Устройство для юстировки рентгеновского аппарата

 

Изобретение относится к медицинской рентгенотехнике и предназначено для проведения юстировки рентгеновских аппаратов общего назначения и специализированных рентгенографических систем. Устройство для юстировки рентгеновского аппарата имеет детекторный блок с корпусом квадратной формы с четырьмя метками, маркирующими прямоугольную систему координат o x у, и детектор рентгеновского излучения, содержащий прямолинейный растр с чередующимися рентгеноконтрастными и рентгенопрозрачными ламелями, примыкающими к сцинтиллятору, активный слой которого связан через оптические элементы с линейкой фотодиодов, соединенных через блок усиления и преобразования электрического сигнала с микропроцессором, оснащенным видеомонитором. Лимб с электромеханическим приводом установлен в корпусе детекторного блока таким образом, что его ось вращения проходит через начало системы координат о х у, точку о, а детектор рентгеновского излучения закреплен на лимбе вдоль его диаметра, при этом ламели растра, имеющие форму полукольца, возвышаются округлой частью над плоскостью лимба и проходят перпендикулярно его диаметру, при этом активный слой сцинтиллятора, имеющий форму полуцилиндра, оптически связан с фотодиодами через плоские фоконы. Кроме того, детектор рентгеновского излучения закрыт экраном из светопрозрачного и рентгенопрозрачного материала, основание которого закреплено на лимбе, при этом верхняя часть экрана имеет плоскую форму и параллельна основанию корпуса, на нее нанесено светоконтрастное перекрестие, центр которого совпадает с осью вращения лимба, а одна из его линий находится в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось детектора рентгеновского излучения. Изобретение позволяет расширить эксплуатационные возможности устройства и снизить его себестоимость. 4 з.п.ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к разделу медицинской рентгенотехники и предназначено для проведения следующих юстировочных операций: определения местоположения точки пересечения главного луча рентгеновского пучка с плоскостью деки съемочного стола; определения децентрации светового перекрестия оптического центратора относительно центрального луча рентгеновского пучка; определения нарушения параллельности направляющей напольной каретки рентгеновского штатива относительно продольной оси съемочного стола; определения отклонения колонны рентгеновского штатива от вертикали; определения величины базиса стереорентгенографии.

Известно устройство для юстировки рентгеновского аппарата, корпус которого имеет форму прямого параллелепипеда, склеенного из картона, в боковой стенке которого сделан вырез для наблюдения дна. Внутренние поверхности корпуса оклеены черной бумагой. Дно представляет собой флуоресцирующий экран с нанесенным на нем ориентиром в виде перекрестия. На верхней крышке устройства по диагоналям нанесены проволоки диаметром 0,3 мм, образующие перекрестие. Верхнее и нижнее перекрестия развернуты относительно друг друга на 45^o, их центры находятся на прямой, проходящей перпендикулярно к основанию устройства, имеющего квадратную форму. Основание устройства имеет четыре координатных метки, предназначенных для ориентации на деке рентгеновского стола относительно системы координат рентгеновского штатива[1, с. 117].

По координатным меткам устройство устанавливают на деке рентгеновского стола или на рентгеновскую кассету. Передвигая включенную рентгеновскую трубку, добиваются полного совпадения двух перекрестий на экране. В этом случае главный луч рентгеновской трубки будет проходить через начало координат снимка.

Основным недостатком известного устройства является то, что при проведении юстировки оператор находится в зоне рентгеновского облучения, кроме того, из-за полной темноты в помещении затруднена центрация.

Известно также устройство для юстировки рентгеновского аппарата, содержащее фотоэлектронный умножитель (ФЭУ) с торцевым оптическим входом, установленный в корпусе цилиндрической формы из материала с высоким атомным номером. К оптическому входу ФЭУ примыкает флуоресцирующий экран, над которым находится диафрагма крестообразной формы, закрытая снегозащитной крышкой. ФЭУ соединен с блоком питания и индикатором. На основании корпуса имеются четыре координатные метки, расположенные через 90^o в створе щелей крестообразной диафрагмы [2].

Рентгеновские лучи, проходя через щель диафрагмы, вызывают свечение флуоресцирующего экрана, которое преобразуется ФЭУ в электрический сигнал, наблюдаемый на индикаторе устройства. Оптимальное положение фокусного пятна рентгеновской трубки оценивается по максимальному отклонению стрелки индикатора, так как при совпадении главного луча рентгеновской трубки с оптической осью крестообразной диафрагмы достигается наибольшее возбуждение флуоресцирующего экрана.

Основным недостатком известного устройства является то, что при проведении юстировки рентгеновского аппарата, которая проводится в режиме рентгеноскопии, оператор находится в зоне рентгеновского облучения.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является устройство, содержащее корпус квадратной формы из жесткого рентгеноконтрастного материала, имеющий центральное окно квадратной формы с четырьмя координатными метками и четырьмя растрами со сквозными пазами на каждой из сторон корпуса. Элементы растров перпендикулярны основанию корпуса и параллельны соответствующим осям координат. Основание растров примыкает к сцинтилляционному слою, оптически сопряженному с полупроводниковым линейным детектором, подключенным через аналогово-цифровой преобразователь к микропроцессору [3].

Известное устройство [3], принятое за прототип, используется в качестве прикладной координатной рамки в рентгеновской кассете при проведении рентгенотопометрических исследований. Оно позволяет автоматически с требуемой точностью определить положение главной точки снимка в прямоугольной системе координат рентгенограммы.

Известное устройство [3] может быть использовано и для юстировки рентгеновского аппарата, например для определения децентрации светового перекрестия оптического центратора относительно центрального луча рентгеновского пучка. Однако делать это не целесообразно из-за высокой стоимости цифровых линейных детекторов (в прототипе используется четыре цифровых линейных детектора). Кроме того, конструкция известного устройства [3] не позволяет выполнить целый ряд важных юстировочных операций, например определить нарушение параллельности направляющей напольной каретки рентгеновского штатива относительно продольной оси съемочного стола.

Целью изобретения является расширение эксплуатационных возможностей известного устройства для юстировки рентгеновского аппарата и снижение его себестоимости.

Данная цель достигается тем, что устройство для юстировки рентгеновского аппарата, имеющее детекторный блок с корпусом квадратной формы с четырьмя метками, маркирующими прямоугольную систему координат o x y, и детектором рентгеновского излучения, содержащим прямолинейный растр с чередующимися рентгеноконтрастными и рентгенопрозрачными ламелями, примыкающими к сцинтиллятору, активный слой которого связан через оптические элементы с линейкой фотодиодов, соединенных через блок усиления и преобразования электрического сигнала с микропроцессором, оснащенным видеомонитором, дополнено лимбом с электромеханическим приводом, который установлен в корпусе детекторного блока таким образом, что его ось вращения проходит через начало системы координат o x y, точку о, а детектор рентгеновского излучения закреплен на лимбе вдоль его диаметра, при этом ламели растра, имеющие форму полукольца, возвышаются округлой частью над плоскостью лимба и проходят перпендикулярно его диаметру, при этом активный слой сцинтиллятора, имеющий форму полуцилиндра, оптически связан с фотодиодами через плоские фоконы, кроме того, детектор рентгеновского излучения закрыт экраном из светопрозрачного и рентгенопрозрачного материала, основание которого закреплено на лимбе, при этом верхняя часть экрана имеет плоскую форму и параллельна основанию корпуса; на нее нанесено светоконтрастное перекрестие, центр которого совпадает с осью вращения лимба, а одна из его линий находится в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось детектора рентгеновского излучения.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и описанием к ним. На фиг. 1 показан детекторный блок устройства для юстировки рентгеновского аппарата (вид сверху); на фиг.2 - вид детекторного блока сбоку по стрелке А фиг.1; на фиг. 3 - вид детекторного блока сбоку по стрелке В фиг.1; на фиг.4 - вид детекторного блока в разрезе С-С фиг.1; на фиг.5 - вид детектора рентгеновского излучения по стрелке D фиг.4, б; на фиг.6 приведена принципиальная электрическая блок-схема устройства. На фиг.7 приведена методика использования нового устройства при определении децентрации светового перекрестия оптического центратора относительно центрального луча рентгеновского пучка, а на фиг. 8 показана методика использования устройства при оценке параллельности направляющей напольной каретки рентгеновского штатива относительно продольной оси съемочного стола.

Устройство для юстировки рентгеновского аппарата содержит блок детектора рентгеновского излучения, подключенный к источнику питания и блоку обработки принимаемого сигнала.

Детекторный блок 1 устройства для юстировки рентгеновского аппарата имеет корпус 2 квадратной формы, состоящий из верхней 2 (а) и нижней 2(б) частей, соединенных между собой четырьмя винтами 3. Корпус 2 детекторного блока изготовлен из металла с высоким атомным номером, например латуни. Корпус детекторного блока закреплен на металлической пластине 4 квадратной формы, имеющей четыре координатные метки 5. Прямые, проведенные через вершины противоположных меток 5, образуют прямоугольную систему координат o x y детекторного блока 1. Внутри корпуса 2, в его основании на пластине 4, закреплена металлическая ось 6 (фиг.4,а), на которой установлен лимб 7, изготовленный, например, из латуни. В нижней части боковой поверхностности лимба 7 закреплена стальная шестеренка 8. С шестеренкой 8 контактирует червяк 9 (фиг. 1), также изготовленный из стали. Червяк 9 закреплен на стальной оси 10, соединенной посредством муфты 11 с осью электродвигателя 12. Используется двухскоростной электромотор реверсивного типа. Управление работой электромотора 12 осуществляется с пульта 13, связанного с электромотором проводом 14. Пульт управления 13 содержит двухпозиционный тумблер 15, положение которого определяет скорость вращения электромотора 12 (нормальная или медленная), а также две кнопки 16 и 17, которые включают электромотор 12 и задают ему вращение в противоположных направлениях. На лимбе 7 закреплен детектор рентгеновского излучения 18. Продольная ось детектора 18 проходит вдоль диаметра лимба 7. Корпус 18' детектора изготовлен из жесткого материала, слабо поглощающего рентгеновские лучи, например алюминия. Внутри корпуса 18', в его верхней части, закреплен растр 19, состоящий из чередующихся рентгеноконтрастных и рентгенопрозрачных ламелей. Рентгеноконтрастные ламели 20 изготовлены из свинца, а рентгенопрозрачные 21 - из материала, слабо поглощающего рентгеновские лучи, например из оргстекла. По своей форме ламели 20, 21 (фиг.5) напоминают полукольцо. На выходе растра 19 его ламели примыкают к сцинтиллятору 22, имеющему форму полуцилиндра. Активный слой сцинтиллятора 22 оптически соединен посредством плоских фоконов 23 с фотодиодами 24 линейного детектора, закрепленного в корпусе 18' посредством держателя 25. Фоконы 23 разделены между собой светонепрозрачыми перегородками 26. Фотодиоды 24 соединены токопроводом 27 с электрическим разъемом 28, входная часть которого соединена с электропроводом 29. На лимбе 7 нанесена измерительная шкала 30 от 0 до 90^o, нулевой штрих которой находится в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось детектора рентгеновского излучения, а отсчетный индекс 31 этой шкалы находится на верхней части 2 (а) корпуса 2, в вертикальной плоскости, проходящей через ось x координатной системы отсчета o x y детекторного блока. Детектор 18 закрыт экраном 32 из светопрозрачного и рентгенопрозрачного материала, например оргстекла, основание которого закреплено на лимбе 7. На верхнюю плоскость экрана 32 нанесено светоконтрастное перекрестие 33, центр которого совпадает с осью вращения лимба 7, а одна из его линий находится в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось детектора рентгеновского излучения 18.

Детекторный блок 1 соединен электрическим проводом 29 с блоком 34, который содержит усилитель и аналого-цифровой преобразователь (фиг.6). Он соединен с микропроцессором 35, выход которого подключен к видеомонитору 36. Пульт управления 13 электродвигателем 12 соединен проводом 37 с источником питания 38.

Ниже приведены два примера юстировки рентгеновского аппарата с помощью предложенного устройства.

Иллюстрация на фиг.7 поясняет методику определения децентрации светового перекрестия оптического центратора относительно центрального луча рентгеновской трубки. Здесь цифрами обозначены следующие элементы рентгеновского аппарата: 39 - потолочный телескопический штатив; 40 - рентгеновский излучатель; 41 - оптический центратор; 42 - рентгеновский стол для укладки пациента; 43 - дека рентгеновского стола.

Детекторный блок 1 устанавливают на деку 43 рентгеновского стола 42 и ориентируют таким образом, чтобы четыре координатных метки 5 детекторного блока 1 проходили через координатные оси X, Y прямоугольной системы координат рентгеновского стола 42, как показано на фиг.7,б, в. При этом система координат детекторного блока o x y совместится с системой координат рентгеновского стола. Допускается вариант, при котором ось у будет параллельна оси Y. Путем включения соответствующих кнопок пульта управления 13 вращают лимб 7 и добиваются совмещения нулевого отсчета шкалы 30 лимба 7 с отсчетным индексом 31 (фиг. 7,б). Далее рентгеновский излучатель 40 приводят в горизонтальное положение и путем перемещения соответствующих кареток рентгеновского штатива при включенном световом центраторе 41 ориентируют излучатель над детекторным блоком 1 таким образом, чтобы световое перекрестие 44 центратора 41 совместилось с перекрестием 33 детекторного блока. При этом рентгеновский излучатель 40 должен находиться на минимальном расстоянии от детекторного блока 1 (20-30 см). В таком положении излучателя 40 и детекторного блока 1 выполняют первый снимок. Энергетический режим рентгенографии минимальный, близкий к съемке кисти руки.

Пусть световое перекрестие 44 имеет деценграцию (Δx≠0, Δy≠0). На фиг.7, б, в точка пересечения центрального рентгеновского луча с плоскостью лимба 7 отмечена меткой m. Растровый полупроводниковый рентгеновский детектор 18 зафиксирует узкий луч, прошедший через ламели растра, расположенные в вертикальной плоскости, в которой находится фокусное пятно рентгеновской трубки. Все боковые лучи будут поглощаться свинцовыми ламелями растра. Так как в памяти микропроцессора 35 записаны координаты точки О - начала системы координат o x y детекторного блока, засечка абсциссы точки m позволяет определить смещение светового перекрестия 44 от центрального рентгеновского луча по оси Х. Микропроцессор решает эту задачу автоматически.

Вторично рентгеновский излучатель 40 включают после разворота детектора рентгеновского излучения 18 на 90^o (фиг.7,б). В этом положении определяется величина смещения светового перекрестия 44 относительно точки m по оси y.

Величина децентрации светового перекрестия 44 оптического центратора 41 относительно центрального луча рентгеновского пучка отображается на экране видеомонитора 36 в графическом и цифровом виде (фиг.7,г). По результатам измерений выполняется корректировка положения светового перекрестия оптического центратора с помощью юстировочных винтов.

Современные растровая, полупроводниковая и компьютерная технологии позволяют изготовить растровый полупроводниковый детектор рентгеновского излучения, обеспечивающий проведение вышеописанной операции с точностью +/-0,5 мм.

Второй пример описывает методику определения нарушения параллельности направляющей напольной каретки рентгеновского штатива и продольной оси рентгеновского стола. Эта операция обычно выполняется при юстировке продольного томографа. На фиг.8 приведена геометрия решения этой задачи с помощью предложенного нами устройства. Здесь цифрами отмечены следующие составляющие рентгеновского штатива (вид сверху): 45 - напольная каретка 46; 47 - вертикальная колонна; 48 - поперечная каретка со стопорным винтом 49; 50 - рентгеновский излучатель; 51 - дека рентгеновского стола. Латинской буквой F обозначен действительный фокус рентгеновской трубки, а Х - продольная ось деки рентгеновского стола.

Детекторный блок 1 помещают на деку 51 рентгеновского стола, в ее среднюю часть, и ориентируют по координатным меткам 5 таким образом, чтобы ось x детекторного блока 1 совпала с осью Х деки 51 рентгеновского стола. Управляя работой электромотора 12 с пульта управления 13, добиваются совмещения штриха 90^o шкалы 30 лимба 7 с отсчетной меткой 31. При этом продольная ось рентгеновского детектора 18 будет параллельна поперечной оси Y деки 51 рентгеновского стола. Рентгеновский штатив перемещают по направляющей 45 с помощью напольной каретки 46 в позицию Далее рентгеновский излучатель 50 смещают в поперечном направлении с помощью каретки 48 и добиваются совмещения светового перекрестия центратора с осью Х деки 51 рентгеновского стола. Это положение каретки 48 фиксируют стопорным винтом 49 и нацеливают излучатель на детектор 18 блока 1. После включения рентгеновского аппарата детектор 18 зафиксирует максимальный сигнал в точке "а", расположенной по ходу центрального рентгеновского луча, проходящего перпендикулярно продольной оси рентгеновского детектора 18 и достигающего сцинтиллятора без поглощения свинцовыми ламелями растра 19. Боковые лучи поглощаются свинцовыми ламелями растра 19. В позиции расстояние в плоскости деки 51 от проекции действительного фокуса F рентгеновской трубки до точки "а" равно величине S. Повторное включение аппарата производят в позиции когда рентгеновский штатив удален от первоначального положения на величину 2s. При нарушении параллельности между направляющей 45 и осью Х центральный рентгеновский луч попадет в точку "b", удаленную от "а" на величину l. Это объясняется наклоном растра 19. Нарушение параллельности можно оценить по величине угла Кроме юстировки рентгенодиагностической аппаратуры, устройство предложенной конструкции может быть использовано при настройке гамма-терапевтических аппаратов.

Литературные ссылки (аналоги) [1] Феоктистов В.И. Рентгеновское изображение, его метрические свойства и их применение в клинике. - Л.: Медицина, 1966. - 264 с.

[2] Авторское свидетельство СССР 341476, М. Кл. А 61 В 6/08, 1971 г.

[3] Патент на изобретение РФ 2183941 от 29.01.2002, МПК 7 А 61 В 6/02.2

Формула изобретения

1. Устройство для юстировки рентгеновского аппарата, имеющее детекторный блок с корпусом квадратной формы с четырьмя метками, маркирующими прямоугольную систему координат o x y, и детектором рентгеновского излучения, содержащим прямолинейный растр с чередующимися рентгеноконтрастными и рентгенопрозрачными ламелями, примыкающими к сцинтиллятору, активный слой которого связан через оптические элементы с линейкой фотодиодов, соединенных через блок усиления и преобразования электрического сигнала с микропроцессором, оснащенным видеомонитором, отличающееся тем, что детекторный блок дополнен лимбом, ось вращения которого проходит через начало системы координат o x y, точку о, и электромеханическим приводом лимба, а детектор рентгеновского излучения закреплен на лимбе, вдоль его диаметра, при этом ламели растра, имеющие форму полукольца, возвышаются округлой частью над плоскостью лимба и проходят перпендикулярно его диаметру, при этом активный слой сцинтиллятора, имеющий форму полуцилиндра, оптически связан с фотодиодами через плоские фоконы, кроме того, детектор рентгеновского излучения закрыт экраном из светопрозрачного и рентгенопрозрачного материала, основание которого закреплено на лимбе, при этом верхняя часть экрана имеет плоскую форму и параллельна основанию корпуса, на ней нанесено светоконтрастное перекрестие, центр которого совпадает с осью вращения лимба, а одна из его линий находится в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось детектора рентгеновского излучения.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электромеханический привод лимба имеет двухскоростной электромотор реверсивного типа.

3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что пульт управления электромеханическим приводом лимба находится на корпусе детекторного блока.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нулевой отсчет угломерной шкалы лимба находится в вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось детектора рентгеновского излучения.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отсчетный индекс угломерной шкалы лимба расположен на корпусе в вертикальной плоскости, проходящей через ось х системы координат o x y.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8