УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

Полезная модель относится к рентгенотехнике, а именно к рентгеновским аппаратам и может быть использована в медицинских рентгеновских аппаратах для получения цифровых рентгеновских снимков.
Для обслуживания лежачих больных, а также пациентов частных клиник или небольших больниц, нуждающихся в точной рентгеновской диагностике, появилось новое поколение рентгеновских аппаратов (РА), способных получать качественные пленочные снимки непосредственно в палате у кровати больного. Однако в последнее время широкое применение находят цифровые изображения, которые по сравнению с обычными снимками имеют ряд преимуществ.
Во-первых, их можно подвергать детальному просмотру, выделяя отдельные фрагменты снимка на дисплее компьютера и изменяя их масштаб, например, для изучения структуры кости (при диагностике остеопороза и т.д.) или для определения структуры тканей в маммографии.
Во-вторых, цифровые снимки можно легко хранить в электронных архивах и при необходимости оперативно проводить поиск снимка.
В третьих, цифровые снимки легко передавать по Интернету в специализированные центры для консультаций.
В четвертых, устройства непосредственного преобразования пространственно модулированного рентгеновского излучения в цифровое изображение позволяют исключить процедуру обработки экспонированной фотопленки и вообще исключить необходимость в фотолаборатории.
Для преобразования обычных рентгеновских изображений в цифровые снимки существуют специальные аппараты - оцифровщики, позволяющие преобразовать их в цифровой формат. Однако такие аппараты имеет смысл приобретать в том случае, если количество снимков составляет несколько сотен в день. Для тех медицинских учреждений, где количество снимков составляет всего несколько штук в день, приобретать аппарат экономически не целесообразно. В этом случае экономически целесообразно снабдить сам рентгеновский аппарат автономным преобразователем изображения, получаемого на сцинтилляционном экране в цифровое изображение.
Известно устройство для визуализации рентгеновского изображения (см. патент США №4598369, МКИ G 06 F 15/42, 1986 г.), включающее сцинтилляционный экран, на который падает прошедшее через объект рентгеновское излучение, отражающее зеркало, направляющее световое изображение, полученное на сцинтилляционном экране на вход телевизионной камеры, выход которой соединен с устройством обработки изображений, позволяющем после дальнейшей компьютерной обработки сохранять получаемые изображения в цифровом виде.
Основным недостатком известного устройства является низкое качество получаемых цифровых изображений, связанное с разрешением телевизионной камеры. Хорошие современные цифровые видеокамеры имеют разрешение около 2000000 пикселей, что позволяет им получать очень качественное цифровое видеоизображение, но при покадровой съемке достаточно только для получения изображения 1400×1400 пикселей. Таким образом, на экране 400×400 мм (16×16 дюймов) мы будем иметь разрешение только около 90 пикселей/дюйм или около 3,5 пикселей/мм, тогда как обычные пленочные рентгеновские снимки с усиливающими экранами имеют разрешение не хуже 6 пар линий/мм или 12 пикселей/мм. Т.е. получаемое цифровое изображение почти в 4 раза имеет худшее разрешение, чем изображение пленочного снимка.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению (прототипом) является устройство для получения цифрового рентгеновского изображения (см. патент США №4598369, МКИ G 06 F 15/42, 1986 г.), в котором прошедшее через объект излучение направляют на специальное устройство, выполненное в виде пирамидального тубуса, в большем основании которого расположен сцинтилляционный экран, установленный в передней фокальной плоскости оптического объектива, в задней фокальной плоскости которого расположена охлаждаемая фотодиодная матрица, выход которой, соединен с устройством обработки изображений. Для защиты фото диодной матрица от паразитной рентгеновской засветки, между сцинтилляционным экраном о объективом установлен защитный фильтр из свинцового стекла. Благодаря охлаждаемой фотодиодной матрицы удается обеспечить значительный динамический диапазон выходных сигналов, т.к. при охлаждении кристалла матрицы существенно снижаются темновые токи и тепловые шумы.
Основным недостатком известного устройства является сложность его компактной реализации. Это связано с тем, что для компактного выполнения устройства требуется применение короткофокусного объектива, способного преобразовать световое изображение сцинтилляционного экрана (400×400 мм) в изображение, равное размеру матрицы (24×24) мм. При этом близкое расположение от объектива глубоко охлаждаемой матрицы (температура
матрицы должна быть не выше минус 60°С) приводит к неоднородности температурного поля внутри него, следовательно, к изменению геометрических характеристик вследствие неоднородного теплового расширения и снижению качества изображения на поверхности матрицы.
Задачей, решаемой настоящей полезной моделью, является создание компактного устройства, способного преобразовывать рентгеновское изображение объекта в его цифровое изображение.
Указанная задача в устройстве для визуализации рентгеновского изображения, выполненном в виде пирамидального тубуса, в большем основании которого расположен сцинтилляционный экран, установленный в передней фокальной плоскости оптического объектива, в задней фокальной плоскости которого расположена фотодиодная матрица, выход которой, соединен с устройством обработки изображений, достигается тем, что в устройство дополнительно введен теплозащитный экран, установленный между оптическим объективом и фотодиодной матрицей.
Введение теплозащитного экрана между оптическим объективом и фотодиодной матрицей позволяет осуществить их тепловую развязку, и тем самым осуществить компактное выполнение устройства при использовании короткофокусного объектива и тем самым повысить качество получаемого цифрового изображения.
В качестве теплозащитного экрана можем быть использовано стекло, поверхность которого снабжена нагревательным элементом в виде токопроводящей пленки. Регулируя температуру теплозащитного экрана можно добиться полной тепловой развязки между объективом и фотодиодной матрицей.
Теплозащитный экран выполнен в виде стеклянной пластины, на одну из поверхностей которой наклеен дискретный нагревательный элемент. При малой толщине стекла (0,5-1,0 мм) дискретный нагревательный элемент наклеивается на край основания пластины. При толщине стекла 2 мм и более, дискретный нагревательный элемент может быть наклеен на боковую поверхность пластины. Такое выполнение теплозащитного экрана является наиболее простым в изготовлении и обеспечивает практически 100% пропускание света на фотодиодную матрицу.
Теплозащитный экран выполнен в виде стеклянной пластины, на одну из поверхностей основания которой нанесена резистивная пленка. Указанное выполнение теплозащитного экрана позволяет обеспечить высокую равномерность нагрева стеклянной пластины при коэффициенте пропускание света на фотодиодную матрицу до 98%.
В качестве стеклянной пластины теплозащитного экрана можем быть использована пластина из свинцового стекла. Такое стекло может выполнять функцию дополнительного
экрана, защищающего фото диодную матрицу от паразитной рентгеновской засветки. При этом отпадает необходимость установки дополнительного фильтра для устранения паразитного рентгеновского излучения, прошедшего через сцинтилляционный экран.
На фиг.1 представлен рисунок, поясняющий использование заявляемого устройства в составе рентгеновского аппарата.
На фиг.2 представлен рисунок, поясняющий конструкцию теплозащитного экрана с дискретным нагревательным элементом.
На фиг.3 представлен рисунок, поясняющий конструкцию теплозащитного экрана с напыленным резистивным нагревательным элементом.
Представленный на фиг.1 рисунок включает: рентгеновский излучатель 1, облучаемый объект 2, сцинтилляционный экран 3 помещенный в светонепроницаемый тубус 4, оптический объектив 5, теплозащитный экран 6 и фото диодную матрицу 7.
Представленная на фиг.2 конструкция теплозащитного экрана с использованием дискретного нагревательного элемента включает: стекло 8 и наклеенный на одну из его поверхностей нагревательный элемент 9.
Представленная на фиг.3 конструкция теплозащитного экрана с напыленным резистивным нагревательным элементом включает: стекло 8, резистивный нагревательный слой 10 и подводящие электрические контакты 11.
Устройство работает следующим образом.
Рентгеновский излучатель 1 облучает объект 2 и прошедшее через него рентгеновское излучение заставляет светиться сцинтилляционный экран 3. Объектив 5 проецирует оптическое изображение с экрана 3 на глубоко охлаждаемую фотодиодную матрицу 7. Для исключения влияния на объектив 5 охлаждаемой матрицы 7 установлен теплозащитный экран 6. Предположим, что в качестве экрана использовано покрытое резистивной пленкой 10 стекло 8 (фиг.3). Для разогрева стекла 8 на контакты 11 подается постоянное или переменное регулируемое напряжение. Электрический ток, проходя через резистивное покрытие 10, разогревает стекло 7 и тем самым препятствует воздействию на него охлаждаемой матрицы 7. Сила тока подбирается экспериментальным путем в зависимости от тепловой мощности, выделяемой покрытием 10, температуры охлаждения матрицы, а также внешних температурных условий.
В качестве приемной фотодиодной матрицы использована матрица фирмы «Fillfactory», модель IBIS 4-14000, размером 24×30 мм и объемом 14000000 пикселей, позволяющая получать снимок размером около 3000×3000 пикселей или около 7 пикселей/мм.
Варианты конструкций теплозащитного экрана приведены в следующих примерах.
Пример 1.
В качестве теплозащитного экрана использовано термоустойчивое (закаленное) свинцовое стекло толщиной 2 мм, на которое методом резистивного испарения нанесена прозрачная резистивная пленка из окиси олова. Технология нанесения пленки аналогична резистивной пленке, используемой в производстве обогреваемых стекол, идущих на производство стеклопакетов. В качестве электродов использованы медные напыляемые электроды толщиной 0,1 мм. При размерах теплозащитного экрана 30×30 мм достаточно около 1 Вт подводимой электрической мощности для устранения влияния охлаждаемой матрицы на объектив.
Пример 2.
В качестве теплозащитного экрана использовано термоустойчивое (закаленное) свинцовое стекло толщиной 2 мм и размером 30×30 мм, на которое с одного края (см.фиг.3) приклеен дискретный резистивный нагреватель мощностью 1 Вт и размером 2×5×30 мм.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет исключить влияние охлаждаемой матрицы на объектив, что обеспечивает высокое качество получаемых рентгеновских изображений.