РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
RADIOGRAPHIC EQUIPMENT FOR MEDICAL DIAGNOSTICS

Предлагаемое изобретение относится к разделу медицинской техники, точнее к цифровым рентгеновским аппаратам сканирующего типа.
Известна малодозовая цифровая рентгеновская установка (МЦРУ) «Сибирь», разработанная в институте ядерной физики им. Г.И.Будкера (Новосибирск) (Белова И.Б., Китаев В.М. Малодозовая цифровая рентгенография. - Орел, 2001 г., с.29). МЦРУ «Сибирь» содержит высоковольтный генератор высокочастотного типа, рентгеновский излучатель с щелевым коллиматором, многоэлементный линейный рентгеновский детектор, соединенный с системой регистрации и воспроизведения изображения, механическое сканирующее устройство, защитную кабину с площадкой для ног пациента. Сканирование пациента выполняется в вертикальном направлении узким горизонтальным веерным рентгеновским пучком.
Известно также радиографическое сканирующее устройство (Международная заявка WO 02/17790 А1 от 07.03.2002), содержащее последовательно расположенные на одной оптической оси источник рентгеновского излучения, щелевой коллиматор и линейный приемник рентгеновского излучения. Приемник и коллиматор закреплены на едином кронштейне, установленном с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, проходящей через фокус источника рентгеновского излучения.
В отличие от первого аналога в этом аппарате сканирование пациента производится в горизонтальной плоскости узким вертикальным рентгеновским пучком.
Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является рентгенографическая установка для медицинской диагностики (Патент RU 2098929, А61В 6/00 от 29.05.95 г.), содержащая высокочастотный рентгеновский генератор, рентгеновский излучатель с щелевым коллиматором, рентгеновский детектор, соединенный с системой регистрации и воспроизведения изображения, механическое сканирующее устройство, защитную кабину с площадкой для ног пациента.
Сканирование пациента производится в вертикальном направлении. Рентгеновское излучение, прошедшее через тело пациента, регистрируется многоэлементным линейным детектором (МЛД). Детектор улавливает сигналы, минимально превышающие порог чувствительности усилителя, благодаря чему фоновое излучение не фиксируется и создается оптимальное соотношение «сигнал-шум». При этом максимально уменьшается радиационная доза на пациента.
Информация, накопленная в МЛД во время экспозиции строки, переписывается в память ЭВМ, и затем начинается регистрация следующей по вертикали строки. Для этой цели рентгеновский излучатель, щелевой коллиматор и МЛД во время съемки одновременно и равномерно перемещаются в вертикальном направлении. Коллиматор с узкой щелью формирует тонкий веерообразный пучок рентгеновского излучения, который после прохождения через тело пациента попадает во входное окно МЛД.
Информация, накопленная детектором за время экспозиции строки, передается в компьютер. После окончания съемки кадра в памяти компьютера формируется матрица изображения (320×256 чисел), содержащая информацию о распределении излучения после прохождения через тело пациента. Цифровое рентгеновское изображение выводится на видеомонитор компьютера через 5 с после окончания сканирования.
Управление аппаратом осуществляется с помощью ЭВМ. Программное обеспечение включает в себя основную программу, управляющую аппаратом во время съемки, и программы для контроля работоспособности блоков и аппарата в целом.
Рентгенографическая установка (RU 2098929), выбранная нами в качестве прототипа, так же как и все известные аналоги, предназначена в первую очередь для рентгенологического исследования легких (флюорографии) с целью своевременного выявления туберкулеза и других заболеваний органов грудной полости.
Недостатком прототипа, так же как и всех известных аналогов, является невозможность получения томографического среза в зоне интереса, что затрудняет проведение диагностики и ограничивает эксплуатационные возможности аппарата.
Целью настоящего изобретения является расширение эксплуатационных возможностей рентгенографической установки за счет усовершенствования системы сканирования, а также повышение точности рентгенодиагностики и снижение себестоимости обследования.
Данный медицинский и технический результат достигается тем, что рентгенографическая установка для медицинской диагностики, содержащая последовательно расположенные на одной оптической оси рентгеновский излучатель, щелевой коллиматор и линейный приемник рентгеновского излучения, закрепленные на несущем кронштейне, соединенном с механическим сканирующим устройством, находящимся с внешней стороны кабины пациента, имеющей основание с площадкой для ног пациента, причем рентгеновский излучатель подключен к высокочастотному рентгеновскому генератору и программируемому блоку управления, снабженному ЭВМ, пультом управления и видеомонитором, а линейный приемник рентгеновского излучения соединен с цифровой электронной системой преобразования, регистрации и формирования изображения, дополнена кареткой кольцеобразной формы, на одной из сторон которой закреплено механическое сканирующее устройство, а на противоположной - противовес, причем каретка установлена с внешней стороны основания кабины пациента и снабжена приводом, обеспечивающим ее равномерное вращение в пределах от 0° до 360° вокруг вертикальной оси, проходящей через центр кабины пациента и удаленной от фокуса рентгеновского излучателя на величину s=f-d/2, где f - фокусное расстояние, d - расстояние от щели коллиматора до линейного приемника вдоль центрального рентгеновского луча, внешняя поверхность каретки имеет форму усеченного конуса, с наклоном 15°≤α≤20° к основанию каретки, и покрыта материалом, имеющим высокий коэффициент трения.
В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и описанием работы предлагаемого устройства. На фиг.1 схематически показана конструкция аппарата, а на фиг.2 - вид аппарата сверху.
Рентгенографическая установка для медицинской диагностики содержит рентгеновский излучатель 1 моноблочного типа, оптически сопряженный через щелевой коллиматор 2 с линейным приемником (детектором) рентгеновского излучения 3. Рентгеновский излучатель 1, щелевой коллиматор 2 и линейный детектор 3 жестко закреплены на кронштейне 4, который может перемещаться вдоль вертикальных направляющих 5 при вращении червячного вала 6, соединенного с электродвигателем 7. Между щелевым коллиматором 2 и рентгеновским детектором 3 находится кабина пациента 8, имеющая цилиндрическую форму и изготовленная из жесткого рентгенопрозрачного и светопрозрачного материала, например оргстекла. Кабина 8 оснащена сдвигающейся дверью 9, предназначенной для входа и выхода пациента. В основании кабины 8 находится неподвижная площадка 10 для ног пациента. Вокруг основания кабины 8 расположена каретка 11 кольцеобразной формы. Внешняя поверхность каретки 11 имеет форму усеченного конуса с наклоном 15°<α<20° к основанию каретки и покрыта материалом с высоким коэффициентом трения, например резиной. Такое техническое решение необходимо для безопасного прохода пациента в кабину 8. На одной из сторон каретки 11 закреплены основания направляющих 5 вертикальной сканирующей системы, а на противоположной стороне (внутри каретки) закреплен противовес (баланс) 12, предназначенный для смещения центра масс системы сканирующее устройство - каретка в центр каретки 11. Каретка 11 установлена посредством подшипников (не показаны) на основании 13 и может совершать равномерное вращение в пределах от 0° до 360° при работе редуцированного электродвигателя 14. Вращение каретки 11 осуществляется вокруг вертикальной оси, проходящей через центр кабины пациента и удаленной от фокуса рентгеновского излучателя на величину
,
где f - фокусное расстояние, d - расстояние от щели коллиматора до линейного приемника вдоль центрального рентгеновского луча. Уравнение (1) получено с учетом качественных критериев формирования рентгеновского изображения и обеспечивает оптимальные условия получения поперечного томографического изображения при положении пациента Р в центре кабины 8.
Управление работой аппарата осуществляется с помощью программируемого блока управления 15, включающего ЭВМ 16, пульт управления 17, например, в виде клавиатуры и видеомонитор 18. К программируемому блоку управления 15 подключены рентгеновский генератор 1, электродвигатель 7 вертикальной сканирующей системы и электродвигатель 14 горизонтальной каретки 11. Линейный детектор 3 соединен с цифровой электронной системой преобразования, регистрации и воспроизведения цифрового изображения 19, подключенной к программируемому блоку управления 15.
Рентгенографическая установка содержит систему вывода сканирующего устройства на уровень томографического среза, включающую координатометр 20, механически соединенный с электродвигателем 7 сканирующего устройства, а электрически - через ЭВМ 16 с видеомонитором 18.
Подвод энергии к рентгеновскому излучателю 1, электродвигателю 7 и снятие сигналов с линейного детектора 3 и блока 20 осуществляется через шлифринг, установленный внутри каретки 11 (не показан).
Управление аппаратом осуществляется с помощью ЭВМ 15 с программируемого блока управления 15. Программное обеспечение включает в себя основную управляющую программу, предназначенную для получения стандартного цифрового рентгеновского изображения, тестовую программу для проведения контроля работоспособности блоков и аппарата в целом и дополнительную программу для получения поперечных томографических изображений.
При получении стандартного цифрового рентгеновского изображения распределение излучения в горизонтальном направлении (строка) измеряется с помощью многоэлементного линейного детектора 3. Строки «сшиваются» в кадр путем механического сканирования тела пациента в вертикальном направлении. Для этой цели рентгеновская трубка 1, щелевой коллиматор 2 и детектор 3 во время съемки одновременно и равномерно перемещаются в вертикальном направлении. Коллиматор 2 с шириной щели от 0,5 до 2,0 мм формирует тонкий веерообразный пучок V рентгеновского излучения, который после прохождения через тело пациента Р попадает во входное окно линейного детектора 3. Информация, накопленная в приемниках многоэлементного линейного детектора 3 во время экспозиции строки, переписывается в память ЭВМ 4, после чего начинается регистрация следующей по вертикали строки. После окончания съемки кадра в памяти накапливается цифровое изображение - матрица чисел, описывающая распределение изображения после прохождения через тело пациента.
Первое необработанное изображение на видеомониторе 6 возникает одновременно со сканированием. На экране видеомонитора отображается рентгеновское изображение внутренних органов пациента, например легких, и координатная шкала, позволяющая определить положение того или иного структурного элемента организма по высоте (в системе координат аппарата).
При анализе цифрового рентгеновского изображения пациент Р продолжает находиться в кабине 8 на площадке 10. В случае обнаружения патологического образования, например туберкулезной каверны в легком, врач-рентгенолог наводит «плавающую марку» видеомонитора 18 на целевую точку изображения и нажимает соответствующую кнопку на клавиатуре 17 видеомонитора. При этом, во-первых, на программируемом блоке управления 15 включается дополнительная программа получения поперечного томографического среза и, во-вторых, сигнал через ЭВМ 16 и координатометр 20 поступает на электродвигатель 7 сканирующей системы, в результате чего рентгеновский излучатель 1, щелевой коллиматор 2 и детектор 3 выводятся на уровень томографического среза. Кроме того, включается электродвигатель 14, задающий равномерное вращение каретки 11, например, со скоростью 1 оборот в секунду. Пациенту дается команда «глубокий вдох и не дышать». После чего включается рентгеновский излучатель 1. ЭВМ 15 производит обработку сигнала, приходящего с линейного детектора, и формирование матрицы томографического среза, которая выводится на экран видеомонитора для визуального анализа. Для получения одного томографического среза достаточна цифровая информация, полученная ЭВМ за один оборот каретки (360°). При экспозиции одной строки 0,015 с за один оборот каретки производится 67 сканов (строчных сканирований). Если многоэлементный линейный детектор содержит 400 датчиков, то при получении одного томографического среза ЭВМ обрабатывает 26800 дискретных сигналов.
Предложенное техническое решение найдет широкое применение в клинической медицине, так как оно значительно увеличивает диагностические возможности цифрового рентгеновского аппарата и заметно снижает стоимость обследования пациента.
Источники информации
1. Белова И.Б., Китаев В.М. Малодозовая цифровая рентгенография. - Орел, 2001 г., с.29.
2. Международная заявка WO 02/17790 А1 от 07.03.2002.
3. Патент RU 2098929 от 29.05.95 г. А61В 6/00 (прототип).