ОПТИЧЕСКИЙ ЦЕНТРАТОР ДЛЯ МЕДИЦИНСКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к рентгеновским аппаратам и может быть использована для визуального контроля облучаемой рентгеновским аппаратом зоны на теле пациента.
Известно, что для получения качественного рентгеновского снимка рентгенолог должен точно представлять размеры снимка и положение области съемки относительно объекта в целом. Завышенная величина снимаемой области не представляет информационной ценности, но приводит к получению повышенной дозы облучения пациентом. Для этой цели рентгеновские аппараты снабжены оптическими центраторами, позволяющими визуально контролировать зону съемки. При этом сами оптические центраторы должны отвечать следующему ряду требований:
1. Обозначенная центратором зона обследования должна очень точно совпадать с границами падения на объект рентгеновского излучения (РИ) на любом расстоянии от фокуса трубки, что исключает переоблучение объекта РИ.
2. Обозначенная центратором зона обследования должна иметь достаточную для визуального контроля яркость линий, чтобы всегда быть различимой на фоне паразитной засветки объекта. Известно, что в настоящее время мобильные рентгеновские аппараты широко используются как в операционных, так и в обычных палатах, не оборудованных средствами затенения (шторами или жалюзи на окнах).
3. Конструкция центратора не должна поглощать или переотражать проходящее через него РИ, чтобы не затенять объект съемки и не повышать радиационный фон.
Известен оптический центратор для рентгеновского аппарата (см. патент RU 2017083, G01J 1/04, 1994 г.), содержащий рамку, жестко закрепленную на рентгеновском излучателе, две осветительные системы, каждая из которых расположена в своем корпусе и содержит объектив, источник света виде лампы накаливания с линейным расположением спирали параллельно плоскости объектива, при этом оси спиралей ламп осветительных систем установлены взаимно перпендикулярно, а объектив установлен с возможностью регулировки расстояния между ним и спиралью лампы.
Основным недостатком известного центратора является невозможность проецирования на объект границ радиационного поля, т.е. оператор видит на объекте центр падения РИ в виде двух ярких линий, но не может реально определить границы облучаемого участка.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является взятый в качестве прототипа оптический центратор для рентгеновского аппарата (см. патент US 4060733, А61 В6/08, 1977 г.), содержащий корпус, закрепленный на рентгеновском излучателе с двумя парами плоских рентгенонепрозрачных шторок, установленных перпендикулярно друг другу с образованием прямоугольного окна для прохождения расходящегося четырехгранного пирамидального пучка рентгеновского излучения, вершина которого совпадает с фокусом рентгеновской трубки, а также оптической системы, формирующей световую центрацию на объекте. Оптическая система состоит из лампы, находящейся в фокусе оптической линзы, проецирующей расходящийся световой поток на рентгенопрозрачное зеркало, установленное в потоке РИ, отражаясь от которого световой поток совмещается с потоком РИ, при этом стоящее за рентгенопрозрачным зеркалом две пары рентгенонепрозрачных шторок формируют на объекте прямоугольное освещенное пятно, совпадающее с границами радиационного поля.
Основным недостатком известного центратора является невозможность проецирования на объект яркого светового поля, которое было бы отчетливо видно на фоне паразитной засветки.
Кроме того, точная юстировка светового пятна на объекте с границами облучаемого РИ участка возможна лишь в том случае, если фокусы оптической системы и рентгеновской трубки совпадают с высокой точностью. При замене лампы (при ее перегорании) необходимо каждый раз заново юстировать оптическую систему, т.к. в лампах разных производителей положение спирали относительно цоколя лампы может изменяться до 3-10 мм, что связано с технологией их изготовления.
Задачей заявляемого технического решения является устранение указанных недостатков, а именно, повышение яркости освещения границ светового поля на объекте при одновременном исключении необходимости проведения периодических юстировок границ светового и радиационного полей.
Указанная задача в оптическом центраторе для медицинского рентгеновского аппарата, содержащем корпус, закрепленный на рентгеновском излучателе с двумя парами подвижных плоских рентгенонепрозрачных шторок, установленных перпендикулярно друг другу с образованием центрального прямоугольного окна для прохождения расходящегося пучка рентгеновского излучения, вершина которого совпадает с фокусом рентгеновского излучателя, а также оптической системы, формирующей световую центрацию падающего рентгеновского излучения на объект, решена тем, что оптическая система состоит из четырех линейных осветителей, каждый из которых подвижно закреплен на своей рентгенонепрозрачной шторке и снабжен механизмом его поворота.
Благодаря указанному выполнению устройства, каждый из осветителей высвечивает наклонную световую плоскость, проекция которой на поверхности объекта дает световую линию, совпадающую с границами пучка РИ.
Для повышения точности совмещения светового и радиационного полей, осветитель закреплен на боковом крае рентгенонепрозрачной шторки. Это позволяет не затенять объект корпусом осветителя.
Для упрощения конструкции осветителя, он выполнен в виде светонепрозрачного цилиндра, внутри которого установлен светодиодный или лазерный излучатель, а один из его торцов снабжен щелевым окном для прохода плоского светового луча.
Для упрощения выбора области съемки, каждая рентгенонепрозрачная шторка снабжена автономным механизмом перемещения, приводимым в действие своим исполнительным механизмом. В качестве такого механизма может использоваться как винтовая пара (винт с гайкой), так и винтовой механизм, приводимый в движение мотор-редуктором.
На фиг.1 показана оптическая схема устройства, поясняющая принцип совмещения на объекте световых линий с границами радиационного поля; на фиг.2 показана оптическая схема устройства, поясняющая принцип формирования на объекте прямоугольной области съемки проекциями четырех светящихся плоскостей; на фиг.3 приведен рисунок центратора (корпус условно не показан) с двумя парами плоских рентгенонепрозрачных шторок, на которых закреплены осветители; на фиг.4 приведен рисунок центра-тора, поясняющий принцип поворота осветителей при помощи механических поводков (для упрощения рисунка показана одна пара шторок и пара осветителей).
Представленная на фиг.1 оптическая схема устройства включает: рентгеновский излучатель 1 с фокусом 2; корпус устройства 3, жестко закрепленный на излучателе 1 (элементы крепления корпуса к излучателю условно не показаны); две пары плоских рентгенонепрозрачных шторок 4, формирующих границы падения потока РИ на объект; осветители 5 закрепленные на рентгенонепрозрачных шторках 4; границы падения потока РИ 6, совпадающие с границами светового излучения 7; облучаемый объект 8; механизм привода шторки 4, состоящий из ходового винта 9, приводимого в движение маховиком 10.
Представленный на фиг.4 рисунок центратора дополнительно содержит: поводок 11, подвижно закрепленный через отверстие 12 на оси 13 на осветителе 5 и через отверстие 14 на корпусе 3; ось 15, установленную на шторке 4, на которой подвижно закреплен осветитель 5; юстировочная головка 16.
Оптический центратор работает следующим образом. РИ от фокуса 2 излучателя 1 (см. фиг.1) падает на обследуемый объект 8, проходя через зазоры между двумя парами рентгенонепрозрачных шторок 4, расположенных перпендикулярно друг другу и образующих прямоугольное окно для прохождения расходящегося четырехгранного пирамидального пучка РИ 6, вершина которого совпадает с фокусом 2. Закрепленные на шторках 4 осветители 5 формируют световые плоскости 7, которые пересекаясь на объекте 8 образуют прямоугольное световое поле, совпадающее с границами радиационного поля 6. Для независимого перемещения шторок 4, каждая из них снабжена своим механизмом привода, состоящим из ходового винта 9 и маховика 10. Поскольку осветители 5 установлены подвижно на осях 15 (см. фиг.4), закрепленных на шторках 4, они автоматически перемещаются вместе со шторками 4 и одновременно поворачиваются на осях 15 так, чтобы РИ 6 совпадало со световым излучением 7 при любом положении шторки 4. Для обеспечения их синхронного поворота служат поводки 11. Поводки 11 проворачиваясь в отверстиях 12 и 14 строго удерживают осветители 5 под заданным углом, совпадающим с направлением расхождения потока РИ. Точность совпадения границ светового поля с радиационным, определяется точностью расстояний между осями 13 и 15 и может юстироваться при помощи головки 16, которая может перемещать ось 13 по высоте.
Пример 1. Оптический центратор имеет габаритные размеры 172×172×107 мм, масса 2.3 кг. Рентгенопрозрачные шторки имеют толщину 3 мм и выполнены из свинца. Каждая шторка имеет механизм привода в виде винтовой пары, винт которой приводится в движение маховиком. Винт выполнен из стали 45 с резьбой М6×1, гайка латунная из ЛС59-1 и закреплена в корпусе коллиматора. Корпус устройства выполнен из листа стали 3 толщиной 1 мм. Осветителем является полупроводниковый лазер марки НР12-650-3S в цилиндрическом корпусе диаметром 12 мм мощностью 3 мВт. Длина волны излучения 650 нм, световой поток 2 люмена. Световой луч от светодиода, проходя через цилиндрическую линзу из стекла ТОСП диаметром 13 мм, преобразуется в световую линию с углом расходимости 30 градусов. Осветитель и линза закреплены на краю шторки в качающемся держателе. Держатель через ось шарнирно соединен с поводком. Поводок через ось шарнирно закреплен на корпусе. Потребляемая мощность для питания светодиодов 12 мВт, напряжение 3 В.
Пример 2. Оптический центратор выполнен аналогично приведенному в примере 1. Отличием является то, что каждая шторка имеет механизм привода в виде винтовой пары, винт которой приводится в движение мотор-редуктором IG-16GM мощностью 0.44 Вт. Осветителем является светодиод ARL-7060 мощностью 1 Вт со световым потоком 70 люменов. Размеры светодиода 7×6×2 мм, потребляемый ток 350 мА.
Таким образом, заявляемый оптический центратор позволяет при любой наружной освещенности хорошо визуально контролировать область съемки. При этом границы светового поля с высокой точностью совпадают с границами радиационного поля на объекте съемки.