого эластичного материала и соединены с соответствующими генераторами воздушного давления управляемыми микропроцессорами, а метрические элементы закреплены на эластичной мембране вокруг стволов "бронхиального дерева", кроме того, корпус фантома снабжен патрубком, соединяющим внутреннюю часть корпуса с внешней атмосферой.

Кроме того, генератор воздушного давления поршневого типа снабжен электромеханическим приводом.

Рентгеноконтрастные метрические элементы могут быть выполнены в виде перекрытия.

На фиг.2,3 показана конструкция фантома для рентгенографии. Фиг.2 - вид спереди в разрезе. Фиг.3 - вид сбоку в сечении А-А.

Корпус фантома для рентгенографии изготовлен из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, например, в форме прямоугольного параллелепипеда. Он имеет крышку 2, изготовленную из того же материала, что и корпус 1. Внутри корпуса 1 находится полая трубчатая система 3, по форме напоминающая бронхиальное дерево. Стенки "бронхиального дерева" 3 изготовлены из упругого эластичного материала, например резины, и имеют различную толщину. Толщина стенок уменьшается по мере уменьшения диаметра стволов "бронхиального дерева". "Бронхиальное дерево" закреплено на эластичной мембране 4, изготовленной, например, из резины, боковые и нижний края мембраны 4 закреплены на боковых краях и основании корпуса 1. "Бронхиальное дерево" 3 соединено с патрубком 5, находящимся в крышке 2 корпуса фантома. С внешней стороны патрубок 5 соединен посредством гибкого шланга 6 с генератором воздушного давления 7, например, поршневого типа. Поршень этого устройства может совершать колебания под действием электромеханического привода 8, управляемого микропроцессором 9. Кроме "бронхиального дерева" 3 внутри корпуса 1 на мембране 4 закреплен баллон 10, изготовленный из упругого эластичного материала, например резины. Баллон 10 имитирует колебания сердца. Баллон 10 соединен гибкой трубкой 11 с патрубком 12, установленном в крышке 2. С внешней стороны патрубок 12 соединен гибким шлангом 13 с генератором воздушного давления 14, например, поршневого типа. Поршень этого устройства может совершать колебания под действием электромеханического привода 15, управляемого микропроцессором 16. Фантом для рентгенографии заполнен водой 17, которая заливается в корпус 1 через патрубок 18, расположенный в крышке 2. Патрубок 18 снабжен винтовой пробкой 19. С противоположной стороны крышки 2 находится патрубок 20, соединяющий внутреннюю часть корпуса 1 с атмосферой. Метрические элементы 21 закреплены на мембране 4 вокруг стволов "бронхиального дева". Они выполнены из свинца в виде перекрестия, которое нанесено на рентгенопрозрачную основу. Каждое перекрестие имеет толщину 0,5 мм, ширину 1,0 мм и высоту 5,0 мм. Все перекрестия 21 ориентированы так, как показано на фиг.2. В качестве рентгенопрозрачной основы используется тонкое оргстекло.

Во время эксперимента, проводимого с целью определения влияния работы сердца и подвижности бронхов на возникновение динамической нерезкости изображения, фантом для рентгенографии 1 находится на штативе 22 перед входным окном рентгеновской кассеты 23, закрепленной в кассетодержателе 24 вертикальной стойки Букки 25, как показано на фиг.4. Рентгеновская кассета 23 может быть заряжена как обычной рентгеновской пленкой, так и специальным экраном с запоминающим люминофором, который используется при цифровой рентгенографии. Съемка выполняется рентгеновским излучателем 26. установленным на штативе 27.

Первый рентгеновский снимок фантома выполняют при выключенных генераторах воздушного давления 7 и 14, что позволяет получить рентгеновские изображения метрических элементов 21 при динамической нерезкости, равной нулю. Полученное изображение метрических элементов измеряют на цифровом денситометре, в результате чего определяют перепад оптической плотности между теневым изображением метрических элементов и фоном. Крестообразная форма метрических элементов позволяет выполнять измерения вдоль осей Х и Y снимка. Полученные цифровые данные вводятся в компьютер и используются в дальнейшем как эталонные.

При рентгенографии легких пациент задерживает дыхание на время экспозиции, поэтому источником динамической нерезкости в этом случае является работающее сердце. Учитывая это, последующие снимки фантома выполняют при работе генераторе воздушного давления 14 и выключенном генераторе 7. Микропроцессор 16, управляющий воздушным генератором 14, обеспечивает его цикл работы, близкий к работе сердца человека. Перепад воздушного давления в баллоне 109 вызывает пульсацию его стенок и колебания ветвей "бронхиального дерева" 3, которые передаются им через мембрану 4. В этом колебательном процессе участвуют и метрические элементы 21, закрепленные на мембране 4. Патрубок 20, соединяющий внутреннюю часть фантома с атмосферой, исключает герметичность корпуса 1, которая может оказать сопротивление работающей системе. Выполняют серию снимков фантома при работающем генераторе, которые отличаются временем экспозиции, например от 0,01 с до 0,5 с. Изображения метрических элементов измеряются на цифровом денситометре и сравниваются с эталонными величинами, полученными при измерениях первого снимка фантома в отсутствие динамической нерезкости. Сравнительные данные позволяют оценить величину динамической нерезкости изображения при различном времени экспозиции. Для более точного анализа влияния работы сердца на качество снимка можно использовать фоторентгенокардиограф, который при подключении к микропроцессору 16 и рентгеновскому аппарату позволяет получать рентгенограммы в различные фазы работы "сердца".

При рентгенологическом обследовании пожилых людей с легочной патологией пациенты не всегда могут задержать дыхание во время экспозиции. Поэтому в этом случае динамическая нерезкость изображения может увеличиться за счет смещения бронхов. Для имитации этого варианта рентгеновский снимок фантома выполняется при одновременной работе генератора воздушного давления 14 и 7 (фиг.2). При наполнении "бронхиального дерева" 3 сжатым воздухом его концевые ветви, имея более тонкие стенки, начинают вытягиваться, увлекая за собой метрические элементы. Микропроцессор 9, управляющий работой воздушного генератора 7, запрограммирован на небольшой перепад воздушного давления в системе 3. Это связано с необходимостью незначительного смещения ветвей "бронхиального дерева" 3, как это происходит при задержке дыхания у пожилого больного человека. Рентгенографию фантома выполняют при различном времени экспозиции. Полученные снимки измеряют на цифровом денситометре. Динамическая нерезкость определяется путем сравнения полученных результатов с данными эталонных измерений. Экспериментальные исследования динамической нерезкости с помощью предложенного нами фантома для рентгенографии позволяет определить оптимальные условия рентгенографии легких в клинике.

Источники информации
1. Чикирдин Э.Г., Кочетова Г.П., Колос А.С. Проверка параметров рентгеномаммографических аппаратов в условиях кабинета // Медицинская техника, 1999, 5, с.27-30.

2. Каталог компании "INVISION" "Diagnostic imaging and radiation therapy catalog", 2000 c.73-75.

3. Рентгеновская техника (справочник), М.: Машиностроение, 1980, Книга 2, с.348.

Изобретение относится к медицинской рентгенотехнике, точнее к устройствам для оценки точности топометрии внутренних органов по рентгеновским снимкам. Фантом для рентгенографии содержит корпус из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, заполненный водой, с метрическими рентгеноконтрастными элементами. Внутри корпуса на эластичной мембране закреплены полая трубчатая система в форме "бронхиального дерева" и баллон, имитирующий работу сердца, выполненные из упругого эластичного материала и соединенные с соответствующими генераторами воздушного давления, управляемыми микропроцессорами. Метрические элементы закреплены на эластичной мембране вокруг стволов "бронхиального дерева", корпус снабжен патрубком, соединяющим внутреннюю часть корпуса с внешней атмосферой. Изобретение позволяет обеспечить возможность исследования динамической нерезкости изображения при рентгенологическом обследовании легких. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Фантом для рентгенографии, содержащий корпус из жесткого рентгено- и светопрозрачного материала с рентгеноконтрастными метрическими элементами, заполненный водой, отличающийся тем, что на эластичной мембране, закрепленной в корпусе, установлены полая трубчатая система в форме "бронхиального дерева" и баллон, выполненные из упругого эластичного материала, подсоединенные к соответствующим генераторам воздушного давления, выполненным с возможностью управления микропроцессорами, рентгеноконтрастные метрические элементы укреплены на мембране вокруг стволов "бронхиального дерева", а корпус снабжен патрубком для соединения внутренней части корпуса с атмосферой. 2. Фантом по п.1, отличающийся тем, что генератор воздушного давления поршневого типа снабжен электромеханическим приводом. 3. Фантом по п.1, отличающийся тем, что рентгеноконтрастные метрические элементы выполнены в виде перекрестия.