Способ вычислительной томографии и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК A61B6/03 

Изобретение относится к медицинской технике.

Цель изобретения - повышение надежности, точности и производительности диагностирования за счет упрощения передачи аналоговых сигналов, несущих информацию о прошедшем через объект рентгеновском излучении.

На фиг.1 приведено схематическое изображение устройства для вычислительной томографии; на фиг.2 - упрощенная схема блока предварительной обработки аналоговых информационных сигналов и передачи их в устройство обработки сигналов; на фиг.З - блок связи с атмосферным направленным каналом передачи оптического излучения.

Способ вычислительной томографии осуществляют следующим образом.

Рентгеновское излучение с энергией фотонов 120-140 кэВ, генерируемое импульсами длительностью 1-2 мс при паузах до 8 мс излучателем с нестабильностью питающего напряжения до 0,01%, направляют под различными углами относительно диагностируемого объекта. Прошедшее через объект и квантовым образом воздействующее на детекторы рентгеновское ослабленное излучение преобразуют с их помощью в сигналы, удобные для обработки. В каждом канале, входом которого является один детектор, эти сигналы усиливают с коэффициентом 104 и интегрируют за время действия импульса рентгеновского излучения. Эти сигналы передают, моделируя ими оптическое излучение, по атмосферному направленному каналу в виде ленты с внутренней отражающей поверхностью, охватывающей вращающуюся систему рентге- новский излучатель - детекторы, и неподвижной относительно этой системы, для восстановления изображений относительно этой системы, для восстановления изображений слоев исследуемого объекта, их визуализации и/или архивирования.

Внутреннюю отражающую поверхность ленты покрывают слоем алюминия путем испарения в вакууме, слоем фосфорнокислого аммония путем электролиза и слоем сернистого цинка путем испарения в вакууме. Это дает максимальный коэффициент отражения г 0,96 на длине волны А-1 мкм.

Модулированное оптическое излучение, генерируемое лазером с выходной мощностью 5-15 мВт, фокусируют линзовой приемной антенной на фоточувствительной поверхности кремниевого лавинного фотодиода с чувствительностью 4,9 х 10 В/Вт.

Устройство для осуществления способа вычислительной томографии содержит рен- т еновский излучатель 1, укрепленный на раме 2 с приводом 3 для осуществления ее

вращения вокруг изоцентра 4. К раме 2 диаметрально противоположно излучателю 2 прикреплена матрица 5 детекторов 6 с блоком 7 предварительной обработки, включающим в себя интеграторы 8 по ко0 личеству детекторов 6 с предусилением, аналоговый мультиплексор 9 и синхронизатор 10. К раме 2 в непосредственной близости от выхода мультиплексора 9 укреплен оптический передатчик 11, состоя5 щий из генератора 12 оптического излучения, линзовой передающей антенны 13, средства 14 для ьвода излучения в атмосферный направленный канал 15, охватывающий концентрацию изоцентру 4 своей

0 внутренней отражающей поверхностью 16 все элементы, установленные на раме 2. На канале 15укреплено средство 17 для вывода оптического излучения. Оптический приемник 18, включающий в себя линзовую при5 емную антенну 19, оптический гетеродин 20, фотодетектор 21, и фильтр 22. установлен так, что излучение со средства 17 всегда попадает в поле зрения линзовой приемной антенны 19.

0Оптический передатчик 11, атмосферный направленный канал 15 и оптический приемник 18 образуют блок 23 связи.

Выход фильтра 22 соединен с блоком 24 обработки сигналов, который соединен с

5 блоком 25 управления рентгеновским излучателем и его энергоснабжения, и через контроллер 26 с блоком 27 визуализации и блоком 28 архивирования.

Матрица 5 детекторов 6 информацион0 но связана с излучателем 1 веерным рентгеновским пучком 29 через диагностируемый объект 30. Оптический передатчик 11 с оптическим приемником 18 информационно связан через атмосферный направленный

5 канал Смодулированным оптическим излучением 31 и параллельным пучком 32.

Устройство для осуществления способа вычислительной томографии работает следующим образом.

0 Когда на рентгеновский излучатель 1 подается импульсное напряжение от устройства 25 управления рентгеновским узлучателем и его энергоснабжения, генерируемое им рентгеновское излучение 29

5 направляется на диагностируемый объект 30 путем вращения рамы 2 приводом 3. Ослабленное объектом рентгеновское излучение 29 воздействует на матрицу 5 квантовым образом, преобразуется детекторами 6 в сигналы, удобные для обработки,

которые предварительно усиливаются и интегрируются за время длительности рентгеновского импульса интеграторами 8 блока 7 предварительной обработки.

За время паузы между рентгеновскими импульсами сигналы с интеграторов через аналоговый мультиплексор 9 последовательно подаются на генератор 12 оптического передатчика 11, модулируя его излучение.

Модулированное оптическое излучение 31 генератора 12 формируется в параллельный пучок 32 линзовой передающей антенной 13, который с помощью средства 14 ввода оптического излучения направляется на внутреннюю отражающую поверхность 16, сечение которой плоскостью сканирования - окружность радиуса R r/cos ( лУп), где г - радиус окружности, описываемой самой удаленной от оси вращение рамы точкой установленных на ней элементов, an- число отражений оптического излучения от поверхности 16. При этом пучок модулированного оптического излучения 31 направляется так, что во всех п точках отражения этот пучок не выходит за ширину кольца атмосферного направленного канала 15, а угол падения I пучка 32 на поверхность 16 равен тг /п-2/2п

Пучок 32 средством 17 для вывода модулированного оптического излучения направляется на линзовую приемную антенну 19 в пределах ее угла поля зрения, фокусируется на приемной фоточувствительной площадке фотодетектора 21, предварительно смешиваясь с оптическим излучением гетеродина 20. Электрический сигнал на выходе фотодетектора 21, в связи с вращением рамы 2, зависит от времени прохождения рамой расстояния между точками отражения, поскольку пучок с мощностью оптического излучения Р т. Р0, где т- коэффициент отражения покрытия поверхности 16, Ро - выходная мощность излучения оптического передатчика 11. Параметр q принимает целые значения от максимального п до 0, уменьшаясь на единицу через каждые (2л) / (по) секунд, где ш - угловая скорость вращения рамы 2 (рад/с). Кроме измерения времени от начала сканирования, для определения значения параметра можно, например, в канал 15 передачи запускать до передачи информационных аналоговых сигналов холостой импульс оптического излучения, мерить мощность Р на выходе блока 23 связи и, зная мощность РО на выходе оптического передатчика 11, по формуле q lg(P0/P)/lgr определять параметр q для каждого блока

передаваемых информационных аналоговых сигналов.

Использование предлагаемого способа вычислительной томографии и устройства 5 для его осуществления позволяет повысить надежность диагностирования за счет использования атмосферного направленного канала, обладающего нечувствительностью к внешним электромагнитным наводкам и

10 обеспечивающего распространение остронаправленного (порядка 1 мм диаметром) пучка оптического излучения. Повышение точности диагностирования очевидно за счет уменьшения находящихся в подвиж15 ном соединении элементов, отказа от довольно жестких электрических кабелей для связи матрицы детекторов и устройства обработки сигналов, а также вынесения АЦП на неподвижную часть томофафии, и

0 тем самым повышение точности перемещения системы рентгеновский излучатель - детекторы относительно тела пациента. Производительность диагностирования повышается за счет того, что

5 полоса частот оптической несущей примерно в 10 раз шире, чем электрической, что во столько же раз повышает емкость канала передачи.

0Формула изобретения

Ј Способ вычислительной томографии, заключающийся в том, что рентгеновское излучение от излучателя направляют под различными углами относительно диагно5 стирующего объекта, преобразуют прошедшее через обьект излучение с помощью матрицы детекторов, производят предварительную обработку и передачу информационных сигналов, которые затем

0 обрабатывают и используют для восстановления изображений слоев исследуемого объекта, их визуализации и/или архивирования, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, точности и произ5 водительности диагностирования за счет упрощения передачи аналоговых сигналов, несущих информацию о прошедшем через объект рентгеновском излучении, передачу информационных сигналов по0 еле предварительной обработки осуществляют с помощью оптического излучения, модулированного аналоговыми информационными сигналами, для передачи оптического излучения используют атмосферный

5 направленный канал в виде ленты с внутренней отражающей поверхностью, который устанавливают неподвижно относительно вращающейся системы рентгеновский излучатель - детекторы, причем пучок оптического излучения направляют на

внутреннюю отражающую поверхность так, что во всех точках отражения пучок не выходит за ширину ленты.

2. Устройство для вычислительной томографии, содержащее рентгеновский из- лучатель и матрицу детекторов с блоком предварительной обработки, установленные на раму с приводом, блок управления рентгеновским излучателем и его энергообеспечения, блок связи, блок обработки сигналов, блок визуализации и блок архивирования, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, точности и производительности диагностирования за счет упрощения передачи аналоговых сиг- налов, несущих информацию о прошедшем через объект рентгеновском излучении, блок связи содержит передатчик и приемник оптического излучения, атмосферный направленный канал передачи, выполнен- ный в виде кольца с внутренней отражающей поверхностью, охватывающего раму с установленными на ней элементами, образующие которого параллельны оси сканирования, а внутренний радиус R кольца равен r/cos (л /п), где г - радиус окружности, опи/

2

сываемый самой удаленной от оси вращения рамы точкой установленных на раме для вывода оптического излучения, установленное неподвижно относительно канала передачи, оптический передатчик представляет собой генератор оптического излучения с линзовой передающей антенной, установлен на раме и связан с блоком предварительной обработки, плоскость отражения этого излучения перпендикулярна к оси вращения рамы, при этом диаметр пучка оптического излучения меньше ширины кольца, а оптическая ось оптического приемника, состоящего из приемной линзовой антенны и фотодетектора, согласованного по спектру и мощности излучения оптического передатчика, коэффициенту отражения атмосферного направленного канала передачи и частоте модуляции аналоговыми информационными сигналами, и соединенного выходом с блоком обработки сигналов, лежит в плоскости отражения оптического излучения.

3. Устройство поп.2,отличающее- с я тем, что генератор оптического излучения выполнен в виде инжекционного лазера.

О

27

гь

Изобретение относится к медицинской технике. Изобретение позволяет повысить надежность, точность и производительность диагностирования за счет упрощения передачи аналоговых сигналов, несущих информацию о прошедшем через объект рентгеновском излучении, путем использования атмосферного направленного канала, по которому распространяется оптическое излучение, модулированное вышеуказанными аналоговыми сигналами. Атмосферный направленный канал 15 выполнен в виде кольца, охватывающего концентрично изоцентру 4 своей внутренней отражающей поверхностью 16 все элементы, установленные на раме 2 2 с. и 1 з п.ф-лы, 3 ил 15 16 Ё Os х| N 00 О СП 20 М/гЗ

Фиг

11

Т

24