PL225278B1 - Uchwyt pozycjonujący mikrotomografu komputerowego - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest uchwyt pozycjonujący badanych obiektów w komorze mikrotomografu komputerowego, który umożliwia dowolną zmianę położenia przestrzennego obiektu w stosunku do źródła promieniowania rentgenowskiego. Uchwyt stanowiący moduł manipulatora, umiejscowiony pomiędzy działem rentgenowskim, a detektorem promieniowania, umożliwia pozycjonowanie poziomie i pionowe obiektów różnokształtnych w dowolnej osi X, Y, Z oraz ich stabilne unieruchomienie przed rozpoczęciem cyklu skanowania, co zapobiega przemieszczaniu obiektów podczas ich obrotu. Jakość uzyskanych przekrojów dwuwymiarowych oraz rekonstrukcji trójwymiarowych zależy m.in. od stabilnego umocowania próbki i jej precyzyjnego pozycjonowania w układzie źródło promieniowania ren tgenowskiego - detektor.

Stosowane w warunkach laboratoryjnych konwencjonalne, obrotowe stabilizatory pomiarowe wózka mikrotomografów rentgenowskich mają w większości konstrukcji postać krążka z wymiennym elementem mocującym. Posiadają najczęściej okrągły przekrój poprzeczny na całym obwodzie. W pomiarze mikrotomograficznym, w odróżnieniu od tomografii medycznej, stosowana jest geometria rolującej próbki ze stałą pozycją źródła rentgenowskiego i detektora, a próbka podczas pomiaru w ykonuje obrót o określony kąt, co najmniej 180 stopni.

Istotne jest zapewnienie stabilnego położenia obiektu podczas długotrwałego pomiaru oraz uniemożliwienie przesunięciom obiektu, wpływającym negatywnie na odczyty pomiarowe. Tradycyjne systemy stabilizacji, będące integralną częścią mikrotomografów zapewniają opcjonalne mocowanie innych elementów stabilizujących, np. dwustronnej taśmy przylepnej, masy półstałej, żelu adhezyjnego, materiału podatnego o strukturze pianki, itp. W innej opcji użycia stabilizatora do badania wnętrza powierzchni płaskich używane są sprężyste geometrii i teksturze zewnętrznej z powodu braku wielopunktowego kontaktu pomiędzy stabilizatorem, a obiektem, który posiada złożone kształty.

Standardowe moduły manipulatorów stabilizujących próbki badane mikrotomografów komputerowych współpracują z dedykowanym modułem elektro-motorycznym, zapewniającym mikrometryczny przesuw i stopniowy obrót próbki z określoną prędkością obrotową w osi pionowej w trakcie procesu skanowania.

Znany jest z amerykańskiego opisu patentowego nr US 5,402,460 mikrotomograficzny system analizy trójwymiarowej do automatycznego skanowania wyposażony w chwytak i utrzymywacz próbki w wiązce promieniowana rentgenowskiego, generator promieniowania rentgenowskiego i detektor sygnału transferowanego przez próbkę. Wielokrotne projekcje z rotacją próbki w holderze pozwalają na rekonstrukcję trójwymiarowych obrazów.

Z publikacji międzynarodowego zgłoszenia patentowego nr US 4,974,243 znany jest system projekcji mikrotomograficznej z wysoką rozdzielczością wykorzystujący synchrotron lub promieniowanie rentgenowskie, w którym próbka mocowana w holderze podlega rotacji oraz posiada możliwość przesunięcia w osi Z.

Znane jest z amerykańskiego opisu patentowego nr US 5,943,387 urządzenie przeznaczone do oceny zmian intensywności promieniowania polichromatycznego, które w konstrukcji wyposażone jest w uchwyt analizowanej próbki, która podczas badania fiksowana jest w obrotowym trzpieniu z możliwością rotacji.

Inne rozwiązanie w konstrukcji manipulatora próbki stanowiącego moduł endostacji mikrotomografu komputerowego posiada możliwość elektronicznego centrowania próbki za pomocą mikromotoru, standardowego skanowania próbki krótkiej i grubej z obrotem w osi pionowej oraz niestandardowego skanowania próbki długiej i cienkiej w osi poziomej.

Celem wynalazku jest opracowanie takiej konstrukcji uchwytu pozycjonującego obiektów w komorze pomiarowej poddanych badaniu mikrotomograficznemu, który umożliwi stabilne pozycjonowanie obiektu oraz zapewni niezakłócony pomiar w trakcie obrotu próbki, z możliwością zmiany położenia przestrzennego obiektu wykorzystując współśrodkowe, obrotowe pierścienie oraz elementy dociskowe. Dodatkowym celem jest zaprojektowanie zintegrowanego systemu o szerokim zastosowaniu wspomagającego procedury pomiarowe w zakresie badania wnętrza obiektów o różnej kompozycji materiałowej, który zapewnia uniwersalne zastosowanie w różnych dziedzinach: geologii (badanie próbek skał), metalurgii (badanie mikrostruktury stopów), inżynierii materiałowej (badanie polimerów, tworzyw kompozytowych, związków ceramicznych), biologii (badanie struktur tkanek twardych), medycynie (badanie struktury bioptatów kostnych, mikrostruktury implantów ortopedycznych, tkanek miękkich)

PL 225 278 B1 i stomatologii (badanie morfologii systemów kanałowych zębów, mikrostruktury implantów zębowych, szczelności wypełnień kanałów korzeniowych po leczeniu endodontycznym).

Zostało to rozwiązane według wynalazku w ten sposób, że uchwyt pomiarowy mikrotomografu komputerowego posiada konstrukcję zawierającą dwa współśrodkowe pierścienie pozycjonujące zewnętrzny i wewnętrzny, które posiadają możliwość obrotu o 360 stopni wokół osi X oraz osi Z, przy czym pierścień zewnętrzny (1) umożliwiający obrót wokół osi Y stabilizowany jest w podstawie nośnej (3), umożliwiającej regulację położenia wokół osi X, a pierścień wewnętrzny (2) stabilizowany jest w pierścieniu zewnętrznym z możliwością obrotu wokół osi Z. Pierścień wewnętrzny III posiada co najmniej cztery stabilizatory mocujące (4), których położenie możne podlegać regulacji. Cztery stabilizatory mocujące umiejscowione są wewnątrz pierścienia wewnętrznego w układzie 0, 90, 180, 240 stopni, tworzącymi układ naprzeciwległy. Taki układ zapewnia stabilne pozycjonowanie obiektów w czasie pomiaru i skanowania rentgenowskiego.

Korzystnym jest, gdy proporcja średnicy zewnętrznego okręgu większego (D1) do średnicy wewnętrznego okręgu mniejszego (D2) wynosi co najmniej 1:1,5.

Korzystnym jest, gdy stabilizatory mocujące (4) posiadają konstrukcję teleskopowej sprężyny podwójnej. Również korzystnym jest, gdy teleskopowy system elementów dociskowych posiada dwie sprężyny elastomerowe - miękkie pierwszego stopnia oraz twarde drugiego stopnia.

Korzystnym jest, gdy maksymalna średnica pozycjonującego pierścienia zewnętrznego uchwytu wynosi od 60 mm do 100 mm. Zwiększenie tej wielkości skutkuje ograniczeniem przybliżenia badanego obiektu do źródła promieniowania rentgenowskiego, w rezultacie ograniczając maksymalną możliwą do osiągnięcia rozdzielczość.

Korzystnym jest, gdy podstawa nośna uchwytu sprzężona jest z dwupłaszczyznowym układem mikrometrycznym, zapewniającym precyzyjne pozycjonowanie obiektu badanego na manipulatorze.

Również korzystnym jest, gdy materiał tworzący wszystkie elementy konstrukcji posiada małą gęstość atomową (tworzywo, elastomer) z uwagi na fakt konieczności różnicowania otrzymanego sygnału na detektorze mikrotomografu.

Rozwiązanie według wynalazku zapewnia ułatwione mocowanie obiektu niezależnie od rodzaju badanej próbki, jej geometrii przestrzennej i wielkości. Jako uniwersalne rozwiązanie może zostać również wykorzystane dla badania materiałów mineralnych, metalicznych, polimerowych, syntetyc znych, ceramicznych.

Zaletą rozwiązania jest: zredukowanie całkowitego czasu przeznaczonego na procedurę pozycjonowania próbki badanej w manipulatorze mikrotomografu, ograniczenie czynności przygotowawczych, stabilne pozycjonowanie próbki w wybranych płaszczyznach na wózku mikrotomografu co m inimalizuje ryzyko potrzeby powtarzania pomiaru oraz ogranicza niebezpieczeństwa kolizji i wynikające z tego zagrożenie uszkodzenia lampy rentgenowskiej.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematycznie uchwyt w widoku z przodu, fig. 2 - uchwyt w widoku z boku.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Uchwyt pomiarowy mikrotomografu komputerowego, znamienny tym, że posiada konstrukcję zawierającą dwa współśrodkowe pierścienie pozycjonujące zewnętrzny i wewnętrzny, które posiadają możliwość obrotu o 360 stopni, przy czym półpierścień zewnętrzny (1) stabilizowany jest w obrotowej podstawie nośnej (3), umożliwiającej regulację położenia wokół osi Y, a pierścień wewnętrzny (2) stabilizowany jest w półpierścieniu zewnętrznym z możliwością obrotu wokół osi Z.
2. 2. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że pierścień wewnętrzny posiada cztery elementy dociskowe (4) w układzie 0, 90, 180, 240 stopni, tworzące układ naprzeciwległy.
3. 3. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że korzystnie jest, gdy proporcja średnicy zewnętrznego półpierścienia większego (D1) do średnicy wewnętrznego pierścienia mniejszego (D2) wynosi co najmniej 1:1,5.
4. 4. Konstrukcja według zastrz. 1, znamienna tym, że korzystnie jest, gdy stabilizatory mocujące (4) posiadają konstrukcję teleskopowej sprężyny podwójnej.