Цифровой сканирующий рентгенодиагностический аппарат

 

Изобретение относится к медицинской технике, точнее к рентгенодиагностическим устройствам, предназначенным для клинических исследований. Цифровой сканирующий рентгенодиагностический аппарат содержит штатив, оснащенный кареткой с электромеханическим приводом, на котором закреплены оптически сопряженные рентгеновская трубка, основной коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими веерный рентгеновский пучок, плоскость которого проходит перпендикулярно к направлению движения каретки, и основной линейно-матричный детектор, стол для пациента, рентгеновское питающее устройство высокочастотного типа, подключенное к рентгеновской трубке, и электронную систему, включающую компьютер и дисплей, связанную с линейно-матричным детектором. На линейке штатива закреплены оптически сопряженные с рентгеновский трубкой дополнительный коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими веерный рентгеновский пучок, и дополнительный линейно-матричный детектор, причем дополнительный пучок проходит под углом α= arctg s/f к основному рентгеновскому пучку, где s - расстояние между детекторами, а f - расстояние по нормали от фокуса рентгеновской трубки до основного детектора. Дополнительная детекторная система закреплена на линейке с возможностью изменения угла α в пределах 14 - 20^o. Один из концов линейки подвижно соединен с осью, закрепленной на штативе и проходящей через фокус рентгеновской трубки, а противоположный соединен скользящей посадкой с юстировочной кареткой, связанной с направляющей, закрепленной на каретке параллельно движению штатива. Юстировочная каретка снабжена червячным приводом и измерительной шкалой. Изобретение позволяет повысить диагностическую информативность и точность рентгенодиагностики. 2 з. п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, точнее к рентгенодиагностическим устройствам, предназначенным для клинических исследований.

Известен цифровой сканирующий рентгенодиагностический аппарат [1], содержащий вертикальную колонку с двумя опорными стойками, жестко закрепленными посредством станины и потолочного упора. На колонке установлена вертикальная каретка П-образной формы. Она уравновешена грузом, который находится внутри стоек. На вертикальной каретке закреплены направляющие, по которым может перемещаться горизонтальная каретка. Ее перемещение осуществляется с постоянной скоростью посредством электродвигателя. На одном плече горизонтальной каретки закреплен рентгеновский излучатель, а на другом - регистратор излучения. Рентгеновский излучатель имеет рентгеновскую трубку с вращающимся анодом, излучение которой ограничивается щелевой вертикальной диафрагмой. Регистратор рентгеновского излучения имеет светонепроницаемый рентгенозащитный корпус, внутри которого расположен вертикально опорный цилиндр, на внешней поверхности которого закреплен запоминающий экран, имеющий металлическую основу, на которую нанесен люминофор (цинк-кадмий сульфид, активированный марганцем). Верхняя ось опорного цилиндра соединена через электромагнитную муфту, редуктор и шестеренку с гребенкой. Этот узел обеспечивает равномерное вращение опорного цилиндра при движении горизонтальной каретки. Нижняя ось опорного цилиндра соединена через электромагнитную муфту н редуктор с гистерезисным синхронным электродвигателем. Рентгеновские лучи попадают на запоминающий экран через щелевую диафрагму, выполненную в передней стенке защитного корпуса регистратора. Эта щелевая диафрагма находится в одной плоскости с щелевой диафрагмой рентгеновского излучателя. Внутри корпуса регистратора находится дополнительная каретка, которая может перемещаться посредством электродвигателя равномерно параллельно образующей опорного цилиндра. На каретке закреплен фотодетектор, включающий объектив н ФЭУ. Рентгеновский излучатель подключен к высоковольтному генератору, включение которого производится с пульта управления. Рентгеновский излучатель оснащен щелевой диафрагмой, формирующей узкий вертикальный пучок рентгеновского излучения. Рентгеновские лучи, пройдя через объект исследования, попадают через щелевую диафрагму корпуса регистратора на запоминающий экран. При движении горизонтальной каретки происходит просвечивание объекта узким веерным рентгеновским пучком. Изображение, записанное на запоминающем экране, считывается с него фотодетектором, закрепленным на оптической каретке. Оптическая каретка равномерно перемещается вдоль образующей опорного цилиндра Сигнал с ФЭУ подается на модулятор, который включен между генератором несущей частоты и выходным усилителем сигнала. Далее электрический сигнал подается в линию связи.

Одним из недостатков известного цифрового сканирующего рентгенодиагностического аппарата [1] является то, что его цифровое рентгеновское изображение имеет разномасштабность. Это вызвано особенностью рентгеновской проекции. Вдоль оси x, совпадающей с направлением сканирования, изображение формируется ортогональным лучом, а вдоль оси y - центральнопроекционным (веерным) пучком. В результате этого при больших значениях у происходит значительное искажение изображения внутренней структуры объекта съемки. В аппарате отсутствует механизм коррекции или учета этих геометрических искажений. Другим существенным недостатком известного аппарата [1] является то, что полученные цифровые рентгеновские снимки не позволяют рентгенологу произвести точные рентгенотопографические измерения, например определить глубину залегания обнаруженного патологического очага.

Известен также цифровой сканирующий рентгенодиагностический аппарат "Digidelca" фирмы "Олделфт" (Голландия) [2], содержащий вертикальный рентгеновский штатив, на котором установлена каретка, несущая рентгеновскую трубку и приемник рентгеновского изображения. Рентгеновская трубка подключена к высоковольтному питающему устройству, а приемник рентгеновского изображения содержит линейный усилитель, оптически сопряженный с цифровой камерой, где в качестве детектора используется ПЗС-матрица. Съемка пациента производится узким веерным рентгеновским пучком, формируемым щелевым коллиматором, при этом линейный усилитель совершает равномерное вертикальное движение вдоль объекта съемки, а рентгеновская трубка разворачивается вокруг оси, проходящей через ее фокус. Электрический сигнал с выхода ПЗС-матрицы поступает в компьютер, где производится его обработка и формирование цифрового снимка. Анализ цифрового изображения объекта съемки производится на экране дисплея.

Цифровые рентгеновские снимки, полученные на аппарате [2], формируются центрально проекционным рентгеновским пучком b имеют одинаковый масштаб вдоль осей x и y. Однако это обстоятельство не исключает второго недостатка, указанного выше. Аппарат [2] не обеспечивает возможности получения строгих рентгенотопографических данных об объекте исследования.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является цифровой сканирующий рентгенодиагностический аппарат, содержащий штатив, оснащенный кареткой с электромеханическим приводом, на котором закреплены оптически сопряженные рентгеновская трубка, коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими веерный рентгеновский пучок, проходящий перпендикулярно к направлению движения каретки, и линейно-матричный детектор [3]. В состав аппарата также входят стол для пациента и рентгеновское питающее устройство высокочастотного типа, подключенное к рентгеновской трубке, и электронная система, включающая компьютер и дисплей, связанная с линейно-матричным детектором и обеспечивающая считывание электрического сигнала, его обработку, запись и воспроизведение рентгеновского изображения.

Цифровой сканирующий рентгенодиагностический аппарат [3], выбранный нами в качестве прототипа, имеет те же недостатки; что и аналог [1].

Целью настоящего изобретения является повышение диагностической информативности и точности рентгенодиагностики по снимкам, полученным на цифровых аппаратах сканирующего типа.

Поставленная цель достигается тем, что в цифровом сканирующем рентгенодиагностическом аппарате, содержащем оснащенный кареткой с электромеханическим приводом штатив, на котором закреплены оптически сопряженные рентгеновская трубка, соединенная с осью, закрепленной на штативе, основной коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими основной веерный рентгеновский пучок, плоскость которого проходит перпендикулярно к направлению движения каретки, и основной линейно-матричный детектор, питающее устройство высокочастотного типа, подключенное к рентгеновской трубке, и компьютер с дисплеем, связанный с основным линейно-матричным детектором и пульт управления, через фокус рентгеновской трубки проведена ось вращения одного конца линейки, на которой закреплены оптически сопряженные с рентгеновской трубкой дополнительный коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими дополнительный веерный рентгеновский пучок, и дополнительный линейно-матричный детектор, причем плоскость дополнительного веерного рентгеновского пучка проходит под углом α=arctg s/f к плоскости основного веерного рентгеновского пучка, где s - расстояние между линейно-матричными детекторами, f - расстояние по нормали от фокуса рентгеновской трубки до основного линейно-матричного детектора, а противоположный конец линейки соединен скользящей посадкой с юстировочной кареткой, выполненной с возможностью изменения угла α от 14^o до 20^o и перемещения по направляющей, установленной на каретке параллельно движению штатива, при этом юстировочная каретка снабжена червячным приводом и измерительной шкалой, а компьютер связан с дополнительным линейно-матричным детектором и коммутатором жидкокристаллических стереоскопических очков, подключенным к дисплею.

Новая конструкция цифрового сканирующего рентгенодиагностического аппарата позволяет получить стереопару цифровых рентгеновских снимков, воспроизвести стереоскопическую модель исследуемого объекта и с высокой степенью точности провести ее топометрию.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и описанием к ним.

На фиг. 1 показана съемочная часть цифрового сканирующего рентгенодиагностического аппарата (вид спереди); на фиг.2 - вид съемочной части аппарата сбоку; на фиг. 3 приведена блок-схема цифрового сканирующего рентгенодиагностического аппарата; на фиг.4 показана геометрия съемки; на фиг.5 приведена стереопара цифровых сканирующих снимков.

Цифровой сканирующий рентгенодиагностический аппарат имеет штатив 1, закрепленный на массивном основании, являющемся кареткой 2 (фиг.1 и 2). С помощью электромеханического привода 3 каретка 2 может совершать равномерное движение с заданной скоростью вдоль направляющих 4. На штативе 1 посредством кронштейна 5 закреплена рентгеновская трубка 6, расположенная над столом 7 для пациента. С рентгеновской трубкой 6 соединена диафрагма 8, ограничивающая первичный рентгеновский пучок. Далее рентгеновский пучок разделяется на два веерных пучка. Для этого используются два щелевых коллиматора 9 и 10. Щелевая диафрагма 9 закреплена на штативе 1 посредством кронштейна 11 и находится над столом 7, а щелевая диафрагма 10 закреплена на штативе 1 с помощью кронштейна 12 под декой 13 стола. К выходу щелевой диафрагмы 10 примыкает линейно-матричный детектор 14, например, полупроводникового типа. Такие линейные рентгеновские детекторы представляют собой набор идентичных элементов, содержащих сцинтиллятор, оптоволоконную шайбу и фотодиод (не показаны). Основной коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами 9 и 10 формирует узкий веерный рентгеновский пучок, плоскость которого проходит перпендикулярно к направлению движения каретки 2. Дополнительный коллиматор содержит две щелевые диафрагмы 15 и 16, закрепленные на линейке 17. Верхний конец линейки 17 находится на оси 18 кронштейна 5. Ось вращения линейки 17 проходит через фокус F рентгеновской трубки 6. Нижний конец линейки 17 имеет продольный паз 19, соединенный скользящей посадкой со стержнем 20, основание которого закреплено в юстировочной каретке 21. Юстировочная каретка 21 соединена скользящей посадкой с направляющей 22, закрепленной на подставке 23, основание которой жестко соединено с кареткой 2. Направляющая 22 проходит параллельно направляющим 4, по которым движется штатив 1. Юстировочная каретка 21 снабжена червячным приводом 24 со штурвалом 25 и измерительной шкалой 26. Щелевая диафрагма 15 находится над столом 7, она удерживается на линейке 17 кронштейна 27. Щелевая диафрагма 16 находится под декой стола 7, она закреплена на линейке 17 посредством кронштейна 28. К выходу щелевой диафрагмы 16 примыкает линейно-матричный детектор 29 полупроводникового типа. Дополнительный коллиматор с щелевыми диафрагмами 15 и 16 формирует узкий веерный рентгеновский пучок, проходящий под углом α=arctg s/f к основному рентгеновскому пучку, где s - расстояние между детекторами, а f - расстояние от фокуса рентгеновской трубки до основного детектора по нормали. С помощью юстировочной каретки 21 можно изменять значение угла α от 14^o до 20^o.

Рентгеновская трубка 6 подключена к питающему устройству 30 высокочастотного типа, режим работы которого устанавливается на пульте управления 31 (фиг. 3). Команда на включение рентгеновской трубки 6 подается рентгенолаборантом с персонального компьютера 32, который входит в состав цифрового сканирующего рентгенодиагностического аппарата. Одновременно включается электромеханический привод 3 каретки 2, в результате чего рентгеновская трубка 6, закрепленная на штативе 1, будет совершать равномерное прямолинейное движение с постоянной скоростью. При этом тело пациента 33, расположенного на деке 13 рентгеновского стола, сканируется центральным 34 и наклонным 35 веерными рентгеновскими пучками. Центральный 34 рентгеновский пучок, пройдя тело пациента и диафрагму 10, преобразуется детектором 14 в электрический сигнал, который усиливается буферным операционным усилителем 36 и через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 37 поступает в компьютер 32. Аналогично наклонный 35 рентгеновский пучок преобразуется линейно-матричным детектором 29, с выхода которого электрический сигнал поступает в буферный операционный усилитель 38 и далее через АЦП 39 в компьютер 32. Цифровое рентгеновское изображение воспроизводится на экране дисплея 40. Программа, заложенная в компьютер 32, позволяет проводить визуализацию отснятого объекта в трех режимах: 1) режим моноснимка, полученного центральным веерным рентгеновским пучком; 2) режим моноснимка, полученного наклонным веерным рентгеновским пучком; 3) режим стереоскопии. В режиме стереоскопии моноснимки, полученные центральным и наклонным веерными рентгеновскими лучами, подаются на дисплей 40 поочередно через коммутатор 41. При этом изображение наблюдается через жидкокристаллические стереоскопические очки 42, синхронно переключаемые коммутатором 41. Этот метод стереоскопического наблюдения достаточно широко используется в фотограмметрии при составлении топографических карт по аэрофотоснимкам.

Цифровой сканирующий рентгенодиагностический аппарат используется следующим образом.

Больного 33, подлежащего рентгенологическому обследованию, например, по поводу заболевания легких, укладывают на деку 13 рентгенографического стола (фиг.3). На пульте управления 31 рентгеновского питающего устройства 30 устанавливают режимы съемки. С помощью штурвала 25 по шкале 26 юстировочной каретки 21 устанавливают значение угла наклона линейки 17, равное α=14^o (фиг. 1). Такое значение угла α является оптимальным при стереоскопическом анализе полученной рентгеновской стереопары на экране дисплея. Это связано с особенностями бинокулярного зрения человека Значение угла наклона α >14^o, например α=20^o, устанавливают в том случае, когда требуется повышенная точность рентгенотопометрии. После команды пациенту "глубоко вдохнуть и не дышать" рентгенолаборант через клавиатуру персонального компьютера 32 включает рентгеновский аппарат. Съемка пациента выполняется в режиме сканирования. Время сканирования легких составляет 7-8 с.

Наблюдение цифрового рентгеновского изображения производится на экране дисплея 40. Режим стереоскопии используется для уточнения топометрии внутренних органов, а также для определения локализации и размеров обнаруженной патологии.

На фиг. 4 показана геометрия рентгенотопографической засечки патологического образования 43, например, туберкулезной полости. Рентгеновская трубка 6 движется слева направо, из позиции А в позицию В. Пунктирными линиями обозначены основные элементы конструкции аппарата в позиции В. Первый снимок Р_А рентгеновской стереопары, приведенной на фиг.5, производится центральным веерным рентгеновским пучком, формируемым диафрагмами 9 и 10. Рентгеновский сигнал с выхода диафрагмы 10 поступает в линейно-матричный детектор 14. Второй снимок стереопары Р_В выполняется наклонным веерным рентгеновским пучком, формируемым диафрагмами 15 и 16. С выхода диафрагмы 16 рентгеновское излучение попадает в детектор 29.

Глубина залегания h патологического образования 43 определяется по следующей формуле: h=kp ctgα-l, где k - коэффициент, характеризующий масштаб цифрового рентгеновского изображения на экране дисплея, p - параллакс определяемой точки, α - угол наклона линейки 17, l - расстояние между верхней плоскостью деки 13 рентгеновского стола и центральным детектором 14.

Параллакс целевой точки на изображении 44 патологического образования на стереопаре возникает в результате смещения изображения 44в относительно координатного перекрестия 45в на снимке Р_B. Эго происходит в результате сканирования объекта съемки наклонным веерным рентгеновским пучком.

p=x₂-x₁.

Зная глубину залегания патологического образования, легко определить его точные размеры.

Цифровой сканирующий рентгенодиагностический аппарат может быть использован в клинике для целей топической диагностики, проводимой в интересах хирургии и контроля терапевтического лечения.

Источники информации [1] Авторское свидетельство СССР 1018623, Кл. А 61 В 6/00, 1982 г.

[2] Проспект голландской фирмы "Олделфт", 2000 г.

[3] Кантер Б.М. Методы и средства малодозовой цифровой флюорографии // Медицинская техника, 1999, 5, с. 10-13.

Формула изобретения

1. Цифровой сканирующий рентгенодиагностический аппарат, содержащий оснащенный кареткой с электромеханическим приводом, штатив, на котором закреплены оптически сопряженные рентгеновская трубка, соединенная с осью, закрепленной на штативе, основной коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами, формирующими основной веерный рентгеновский пучок, плоскость которого проходит перпендикулярно к направлению движения каретки и основным линейно-матричным детектором, питающее устройство высокочастотного типа, подключенное к рентгеновской трубке и компьютер с дисплеем, связанный с основным линейно-матричным детектором и пультом управления, отличающийся тем, что через фокус рентгеновской трубки проходит ось вращения одного конца линейки, на которой закреплены оптически сопряженные с рентгеновской трубкой дополнительный коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами формирующими дополнительный веерный рентгеновский пучок, и дополнительный линейно-матричный детектор причем плоскость дополнительного веерного рентгеновского пучка проходит под углом α=arctg s/f к плоскости основного веерного рентгеновского пучка, где s – расстояние между линейно-матричными детекторами, f – расстояние по нормали от фокуса рентгеновской трубки до основного линейно-матричного детектора, а противоположный конец линейки соединен скользящей посадкой с юстировочной кареткой, выполненной с возможностью изменения значения угла α от 14 до 20° и перемещения по направляющей, установленной на каретке параллельно движению штатива при этом юстировочная каретка снабжена червячным приводом и измерительной шкалой, а компьютер связан с дополнительным линейно-матричным детектором.

2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в режиме стереоскопии коммутатор, связанный с компьютером, выполнен с возможностью синхронного переключения жидкокристаллических стереоскопических очков.

3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что в качестве линейно-матричного детектора используют полупроводниковый преобразователь.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5