ДВУХЛУЧЕВОЙ ДВУХЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР ТОРМОЗНОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕРЕОСКОПИЧЕСКОГО СУБТРАКЦИОННОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК H01J35/00 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к рентгеновской технике, в частности к генераторам тормозного рентгеновского излучения (рентгеновским трубкам типа Кулиджа), и может быть использовано в оборудовании для получения и анализа стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения в медицине и технике.

Данное изобретение предназначено, в частности, для обеспечения более качественной и полноценной диагностики заболеваний и повреждений органов грудной полости.

2. Уровень техники

Широко известны генераторы тормозного рентгеновского излучения (рентгеновские трубки типа Кулиджа) (Блинов Н.Н., Леонов Б.И. (ред.) Рентгеновские диагностические аппараты в 2-х томах. - М.: Экран, 2001. - 220 с., Клюев В.В. (ред.). Рентгенотехника: Справочник в 2-х кн., 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение. 1992. - 480 с.), состоящие из вакуумной колбы с помещенными внутрь двумя электродами: катодом и анодом. Катод обычно представляет из себя вольфрамовую спираль и при разогреве его электрическим током испускает свободные электроны. Эти электроны под действием высокого напряжения, приложенного к противоположному электроду - аноду, ускоряются, приобретая дополнительную кинетическую энергию, бомбардируют его, резко тормозятся, испуская при этом часть накопленной кинетической энергии в виде тормозного рентгеновского излучения с энергией, соответствующей приложенному к аноду высокому напряжению. Большая часть энергии пучка электронов тратится при этом на разогрев вещества анода. Для увеличения ресурса работы рентгеновской трубки мишень анода обычно выполняется из тугоплавкого металла и/или в виде вращающегося диска.

Известен способ получения стереоскопического рентгеновского изображения (Е. Mach, 1896 г., M. Levy-Dorn, 1903 г., Ц.Я. Руссо, 1912 г.) путем последовательного выполнения двух снимков обычной рентгеновской трубкой со смещением ее по горизонтали на расстояние стереобазы. Для достижения эффекта стереоизображения правый и левый снимки стереопары должны рассматриваться соответствующим глазом раздельно, например, через систему поворотных призм, зеркал или металлических дисков с прорезями. Недостатком вышеуказанного способа является невозможность получения стереоизображения в реальном масштабе времени.

Известен способ двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (Adams I.Е. Single and dual energy X-ray absorptiometry. Eur. Radiol. 7 (Suppl. 2). 1997; s. 20-31. Франге Ю., Рунге Г. Остеопороз: пер. с нем. - М.: Медицина, 1995. - 304 с.) путем последовательного выполнения снимков одного и того же объекта рентгеновскими лучами с различной энергией с последующим расчетом физической плотности различных частей объекта по оптической плотности соответствующих частей рентгеновского изображения, поскольку имеется установленный коэффициент поглощения рентгеновских лучей с различной энергией в зависимости от плотности и толщины объекта. Этот способ широко применяется в медицине для количественного определения минеральной плотности костной ткани.

Если же из рентгеновского изображения, выполненного с использованием излучения определенной энергии, вычесть изображение того же объекта, но выполненного с использованием рентгеновского излучения более высокой энергии и на котором будут зафиксированы только части объекта с высокой плотностью, например костные ткани, то на итоговом изображении тень костной ткани, часто мешающая анализу, будет отсутствовать.

Однако совместить все этапы получения стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения в одном устройстве и в реальном масштабе времени пока не удавалось.

3. Раскрытие изобретения

В основу изобретения положена задача по разработке новых устройства и способа, обеспечивающих получение следующего технического результата: получение стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения за счет создания двухлучевой двухэнергетической импульсной рентгеновской трубки для получения врачом в режиме реального времени на специальном видеоконтрольном устройстве объемного изображения органов грудной полости без мешающих анализу изображения теней костного каркаса грудной клетки.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат при использовании изобретения достигается тем, что объект исследования попеременно просвечивается двумя пучками импульсного рентгеновского излучения с различной энергией. В блоке обработки (субтракции) изображений из изображения, сформированного рентгеновским импульсом «низкой» энергии, вычитается изображение, сформированное рентгеновским импульсом «высокой» энергии, в результате на итоговом изображении отсутствуют мешающие анализу тени костного каркаса органов грудной полости. Эти итоговые изображения, сформированные «правым» и «левым» пучками рентгеновских лучей, подаются на выходное видеоконтрольное устройство и рассматриваются оператором соответствующим глазом через синхронизирующее устройство.

Предлагаются следующие варианты рентгеновской трубки:

1. Двухлучевая двухэнергетическая рентгеновская трубка, состоящая из одного катода, обеспечивающего при электронагреве термоэмиссию электронов, и двух вращающихся анодов, симметрично расположенных по разные стороны от катода на расстоянии стереобазы от него. Импульсы высокого напряжения определенной энергии, формирующиеся питающим устройством, попеременно подаются на разные аноды, вызывая разгон электронов от катода к соответствующему аноду, торможение электронов в мишени анода и формирование двух пучков тормозного рентгеновского излучения с импульсами различной энергии.

2. Двухлучевая двухэнергетическая рентгеновская трубка, состоящая из одного вращающегося анода и двух катодов, нацеленных на разные участки анода, расположенных друг от друга на расстоянии стереобазы. Импульсный режим излучения с различной энергией из двух фокусов единого анода формируется за счет импульсной подачи на анод высокого напряжения с различной энергией и попеременного перекрытия запирающими сеточными электродами пучков электронов, эмиттируемых двумя катодами. Далее объект исследования попеременно просвечивается двумя пучками рентгеновских лучей с различной энергией. При этом в приемном устройстве с малым временем послесвечения люминофора, например динамической плоской панели, устройстве типа «экран-оптика-ПЗС матрица» или фотокатоде рентгеновского электронно-оптического преобразователя попеременно формируется правое или левое изображения стереопары с выполненной предварительной субтракцией. Стереоэффект возникает при рассматривании каждым глазом своего изображения на выходном видеоконтрольном устройстве, например компьютерном мониторе, через синхронизирующее устройство, например очки с обтюратором или поляризационными фильтрами.

4. Краткое описание чертежей

На фигуре 1 показан способ получения стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения за счет создания двухлучевой двухэнергетической импульсной рентгеновской трубки, состоящей из: вакуумной колбы 1, общего катода 2, дисковых вращающихся анодов 3 и 4, пунктами 5 и 6 отмечены пучки электронов, бомбардирующие мишени анодов, 7 и 8 - пучки тормозного рентгеновского излучения, просвечивающие объект исследования 9, приемное устройство (плоская панель, «экран-оптика-ПЗС матрица», РЭОП) 10 и 11, блок обработки (субтракции) изображений 12, выходное видеоконтрольное устройство 13, синхронизирующее устройство 14.

На фигуре 2 показан способ получения стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения за счет создания двухлучевой двухэнергетической импульсной рентгеновской трубки, состоящей из одного вращающегося анода и двух катодов, состоящей из: вакуумной колбы 15, единого дискового вращающегося анода 16, двух катодов 17 и 18, нацеленных на разные участки общего анода, пунктами 19 и 20 отмечены управляющие сеточные электроды, формирующие импульсную подачу электронов на анод.

5. Осуществление изобретения

Двухлучевая рентгеновская трубка, состоящая из вакуумной колбы 1 с помещенным внутрь единым катодом 2, выполненным в виде вольфрамовой спирали, обеспечивающей при электронагреве термоэмиссию свободных электронов, и двух расположенных симметрично по разные стороны от катода на расстоянии стереобазы вращающихся дисковых анодов 3 и 4, на которые попеременно подаются импульсы высокого напряжения различной энергии, обеспечивающие разгон электронов от единого катода 2 к соответствующему аноду 3 или 4, бомбардировку мишеней соответствующих анодов и генерацию двух пучков тормозного рентгеновского излучения 7 и 8 с импульсами различной энергии, направляемых через объект исследования 9 на приемное устройство с малым временем послесвечения люминофора 10-11, например динамическую плоскую панель, устройство типа «экран-оптика-ПЗС матрица» или фотокатод рентгеновского электронно-оптического преобразователя, формирующее на выходном экране монитора 13 после выполнения субтракции «высокоэнергетического изображения» из «низкоэнергетического изображения» в блоке обработки изображений 12, попеременно «правое» или «левое» итоговые изображения, которые воспринимаются соответствующим глазом оператора через синхронизирующее устройство 14, например очки с обтюратором или поляризационными фильтрами.

Таким образом, обеспечивается достижение требуемого технического результата, а именно получение стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения за счет создания двухлучевой двухэнергетической импульсной рентгеновской трубки и способ получения стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения.

Изобретение относится к двухлучевой рентгеновской трубке и способу получения стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения. Заявленная рентгеновская трубка состоит из вакуумной колбы, помещенного внутрь единого катода, выполненного в виде вольфрамовой нити, и дисковых вращающихся анодов, расположенных по разные стороны от катода на расстоянии стереобазы. Возможен вариант осуществления изобретения, в котором двухлучевая рентгеновская трубка состоит из вакуумной колбы единого дискового вращающего анода и двух катодов, нацеленных на разные участки общего анода. В заявленном способе сформированные пучки тормозного рентгеновского излучения с импульсами различной энергии направляются через объект исследования на приемное устройство с малым временем послесвечения люминофора, за счет чего формируют на выходном экране монитора после выполнения субтракции попеременно «правое» или «левое» итоговые изображения, которые воспринимаются соответствующим глазом оператора через синхронизирующее устройство. Техническим результатом является получение стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения за счет создания двухлучевой двухэнергетической импульсной рентгеновской трубки для получения врачом в режиме реального времени на специальном видеоконтрольном устройстве объемного изображения органов грудной полости без мешающих анализу изображения теней костного каркаса грудной клетки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Двухлучевая рентгеновская трубка, состоящая из одного катода, обеспечивающего при электронагреве термоэмиссию электронов, и двух вращающихся анодов, отличающаяся тем, что аноды симметрично расположены по разные стороны от катода на расстоянии стереобазы от него.

2. Двухлучевая рентгеновская трубка по п. 1, отличающаяся тем, что имеет один вращающийся анод и два катода, нацеленные на разные участки анода.

3. Способ получения стереоскопического субтракционного рентгеновского изображения, при котором изображение получают посредством использования двухлучевой двухэнергетической рентгеновской трубки.