ФИЛЬТРУЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНЫХ ТОМОГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМ Российский патент 2013 года по МПК A61B6/03 G21K3/00 

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к компьютерной томографии, в частности к рентгеновским фильтрам для регулирования энергии пучка рентгеновских лучей в компьютерных томографических системах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Компьютерные томографические (КТ) системы, как правило, включают источник рентгеновского излучения, коллимированного для формирования веерного пучка лучей, направляемого через объект, подлежащий отображению, т.е. пациента, и принимаемого детекторной сеткой рентгеновского излучения. Источник рентгеновского излучения, веерный пучок лучей и детекторная сетка ориентированы с возможностью расположения в пределах x-y плоскости прямоугольной системы координат, называемой "плоскостью формирования изображения". Источник рентгеновского излучения и детекторную сетку можно поворачивать вместе на гентри в пределах плоскости формирования изображения вокруг отображаемого объекта и, следовательно, вокруг z-оси прямоугольной системы координат.

В компьютерных томографических системах, устройство, называемое коллиматором, обычно, используют для минимизации дозы рентгеновского излучения, которую получает пациент. Один из способов достижения данной цели состоит в помещении бабочкообразной детали из полимера, называемой "клином", на пути пучка рентгеновских лучей. Клин, действующий в качестве ослабляющего фильтра для рентгеновских лучей, представляет собой, обычно, синтетический полимер, как, например, Тефлон, обладающий спектральной характеристикой поглощения рентгеновских лучей, близкой к спектральной характеристике поглощения рентгеновских лучей воды и, следовательно, человеческого тела. Ослабляющий фильтр предназначен для компенсации колебания толщины отображаемого тела. Рентгеновские лучи, которые проходят через центр отображаемого тела, в обычных условиях наиболее толстый участок, в наименьшей степени ослабляются данным фильтром, тогда как рентгеновские лучи, которые проходят через края отображаемого тела, в обычных условиях наиболее тонкий участок, в большей степени ослабляются данным фильтром. Результатом такого избирательного ослабления является то, что рентгеновские лучи, падающие на детекторы, обладают сходной энергией и центрируются в середине чувствительности детектора. Ослабляющий фильтр может, вследствие этого, обеспечить возможность использования более чувствительных детекторов рентгеновских лучей, уменьшающих диапазон энергий рентгеновского излучения. С течением времени, и при непрерывном воздействии рентгеновских лучей, механические характеристики полимера изменяются. Рентгеновские лучи могут ухудшать полимер, являясь причиной его хрупкости. В сочетании с механическими напряжениями это может вызывать трещины, которые приводят к неоднородности пучков рентгеновских лучей, и может, таким образом, стать причиной серьезных дефектов изображения.

Документ US 4975933 предшествующего уровня техники раскрывает бабочкообразное фильтрующее устройство рентгеновских лучей для томографии с двумя источниками излучения. Согласно данному раскрытию, ослабляющий фильтр устанавливают с возможностью уменьшения вызванного расширением напряжения. В частности, фильтрующий элемент для ослабляющего фильтра прикреплен к подвижной опорной пластине для позиционирования фильтрующего элемента в пределах пучка рентгеновских лучей. Центр фильтрующего элемента зафиксирован на опорной пластине, но концы прикреплены с возможностью скольжения при изменениях температуры и, следовательно, при изменениях размеров фильтрующего элемента и опорной пластины.

Фиг. 1А представляет собой схему ослабляющего фильтра 10, используемого в уровне техники, например, ослабляющего фильтра, который описан в US 4975933. Фиг.1В и 1C представляют собой, соответственно, схематичный вид спереди и изображение поперечного сечения, соответствующих ослабляющему фильтру 10. Ослабляющий фильтр 10, например, полимерный клин, изготавливают из прямоугольного фильтрующего блока 12 из Тефлона.

В подвергаемой воздействию поверхности (т.е. поверхности, получающей пучок рентгеновских лучей вдоль оси 11) фильтрующего блока 12 расположена седловидная выемка 14, простирающаяся в центре внутри фильтрующего блока 12, но меньше, чем на полную ширину фильтрующего блока 12 для того, чтобы оставить нетронутой поддерживающую стенку 16 на пути проецируемого веерного пучка рентгеновских лучей 18, испускаемых вертикально вдоль оси 11, таким образом, чтобы толщина ослабляющего фильтра 10 обратно пропорционально соответствовала толщине типичного отображаемого объекта (не показан). Ослабляющий фильтр 10 тоньше в центре для того, чтобы ослаблять рентгеновские лучи 18, проходящие через наиболее толстый участок отображаемого объекта, и наиболее толстый по каждому краю для того, чтобы ослаблять большую часть рентгеновских лучей 18, проходящих без всякого ослабления с каждой стороны отображаемого объекта. Цель ослабляющего фильтра 10 состоит в том, чтобы выравнивать, приблизительно, интенсивность рентгеновских лучей 18, принимаемых КТ детектором и, следовательно, обеспечивать возможность улучшенной чувствительности детектора. Обычно, не подвергаемую воздействию поверхность ослабляющего фильтра 10 прикрепляют к прямоугольной опорной пластине (не показана), которая позиционирует ослабляющий фильтр 10 в пределах пучка рентгеновских лучей 18.

US 4975933 решает проблему образования трещин, возникающих вследствие температурного расширения. Форму ослабляющего фильтра предшествующего уровня техники подбирают таким образом, что простирающаяся в направлении вниз седловидная выемка располагается на подвергаемой воздействию поверхности фильтра и центрируется в пределах фильтрующего блока, но меньше, чем на полную ширину фильтрующего блока для того, чтобы оставлять поддерживающую стенку нетронутой. Ценой сохранения поддерживающей стенки нетронутой является пространство, которого всегда не хватает на вращающейся части компьютерной томографической системы. Целостность поддерживающей стенки будет останавливать движение какой-либо рабочей детали через седловидную выемку и затруднять движение ослабляющего фильтра относительно неподвижной рабочей детали в коллиматоре. Кроме того, решение, предоставляемое в предшествующем уровне техники, не устраняет проблему образования трещин, возникающих под действием центробежных сил, которые, как известно, являются большим источником механического напряжения, являющегося причиной трещин в ослабляющем фильтре.

Вследствие этого, существует необходимость предоставления фильтрующего устройства, усовершенствованного по сравнению с фильтрующим устройством предшествующего уровня техники, который описан выше.

ЦЕЛЬ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в том, чтобы получить фильтрующее устройство, обладающее лучшими рабочими характеристиками, по сравнению с фильтрующим устройством предшествующего уровня техники для компьютерных томографических систем.

С этой целью, изобретение предоставляет фильтрующее устройство, предназначенное для использования в компьютерной томографической системе, имеющей источник рентгеновского излучения для проецирования пучка рентгеновских лучей вдоль проекционной оси, при этом указанное фильтрующее устройство содержит:

- фильтрующий элемент для ослабления пучка рентгеновских лучей и имеющий центральную ось, параллельную проекционной оси;

- первую опорную пластину, на которой установлен фильтрующий элемент, с возможностью позиционирования фильтрующего элемента в пределах пучка рентгеновских лучей;

причем фильтрующий элемент и первая опорная пластина имеют форму выемки в центральной части фильтрующего устройства вдоль направления, перпендикулярного проекционной оси.

За счет формирования фильтрующего элемента и первой опорной пластины со сквозной выемкой в центре фильтрующего устройства вдоль направления, перпендикулярного проекционной оси, другие части коллиматора, например, датчик, могут легко располагаться в пространстве, остающемся незанятым за счет выемок. Положение датчика или фильтрующего устройства можно легко зафиксировать посредством относительного смещения между ними без блокировки.

В варианте осуществления, фильтрующее устройство дополнительно содержит вторую опорную пластину, имеющую форму, аналогичную форме первой опорной пластины и взаимодействующую с первой опорной пластиной для того, чтобы поместить посередине фильтрующий элемент.

В еще одном варианте осуществления, фильтрующее устройство содержит, по меньшей мере, один дополнительный фильтрующий элемент и опорную пластину, имеющую форму, аналогичную форме фильтрующего элемента и первой опорной пластины, соответственно. Кроме того, каждый фильтрующий элемент расположен между двумя опорными пластинами.

Когда, во время работы, фильтрующий элемент ломается, и, когда в фильтрующем устройстве используется более чем один фильтрующий элемент, можно заменить испорченный фильтрующий элемент в фильтрующем устройстве новым фильтрующим элементом на месте, за счет перемещения фильтрующего устройства по направлению, перпендикулярному проекционной оси для того, чтобы поместить новый фильтрующий элемент в правильное положение.

В еще одном варианте осуществления форму опорных пластин подбирают таким образом, чтобы они полностью закрывали боковые поверхности ослабляющего фильтра, обращенные к опорным пластинам. Таким образом, изгибающие моменты, вызываемые центробежными силами, будут присутствовать только на опорных пластинах, а не на фильтрующих элементах.

В дополнительном варианте осуществления фильтрующее устройство дополнительно содержит средство крепления для крепления опорных пластин. Средство крепления содержит распорные втулки для регулирования расстояния между опорными пластинами для того, чтобы обеспечить возможность деформации фильтрующего элемента при расширении. Это особенно полезно при борьбе с растрескиванием, возникающим при температурном расширении.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Обозначенные выше и другие цели и признаки настоящего изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания, обсуждаемого в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1А представляет собой схему ослабляющего фильтра 10 предшествующего уровня техники;

Фиг.1В представляет собой схематичный вид спереди ослабляющего фильтра 10 предшествующего уровня техники;

Фиг.1C представляет собой поперечное сечение ослабляющего фильтра 10 предшествующего уровня техники, по оси A-A;

Фиг.2A представляет собой схему варианта осуществления ослабляющего фильтра 20 согласно изобретению;

Фиг.2B представляет собой схематичный вид спереди ослабляющего фильтра 20 согласно изобретению;

Фиг.2C представляет собой схематичное изображение поперечного сечения ослабляющего фильтра 20, по оси A-A согласно изобретению;

Фиг.3 представляет собой схему варианта осуществления фильтрующего устройства 30 согласно изобретению; и

Фиг.4 представляет собой схему варианта осуществления фильтрующего устройства 40 согласно изобретению.

Идентичные ссылочные позиции используются для обозначения аналогичных частей на всех Фигурах.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Фиг.2A представляет собой схему варианта осуществления ослабляющего фильтра 20 согласно изобретению; Фиг.2B и 2C представляют собой соответствующие схематичный вид спереди и изображение поперечного сечения, соответственно, по оси A-A. Ослабляющий фильтр 20 содержит фильтрующий блок 22, изготовленный, например, из Тефлона. Квалифицированным специалистам в данной области будет понятно, что для ослабляющего фильтра 20 могут быть использованы другие аналогичные материалы. Кроме того, фильтрующий блок 22 может иметь любую другую форму вместо прямоугольной формы, например, седловидную форму, как показано на Фиг.2A.

Фильтрующий блок 22 имеет выемку 24 седловидной формы. В отличие от седловидной выемки 14 на Фиг.1A, седловидная выемка 24 сформирована на полную ширину фильтрующего блока 22, не сохраняя поддерживающую стенку нетронутой. Это значит, что седловидная выемка 24 может обеспечивать возможность движения рабочей детали по седловидной выемке от одной к другой стороне ослабляющего фильтра 20, или может обеспечить возможность свободного движения ослабляющего фильтра 20 относительно неподвижной рабочей детали без блокировки, как в ослабляющем фильтре 10 предшествующего уровня техники. Таким образом, пространство, образуемое седловидной выемкой 24, можно использовать для размещения других частей коллиматора, таких как датчики.

Фиг. 3 представляет собой схему варианта осуществления фильтрующего устройства 30 согласно изобретению. Фильтрующее устройство 30 содержит фильтрующий элемент, соответствующий ослабляющему фильтру 20, который описан на Фиг.2A, 2B и 2C, и опорную пластину 32, на которой установлен ослабляющий фильтр 20. Опорная пластина 32 предназначена для позиционирования ослабляющего фильтра 20 в пределах пучка рентгеновских лучей. Например, опорную пластину 32 изготавливают из металла, как, например, сталь, и, таким образом, она является более жесткой и прочной, чем ослабляющий фильтр 20, который наиболее вероятно изготовляют из полимерного материала, например, Тефлона. Ослабляющий фильтр 20 содержит выступы 33, которые входят в пазы 35 опорной пластины 32. Квалифицированным специалистам в данной области будет понятно, что ослабляющий фильтр 20 можно устанавливать на опорную пластину 32 другими способами. В частности, выступы и пазы могут обладать различными формами.

Преимущественно, фильтрующее устройство 30 содержит вторую опору 34, так что две опорные пластины 32 и 34 заключают ослабляющий фильтр 20 между собой. Опорные пластины 32 и 34 формируют таким образом, что они имеют в центре аналогичные седловидные выемки, соответствующие седловидным выемкам в центре ослабляющего фильтра 20, и образуют седловидную выемку 39 с одной стороны до другой стороны в центральной части фильтрующего устройства вдоль направления, перпендикулярного проекционной оси. Возможность сформировать опорную пластину с седловидной выемкой появляется благодаря жесткости и прочности материала пластины. Данная конфигурация обеспечивает возможность движения рабочей детали насквозь от одной до другой стороны фильтрующего устройства 30, вдоль направления, перпендикулярного проекционной оси 11. Это обеспечивает коллиматор, имеющий более чем один ослабляющий фильтр.

Кроме того, опорные пластины 32 и 34 сформированы таким образом, что они могут полностью закрывать боковые поверхности ослабляющего фильтра 20, обращенные к опорным пластинам, например, боковые поверхности не будут открыты наружу. Таким образом, центробежные силы будут приводить к силам на фильтре в позиции выступов, а изгибающие моменты будут присутствовать в прочных и жестких металлических пластинах, а не в полимерном материале фильтра.

Преимущественно, фильтрующее устройство 30 дополнительно содержит средство 36 крепления для крепления двух опорных пластин, которые устанавливают вместе, для того, чтобы образовать кассету, которую можно легко заменять на месте, например, в процессе технического обслуживания томографической системы.

Средство 36 крепления может содержать направляющие винты 52 и колпачковые гайки 54. Направляющие винты 52 пропускают в отверстия 37 на опорных пластинах 32 и 34 и закрепляют колпачковыми гайками 54 на конце направляющих винтов 52, что приводит к скреплению опорных пластин 32 и 34 для того, чтобы образовать кассету.

Преимущественно, средство 36 крепления дополнительно содержит распорные втулки 38, которые соединяются с направляющими винтами 52, как показано на Фиг.3, и могут регулировать расстояние между опорными пластинами для того, чтобы обеспечивать возможность деформации полимера при расширении. Это особенно полезно для борьбы с растрескиванием, вызываемым температурным расширением.

Фиг.4 представляет собой схему варианта осуществления фильтрующего устройства 40 согласно изобретению. Фильтрующее устройство 40 содержит множество ослабляющих фильтров 20, множество опорных пластин 32 и средство 46 крепления, которые образуют кассету. Основная разница между фильтрующим устройством 30 и фильтрующим устройством 40 состоит в том, что фильтрующее устройство 40 имеет в кассете более чем один ослабляющий фильтр 20.

В варианте осуществления, каждый ослабляющий фильтр расположен между двумя опорными пластинами, которые соединены с другими опорными пластинами с помощью средства 46 крепления, которое может содержать, например, направляющие винты 52, колпачковые гайки 54 и распорные втулки 38, аналогичным образом, как на Фиг.3. Подобно фильтрующему устройству 30, описанному выше, ослабляющие фильтры 20 и опорные пластины 32 сформированы таким образом, что фильтры и опорные пластины образуют седловидную выемку 24 и 42, соответственно, в центре кассеты. Это обеспечивает возможность свободного движения рабочей детали, например, частей коллиматора, например, датчика, через пространство, образованное седловидной выемкой, без блокировки вдоль направления 41, перпендикулярного проекционной оси 11.

Во время работы фильтрующего устройства 30, один из ослабляющих фильтров 20 в кассете позиционируют в пучке рентгеновских лучей, а центральная ось ослабляющего фильтра будет находиться параллельно проекционной оси 11 источника рентгеновского излучения. Если стационарный датчик коллиматора находится на месте, кассету с ослабляющими фильтрами можно также двигать относительно датчика с целью позиционирования.

В случае, когда работающий ослабляющий фильтр имеет какой-либо дефект или ломается, испорченный ослабляющий фильтр необходимо заменить другим ослабляющим фильтром в кассете путем перемещения кассеты вдоль направления 41, перпендикулярного проекционной оси 11, для того, чтобы позиционировать ослабляющий фильтр в пучке рентгеновских лучей. Таким образом, оператор томографической системы может подавать команды для помещения ослабляющего фильтра, имеющего такую же или немного другую форму, в пучок без необходимости замены кассеты. Это предоставляет возможность замены ослабляющих фильтров на месте и, таким образом, значительно упрощает техническое обслуживание.

Квалифицированным специалистам в данной области будет понятно, что седловидная выемка в центре ослабляющего фильтра или опорные пластины могут иметь различные формы, например, клиновидную или вогнутую форму. Кроме того, форма опорных пластин может также слегка отличаться от формы ослабляющего фильтра.

Необходимо отметить, что упомянутые выше варианты осуществления иллюстрируют, а не ограничивают изобретение, и что квалифицированные специалисты в данной области будут в состоянии разработать множество различных вариантов осуществления без выхода за пределы объема правовых притязаний приложенной формулы изобретения. В формуле изобретения любые ссылочные знаки, заключенные в круглые скобки, не должны быть истолкованы в качестве ограничения формулы изобретения. Использование глагола "содержит" и его спряжений не исключает наличия элементов или этапов, отличающихся от перечисленных в формуле изобретения или в описании. Использование элемента в единственном числе не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть осуществлено посредством аппаратного обеспечения, содержащего несколько отдельных элементов. В пунктах формулы, относящихся к системе, перечисляющих несколько единиц, некоторые из данных единиц могут быть осуществлены одним и тем же аппаратным или программным продуктом. Использование слов первый, второй, третий и т.д. не обозначает какого-либо упорядочивания. Данные слова не следует интерпретировать в качестве названий.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к рентгеновским фильтрам в коллиматоре для регулирования энергии пучка рентгеновских лучей в компьютерных томографических системах. Устройство имеет источник рентгеновского излучения и содержит фильтрующий элемент, имеющий центральную ось, параллельную проекционной оси, первую опорную пластину, на которой установлен фильтрующий элемент, с возможностью позиционирования в пределах пучка рентгеновских лучей. Фильтрующий элемент и первая опорная пластина имеют форму выемки в центральной части устройства вдоль направления, перпендикулярного проекционной оси. Использование изобретения позволяет иметь свободное пространство для использования другими частями коллиматора и обеспечивает возможность использования более чем одного фильтрующего элемента в фильтрующем устройстве с целью дублирования, что упрощает замену на месте испорченного рентгеновского фильтра. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Фильтрующее устройство (30, 40), предназначенное для использования в компьютерной томографической системе, имеющей источник рентгеновского излучения для проецирования пучка рентгеновских лучей вдоль проекционной оси (11), при этом указанное фильтрующее устройство содержит:
- фильтрующий элемент (20) для ослабления пучка рентгеновских лучей и имеющий центральную ось, параллельную проекционной оси (11);
- первую опорную пластину (32), на которой установлен фильтрующий элемент, с возможностью позиционирования фильтрующего элемента в пределах пучка рентгеновских лучей;
причем фильтрующий элемент (20) и первая опорная пластина (32) имеют форму выемки в центральной части фильтрующего устройства вдоль направления, перпендикулярного проекционной оси (11).

2. Фильтрующее устройство по п.1, дополнительно содержащее вторую опорную пластину (34), имеющую форму, аналогичную форме первой опорной пластины и взаимодействующую с первой опорной пластиной для того, чтобы поместить посередине фильтрующий элемент (20).

3. Фильтрующее устройство по п.1, дополнительно содержащее, по меньшей мере, один дополнительный фильтрующий элемент и опорную пластину, имеющие форму, аналогичную форме фильтрующего элемента и первой опорной пластины соответственно.

4. Фильтрующее устройство по п.3, в котором каждый фильтрующий элемент (20) расположен между двумя опорными пластинами (32, 34).

5. Фильтрующее устройство по любому из пп.1-4, в котором формы опорных пластин (32, 34) подобраны таким образом, что они полностью закрывают боковые поверхности фильтрующего элемента (20), обращенные к опорным пластинам (32).

6. Фильтрующее устройство по п.5, в котором выемка (39, 42) представляет собой седловидную выемку.

7. Фильтрующее устройство по п.5, дополнительно содержащее средство (36) крепления для крепления опорных пластин (32) для того, чтобы образовать кассету.

8. Фильтрующее устройство по п.7, в котором средство (36) крепления содержит распорные втулки (38) для регулирования расстояния между опорными пластинами.

9. Фильтрующее устройство по п.8, в котором фильтрующий элемент содержит несколько выступов (33), взаимодействующих с пазами (35), расположенными в опорных пластинах для того, чтобы установить фильтрующий элемент на опорные пластины.