RU148455U1 - Цифровой сканирующий маммограф - Google Patents

Abstract

Цифровой сканирующий маммограф, содержащий сканирующий агрегат, связанный с источником рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки, позиционно-чувствительным приемником рентгеновского излучения, включающим многострочные матричные твердотельные сенсоры рентгеновского излучения и многоканальные микросхемы считывания электрического сигнала, системой рентгеновской коллимирующей оптики, вход которой ориентирован на действительное фокусное пятно рентгеновской трубки, а выход направлен на входное окно позиционно-чувствительного рентгеновского приемника и имеет профиль, соответствующий профилю чувствительной области позиционно-чувствительного рентгеновского приемника, и компрессионным агрегатом, цифровую систему компоновки изображения железы, один вход которой связан с выходом позиционно-чувствительного рентгеновского приемника, а другой - с выходом синхронизации сканирующего агрегата, и систему обработки и визуализации составного изображения железы, вход которой соединен с входом цифровой системы компоновки изображения железы, отличающийся тем, что многострочные матричные твердотельные сенсоры рентгеновского излучения выполнены квантово-чувствительными с прямым преобразованием, каждая микросхема считывания электрического сигнала содержит блоки канала регистрации квантов, число которых соответствует числу подключаемых к ней чувствительных элементов твердотельного сенсора, при этом каждый канал регистрации квантов содержит предусилитель со схемой компенсации темпового тока сенсора, вход которого соединен с выходом соответствующего чувствительного элемента сенсора, по

Description

Полезная модель относится к устройствам для радиодиагностики со сканированием исследуемого объекта пучком рентгеновского излучения и цифровой регистрацией результатов сканирования, получением составного изображения и визуализацией его на экране монитора и может быть использовано в маммографии для определения положения отличающихся по плотности малых непальпируемых повреждений грудной железы.

Для радиодиагностики заболеваний молочной железы применяются маммографы как с регистрацией рентгеновских изображений на рентгеночувствительную пленку, так и с электронной цифровой регистрацией.

Известно устройство для исследования молочной железы в системах с пленками [1] рентгеновское излучение, проникая через молочную железу, падает на фосфоресцирующий экран. Свет, излучаемый из экрана, детектируется чувствительной к свету пленкой, которая специально создана под размеры молочной железы и может быть после проявления показана на проекторе. Существенны следующими недостатками известных устройств с пленками:

- зернистость и шум пленок, ограничивающие пространственное разрешение маммографа;

- потеря контраста при одиночной экспозиции молочной железы для получения ее полного изображения из-за регистрации вместе с полезным сигналом рассеянного излучения;

- увеличение дозы облучения пациента при использовании пленок с более высоким разрешением и использовании сеток для защиты от рассеянного излучения. Известны более совершенные маммографы [2] с электронной цифровой

регистрацией рентгеновского изображения, в которых вместо пленки с фосфоресцирующим экраном используется позиционно-чувствительный детектор излучения, вырабатывающий электрический сигнал, который может быть обработан цифровыми методами и выведен на экран монитора с высоким разрешением и, практически, в реальном времени.

Недостатком устройства является, как и в маммографах с пленкой, потеря контраста из-за регистрации вместе с полезным сигналом рассеянного излучения, а при введении дополнительных сеток для защиты от рассеянного излучения - увеличение дозы облучения пациента.

Наиболее близким к предлагаемому является цифровое сканирующее устройство для маммографии [2] которое содержит:

- источник рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки,

- систему фильтрации рентгеновского излучения,

- коллиматор-формирователь узкого веерного пучка излучения для сканирования молочной железы пациента,

- компрессионный агрегат для сдавливания и ограничения подвижности молочной железы,

- сканирующий агрегат для сканирования и получения сигнала о прохождении излучения через молочную железу,

- позиционно-чувствительный приемник излучения, прошедшего через ткань железы, выполненный на основе структуры «сцинтиллятор-ПЗС (прибор с зарядовой связью) матрица», в которой сцинтиллятор преобразует рентгеновское излучение в световой поток, который регистрируется ПЗС матрицей;

- цифровую систему компоновки составного изображения, вход которой связан с выходом позиционно чувствительного приемника излучения,

- блок синхронизации перемещения сканирующего агрегата со считыванием информации с приемника излучения,

- систему обработки и визуализации составного изображения, вход которой связан с выходом системы компоновки составного изображения.

В указанном устройстве сканирование молочной железы узким рентгеновским лучом уменьшает долю рассеянного излучения на входе позиционно-чувствительного приемника излучения, улучшая тем самым отношение сигнал/шум, повышая чувствительность по контрасту и пространственное разрешение.

Недостатками прототипа [3] являются:

- «размытость» изображения, вызванное неполным исключением регистрации рассеянного излучения;

- низкая контрастная чувствительность, причиной которой является использование приемника рентгеновского излучения с промежуточным преобразованием на основе сцинтиллятора. Использование промежуточного преобразования приводит к снижению эффективности регистрации рентгеновского излучения, связанной с потерями на промежуточное преобразование и, как следствие, снижение контрастной чувствительности;

- применение двухэнергетических методов (позволяющих эффективно выявлять микрокальцинаты размером менее 200 мкм, наличие которых позволяет диагнастировать раковые опухоли на ранней стадии) требует проведения дополнительного обследования (сканирования), а значит увеличивает дозовую нагрузку на пациента.

Новый технический результат - улучшение качества изображения, заключающееся в увеличении чувствительности по контрасту и четкости получаемого изображения, а также обеспечение возможности выделения микрокальцинатов малого размера за одно обследование.

Технический результат достигается тем, что в цифровом сканирующем маммографе, содержащем сканирующий агрегат, связанный с источником рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки, позиционно-чувствительным приемником рентгеновского излучения, включающим многострочные матричные твердотельные сенсоры рентгеновского излучения и многоканальные микросхемы считывания электрического сигнала, системой рентгеновской коллимирующей оптики, вход которой ориентирован на действительное фокусное пятно рентгеновской трубки, а выход направлен на входное окно позиционно-чувствительного рентгеновского приемника и имеет профиль, соответствующий профилю чувствительной области позиционно-чувствительного рентгеновского приемника, и компрессионным агрегатом, цифровую систему компоновки изображения железы, один вход которой связан с выходом позиционно-чувствительного рентгеновского приемника, а другой - с выходом синхронизации сканирующего агрегата, и систему обработки и визуализации составного изображения железы, вход которой соединен с входом цифровой системы компоновки изображения железы, многострочные матричные твердотельные сенсоры рентгеновского излучения выполнены квантово-чувствительными с прямым преобразованием, каждая микросхема считывания электрического сигнала содержит блоки канала регистрации квантов, число которых соответствует числу подключаемых к ней чувствительных элементов твердотельного сенсора, при этом каждый капал регистрации квантов содержит предусилитель со схемой компенсации темпового тока сенсора, вход которого соединен с выходом соответствующего чувствительного элемента сенсора, по меньшей мере один компаратор, один из входов которого подключен к выходу предусилителя, а второй вход подключен к блоку формирования порогового потенциала, по меньшей мере один счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу соответствующего компаратора, вход управления - к общему для всех каналов блоку управления, а выход - к общему для всех каналов блоку вывода данных, выход которого является выходом микросхемы считывания электрического сигнала, при этом вход блока вывода данных подключен к одному из выходов блока управления, другой выход которого подключен ко входу блока формирования порогового потенциала, вход которого является входом управления режимами работы микросхемы

Новым в заявляемом цифровом сканирующем маммографе является то, что многострочные матричные твердотельные сенсоры рентгеновского излучения выполнены квантово-чувствительными с прямым преобразованием, каждая микросхема считывания электрического сигнала содержит блоки канала регистрации квантов, число которых соответствует числу подключаемых к ней чувствительных элементов твердотельного сенсора, при этом каждый канал регистрации квантов содержит предусилитель со схемой компенсации темпового тока сенсора, вход которого соединен с выходом соответствующего чувствительного элемента сенсора, по меньшей мере один компаратор, один из входов которого подключен к выходу предусилителя, а второй вход подключен к блоку формирования порогового потенциала, по меньшей мере один счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу соответствующего компаратора, вход управления - к общему для всех каналов блоку управления, а выход - к общему для всех каналов блоку вывода данных, выход которого является выходом микросхемы считывания электрического сигнала, при этом вход блока вывода данных подключен к одному из выходов блока управления, другой выход которого подключен ко входу блока формирования порогового потенциала, вход которого является входом управления режимами работы микросхемы

Таким образом, в предлагаемой полезной модели позиционно-чувствительный рентгеновский приемник, работает в режиме счета единичных квантов. Использование в маммографе квантово-чувствительного рентгеновского приемника с прямым преобразованием энергии рентгеновского излучения в электрический сигнал, позволяет получать такое изображение исследуемого объекта в рентгеновских лучах, в котором яркость элемента изображения (пикселя) определяется не количеством энергии рентгеновского излучения, поглощенной в чувствительном элементе матричного многострочного твердотельного сенсора, а количеством рентгеновских квантов, энергия которых находится в диапазоне, задаваемым системой компоновки изображения.

Такой способ формирования изображения позволяет:

- исключить влияние рассеянного излучения без применения дополнительных фильтров и сеток, ухудшающих контраст и четкость изображения;

- проводить исследования по методике двухэнергетической маммографии за одно обследование.

Применение квантово-чувствительного рентгеновского сенсора с прямым преобразованием позволяет исключить потери сигнала связанные с промежуточным преобразованием рентгеновского излучения в свет и, тем самым повысить эффективность регистрации рентгеновского излучения и, как следствие, увеличить контрастную чувствительность маммографа.

На фигуре 1 приведена схема цифрового сканирующего маммографа. Маммограф содержит источник рентгеновского излучения 1 на основе рентгеновской трубки, систему рентгеновской коллимирующей оптики 2, компрессионный агрегат 3 для ограничения подвижности молочной железы 4 пациента, позиционно-чувствительный приемник рентгеновского излучения 5, сканирующий агрегат 6 для одновременного перемещения источника излучения 1, системы рентгеновской коллимирующей оптики 2 и позиционно-чувствительного приемника рентгеновского излучения 5, систему 7 компоновки составного изображения железы по результатам сканирования и систему 8 обработки и визуализации составного изображения железы.

К источнику рентгеновского излучения 1 на основе рентгеновской трубки присоединена система рентгеновской коллимирующей оптики 2, вход которой ориентирован на действительное фокусное пятно рентгеновской трубки источника, а выход направлен на входное окно позиционно-чувствительного приемника рентгеновского излучения 5 и имеет профиль, соответствующий профилю чувствительной области позиционно-чувствительного приемника рентгеновского излучения 5.

Позиционно-чувствительный приемник рентгеновского излучения 5, структура которого приведена на фигуре 2, расположен за компрессионным агрегатом 3 и содержит многострочные матричные квантово-чувствительные твердотельные сенсоры рентгеновского излучения с прямым преобразованием 9, соединенные через индиевые столбики 10 с микросхемами считывания электрического сигнала с чувствительных элементов сенсора 11, выход которых является выходом приемника 5. Выход позиционно-чувствительного приемника рентгеновского излучения 5 присоединен ко входу системы 7 компоновки составного изображения. Источник излучения 1, система рентгеновской коллимирующей оптики 2 и позиционно-чувствительный приемник рентгеновского излучения 5 связаны между собой сканирующим агрегатом 6, который обеспечивает их механическое перемещение и вырабатывает сигналы синхронизации. Выход синхронизации сканирующего агрегата 6 соединен со входом системы компоновки составного изображения 7, выход которой связан со входом системы обработки и визуализации изображений 8, выполненной на основе персонального компьютера (ПК) и видеоконтрольного устройства (ВКУ). Система компоновки составного изображения 7 выполнена с использованием методов и элементной базы цифровой техники - процессора, усилителей и интерфейса для обмена информацией с ПК и ВКУ системы обработки и визуализации изображений 8.

Структура микросхемы считывания 11, входящей в состав приемника рентгеновского излучения 5 приведена на фигуре 3. Микросхема 11 содержит блоки канала регистрации квантов 18, число которых соответствует числу подключаемых к микросхеме 11 чувствительных элементов сенсора 9. Каждый канал регистрации квантов 18 содержит предусилитель 12, вход которого соединяется с выходом чувствительного элемента сенсора 9, а выход подключается к одному из входов компаратора 13. Количество компараторов в канале 18 определяется числом зон, на которые делятся по энергии все регистрируемые кванты. Второй вход каждого компаратора подключен соответствующему выходу блока формирования порогового потенциала 16. Выход каждого компаратора подключен к тактовому входу соответствующего счетчика 14. Выходы счетчиков 14 являются выходами канала 18 и подключены к входу блока вывода данных 15. Блок управления 17 своими выходами подключен к управляющим входам блоков 15, 16, 18 и управляет работой микросхемы в, соответствии с сигналами, поступающими на ее входы с системы компоновки составного изображения 7.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от фокусного пятна рентгеновской трубки источника излучения 1 попадает на вход рентгеновской коллимирующей оптики 2, на выходе коллимирующей оптики 2 формируется пучок рентеговского излучения, профиль которого, соответствует профилю чувствительной области приемника рентгеновского излучения 5. Рентгеновское излучение с выхода коллимирующей оптики 2 проникает через молочную железу 4, закрепленную компрессионным агрегатом 3, и попадает на входное окно приемника излучения 5. Прошедшее через молочную железу 4 излучение поглощается в чувствительных элементах многострочного матричного твердотельного сенсора 9 позиционно-чувствительного приемника рентгеновского излучения 5, каждый поглощенный квант рентгеновского излучения преобразуется чувствительным элементом сенсора 9 в токовый импульс, электрический заряд которого пропорционален энергии поглощенного кванта рентгеновского излучения. Сигнал с выхода чувствительного элемента сенсора 9 поступает на вход микросхемы считывания 11, который соединен со входом предусилителя 12, в котором выполняется вычитание из сигнала вырабатываемого чувствительным элементом сенсора 9 темнового тока, выделение, усиление и преобразование токового импульса вызванного регистрацией рентгеновского кванта в импульс напряжения с длительностью пригодной для его уверенной регистрации компараторами 13 и амплитудой пропорциональной заряду поступившего на его вход токового импульса. С выхода предусилителя 12 сигнал поступает на один из входов компараторов 13 и если амплитуда импульса превышает порог, установленный на втором входе компаратора, то на его выходе формируется импульс, который вызывает увеличение показаний счетчика 14 на 1. Следовательно, в счетчиках 14 фиксируется число квантов, энергия которых превысила заданный опорным напряжением на входе соответствующего компаратора 13 порог. Таким образом, в каждом чувствительном элементе сенсора 9 приемника 5 в микросхеме 11 производится подсчет количества импульсов тока, заряд которых превышает заданный системой компоновки составного изображения 7 уровень, а при наличии нескольких заданных уровней - для каждого уровня в отдельности. Минимальный уровень энергии регистрируемых квантов рентгеновского излучения устанавливается таким, чтобы он превышал уровень энергии квантов рассеянного излучения. Таким образом, кванты рассеянного излучения не регистрируются позиционно-чувствительным приемником рентгеновского излучения 5. Информация о подсчитанном количестве квантов зарегистрированных в каждом чувствительном элементе многострочного матричного твердотельного сенсора 9 из микросхемы считывания 11 позиционно-чувствительного приемника рентгеновского излучения 5 передается в систему компоновки составного изображения 7, где компонуется составное изображение, которое после его обработки в системе обработки и визуализации изображений 8 может быть представлено на экране ВКУ. Яркость каждого элемента изображения (пикселя), формируемого на экране ВКУ, определяется количеством квантов рентгеновского излучения, зарегистрированных соответствующим чувствительным элементом многострочного матричного твердотельного сенсора позиционно-чувствительного приемника рентгеновского излучения.

В предлагаемом устройстве в отличие от прототипа приемник излучения выполнен таким образом, что электрический сигнал на его выходе формируется многострочным матричным твердотельным сенсором позиционно-чувствительного приемника рентгеновского излучения без использования промежуточного преобразования в свет, и, соответственно, без потерь связанных с этим преобразованием. Кроме того, в отличие от прототипа, рентгеновский приемник выполнен таким образом, что обеспечивает подсчет количества рентгеновских квантов, приходящихся на каждый элемент (пиксель) формируемого изображения и энергия которых превышает заданный уровень или уровни. Таким образом, рентгеновский приемник заявленного цифрового сканирующего маммографа позволяет проводить «отсечку» рассеянного излучения без использования дополнительных фильтров и сеток, уменьшающих контраст и четкость изображения, путем установки нижнего порогового уровня регистрируемой энергии рентгеновских квантов, превышающего энергию квантов рассеянного излучения. Следовательно, контрастная чувствительность заявляемого цифрового сканирующего маммографа будет выше, чем у прототипа.

Использование нескольких компараторов и счетчиков в структуре канала регистрации квантов микросхемы считывания рентгеновского приемника позволяет производить селекцию регистрируемых квантов по их энергиям за одну экспозицию, в следствии чего для проведения исследования по методике двухэнергетической маммографии требуется только одно обследование, что приводит к снижению дозовой нагрузки на пациента и к увеличению вероятности выявления заболевания на ранней стадии.

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:

1. Патент США N 4998270 3/1991 Scheid et al. 378/37.

2. Патент США N 5844242 12/1998. Jalink Jr. et al.

3. Патент США N 5526394 6/1996 Siczek B. et al.

Приложение

Фиг. 1 - Схема цифрового сканирующего маммографа

Фиг. 2 - Конструкция рентгеновского приемника

Фиг 3 - Структурная схема микросхемы считывания

Claims (1)

1. Цифровой сканирующий маммограф, содержащий сканирующий агрегат, связанный с источником рентгеновского излучения на основе рентгеновской трубки, позиционно-чувствительным приемником рентгеновского излучения, включающим многострочные матричные твердотельные сенсоры рентгеновского излучения и многоканальные микросхемы считывания электрического сигнала, системой рентгеновской коллимирующей оптики, вход которой ориентирован на действительное фокусное пятно рентгеновской трубки, а выход направлен на входное окно позиционно-чувствительного рентгеновского приемника и имеет профиль, соответствующий профилю чувствительной области позиционно-чувствительного рентгеновского приемника, и компрессионным агрегатом, цифровую систему компоновки изображения железы, один вход которой связан с выходом позиционно-чувствительного рентгеновского приемника, а другой - с выходом синхронизации сканирующего агрегата, и систему обработки и визуализации составного изображения железы, вход которой соединен с входом цифровой системы компоновки изображения железы, отличающийся тем, что многострочные матричные твердотельные сенсоры рентгеновского излучения выполнены квантово-чувствительными с прямым преобразованием, каждая микросхема считывания электрического сигнала содержит блоки канала регистрации квантов, число которых соответствует числу подключаемых к ней чувствительных элементов твердотельного сенсора, при этом каждый канал регистрации квантов содержит предусилитель со схемой компенсации темпового тока сенсора, вход которого соединен с выходом соответствующего чувствительного элемента сенсора, по меньшей мере один компаратор, один из входов которого подключен к выходу предусилителя, а второй вход подключен к блоку формирования порогового потенциала, по меньшей мере один счетчик импульсов, счетный вход которого подключен к выходу соответствующего компаратора, вход управления - к общему для всех каналов блоку управления, а выход - к общему для всех каналов блоку вывода данных, выход которого является выходом микросхемы считывания электрического сигнала, при этом вход блока вывода данных подключен к одному из выходов блока управления, другой выход которого подключен ко входу блока формирования порогового потенциала, вход которого является входом управления режимами работы микросхемы.

   

Images