РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ МЕДИЦИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ
X-RAY INSTALLATION FOR MEDICAL DIAGNOSTICS

Изобретение относится к разделу медицинской техники, а именно к рентгенодиагностическим аппаратам, предназначенным для использования как в специализированных медицинских учреждениях, например противотуберкулезных диспансерах, так и больницах общего профиля.
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.
Известна также рентгенографическая установка для медицинской диагностики (Патент RU 2098929 от 29.05.95 г., A61B 6/00), 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.
Все известные аналоги предназначены в первую очередь для рентгенологического исследования легких (флюорографии) с целью своевременного выявления туберкулеза и других заболеваний органов грудной полости.
Недостатком всех известных аналогов является невозможность получения томографического среза в зоне интереса, что затрудняет проведение диагностики и ограничивает эксплуатационные возможности аппарата.
Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является рентгенографическая установка для медицинской диагностики (Патент RU 2343836 от 15.08.2007 г., A61B 6/00), содержащая высокочастотный рентгеновский генератор, рентгеновский излучатель с щелевым коллиматором, линейный рентгеновский детектор, механическое сканирующее устройство, защитную кабину с площадкой для ног пациента, снабженной механизмом вращения пациента, причем рентгеновский излучатель подключен к высокочастотному рентгеновскому генератору и программируемому блоку управления, снабженному ЭВМ, пультом управления и видеомонитором, а линейный детектор соединен с цифровой электронной системой преобразования, регистрации и формирования изображения. Рентгеновский излучатель с щелевым коллиматором оптически сопряжены с линейным рентгеновским детектором и механически связаны между собой кронштейном.
Данная рентгенографическая установка позволяет выполнять как флюорографию легких, так и поперечную компьютерную томографию в зоне интереса; она выбрана нами в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является перегрев рентгеновского излучателя в режиме компьютерной томографии.
Это связано с тем, что к линейным рентгеновским детекторам, которые используются при рентгеновской флюорографии и в компьютерной томографии, предъявляются различные технические требования. Линейный детектор, применяемый при флюорографии, должен иметь повышенную пространственную разрешающую способность (не хуже 2,5 пар линий на мм). Линейный детектор, применяемый в компьютерной томографии, имеет пространственную разрешающую способность значительно ниже, приблизительно 1,0 пар линий на мм. За счет этого он имеет более высокую оптическую чувствительность, что позволяет проведение компьютерной томографии при более щадящей энергетической нагрузке на рентгеновский излучатель.
Вот почему использование линейного детектора с разрешающей способностью 2,5 пар линий на мм в режиме компьютерной томографии, как это имеет место в прототипе, приводит к перегреву рентгеновского излучателя.
Целью изобретения является обеспечение оптимальных условий работы рентгеновского излучателя в режиме компьютерной томографии.
Данная цель достигается тем, что в рентгенографическую установку для медицинской диагностики, содержащую расположенные на одной центральной оптической оси рентгеновский излучатель с щелевым коллиматором и центральный линейный рентгеновский детектор, механическое устройство вертикального перемещения рентгеновских излучателя с системой их вывода на уровень томографического среза, площадку для ног пациента с устройством ее вращения, причем рентгеновский излучатель подключен к высокочастотному рентгеновскому генератору и программируемому блоку управления, а линейный рентгеновский детектор соединен с системой преобразования, регистрации и формирования изображения, введен дополнительный цифровой рентгеновский детектор, закрепленный ниже центрального детектора на вертикальной каретке одной стойки, и выполнен с возможностью формирования изображения в импульсном режиме работы рентгеновского излучателя, который снабжен механизмом дискретного перемещения вдоль второй стойки между щелевым коллиматором, оптически связанным с центральным детектором, и дополнительной диафрагмой, оптически связанной с дополнительным детектором, при этом величина перемещения рентгеновского излучателя Δl равна расстоянию по вертикали между оптическим окном центрального детектора и центром входного окна дополнительного детектора.
В дальнейшем изобретение сопровождается чертежами и описанием к ним. На фиг.1 показаны основные элементы рентгеновского штатива (с опорными фермами), на фиг.2 показаны основные элементы рентгеновского штатива (без опорных ферм), на фиг.3 показан механизм дискретного перемещения рентгеновского излучателя, на фиг.4 приведена блок-схема рентгенографической установки. На фиг.5 показан рентгеновский штатив и пациент в режиме получения томографического среза.
Штатив рентгенографическая установка для медицинской диагностики содержит рентгеновский излучатель 1 и два рентгеновских детектора 2 и 3 (фиг.1). В качестве детектора 2 используется полупроводниковая линейка матричного типа. Детектором 3 является цифровая флюорографическая камера, обеспечивающая получение рентгеновских снимков в импульсном режиме работы рентгеновского излучателя 1. Вместо цифровой флюорографической камеры может быть использована цифровая панель. Рентгеновский излучатель 1 оптически сопряжен с оптическим входом линейного рентгеновского детектора 2 с помощью щелевого коллиматора 4, а с входным окном 5 цифровой флюорографической камеры 3 посредством диафрагмы 6. Линейный рентгеновский детектор 2 закреплен на верхнем торце входного окна 5 цифровой флюорографической камеры 3. Расстояние по вертикали между оптическим окном линейного рентгеновского детектора 2 и центром входного окна цифровой флюорографической камеры 3 равно величине Δl. Перемещение рентгеновского излучателя 1 между щелевым коллиматором 4 и диафрагмой 6 осуществляется механизмом дискретного перемещения, содержащего электродвигатель 7 реверсионного типа, червячный вал 8 и каретку 9, жестко связанную с рентгеновским излучателем 1. Величина дискретного перемещения рентгеновского излучателя составляет Δs=Δl.
Цифровая флюорографическая камера 3 имеет пространственную разрешающую способность не хуже 2,5 пар линий на мм и предназначена для получения флюорографического изображения легких. Пространственная разрешающая способность линейного рентгеновского детектора 2 составляет приблизительно 1,0 пар линий на мм; он предназначен для получения поперечного компьютерного среза в зоне интереса.
Рентгеновский излучатель 1 закреплен на вертикальной каретке 10, а цифровая флюорографическая камера 3 вместе с линейным рентгеновским детектором 2 закреплены на вертикальной каретке 11. Каретки 10 и 11 могут синхронно и равномерно перемещаться вдоль направляющих 12 и 13, соответственно, которые закреплены на фермах 14 и 15. Движение кареток 10 и 11 происходит при вращении червячных валов 16 и 17, механически связанных с электродвигателем 18 реверсионного типа.
Внизу, между фермами 14 и 15 находится площадка 19 для ног пациента, оснащенная механизмом для ее вращения, содержащим электродвигатель 20, редуктор 21 и группу шестеренок. На площадке 15 также закреплены фиксаторы для ног 22 и рук 23 пациента А (фиг.5).
Рентгенографическая установка содержит систему вывода сканирующего устройства на уровень томографического среза, включающую координатометр 24, механически соединенный с электродвигателем 18 сканирующего устройства, а электрически - через ЭВМ 25 с видеомонитором 26 (фиг.4).
Управление аппаратом осуществляется с помощью ЭВМ 25 с программированного блока управления 27. Программное обеспечение содержит 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. Высокое напряжение на рентгеновский излучатель 1 подается с высокочастотного генератора 28 по команде ЭВМ 25. Детектор 3 соединен с электронной системой преобразования, регистрации и воспроизведения цифрового изображения 28, подключенной к ЭВМ 25. В свою очередь, детектор 2 соединен с электронной системой преобразования, регистрации и воспроизведения цифрового изображения 29, подключенной к ЭВМ 25.
Вначале съемка легких производится с помощью цифровой флюорографической камеры 3. Для этого рентгеновский излучатель 1 механизмом дискретного перемещения переводится в нижнее положение. В случае обнаружения патологического образования, например туберкулезной каверны в легком, врач-рентгенолог наводит «плавающую марку» видеомонитора на целевую точку изображения и нажимает соответствующую кнопку на клавиатуре 30 видеомонитора 26. При этом, во-первых, на программируемом блоке управления 27 включается дополнительная программа получения поперечного томографического среза, и, во-вторых, сигнал через ЭВМ 25 и координатометр 20 поступает на электродвигатель 18 механизма вертикального синхронного перемещения рентгеновского излучателя и детекторов, в результате чего рентгеновский излучатель 1 с щелевым коллиматором 4 и детектор 2 выводятся на уровень томографического среза, подключенный к ЭВМ 25. Кроме того, включается электродвигатель 20, задающий равномерное вращение площадки 19, например, со скоростью 1 оборот в секунду. Пациенту А дается команда «глубокий вдох и не дышать». После чего включается рентгеновский излучатель 1. ЭВМ 25 производит обработку сигнала, приходящего с линейного детектора 2, и формируется матрица 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 обеспечивает возможность пациентам свободно проходить через установку и выходить из рентгеновского кабинета через противоположную от входа дверь, что ускоряет процесс флюорографии. Такая возможность особенно важна при массовой флюорографии населения.