Рентгенографическая установка для медицинской диагностики

 

Изобретение относится к разделу медицинской техники, точнее к цифровым рентгенодиагностическим аппаратам сканирующего типа, и предназначено преимущественно для исследования легких. Рентгенографическая установка содержит штатив с вертикальной стойкой, оснащенный кареткой с электромеханическим приводом, на котором закреплены оптически сопряженные рентгеновский излучатель, коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами (входной и выходной), формирующими веерный рентгеновский пучок, и линейный детектор, а также высокочастотный генератор, подключенный к ЭВМ. Дополнительно введены две ионизационные камеры проходного типа идентичной конструкции, заполненные инертным газом и содержащие, как минимум, одну пару электродов, закрепленные в корпусе входной и выходной диафрагм коллиматора, каждая ионизационная камера соединена через соответствующие усилители и компаратор к ЭВМ. Изобретение позволяет повысить диагностическую информативность рентгенографической установки. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к разделу медицинской техники, точнее к цифровым рентгенодиагностическим аппаратам сканирующего типа, и предназначено преимущественно для исследования легких.

Известна рентгенографическая установка для медицинской диагностики, содержащая рентгеновский излучатель и усилитель рентгеновского изображения, установленные на концах поворотной дугообразной траверсы с возможностью их размещения с противоположных сторон исследуемого участка тела пациента. Кроме того, в состав аппарата входит устройство отображения и запоминания информации, подключенные к выходу усилителя рентгеновского изображения, и устройство управления, связанное по сигнальным цепям с упомянутыми функциональными компонентами [1].

Известный цифровой рентгенодиагностический аппарат [1] предназначен главным образом для проведения исследований огнестрельных ранений и переломов в условиях военно-полевого госпиталя. Усилитель рентгеновского изображения, входящий в комплект этого аппарата, имеет небольшое поле зрения, что не позволяет получить на снимке изображение протяженных органов, например легких.

Известен также рентгенографический аппарат для медицинской диагностики [2], содержащий вертикальную колонку с двумя опорными стойками, жестко закрепленными посредством станины и потолочного упора, на колонке установлена вертикальная каретка П-образной формы. Она уравновешена грузом, который находится внутри стоек. На вертикальной каретке закреплены направляющие, по которым может перемещаться горизонтальная каретка. Ее перемещение осуществляется с постоянной скоростью посредством электродвигателя. На одном плече горизонтальной каретки закреплен рентгеновский излучатель, а на другом регистратор рентгеновского излучения. Рентгеновский излучатель имеет рентгеновскую трубку с вращающимся анодом, излучение которой ограничивается щелевой вертикальной диафрагмой. Регистратор рентгеновского излучения имеет светонепроницаемый рентгенозащитный корпус, внутри которого расположен вертикально цилиндр, на внешней поверхности которого закреплен запоминающий экран, имеющий металлическую основу, на которую нанесен люминофор (цинк-кадмий сульфид, активированный марганцем). Верхняя ось опорного цилиндра соединена через электромагнитную муфту, редуктор и шестеренку с гребенкой. Этот узел обеспечивает равномерное вращение опорного цилиндра при движении горизонтальной каретки. Нижняя ось опорного цилиндра соединена через электромагнитную муфту и редуктор с гистерезисным синхронным электродвигателем. Рентгеновские лучи попадают на запоминающий экран через щелевую диафрагму, выполненную в передней стенке защитного корпуса регистратора. Эта щелевая диафрагма находится в одной плоскости с щелевой диафрагмой рентгеновского излучателя. Внутри корпуса регистратора находится дополнительная каретка, которая может перемещаться посредством электродвигателя равномерно параллельно образующей опорного цилиндра. На каретке закреплен фотодетектор, включающий объектив и ФЭУ. Рентгеновский излучатель подключен к высоковольтному генератору, включение которого производится с пульта управления. Рентгеновский излучатель оснащен щелевой диафрагмой, формирующей узкий вертикальный пучок рентгеновского излучения. Рентгеновские лучи, пройдя через объект исследования, попадают через щелевую диафрагму корпуса регистратора на запоминающий экран. При движении горизонтальной каретки происходит просвечивание объекта узким веерным рентгеновским пучком. Изображение, записанное на запоминающем экране, считывается с него фотодетектором, закрепленным на оптической каретке. Оптическая каретка равномерно перемещается вдоль образующей опорного цилиндра. Сигнал с ФЭУ подается на модулятор, который включен между генератором несущей частоты и выходным усилителем сигнала. Далее электрический сигнал подается в линию связи.

Недостатком известной рентгенографической установки [2] является то, что в ее конструкции отсутствует устройство для определения оптической плотности исследуемого объекта, например нижней доли правого легкого. Отсутствие такого устройства затрудняет диагностику, например, пневмонии. Это вызвано тем, что цифровой детектор, входящий в состав рентгенографической установки, не имеет достаточной контрастной чувствительности для появления изменения оптической плотности легочной ткани, вызванного пневмонией, которое имеет слабый монотонный характер и охватывает большую область легкого.

Наиболее близким по конструкции к заявляемому устройству является рентгенографическая установка для медицинской диагностики, содержащая вертикальный штатив, оснащенный кареткой с электроприводом, на котором закреплены оптически сопряженные рентгеновский излучатель, коллиматор с двумя щелевыми диафрагмами (входной и выходной), формирующими веерный рентгеновский пучок, и линейный детектор [3]. В состав аппарата также входят рентгеновское питающее устройство высокочастотного типа и электронная система, включающая ЭВМ, связанную с линейно-матричным детектором. ЭВМ обеспечивает считывание электрического сигнала, его обработку, запись и воспроизведение рентгеновского изображения на экране видеомонитора.

Рентгенографическая установка [3], принятая нами в качестве прототипа, имеет тот же недостаток, что и аналог [2].

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение диагностической информативности рентгенографической установки.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в рентгенографической установке для медицинской диагностики, содержащей штатив с вертикальной стойкой, на которой установлена, с возможностью перемещения, каретка с электромеханическим приводом и рентгеновским излучателем, оптически сопряженным с формирующим веерный рентгеновский пучок коллиматором и линейным рентгеновским детектором, и высокочастотный генератор, подключенные к ЭВМ, коллиматор снабжен входной и выходной щелевыми диафрагмами, в корпусах которых размещены ионизационные камеры проходного типа, заполненные инертным газом и содержащие, соответственно, по меньшей мере, одну пару электродов, подключенных через соответствующие усилители и компаратор к ЭВМ.

Кроме того, ионизационные камеры могут быть заполнены аргоном под давлением.

Также каждая ионизационная камера имеет две изолированные полости с двумя парами электродов, расположенных вне рентгеновского пучка.

Предпочтительно, чтобы изолированные полости ионизационной камеры были расположены симметрично относительно средней точки щелевой диафрагмы.

На фиг. 1 изображен штатив рентгенографической установки (вид сбоку); на фиг. 2 - штатив рентгенографической установки (вид сверху); на фиг. 3 показана конструкция ионизационной камеры, закрепленной в корпусе входной щелевой диафрагмы рентгеновского коллиматора (фиг. 3,а - вид спереди по А фиг.1; фиг. 3,б - сечение В-В фиг. 3,а; фиг. 3,в -вид спереди в разрезе; фиг. 3,г - вид спереди с дополнительной диафрагмой; фиг. 3,д - сечение С-С фиг. 3,г); на фиг.4 изображена блок-схема рентгенографической установки; на фиг. 5 - блок-схема электрической связи парных ионизационных камер; на фиг. 6 схематически показано цифровое изображение правого легкого, квадратом а b с d выделена зона обследования.

Штатив рентгенографической установки имеет массивное основание 1, на котором закреплена вертикальная стойка 2 (фиг. 1, 2). Вертикальная стойка 2 является направляющей, по которой может перемещаться каретка 3 при вращении червячного вала 4, основание которого закреплено на оси электромеханического привода 5. С кареткой 3 жестко связана горизонтальная балка 6, на которой закреплены рентгеновский излучатель 7, оснащенный тубусом 8, входная 9 и выходная 10 щелевые диафрагмы рентгеновского коллиматора и линейный рентгеновский детектор 11. Оптический вход рентгеновского детектора 11 примыкает к щелевому каналу диафрагмы 10. В корпусе входной щелевой диафрагмы 9 находится ионизационная камера 12, а в корпусе выходной диафрагмы 10 - ионизационная камера 13. На основании 1 перед выходной диафрагмой 10 закреплена вертикальная стойка 14, изготовленная из материала, слабо поглощающего рентгеновские лучи, например органического стекла. Стойка 14 оснащена подбородником 15, предназначенным для фиксации головы пациента 16 при рентгенографии. При этом пациент 16 стоит на резиновом коврике 17, а его грудь примыкает к стойке 14.

Щелевые диафрагмы 9 и 10 изготовлены из материала с высоким атомным номером, например вольфрама. Ширина щелевого канала рентгеновского коллиматора, образованного диафрагмами 9 и 10, равна приблизительно 1 мм. Ионизационные камеры 12 и 13 выполнены двухсекционными и одинаковы по конструкции.

На фиг.3 поясняется устройство ионизационной камеры 12, установленной в диафрагме 9 (устройство камеры 13, установленной в диафрагме 10, полностью аналогично). Диафрагма 9 имеет корпус 18 прямоугольной формы, через который проходит щелевой канал 19. Внутри корпуса 18 имеется отверстие 20 цилиндрической формы, в котором закреплена ионизационная камера 12. Камера 12 имеет стеклянный баллон 21 с двумя изолированными полостями 22 и 23, расположенными симметрично относительно средней точки диафрагмы 9. Внутри каждой полости 22 и 23 закреплены электроды 24, 25 и 26, 27, изготовленные из металла с хорошей электрической проводимостью, например из меди с внешним серебряным покрытием, и установленные вне рентгеновского пучка. Полости 22 и 23 заполнены инертным газом 28, например аргоном, под давлением. Электрическое подключение электродов на фиг. 3 не показано.

На фиг. 3,г,д щелевой канал 19 диафрагмы 9 закрыт дополнительной диафрагмой 29. Она изготовлена из материала с высоким атомным номером, например вольфрама, и имеет корпус П-образной формы с продольным отверстием 30. Дополнительная диафрагма 29 используется для ограничения зоны обследования.

Работой рентгенографической установки управляет электронно-вычислительная машина (ЭВМ) 31 (фиг. 4). Она производит включение и выключение электропривода 5 сканирующего механизма, включение и отключение высоковольтного блока, состоящего из пульта управления 32, высокочастотного генератора 33 и рентгеновского излучателя 7, осуществляет обработку электрического сигнала, приходящего с рентгеновского детектора 11, и формирование цифрового рентгеновского снимка. Для преобразования электрического сигнала, имеющего аналоговой вид, в цифровую форму на выходе детектора установлен АЦП 34. Цифровой сигнал поступает в ЭВМ 31. Цифровые рентгеновские снимки хранятся в памяти ЭВМ 31. По запросу врача-рентгенолога рентгеновское изображение выводится на экран цифрового дисплея 35, где анализируется специалистом. Электрические сигналы от ионизационных камер 12 и 13 соответственно через усилители 36 и 36’ и аналогово-цифровые преобразователи 37 и 37’ поступают на электронный компаратор 38 и далее в ЭВМ 31, где производится математическая обработка этих сигналов с целью определения оптической плотности биологической ткани в зоне обследования.

На фиг. 5 показана блок-схема оптически сопряженных ионизационных камер 12 и 13. Ионизационная камера 12, установленная в щелевом канале входной диафрагмы 9, содержит источник высоковольтного напряжения V, накопительный конденсатор С (изменение напряжения на конденсаторе является мерой количества электричества, накопленного в результате ионизации газа в камере), усилитель 36, аналогово-цифровой преобразователь 37. Электрическая цепь выходной ионизационной камеры 13 содержит аналогичные элементы, соответственно V', С', 36', 37'. Компаратор 38 предназначен для определения разности электрических сигналов, поступающих от входной 12 и выходной 13 ионизационных камер. Оптическая плотность исследуемого объекта определяется ЭВМ 31 на контрольном участке суммирования по каждой строке сканирования в соответствии с уравнением

где J₀ - интенсивность излучения до прохождения через объект;

J - интенсивность излучения после прохождения через объект;

n - общее число строк сканирования.

Рентгенографическая установка предназначается в первую очередь для исследования легких. Съемку органов грудной полости производят путем их сканирования узким веерным рентгеновским пучком, который формируется тубусом 8 и входной щелевой диафрагмой 9 рентгеновского коллиматора (фиг. 1). Выходной рентгеновский пучок через щелевой канал диафрагмы 10 попадает в рентгеновский детектор 11. В качестве детектора могут быть использованы как газоразрядные, так и полупроводниковые линейки. С выхода детектора 11 сигнал поступает через АЦП 34 в ЭВМ 31, где формируется цифровое рентгеновское изображение, которое выводится на экран цифрового дисплея 35, где анализируется рентгенологом.

Первый снимок легких (обзорный) получают в прямой проекции. После анализа обзорного снимка врач-рентгенолог по показаниям назначает рентгеноденситометрию участка легкого, который, по мнению рентгенолога, нуждается в дополнительном анализе. Путем измерения обзорного снимка определяют границы зоны интереса. Полученные координаты вносят в память ЭВМ 31. Щелевой канал входной диафрагмы 9 перекрывают дополнительной диафрагмой 29 (фиг. 3,г,д). В комплекте аппарата имеются несколько диафрагм 29, которые отличаются друг от друга положением окна 30. После этого пациента снимают вторично при включенных ионизационных камерах 12 и 13. ЭВМ 31 производит обработку электрического сигнала, приходящего от камер 12 и 13, и вычисляет оптическую плотность биологических тканей по формуле (1) в зоне интереса. Результаты съемки выводятся на экран дисплея 35, где отображается как фрагмент обзорного снимка, например изображение правого легкого 39, так и граница участка рентгеноденситометрии а b с d (фиг. 6). Сравнение результата рентгеноденситометрии с нормой позволяет рентгенологу сделать заключение о наличии или отсутствии патологического воспаления, вызванного, например, пневмонией.

Источники информации

1. RU № 2158537, А 61 В 6/00, 2000г. - аналог.

2. SU № 1018623, А 61 В 6/00, 1982г. - аналог.

3. RU № 2098929, А 61 В 6/00, 1997г. - аналог.

Формула изобретения

1. Рентгенографическая установка для медицинской диагностики, содержащая штатив с вертикальной стойкой, на которой установлена с возможностью перемещения каретка с электромеханическим приводом и рентгеновским излучателем, оптически сопряженным с формирующим веерный рентгеновский пучок коллиматором и линейным рентгеновским детектором, и высокочастотный генератор, подключенные к ЭВМ, отличающаяся тем, что коллиматор снабжен входной и выходной щелевыми диафрагмами, в корпусах которых размещены ионизационные камеры проходного типа, заполненные инертным газом и содержащие соответственно по меньшей мере одну пару электродов, подключенных через соответствующие усилители и компаратор к ЭВМ.

2. Рентгенографическая установка по п.1, отличающаяся тем, что ионизационные камеры заполнены аргоном под давлением.

3. Рентгенографическая установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждая ионизационная камера имеет две изолированные полости с двумя парами электродов, расположенных вне рентгеновского пучка.

4. Рентгенографическая установка по п.3, отличающаяся тем, что изолированные полости ионизационной камеры расположены симметрично относительно средней точки щелевой диафрагмы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6