РЕНТГЕНОФЛЮОРОГРАФИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к медицинской технике, а именно к аппаратам для массового обследования населения методом флюорографии.
Известна рентгенофлюорографическая установка, содержащая источник рентгеновского излучения с питающим устройством и цифровую флюорографическую камеру, при этом питающее устройство имеет пульт управления с ручной установкой режимов съемки (Свидетельство на полезную модель RU 25391, А61В 5/08, 07.03.2002].
При использовании данной установки ручная установка режимов съемки предполагает высокую квалификацию и ответственность рентгенолога.
Известна также рентгенофлюорографическая установка со среднечастотным преобразователем напряжения в главной цепи, содержащая рентгеновский излучатель, подключенные к нему высоковольтный генератор и блок накала, детектор излучения в виде цифровой флюорографической камеры, средства определения высокого напряжения на излучателе в виде измерительного делителя напряжения, подключенные к детектору цепь реле экспозиции и цепь сравнения сигнала детектора с опорным сигналом и пульт управления, где используется цепь обратной связи для обработки измерений высокого напряжения во время получения снимка (Блинов Н.Н. Рентгеновские питающие устройства. М: Энергия, 1980, с.26-29) (прототип).
Недостатком прототипа является постоянная возможность ошибки оператора при задании величины высокого напряжения; ограничение возможности оперативного учета физических особенностей снимаемых объектов (пациентов) с точки зрения задаваемой величины высокого напряжения; инерционность системы регулирования.
Задачей настоящей полезной модели является повышение эффективности использования рентгенофлюорографической установки путем исключения ошибки оператора при задании величины высокого напряжения; ограничение возможности оперативного учета физических особенностей снимаемых объектов (пациентов) с точки зрения задаваемой величины высокого напряжения, а также снижение инерционности системы регулирования.
Техническим результатом является реализация автоматического вывода аппарата на требуемое для снимка высокое напряжение, позволит устранить перечисленные выше недостатки прототипа и создать рентгенофлюорографическую установку с предельно простым управлением.
Решение указанной задачи достигается тем, что в рентгенофлюорографическую установку, содержащую рентгеновский излучатель с высоковольтным генератором со среднечастотным преобразователем напряжения в главной цепи и блок накала, цифровую флюорографическую камеру с детектором излучения, средства определения высокого напряжения на излучателе, подключенные к детектору, цепь реле экспозиции и цепь сравнения сигнала детектора с опорным сигналом, и пульт управления, введены средства фиксации высокого напряжения в период его нарастания после включения установки, цепь сравнения снабжена формирователем управляющего сигнала для средств фиксации в момент совпадения сигнала детектора и опорного сигнала и средствами задания опорного сигнала в зависимости от значения высокого напряжения на излучателе, при котором сигнал детектора совпадает с базовой опорной величиной, а средства значения опорного сигнала связаны со средствами определения высокого напряжения на излучателе.
Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что предлагаемая рентгенофлюорографическая установка неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень".
Предлагаемая рентгенофлюорографическая установка несложная в изготовлении, удобная при эксплуатации и может быть использована в любой отрасли медицины, где необходимо проведение рентгенофлюорографического обследования.
Следовательно, заявленное техническое решение является доступным, а следовательно, практически применимым.
Предлагаемая полезная модель пояснена чертежами.
На фиг.1 показана рентгенофлюорографическая установка со среднечастотным преобразователем напряжения в главной цепи; на фиг.2 - сменный узел с измерителем времени в качестве средств определения высокого напряжения; на фиг.3 - временные диаграммы напряжений, поясняющие принцип работы рентгенофлюорографической установки.
Рентгенофлюорографическая установка содержит рентгеновский излучатель 1, высоковольтный генератор 2 с сетевыми контакторами 3, образованный сетевым выпрямителем 4, сглаживающим LC-фильтром 5, инвертором 6, высоковольтным трансформатором 7 и высоковольтным выпрямителем 8, и блок 9 накала. Параллельно рентгеновскому излучателю на выходе высоковольтного генератора 2 включен измерительный делитель 10 напряжения.
За исследуемым объектом 11 (пациентом) установлены проходной детектор 12 излучения и цифровая флюорографическая камера 13.
К детектору 12 через усилитель 14 подключена цепь реле экспозиции, образованная интегратором 15, первым компаратором 16 и первым источником 17 опорного сигнала.
Подключенная к детектору 12 через тот же усилитель цепь сравнения сигнала детектора 12 с опорным сигналом содержит второй компаратор 18 и средства задания опорного сигнала в зависимости от напряжения на излучателе 1, включающие первый аналого-цифровой преобразователь 19 (первый АЦП), цифровой компаратор 20, постоянное запоминающее устройство 21 (ПЗУ), цифро-аналоговый преобразователь 22 (ЦАП) и второй аналого-цифровой преобразователь 23 (второй АЦП).
Первый АЦП 19 служит для оцифровывания сигнала с выхода усилителя 14 сигнала детектора 12. Второй АЦП 23 служит для оцифровывания сигнала с измерительного делителя 10 напряжения. Цифровой компаратор 20 хранит базовую опорную величину для сравнения с оцифрованным сигналом детектора 12, выбираемую по следующим основаниям.
Если допустимая мощность излучателя 1 составляет 30 кВт, то при максимальном напряжении снимка 120 кВ и длительности экспозиции 1 с анодный ток составит 250 мА, что соответствует 250 мАс по параметру количества электричества. Для получения требуемой оптической плотности снимка требуется некоторая доза, например 0,05R. Соответственно при длительности экспозиции 1 с мощность дозы за объектом 11 должна составлять 0,05 R/c, на основании чего и задается базовая опорная величина.
Указанная величина количества электричества - 250 мАс - достаточна для получения флюорографического снимка органов грудной полости практически при любой комплекции пациента.
Вместе с тем, при исследованиях органов, оптимальные величины высоких напряжений при съемке для которых находятся ниже, например 90 кВ, сохранение величины 250 мАс не требуется.
Кроме того, сохранение величины мАс на уровне 250 мАс привело бы к существенному недобору высокого напряжения при фиксированной установке анодного тока (250 мА) и заданной длительности экспозиции (1 с).
Поэтому, чтобы вывести высокое напряжение в оптимальный для исследуемого органа диапазон, следует уменьшить время экспозиции, тем самым снижая и величину мАс. Такая возможность органично присуща предлагаемой системе автоматической установки параметров экспозиции (кВ - с).
Условно можно составить шкалу соответствия между величинами высокого напряжения и временем экспозиции (таблица №1). Такая таблица хранится в ПЗУ 21, адресный вход которого соединен с выходом второго АЦП 23, формирующего оцифрованный сигнал высокого напряжения на рентгеновском излучателе 1. Цифровой компаратор 20 служит для подачи на ПЗУ 21 сигнала считывания, по которому в соответствии с адресом, поступающим со второго АЦП 23. Из ПЗУ 21 сигнал поступает через ЦАП 22 на опорный вход второго компаратора 18.
Задаваемая для данной экспозиции опорная величина сигнала приведена в таблице 1.
Таблица №1
Напряжение, кВ
90-120
80-90
70-80
60-70
50-60
40-50
До 40
Время, с
1
0,8
0,6
0,4
0,16
0,08
0,04
мАс
250
200
150
100
40
20
10
Выводы первого и второго компараторов 16 и 18 через пульт 24 управления связаны со средствами фиксации высокого напряжения в период его нарастания после включения установки.
Эти средства включены на входе (ШИМ), управляющего работой инвертора 6. В состав широтно-импульсного модулятора 25 входят операционный усилитель 26, параллельно с ним включенный конденсатор 27, источник напряжения 28, последовательно включенный с источником 28 первый ключ 29 и включенный параллельно конденсатору 27 второй ключ 30.
В варианте, когда информацию о величине высокого напряжения получают не с измерительного делителя 10, а на основании времени, прошедшего от момента включения аппарата, используют схему, приведенную на фиг.2.
В простейшем варианте эта схема содержит тактовый генератор 31 и счетчик 32 со входами запуска и считывания, которые соединены соответственно с пультом 24 управления и компаратором 20. При этом в качестве тактового генератора можно использовать генератор АЦП 19.
Все вышеперечисленные цифровые блоки могут быть реализованы на основе стандартного микропроцессора.
Средства формирования значения опорного сигнала содержат дополнительную цепь сравнения сигнала детектора с базовой опорной величиной и блок хранения и вывода опорного сигнала, к которому подсоединены дополнительная цепь сравнения и средства определения высокого напряжения на излучателе, причем выход блока хранения и вывода связан с формированием управляющего сигнала основной цепи сравнения, а средства определения высокого напряжения на излучателе выполнены на основе измерения времени, прошедшего от момента включения установки до момента совпадения сигнала детектора с базовой опорной величиной.
y,oc
yо.c.
Быстродействие цифровой части схемы выбрано из условия t-dUldt<AU, где ty.o.c - время установления цифровыми средствами опорного сигнала на опорном входе компаратора 18; dUldt - скорость нарастания высокого напряжения на излучателе после включения флюорографической установки; AU - максимально допустимый рост высокого напряжения за время t.
Рентгенофлюорографическая установка работает следующим образом.
Перед включением аппарата сетевые контакты 3 и ключ 29 разомкнуты, а ключ 3 замкнут. По сигналу запуска с пульта управления 24 происходит замыкание сетевых контактов 3, ключа 29 и размыкание ключа 30. Сетевое напряжение поступает на высоковольтный генератор 2 и одновременно от источника 28 заряжается конденсатор 27, напряжение с которого через операционный усилитель 26 поступает на вход ШИМ 25 управляющий инвертором 6. Высоковольтный генератор 2 формирует при этом на выходе нарастающее высокое напряжение (фиг.3), которое поступает на излучатель 1. Последний генерирует рентгеновское излучение, проходящее через исследуемый объект 11. После прохождения через исследуемый объект 11 рентгеновское излучение падает на проходной детектор 12 и расположенную за ним цифровую флюорографическую камеру 13.
Под действием прошедшего через объект 11 излучения детектор 12 генерирует электрический сигнал, который через усилитель 14 поступает на АЦП 19, компаратор 18 и интегратор 15.
Когда сигнал с детектора 12 после соответствующего преобразования усилителем 14 и АЦП 19 сравнивается с базовой опорной величиной, хранящейся в цифровом компараторе 20, последний формирует управляющий сигнал для ПЗУ 21, на адресный вход которого поступает сигнал с АЦП 23, соответствующий действующей величине высокого напряжения и снимаемый с измерительного делителя 10. По сигналу с компаратора 20 из ПЗУ 21 через ЦАП 22 на опорный вход компаратора 18 считывается опорный сигнал, поставленный указанной выше таблицей №1 в соответствии с величиной высокого напряжения, при которой сигнал детектора совпал с базовой опорной величиной.
После поступления опорного сигнала с ЦАП 22 на компаратор 18 напряжение на излучателе 1 в общем случае продолжает нарастать и сигнал детектора 12 также увеличивается. Когда сигнал на рабочем входе компаратора 18 сравнивается с опорным сигналом, компаратор 18 формирует управляющий сигнал, по которому происходит размыкание ключа 29. Вследствие этого зарядка конденсатора 27 от источника 28 прекращается и напряжение на входе ШИМ 25 остается зафиксированным на время снимка, т.е. фиксируется и напряжение на излучателе 1.
В ходе сигнала, когда уровень сигнала на выходе интегратора 15 цепи реле экспозиции сравнивается с опорным сигналом с ИОС 17, срабатывает компаратор 16, по сигналу которого размыкаются сетевые контакты 3 и замыкается ключ 30. Замыкание ключа 30 вызывает уход заряда с конденсатора 27, вследствие чего на входе ШИМ 25 устанавливается нулевое напряжение. Снимок завершен.
В соответствии с фиг.2 информацию о высоком напряжении можно получить со счетчика 32, запускаемого на счет импульсов тактового генератора 31 сигналом включения аппарата и останавливаемого на считывание результата счета на адресной вход ПЗУ 21 сигналом цифрового компаратора 20.
y.0.c
Параметры быстродействия цифровых средств связаны с динамикой роста высокого напряжения. Типичная длительность фронта нарастания для инверторного генератора составляет 3 мс (до 120 кВ), т.е. dUldt=40 кВ/мс. Величина AU должна превышать, например, 2-3 кВ, т.е. t должно составить 50-75 мкс.
y.0_c
yox
Если быстродействие не позволяет получить указанное t, то имеется возможность некоторого занижения базовой опорной величины по сравнению с полученной на основе учета полной мощности излучателя 1, что позволит увеличить AUu тем самым и t.
Временные диаграммы экспозиции приведены на фиг.3 сплошными линиями. Из этих диаграмм видно, что в диапазоне 90-120кВ длительность экспозиции составляет постоянную величину, а при меньших напряжениях длительность экспозиции уменьшается. Пунктирными линиями показаны напряжения, при которых происходит срабатывание компаратора 20 (стрелки показывают к какой диаграмме относится соответствующий уровень напряжения).
Таким образом предлагаемая рентгенофлюорографическая установка позволяет исключить ошибки оператора при задании величины высокого напряжения, ограничение возможности оперативного учета физических особенностей снимаемых объектов (пациентов) с точки зрения задаваемой величины высокого напряжения, а также обеспечивает снижение инерционности системы регулирования.
Рентгенофлюорографическая установка с автоматическим выбором режима съемки может найти широкое применение в медицине, в частности в учреждениях противотуберкулезной службы.