Томографическое рентгеновское устройство Советский патент 1991 года по МПК A61B6/00 

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - повышение точности восстановления изображения и уменьшение времени экспозиции -достигается тем, что в томографическом рентгеновском устройстве, содержащем соосно расположенные рентгеновскую трубку 1, поворотный щелевой коллиматор 2, диффе ренцирующий детектор 3 и электрически связанную с ними систему обработки сигналов и восстановления изображения, рентгеновская трубка выполнена с вращающейся системой анод - щелезой поворотный коллиматор и с веерной газверткой точечного сканирующего пучка рентгеновского излучения. 4 ил.

Фиг.1

Изобоетень) ,ся к чедсщ. технике, в частности к рентгеновской диагностике

Цель изобретения - повышение точности восстановления изображения и уменьшение времени зкспозмци /

На фиг 1 представлена функциональн&ь схема устройства, на фиг 2 аариант реализации устройства (отличающиеся - jc ти) вмр сверху и сбску, ня Фиг 3 - схема вращения системы анод - щелевой v матор с регулятором вращения на фиг 4 коллимационная щель с цвум фокуснь и расстояниями, формпоуэмыш pacro,rioxs нмем перегоэодок срез в плоскости

У тройство содержит е -овскую трубку 1, поворотный щелсво сялимаюо 2, дифференцирующий детектор 3 системь, 4 и 5 обрабои сигналов и восстаиовле изображение

Рентгеновская трубка s ) и связан с дифференцирующим детектооом 3 образом, iTOObi входное окно 6 диффэрз-i цирующего детектора ртсполаг /ссь в г чо скости веерной развертки точечное сканирующего пучка 7 /илуча мло иэр°з выходное отверстие 8 pen i геновской трубе 1 При этом Б конструкции оенпс. jBCc..11 трубки а/эдит зращгющи сп анод 9 вы эч неьньй, s т димер и А проьол |Ч 10 двитой HJ г.ИЛ( ДР 11 ДИЗМ8, рОЗО/ЮМ/

соответствует диаметру вкхи.п отг -р стия В цилиноре 11 вращав i3rotn циркулирует охлаждающая 1 щающийся 9 вставлен в плиид левого коллиматора 2 (фиг/) с а /н расчетом, чтобы в обоазовачный ехду линдрами просвет помещался s rions.in ный катод 13 с антис-нсдом 14 , осуществлялось t -ободное воаиение сие чему 15 анод- щелевой колги гтор

Неподвижный катод 3 г ьтиан пг v 1 выполнены в виде двух зеь чальг и оо ствующих частей, вытяну т с- v 13 пь Фоку ьнэ го пятна 16 анода 9 и w еюыих мехд/ о /бей зазор, достаточный ,л прон кчо чсния точечного сканируешь о лучка и спускаемого от катода к аиспу

Щелевой ллиматор 2 имеет КОЛЛИМЕ- ционные щели 17, распопохенные noti уг лом к линии фокус,-юго пягна 16 анода 9 таким образом, чтобы начало кажлои щел наход лосв на одном уровне с окончаь„1б предыдуи ей вдоль чинии оси и лиидра длина щели соотв ггтвув длине фокусною пятна 16 анода 9 При этом кажде- щепь содержит набор перегородок 18 ленных перпендикулярпо плоскост,, ного пчтна 1ь анода 0 и рг-пололеч, таким оСразом чтобмприпер еме1 с°

j. ч -и коплимап иньой Ч со всей длиной фокусного пятна 16 формировалась веерная рачвертка точечного сканирующего пучка рентгеновского излучения При этом набор перегородок 18 каждой коллимационной щели 17 формирует веерную резвертку с определенны фокусным расстоянием и ли) со смещением ось-, веерной рчзаертхи отьссительно цегтря фокусного пятна 16 О ь с л 9 Нзбоо , адок 18 можзт фор- мюовать нес о/ ько веерных ра езоюк з

0) ОЙ Щс:Г 1

Сметет d i5 нод щелевой ко л л мм атор

twQ, n ,оод Bp iuen 1я с регулятором 19

P орости вращения кг о енным в состаь

Глока Г пгрвлений и синхронизации, при

условии оЬргтний связи между ре1уптором

9 C«Mjp Чг 805ЦСЧИ vl СИСТСМОЙ 4 обОЗ5: i л си ичлоч

0слагодзр Нвли«ию дополнительных

клюиечых отверстии 21 ,нэ цилиндре щеле- зого колли чатора 2 проис/одитсинхрониза- ция и косодикация сигналов -римаемых с детектора 3 с О ю ением определенный

/юмеи 1 о феде ениой ( олпимаци1Н -ом .црти ncs поиоши датчика коорn,nijaT u,u O4i. «чего в блог 20 управления и

i- jinn ко связан с системой

O i/. c /inxpT 1зацпм в ao,T та1 же Ьгоки 2 и 23 зисоковог. ногоiснератора и зарядки гер- згч ,ь м цаг ксв связанные

leV/J . „ООГИ СИЬ . ИИ СВЯЗЯМИ

/Татчи кооодина (те показан) пзЬотающий Ь от Дипгъ нительных пючеа-г отверстий 21 pioieh з блок 20 управления и синхрони- зяцм/ и связэ с cncTeMot 4 обработки

fi Рфеознцирующии цетектор 3 содер0 жит dhop матри 4 разделенных между

гобои оями по л i шющего рентгене

id ty H агсоиала 25 толщина котог rj bmaeicp из фоомулы v f(N)

1о -олл ество матриц 4 в детекторе и &и .,огС1-ь -i э материала 25 рзс.гюгагаю11 с еопеи кулярно плоскости fd3aapTfM pf-счстом чтобы закрывать в опное г. пэ . а/кдой матрицы на Bcefvi протяжен i- пш/- о5с и рьстсо ееерной раз0 nepiKH

К-АЦЗГ &гэпца 4 содержит набор датчиков 4f- Ot «.деленных .exAv собой и расположен eix дру о г другом по ход/ в виде полос, вытйк 5 гых вдо oTri веерной рзчврэт,д при лго- Ьо ее растре, образом, ахмнй датчик имел опредег ньую чувст и- 3T dccTs гас читанную по Ьорвдуле г - - 0ь ), Ml - -.к i,i дтч. Томографическое 051 ire jo t, (/ сс еохит

также стандартные системы обработки сигналов и восстановления изображения.

Томографическое рентгеновское устройство работает следующим образом.

В зону веерной развертки точечного сканирующего пучка 7 излучения жестко соединенной системы рентгеновская трубка 1 - дифференцирующий детектор 3 поме- щают объект 27 исследования. В зависимости от цели исследования задают одну из стандартных программ либо свободную программу, при которой заранее устанавливаются режимы экспонирования и с помощью регулятора 19 скорости вращения устанавливается скорость вращения привода системы 15 анод - щелевой коллиматор, обеспечивающая нужное для поставленной цели исследования геометрическое разрешение. На рентгеновскую трубку 1 и дифференцирующий детектор 3 подается подготовительное напряжение. При этом начинается вращение системы 15 анод щелевой поворотный коллиматор, разогрев катода 13 в рентгеновской трубке 1 и зарядка первоначальным потенциалом датчиков 26 рентгеновского излучения в дифференциальном детекторе 3.

Рабочий цикл начинается с подачи высокого напряжения на вращающийся анод 9 и катод 13 с антианодом 14, благодаря чему пучок электронов устремляется к аноду 9 и тормозится в зоне фокусного пятна 16 анода 9. В результате торможения лужа электронов образуется 99% тепла и 1% рентгеновского излучения. При вращении аноДа 9 происходит равномерный разогрев проволоки 10. которая отдает избыток тепла цилиндру 11. Циркулирующая через просвет цилиндра 11 охлаждающая среда 12 движется со скоростью, достаточной для отбора тепла и охлаждения цилиндра 11 вращающегося анода 9.

Точечный сканирующий пучок 7 выходит, через выходное отверстие 8 рентгеновской трубки 1.

Считывание сигналов с дифференцирующего детектора 3 начинается после срабатывания датчика координат (не показан), входящего в состав блока 20 управления синхронизации, путем воздействия на него рентгеновского излучения, проходящего через дополнительное ключевое отверстие 21 щелевого поворотного коллиматора 2.

Ключевое отверстие 21 кодирует информацию об определенной коллимационной щели 17. что позволяет отключать высокое напряжение и получать всю необходимую информацию при одном обороте системы 15 анод - щелевой поворотный коллиматор.

В каждый момент времени исследования рентгеновское излучение испускается только через одно отверстие, образованное стенками коллимационной щели 17 и поперечными перегородками 18, в виде определенным образом направленного точечного сканирующего пучка 7. при пересечении всей длины фокусного пятна 16 всей длиной коллимационной щели 17 формируется ве0 ерная развертка (или несколько веерных разверток) точечного сканирующего пучка 7 с заданными перегородками 18 когпимаци- онной щели 17 фокусным расстоянием и смещением оси веерной развертки относи5 тельно центра фокусного пятна 16, т.е. обеспечивается сканирование объекта 27 точечным сканирующим пучком 7 рентгеновского излучения с известными координатами пучка в каждый момент времени.

0Путем синхронизации блока 22 высоковольтного генергторз и блока 23 зарядки детектора первоначальным потенциалом, входящих в блок 20 синхронизации и управления, происходит авторегуляция величин

5 напряжения, т.е. работы рентгеновской трубки 1 и дифференцирующего детектора 3. Это обеспечивает возможность питания всего томографического рентгеновского устройства от неглсзбилизировэнных источни0 ков тока, например передвижных энергоустановок, а также позволяет получать сопоставимые сшналы с датчиков 26 рентгеновского излучения дифференцирую- щв о детект ора 3 в каждый момент исследо5 вания об интенсивности прошедшего через объект 27 исследования излучения. Так как все датчики 26 различаются по чувствительности к рентгеновским лучам, точечный сканирующий пу юк 7, прошедший через

0 объект 27 исследования, вызывает срабатывание датчиков 26 в зависимости от интенсивности.

Сигнал от дифференцирующего детектора 3 поступает в адреснокоординатный

5 блок (не показан), входящий в состав блока 20 управления и синхронизации, а оттуда с присвоенными координатным адресом и плотностью материала исследуемого объекта 27 в память ЭВМ (не показана)системы 4

0 обработки сигналов, где происходит дальнейшая обработка сигналов, полученных за один оборот системы 15 анод - щелевой поворотный коллиматор, и восстановление изображения томограммы поперечного сре5 за исследуемого объекта 27 известным способом.

Вращающийся анод 9 рентгеновской трубки 1 работает следующим образом.

Для каждого значения мощности рентгеновской трубки 1 рассчитывается программа управления циркуляцией охлаждающей среды 12 таким образом, чтобы поток охлаждающей среды был достаточен для отбора в процессе работы образующего тепла. При этом учитываются величины тока и высоковольтного напряжения на рентгеновской трубке, коэффициент теплопродукции электронного пучка, коэффициенты теплопроводности проволоки 10 анода 9 и цилин дра 11, коэффициент теплоемкости охлаждающей среды и время работы. Программа управления циркуляции охлаждающей среды синхронизируется в блоке 20 управления с программами управления установкой, что обеспечивает автоматическое управление работы вращающегося анода в заранее выбранном режиме.

Катод 13 с антианодом 14 работает следующим образом.

При подаче на катод 13 напряжения вокруг каждой из его зеркальных частей образуется электронное облачко за счет их разогрева. При включении высоковольтного потенциала от катода 13 к антианоду 14 устремляется поток электронов, формирующийся в виде плоскости за счет воздействия электромагнитного поля антианода 14, благодаря чему на вращающемся аноде 9 образуется линейно-вытянутое фокусное пятно 16. Для создания достаточной плотности электронного пучка м его равномерности обе зеркальные части катода 13 имеют высокую степень обработки и достаточный диаметр, а соленоиды антианода 14 достаточное количество ВИТКОВ.

Щелевой поверхностный коллиматор 2 работает следующим образом.

При подаче на рентгеновскую трубку 1 подготовительного напряжения начинается вращение системы 15 цилиндров анод-коллиматор с заранее выбранной скоростью.

Скорость вращения щелевого коллиматора 2 рассчитывается из условия достаточноговремениэкспозициидифференцирующего детектора 3 точечным сканирующим пучко 7 и задается регулятором 19 привода. При подаче на рентгеновскую трубку 1 высоковольтного напряжения начинается испускание рентгеновского излучения через отверстия коллимационных щелей 17, находящихся в данный момент времени на пересечении с линией фокусного пятна 16. После пересечения с линией фокусного пятнз 16 дополнительного ключевого отверстия 21 путем срабатывания датчика координат {не показан) начинается считывание сигналов с. дифференцирующего детекторов 3 по заданной программе. Так как количество щелей 17 на коллимационном цилиндре известно, после

пересечения всех коллимационных щелей 17 с линией фокусного пятна 16 анода 9 датчик координат отключает систему считывания и высоковольтное напряжение на

рентгеновской трубке 1.

Определенным образом расположенные перегородки 18 коллимационных щелей 17 формируют в каждый момент времени точечный сканирующий пучок 7 с заданным

0 направлением излучения, а весь набор перегородок 18 водной коллимационной щели 17 позволяет сформировать за время пересечения этой щелью линии фокусного пятна 16 веерную развертку или несколько веер5 кых разверток с определенным фокусным расстоянием и (или) смещением оси веерной ргзвертки относительно центра фокусного пятна 16. Таким образом, создается условие, при котором за счет вращения сис0 темы 15 анод - коллиматор формируется определенный набор веерных разверток, достаточный для получения томографического среза обьекта 27.

Дифференцирующий детектор 3 рентге5 невского излучения работает следующим образом.

Благодаря тому, что чувствительность датчика 26 определяется формулойz y(M)., где М -- количество датчиков 26 в матрице,

О на величину мощности излучения, каждый датчик срабатывает с нормированной чувствительностью. Так как определенное число датчиков собрано в матрицу по убыванию или возрастанию чувствительности к рент5 геновским лучам друг за другом вдоль их хода, а отдельные матрицы 24 разделены слоем поглощающего лучи материала 25, создается возмохшость дифференцирования точечного сканирующего пучка, прошедшз0 го через исследуемый обьект 27, на большое количество ступеней. Каждая ступень, которой соответствует отдельная нормированная чувствительность датчика 26, регистрирует определенную плотность исс5 ледуемого материала, что позволяет получать данные о плотности без математического исчисления их величины и значительно сокращает время обработки сигналов. Так как дифференцирующий де0 тектор 3 не имеет делений вдоль хода веерной развертки, это позволяет изменять геометрическое разрешение детектора за счет синхронизации частоты сьема сигналов со скоростью веерной развертки и при фчк5 сированной скорости веерной развертки увеличивать геометрическое разрешение контролируемой плоскости в большом диапазоне в зависимости от цели исследования путем изменения скорости сьема информации с дифференцирующего детектора. Блзгодаря наличию синхронизирующей связи между блоком 23 зарядки первоначальным потенциалом дифференцирующего детектора и блоком 22 высоковольтного генератора рентгеновской трубки соотношение чувствительности датчиков 26 с мощностью излу- чения сохраняется неизменным на протяжении всего исследования. Это позволяет пользоваться источниками тока любого типа.

Томографическое рентгеносское устройство позволяет значительно повысить точность восстановления изображения за счет увеличения разрешающей способности с одновременным уменьшением чувствительности датчиков к паразитному излучению. Это достигается благодаря наличию в устройстве рентгеновского излучения с точечным веерным сканирующим пучком излучения и дифференцирующего детектора, каждый датчик которого вытянут вдоль хода веерной развертки и имеет нормированную чувствительность Уменьшение времени экспозиции достигается зз счет ограничения времени просвечивания одним оборотом системы анод - щелевой коллиматор. Кроме того, значительно снижается радиационная нагрузка на объект исследования и в окружающее пространство за счет того, что испускаемый через коллимационное отверстие пучок излучения является точечным и не имеет паразитных лучей.

Кроме того, использование рентгеновский трубки с вращающимся анодом и поворотным щелевым коллиматором в томографическом рентгеновском устройстве позволяет значительно удешевить все ус- тройство путем отказа от сложных высокочастотных систем механических перемещений (поступательных и вращательных) рентгеновской трубки и детектора

Использование дифференцирующего детектора позволяет получать сигнал с присвоенной плотностью и координатным адресом без необходимости вычисления плотности каждой точки исследуемой плоскости в каждый момент времени. Кроме того, качество восстанавливаемого изображения томографического среза обьекта выше за счет отсутствия артефактов, неизбежных при использовании традиционной томографической аппаратуры.

Формула изобретения Томографическое рентгеновское устройство, содержащее соосно расположенные рентгеновскую трубку, поворотный

щелевой коллиматор, дифференцирующий детектор и электрически связанную с ними систему обработки сигналов и восстановления изображения, отличающееся тем. что, с целью повышения точности восстановлания изображения и уменьшения времени экспозиции, рентгеновская трубка выполнена с вращающзйся системой анод - щелевой поворотный коллиматор, мри этом в зазоре межд-v цилиндрами анода и коллиматора размещен неподвижный катод с ан- тианодо, и оба цилиндра связаны в жесткую систему, в цилиндре щелевого по- воротього коллиматора расположены коллимационные щели под углом к линии

фокусного пягна анода таким образом, что начало каждой щели находится на одном уровне вдоль длинней оси цилиндра с окончанием предыдущей, а размер щели соответствует размеру фокусного пягна, в продолжении

линии коллимационной щели в цилиндре щелевого поворотного коллиматора расположено дополнительное ключевое отверстие или набор ОТВРОГТИЙ, при этом каждая коллимационная щель содержит набор перегородок установленных перпендикулярно плоскости фокусного пятка вращающегося анода и расположенных с возможностью формирования при пересечении всей длины коллимационной щел;- со

всей длиной фокусного пятна анода вее чой развертки точечного сканирующего пучка peHTrertOBCKoro излучения, в плоскости которой установлено входное окно детектора рентгеновского излучения, при этом детзктор содержит набор матриц, расположенных в плоскости веерной развертки излучения, отделенных друг от друга слоем поглощающего рентгеновские лучи материала толщина которого рассчитана по формуле у f(N), где (М - число матриц в детекторе, а каждая матрица содержит набор датчиков рентгеновского излучения, которые расположены друг за другом в плоскости веерной развертки перпендикулзрно ходу точечного сканирующего пучка в виде полос, вытянутых в плоскости аеерной развертки, и каждый датчик имеет нормированную чувствительность, рассчитанную по формуле z - р(М), где М - число датчиков в

матрице.

Фиг.З

/I. N

ФигА