Устройство для регистрации и формирования рентгеновского изображения

 

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности к рентгеновским приемникам, и предназначено для использования в медицинских рентгеновских установках, томографах, маммографах, а также в промышленных интроскопах с высоким пространственным разрешением. Устройство содержит многоканальный рентгеновский приемник, выход которого через систему опроса и считывания зарядов подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП), и персональную электронно-вычислительную машину (ПЭВМ). Многоканальный рентгеновский приемник выполнен в виде многострочной многоэлементной матрицы. В состав устройства дополнительно введен контроллер управления матрицей, соединенный информационной шиной с ПЭВМ. Сигнальный вход контроллера соединен с выходом АЦП, первый выход подключен к управляющему входу АЦП, а второй выход - к управляющему входу системы опроса и считывания зарядов, выход которой соединен с входом многоканального рентгеновского приемника. Устройство позволяет устранить зависимость разрешения рентгеновского приемника от ширины щели его входного окна, уменьшить дозовые нагрузки на пациента, снизить уровень радиационного фона и токовую нагрузку на рентгеновскую трубку. 2 ил.

Изобретение относится к рентгенотехнике, в частности, к рентгеновским приемникам, и предназначено для использования в медицинских рентгеновских установках, томографах, маммографах, в промышленных интроскопах с высоким пространственным разрешением.

В последнее время в медицинских исследованиях и диагностике различных патологий внутренних органов широко используются рентгеновские и томографические установки с высоким пространственным разрешением и цифровыми методами обработки изображений с последующим их выводом на экран телевизионного монитора или бумажный носитель. Получение высокого разрешения рентгеновского изображения особенно актуально при диагностике переломов в виде трещин и анализа структуры кости, а также при регистрации малых образований на ранних стадиях заболеваний молочной железы. Так, например, характерный размер "мостиков" в кости составляет порядка 50 мкм.

Известен рентгеновский приемник, содержащий линейный преобразователь на основе кремниевых детекторов, выходы которых через предварительные усилители подключены к аналоговому коммутатору, выход которого соединен с сигнальным процессором, а его выход через последовательно соединенные блок цифровой памяти и нелинейный преобразователь изображений подключен к видеоконтрольному устройству (см. Дефектоскопия, 1987, N 7, стр. 38 - 42).

Малые размеры полупроводниковых кремниевых детекторов позволяют создать приемник с высоким пространственным разрешением (0,1 - 0,2 мм), но низкая эффективность поглощения рентгеновского излучения в кремнии требует значительно увеличивать дозу облучения объекта, что нежелательно по соображениям радиационной безопасности как пациента, так и обслуживающего персонала.

Кроме того, существенным недостатком известного устройства является временная нестабильность характеристик отдельных каналов, требующая их постоянной подстройки в процессе работы.

Наиболее близким (прототипом) к заявляемому техническому решению является устройство линейного рентгеновского приемника (ЛРП) для цифровой рентгенографической медицинской установки, установленного на подвижном штативе механического сканирующего устройства, содержащего линейный многоэлементный рентгеночувствительный приемник (ЛМРП), выход которого соединен с системой опроса и считывания зарядов, подключенной через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) к входу персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ). ЛМРП выполнен в виде многопроволочной пропорциональной камеры с веерной анодной плоскостью, помещенной в герметичный корпус и заполненный инертным газом под давлением 3 атмосферы. Имея ширину входного окна ЛМРП около 0,5 мм и расстояние между проволочками 1 мм рентгеновский приемник обеспечивает пространственное разрешение около 1 мм (см. препринт Института ядерной физики СО РАН N 89-73, г. Новосибирск, стр.4 - 9).

Известно, что системы построчного ввода цифровых рентгеновских изображений, в которых перед объектом исследования устанавливается щелевая диафрагма, а за объектом - ЛРП, эффективно работают при разрешении не лучше 1 мм. При уменьшении размеров элемента приемника излучения до величины 50 мкм невозможно пропорционально уменьшить ширину полоски падающего на объект рентгеновского излучения, т.к. фокус рентгеновской трубки составляет 1-2 мм, расстояние до объекта 1 м и размеры объекта по направлению рентгеновского излучения - около 0,5 м. В результате при построчном вводе изображения происходит неоправданное переоблучение объекта в 25-50 раз. В случае применения острофокусных трубок (размеры фокуса 50 мкм), например, в маммографии имеются трудности в юстировке из-за большого коэффициента отношения длины линейки приемников к ширине диагностического рентгеновского пучка, а также в исключении реальных люфтов и вибраций механических узлов.

Кроме того, при построчном вводе рентгеновская трубка включается на продолжительное время (1-20 секунд), необходимое для сканирования объекта, что приводит к ускоренному выходу ее из строя, а также к многократному (100 и более раз) увеличению уровня фонового рентгеновского излучения в помещении.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков.

В устройстве для регистрации и формирования рентгеновского изображения, содержащем многоканальный рентгеновский приемник, выход которого через систему опроса и считывания зарядов подключен к АЦП, и ПЭВМ, это достигается тем, что многоканальный рентгеновский приемник выполнен в виде многострочной многоэлементной матрицы, а в состав устройства дополнительно введен контроллер управления матрицей, соединенный информационной шиной с ПЭВМ, сигнальный вход которого соединен с выходом АЦП, первый выход подключен к управляющему входу АЦП, а второй выход контроллера - к управляющему входу системы опроса и считывания зарядов, выход которой соединен с входом многоканального рентгеновского приемника.

Введение в состав рентгеновского приемника контроллера управления матрицей позволило обеспечить режим сканирования всего рентгеновского изображения объекта форматом матрицы, содержащей несколько строк, что обеспечивает сохранение заданного матрицей пространственного разрешения при снижении радиационных нагрузок на пациента, радиационного фонового излучения и токовой нагрузки на рентгеновскую трубку.

При этом обеспечивается высокая эффективность использования рентгеновского излучения наряду с выполнением высокого пространственного разрешения, так как нет необходимости уменьшать с помощью щелевого коллиматора размер диагностической полоски рентгеновского излучения до размеров шага структуры изображения.

Указанное выполнение матричного рентгеновского приемника, позволившее устранить зависимость разрешения рентгеновского приемника от ширины щели его входного окна, уменьшает дозовые нагрузки на пациента, уровень радиационного фонового излучения, а также снижает токовую нагрузку на рентгеновскую трубку, что не имеет аналогов в рентгенотехнике, а значит соответствует критерию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведена кинематическая схема устройства, поясняющая его работу, где 1 - рентгеновская трубка, 2 - щелевая диафрагма, 3 - исследуемый объект, 4 - МФП, 5 - сканирующее устройство рентгеновского аппарата.

На фиг. 2 приведена блок-схема заявляемого устройства, где 4 - МФП, 5 - сканирующее устройство, 6 - система опроса и считывания зарядов, 7 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 8 - контроллер управления матрицей, 9 - ПЭВМ.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Оператор рентгеновской установки с пульта управления включает рентгеновское излучение. Одновременно с включением рентгеновского излучения с пульта управления на вход ПЭВМ 9 поступает сигнал, запускающий программу, по которой ПЭВМ 9 включает сканирующее устройство рентгеновского аппарата 5 и контроллер 8, который осуществляет опрос МФП 4 через систему опроса и считывания зарядов 6 и АЦП 7. Это осуществляется следующим образом. Контроллер 8 формирует временные диаграммы для АЦП 7 и МФП 4. С первого управляющего выхода контроллера 8 на управляющий вход АЦП 7 поступают тактовые импульсы. Со второго управляющего выхода контроллера 8 на управляющий вход системы опроса и считывания зарядов 6 поступают управляющие импульсы логического уровня, где после преобразования их уровней до требуемой величины и они подаются на управляющий вход МФП 4. По этим сигналам происходит считывание электрических сигналов с элементов МФП 4, которые пропорциональны падающему на эти элементы рентгеновскому излучению. С выхода МФП 4 сигналы поступают на сигнальный вход системы считывания 6, где они усиливаются до уровня, необходимого для работы АЦП 7, и подаются на его вход. С выхода АЦП 7 оцифрованный сигнал поступает на сигнальный вход контроллера 8, в котором запоминаются кадры изображения формата рентгеночувствительной матрицы для формирования рентгеновского изображения объекта путем сложения в определенном порядке получаемых фрагментов изображений, после чего полноформатное рентгеновское изображение объекта из контроллера 8 передается в ПЭВМ 9.

Например, при использовании матрицы, состоящей из 16 строк с элементом разрешения 100 мкм, формат рентгеночувствительной матрицы составляет 410 мм х 1,6 мм (4096 х 16 элементов). Изображение объекта получается следующим образом. После включения рентгеновской трубки производятся считывание и передача в контроллер 8 изображения фрагмента объекта, регистрируемое матрицей 4096 х 16 элементов. Затем производится синхронное перемещение регистрирующей матрицы и щелевого источника рентгеновского излучения вдоль объекта на некоторое заданное расстояние (шаг) и производится регистрация передачи в контроллер 8 следующего фрагмента изображения объекта. Далее система регистрации перемещается на следующий шаг и производятся вышеописанные действия по циклу до тех пор, пока весь объект не будет зарегистрирован и передан в контроллер 8 покадровым способом. Контроллер 8 обеспечивает восстановление изображения объекта из его фрагментов по программе, заложенной в ПЭВМ 9, и передачу в ПЭВМ 9 цифрового полноформатного рентгеновского изображения объекта.

Таким образом, заявляемое устройство позволяет устранить зависимость разрешения рентгеновского приемника от ширины щели его входного окна, уменьшает дозовые нагрузки на пациента, уровень радиационного фонового излучения, а также снижает токовую нагрузку на рентгеновскую трубку.

Формула изобретения

Устройство для регистрации и формирования рентгеновского изображения, содержащее многоканальный рентгеновский приемник, выход которого через систему опроса и считывания зарядов подключен к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) и персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ), отличающееся тем, что многоканальный рентгеновский приемник выполнен в виде многострочной многоэлементной матрицы, а в состав устройства дополнительно введен контроллер управления матрицей, соединенный информационной шиной с ПЭВМ, сигнальный вход которого соединен с выходом АЦП, первый выход подключен к управляющему входу АЦП, а второй выход контроллера - к управляющему входу системы опроса и считывания, выход которой соединен со входом многоканального рентгеновского приемника.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2