Устройство для калибровки рентгенодиагностических аппаратов по контрасту

 

Изобретение относится к медицинской рентгенотехнике, точнее к устройствам для измерения и контроля технических характеристик рентгенодиагностических аппаратов, в первую очередь цифровых. Устройство для калибровки рентгенодиагностических аппаратов, содержащее ступенчатый поглотитель, элементы которого закреплены на жесткой рентгенопрозрачной основе с определенным интервалом, дополнительно содержит ионизационные камеры проходного типа с источником питания и измерительным блоком, снабженным микропроцессором и индикатором, число которых в два раза превышает число элементов поглотителя. Ионизационные камеры образуют ряд оптически сопряженных пар, в каждой из которых между ионизационными камерами находится поглотитель, представляющий собой тонкий однородный эталонный слой из материала с высоким атомным номером, расположенный параллельно основанию устройства, кроме того, ионизационные камеры защищены экраном от рассеянного рентгеновского излучения. При использовании изобретения достигается повышение точности и достоверности определения контрастных характеристик рентгенодиагностических аппаратов. 7 ил.

Изобретение относится к медицинской рентгенотехнике, точнее к устройствам для измерения и контроля технических характеристик рентгенодиагностических аппаратов, в первую очередь цифровых.

Известно устройство для калибровки рентгенодиагностических аппаратов по контрасту, выполненное в виде пятнадцатиступенчатого градационного клина из алюминия или меди и позволяющее при визуальном анализе снимка на экране монитора определить коэффициент контрастности рентгеновского изображения [1] .

Известно также аналогичное устройство, представляющее собой градационный клин из чистого алюминия с двадцатью одной ступенями, маркированными свинцовыми цифрами [2] . Оно предназначено для определения контрастных характеристик рентгенодиагностических аппаратов.

Известные устройства не предназначены для точной калибровки пленочных и цифровых рентгенодиагностических аппаратов по контрасту.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является устройство для калибровки рентгенодиагностических аппаратов по контрасту, содержащее ступенчатый поглотитель из алюминия или меди в форме градационного клина, ступеньки которого закреплены на жесткой рентгенопрозрачной основе [3] . Толщина каждой ступеньки градационного клина выбрана из условия обеспечения калибровочного значения контраста в изображении, соответствующем рентгеновскому излучению заданного энергетического состава, например с 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 и т.д. процентным поглощением. Между каждой парой рядом расположенных ступенек выполнены поперечные пазы на всю толщину градационного клина, при этом длина пазов равна ширине градационного клина, а их ширина в 5-10 раз меньше ширины ступеньки градационного клина.

Известное устройство [3], принятое нами в качестве прототипа, позволяет автоматизировать процесс определения контрастных характеристик рентгенодиагностических аппаратов. Вместе с тем, существуют два фактора энергетического и геометрического характера, которые могут снизить точность известного устройства.

Во-первых, калибровочные значения контраста, задаваемые ступеньками градационного клина, соответствуют рентгеновскому излучению заданного энергетического состава. При отклонении энергетического режима съемки, например при переходе в более жесткую область спектра, ступенчатый контраст изображения будет уменьшаться, что скажется на точности определения контрастных характеристик рентгенографического аппарата.

Во-вторых, точность известного устройства зависит от его положения относительно главного луча рентгеновского пучка. При нахождении известного устройства в центральной зоне входного окна приемника изображения рентгеновские лучи проходят через ступеньки градационного клина приблизительно параллельно их стенкам. При расположении известного устройства в боковой части входного окна приемника изображения рентгеновские лучи проходят ступеньки градационного клина под углом, что приведет к изменению оптической плотности изображения ступенчатого клина. Это хорошо видно на фиг. 1, где рентгеновские лучи исходят из действительного фокуса F рентгеновской трубки 1, заключенной в рентгенозащитный кожух 2. Эталон для определения контрастных характеристик рентгенодиагностических аппаратов 3, взятый нами в качестве прототипа, содержащий поглотители 4, разделенные поперечными пазами 5, установлен на деке 6 рентгеновского стола, под которой находится приемник рентгеновского излучения 7. Косые рентгеновские лучи проходят через материал эталона большее расстояние (h' > h), при этом Δh = hʹ-h = h(secβ-1). При определенных геометрических условиях съемки эта погрешность может привести к заметным ошибкам в определении контрастных характеристик рентгенодиагностического аппарата.

Кроме того, поперечные пазы, имеющие вертикальную ориентацию, при косой проекции затеняются материалом поглотителя (d e), что приведет к искажению опорного сигнала и погрешностям измерений.

Настоящее изобретение направлено на повышение точности калибровки рентгенодиагностического аппарата по контрасту. Это особенно важно для раннего выявления таких заболеваний, как силикоз, туберкулез, рак легкого на цифровых рентгенодиагностических аппаратах, которые обладают повышенной контрастной чувствительностью.

Данный технический результат достигается тем, что предложенное устройство позволяет определить контраст изображения элементов поглотителя прямым измерением в реальном масштабе времени и автоматическом режиме. Для этого в устройство для калибровки рентгенодиагностических аппаратов по контрасту, содержащее ступенчатый поглотитель, рабочие элементы которого закреплены на жесткой рентгенопрозрачной основе н разделены пазами, каждый из идентичных рабочих элементов содержит оптически сопряженные входную и выходную ионизационные камеры проходного типа, между которыми размещен поглотитель в виде тонкого однородного слоя, расположенного параллельно основе, из материала с высоким атомным номером, толщина которого выбирается из условия обеспечения калибровочного значения контраста в изображении, при этом в цепи каждой ионизационной камеры имеется источник высоковольтного напряжения, накопительный конденсатор, а компаратор подключен к ним с возможностью определения разности электрических сигналов от входной и выходной ионизационных камер, обработки их через микропроцессор и отображения значения контраста на индикаторе.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и описанием к ним. На фиг. 2 показано устройство для калибровки рентгенодиагностических аппаратов по контрасту (вид сверху); на фиг.3 - вид устройства в разрезе А-А фиг.2; на фиг. 4 - вид устройства в разрезе В-В фиг.2; на фиг.5 - блок-схема электрической связи оптически соосных ионизационных камер: на фиг.6 - блок-схема устройства для калибровки рентгенодиагностических аппаратов по контрасту, на фиг.7 - видеосигнал с выхода приемника рентгеновского изображения.

Чувствительным элементом устройства для калибровки рентгенодиагностических аппаратов по контрасту является линейный детектор 8 (фиг.2, 3, 4). Он имеет основание 9 в форме плоскопараллельной пластины из материала, слабо поглощающего рентгеновские лучи, например оргстекла. На верхней поверхности основания 9 расположен рад 1-n идентичных рабочих элементов, каждый из которых содержит входную 10¹-10ⁿ и выходную 11¹-11ⁿ идентичные ионизационные камеры проходного типа, между которыми находится ступенчатый поглотитель 12¹-12ⁿ рентгеновского излучения. Поглотители l2¹-12ⁿ представляют собой тонкий однородный эталонный слой металла высокого атомного номера, например вольфрама, нанесенный на плоскопараллельныю основу 13¹-13ⁿ, например методом вакуумного напыления. В качестве основы может быть использовано, например, оргстекло. Толщина каждого эталонного металлического слоя поглотителей 12¹-12ⁿ выбирается из условия обеспечения калибровочного значения контраста в изображении, соответствующего рентгеновскому излучению заданного энергетического состава, например с 0,5; 1,0; 2,0; 3,0; 4,0; 5,0 и т.д. процентным поглощением. Поверхность поглотителей 12¹-12ⁿ параллельна плоскости основания 9 детектора 8. Чувствительный объем ионизационных камер 10¹-10ⁿ, 11¹-11ⁿ заполнен газом 14¹-14ⁿ идентичного состава, а их электроды 15¹-15ⁿ выполнены из акводага. Оптически сопряженные ионизационные камеры линейного детектора 8 разделены между собой сквозными пазами 16¹-16ⁿ, свободно пропускающими рентгеновское излучение. Ширина пазов в 5-7 раз меньше ширины поглотителей. Рабочие элементы ряда 1-n защищены экраном 17 от воздействия рассеянного излучения. Экран 17 изготовлен из металла, имеющего высокий атомный номер, например вольфрама. На одной из сторон детектора 8 закреплен многоштырьковый электрический разъем 18 для подачи к электродам 15¹-15ⁿ ионизационных камер рабочего напряжения через провод 19.

Каждая пара оптически сопряженных ионизационных камер предназначена для определения контраста изображения К за поглотителем в реальном масштабе времени. Для этого они подключены к измерительному блоку. В цепи верхней (входной) 10 ионизационной камеры имеются источник высоковольтного напряжения V, накопительный конденсатор С (изменение напряжения на конденсаторе является мерой количества электричества, накопленного вследствие ионизации в камере), усилитель 20, аналогово-цифровой преобразователь 21 (фиг.5). Электрическая цепь нижней (выходной) 11 ионизационной камеры содержит аналогичные элементы, соответственно V', С', 20', 21'. Компаратор 22 предназначен для определения разности электрических сигналов, поступающих от входной 10 и выходной 11 ионизационных камер. Микропроцессор 23 ведет обработку электрических сигналов в соответствии с уравнением: где I - количество электричества, регистрируемое верхней 10 ионизационной камерой в момент экспозиции; I₀ - количество электричества; регистрируемое нижней 11 ионизационной камерой в момент экспозиции.

Значение контраста К отображается на цифровом индикаторе 24.

Устройство для калибровки рентгенодиагностических аппаратов по контрасту используется следующим образом.

Линейный детектор 8 закрепляют в плоскости входного окна приемника 25 рентгеновского изображения, например цифровой флюорографической камеры, таким образом, чтобы основание линейного детектора 8 плотно примыкало к плоскоcти входного окна приемника 25 (фиг.6). К выходу приемника 25 рентгеновского изображения подключаются последовательно блок 26 буферной памяти, микропроцессор 27 и видеомонитор 28. В принципе, в качестве блока 26 буферной памяти может быть использован блок того же назначения, входящий в состав контролируемого рентгенодиагностического аппарата. Затем производится стандартное включение контролируемого рентгенодиагностического аппарата, в результате чего от источника 29 рентгеновского излучения на линейный детектор 8 будет воздействовать поток рентгеновских квантов. Прошедший через поглотители 12 линейного детектора 8 поток рентгеновского излучения преобразуется приемником 25 рентгеновского изображения в электрический сигнал, который после соответствующей обработки формируется в видеосигнал. Представленный на фиг. 7 видеосигнал соответствует сигналу с выхода приемника 25 рентгеновского изображения вдоль оси х (продольной оси линейного детектора 8) между поглотителями 12¹ и 12⁷. Он представляет собой чередующуюся последовательность сигналов u¹ ₀-u⁷ ₀, соответствующих неослабленному рентгеновскому потоку, и сигналов u₁-u₇, соответствующих рентгеновскому излучению, ослабленному поглотителями 12¹-12⁷ линейного детектора 8. Таким образом, амплитуда "провалов" в видеосигнале относительно уровней сигналов u₀ ¹-u₀ ⁷ будет соответствовать наблюдаемой на экране монитора разности яркостей соседних участков, а число "провалов" будет соответствовать номеру поглотителя линейного детектора 8 с наименьшей визуально воспринимаемой разностью яркостей. Входная 10 и выходная 11 ионизационные камеры, оптически связанные с поглотителем 12, позволяют определить контраст К изображения за поглотителем в реальном масштабе времени. При калибровке цифрового рентгенодиагностического аппарата значение контраста К изображения выводится на экран видеомонитора 28. Следовательно, видеосигнал с выхода приемника 25 рентгеновского изображения, дополненный цифровыми данными о значениях контраста изображения за поглотителями, содержит информацию, достаточную для определения любых контрастных характеристик рентгенодиагностических аппаратов (контраст, контрастную чувствительность, пороговую контрастную чувствительность).

На фиг.7 в качестве примера приведен вариант определения пороговой контрастной чувствительности цифрового рентгенодиагностического аппарата. Изменение яркости изображения u₁ и u₂ за поглотителями 12¹ и 12² на экране монитора не воспринимается, так как эти сигналы находятся за пределами пороговой контрастной чувствительности u_пор данного рентгенодиагностического аппарата. Первой ступенькой яркрoти u₃, воспринимаемой наблюдателем, является изображение за поглотителем 12³. Контраст изображения К³ на индикаторе 24³ дает объективное значение контраста, характеризующего пороговое значение контрастной чувствительности рентгенодиагностического аппарата для выбранного энергетического режима съемки.

Источники информации [1] Эксплуатация и ремонт рентгенодиагностических аппаратов, под ред. Н. Н.Блинова, М.: Медицина, 1985.-С. 163-164.

[2] Каталог "Инструменты и оборудование для метрологического контроля рентгенодиагностических и радиотерапевтических аппаратов" компании INOVISION, 1999 г., с.50.

[3] Патент РФ на изобретение 2177725 от 2001 г., МПК А 61 В 6/00.

Формула изобретения

Устройство для калибровки рентгенодиагностических аппаратов по контрасту, содержащее ступенчатый поглотитель, рабочие элементы которого закреплены на жесткой рентгенопрозрачной основе и разделены пазами, отличающееся тем, что каждый из идентичных рабочих элементов содержит оптически сопряженные входную и выходную ионизационные камеры проходного типа, между которыми размещены поглотитель в виде тонкого однородного слоя, расположенного параллельно основе из материала с высоким атомным номером, толщина которого выбирается из условия обеспечения калибровочного значения контраста в изображении, при этом в цепи ионизационной камеры имеются источник высоковольтного напряжения, накопительный конденсатор, а компаратор подключен к ним с возможностью определения разности электрических сигналов от входной и выходной ионизационных камер, обработки их через микропроцессор и отображения значения контраста на индикаторе.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7