RU2103920C1 - Computer tomograph - Google Patents
Computer tomograph Download PDFInfo
- Publication number
- RU2103920C1 RU2103920C1 RU95113288A RU95113288A RU2103920C1 RU 2103920 C1 RU2103920 C1 RU 2103920C1 RU 95113288 A RU95113288 A RU 95113288A RU 95113288 A RU95113288 A RU 95113288A RU 2103920 C1 RU2103920 C1 RU 2103920C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- computer
- outputs
- frequency
- excitation source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и может использоваться для томографического исследования объектов и медицинской диагностики при различных заболеваниях человека, а также для лечения ряда заболеваний и контроля внутренних температурных градиентов в процессе гипертермии. The invention relates to non-destructive testing and can be used for tomographic examination of objects and medical diagnostics for various human diseases, as well as for the treatment of a number of diseases and control of internal temperature gradients in the process of hyperthermia.
Известно устройство, реализующее способ СВЧ томографического исследования объекта [2]. Устройство содержит резонатор 1, возбуждающие элементы 2, передающее устройство 6, приемные устройства 5, устройство выделения сигнала 7, регистрирующее устройство 8. В резонатор 1 помещают исследуемый объект, при этом предварительно регистрируют спектр электромагнитных колебаний резонатора без объекта, затем - с объектом. A device is known that implements a method of microwave tomographic examination of an object [2]. The device contains a resonator 1, exciting elements 2, a transmitting device 6, receiving devices 5, a signal extraction device 7, a recording device 8. An object under investigation is placed in the resonator 1, and the spectrum of electromagnetic oscillations of the resonator without an object is pre-recorded, then with the object.
Недостатком устройства является то, что оно не может быть использовано для исследования внутренних органов человека в связи с большим затуханием сигнала в теле человека. В СВЧ-диапазоне это объясняется тем, что θo/θm < 1, где θo - собственная добротность резонатора с объектом; θm - нагруженная добротность резонатора.The disadvantage of this device is that it cannot be used to study the internal organs of a person due to the large attenuation of the signal in the human body. In the microwave range, this is explained by the fact that θ o / θ m <1, where θ o is the intrinsic Q factor of the resonator with the object; θ m is the loaded Q-factor of the resonator.
Кроме того, устройство принципиально не может обеспечить получение информации для решения трехмерной задачи реконструкции и не имеет возможности локального внутреннего нагрева исследуемого объекта и контроля градиента температуры внутренних органов человека. In addition, the device fundamentally cannot provide information for solving the three-dimensional reconstruction problem and does not have the ability to locally heat the object under study and control the temperature gradient of the internal organs of a person.
Наиболее близким по технической сущности является рентгеновский компьютерный томограф [1] , содержащий соосно установленный корпус, измерительную камеру, между которыми с возможностью вращения относительно продольной оси установлен каркас с размещенными на нем источниками излучения с веерной диаграммой направленности, L-приемников излучения, жестко размещенных по периметру между измерительной камерой и корпусом, при этом выводы приемников через многоканальное регистрирующее устройство подсоединены к устройству отработки и отображения информации, а один из выходов компьютера через исполнительное устройство соединен с каркасом. The closest in technical essence is an X-ray computer tomograph [1], containing a coaxially mounted housing, a measuring chamber, between which a frame with radiation sources with a fan radiation pattern, L-radiation receivers rigidly placed along the perimeter between the measuring chamber and the housing, while the terminals of the receivers are connected to the testing device through a multi-channel recording device and displayed information, and one of the outputs of the computer through the actuator is connected to the frame.
Приемники рентгеновского излучения детектируют принятые сигналы. Результаты измерений, полученные с детекторов, математически обрабатываются для получения пространственного распределения затухания, которое визуализируется, например, на компьютере либо видеоматрице. X-ray receivers detect received signals. The measurement results obtained from the detectors are mathematically processed to obtain the spatial distribution of the attenuation, which is visualized, for example, on a computer or video matrix.
Недостатком этого устройства является то, что оно обеспечивает визуализацию внутреннего строения биологических объектов путем измерения плотности ткани. Таким образом, наличие резкого изменения плотности на пути распространения луча (например, наличие костей) приводят к неустранимым артефактам (искажениям). Это связано с тем, что при обработке результатов измерения не учитывается эффект трехмерного рассеяния распространяющегося луча. The disadvantage of this device is that it provides a visualization of the internal structure of biological objects by measuring tissue density. Thus, the presence of a sharp change in the density along the path of the beam (for example, the presence of bones) leads to irreparable artifacts (distortions). This is due to the fact that the processing of measurement results does not take into account the effect of three-dimensional scattering of the propagating beam.
В ряде случаев общее затухание луча за счет эффекта рассеяния настолько велико, что за таким препятствием сигнал практически отсутствует. In some cases, the total beam attenuation due to the scattering effect is so great that there is practically no signal behind such an obstacle.
Кроме того, результат измерений не зависит от изменения температуры внутренних органов, что часто необходимо знать для медицинской диагностики внутренних органов. In addition, the measurement result does not depend on changes in the temperature of internal organs, which is often necessary to know for medical diagnosis of internal organs.
Так для рентгеновского томографа результат измерения связан с температурой соотношением
ρ(t°) = ρo(1 - βt°),
где β - коэффициент объемного теплового расширения ( βmax =0,001 1/град);
to - температура, oC;
ρ - плотность ткани.So for an X-ray tomograph, the measurement result is related to temperature by the ratio
ρ (t ° ) = ρ o (1 - βt ° ),
where β is the coefficient of volumetric thermal expansion (β max = 0.001 1 / deg);
t o - temperature, o C;
ρ is the tissue density.
При требуемой температурной чувствительности в 1oC необходимо фиксировать изменение ρ менее 0,1%, что практически недостижимо.With the required temperature sensitivity of 1 o C, it is necessary to record a change in ρ of less than 0.1%, which is practically unattainable.
Рентгеновский томограф обеспечивает визуализацию внутреннего строения человека на основе измерения затухания в каждом лучевом направлении. An X-ray tomograph provides visualization of the internal structure of a person based on the measurement of attenuation in each radiation direction.
Причем чем больше совокупное число лучей, пересекающих исследуемое тело в различных направлениях, тем выше пространственное разрешение при визуализации изображения. Общее число лучей в рассмотренном томографе составляет
M=L•N•m,
где N - число экспозиций (число положений передающих излучателей);
L - число приемных детекторов в каждой экспозиции;
m - число одновременно работающих излучателей.Moreover, the larger the total number of rays crossing the body under study in different directions, the higher the spatial resolution when rendering the image. The total number of rays in the considered tomograph is
M = L • N • m,
where N is the number of exposures (the number of positions of transmitting emitters);
L is the number of receiving detectors in each exposure;
m is the number of simultaneously operating emitters.
Потенциальная разрешающая способность томографа составит
где S - площадь квадрата, в который вписано исследуемое тело;
M - общее число лучей.The potential resolution of the tomograph is
where S is the area of the square into which the investigated body is inscribed;
M is the total number of rays.
Рентгеновский томограф обеспечивает визуализацию среза исследуемого объекта, толщина которого составляет несколько миллиметров и равна толщине луча. An X-ray tomograph provides visualization of a slice of an object under study, the thickness of which is several millimeters and is equal to the thickness of the beam.
Недостатками рентгеновского томографа являются:
- практическая нечувствительность к внутренним температурным градиентам;
- невозможность учета рассеянных полей, что не позволяет проводить диагностику тканей, прилегающих к скелету человека;
- невозможность использования для лечения.The disadvantages of an x-ray tomograph are:
- practical insensitivity to internal temperature gradients;
- the impossibility of accounting for scattered fields, which does not allow the diagnosis of tissues adjacent to the human skeleton;
- the inability to use for treatment.
Технический эффект, который может быть достигнут при использовании предлагаемого компьютерного томографа заключается в том, что он:
- обеспечивает визуализацию трехмерных объектов;
- чувствителен к температурным градиентам внутренних органов;
- обеспечивает диагностику тканей, прилегающих к скелету;
- может быть использован для лечения в процессе гипертермии.The technical effect that can be achieved using the proposed computed tomography device is that it:
- provides visualization of three-dimensional objects;
- sensitive to temperature gradients of internal organs;
- provides diagnostics of tissues adjacent to the skeleton;
- can be used for treatment in the process of hyperthermia.
На чертеже изображена общая схема компьютерного томографа, где: 1 - корпус, 2 - измерительная камера, 3 - корпус, 4 - источники излучения с веерной диаграммой направленности, 5 - приемные устройства, 6 - согласующая жидкость, 7 - измеряемый объект, 8 - резервуар, 9 - источник возбуждения СВЧ-энергии на частоте F1 с горизонтальной поляризацией волны, 10 - источник возбуждения СВЧ-энергии на частоте F2 с вертикальной поляризацией волны, 11 - многоканальное регистрирующее устройство, 12 - компьютер, 13 - блок управления делителей и фазовращателей, 14 - первое исполнительное устройство, 15 - второе исполнительное устройство, 16 - рама. The drawing shows the general diagram of a computer tomograph, where: 1 - housing, 2 - measuring chamber, 3 - housing, 4 - radiation sources with a fan radiation pattern, 5 - receiving devices, 6 - matching fluid, 7 - measured object, 8 - reservoir , 9 - a source of excitation of microwave energy at a frequency of F1 with horizontal wave polarization, 10 - a source of excitation of microwave energy at a frequency of F2 with vertical polarization of a wave, 11 - a multi-channel recording device, 12 - a computer, 13 - a control unit for dividers and phase shifters, 14 - first use itelnoe device, 15 - second actuating device 16 - the frame.
Компьютерный томограф, содержит соосно установленные корпус 1, измерительную камеру 2, закрепленную на корпусе 1, каркас 3, установленный внутри корпуса 1 с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, K источников излучения с веерной диаграммой направленности 4, жестко установленные на раме 16, L приемных устройств 5, установленных по периметру измерительной камеры 2, источник возбуждения СВЧ-энергии на частоте F1 с горизонтальной поляризацией волны 9, источник возбуждения СВЧ-энергии на частоте F2 с вертикальной поляризацией волны 10, многоканальное регистрирующее устройство 11, выход которого подключен к входу компьютера 12, блок управляемых делителей и фазовращателей 13, каждый из m-входов которого соответственно соединен с каждым из m-выходов источника возбуждения СВЧ-энергии на частоте F1 с горизонтальной поляризацией волны 9, а каждый из m-выходов блока управляемых делителей и фазовращателей 13 соединен с соответствующим входом каждого из K источников излучения с веерной диаграммой направленности 4, при этом k-m входов источников излучения с веерной диаграммой направленности подключены соответственно к каждому из n-выходов источника возбуждения СВЧ-энергии на частоте F2 с вертикальной поляризацией волны 10, опорные выходы которых подключены к соответствующим опорным входам многоканального регистрирующего устройства 11, входы которого соединены с каждым выходом приемного устройства 5, при этом управляющий выход компьютера 12, подключен к управляющему входу блока управляемых делителей и фазовращателей 13 и к управляющему входу источника возбуждения СВЧ-энергии на частоте F1 с горизонтальной поляризацией волны, второй управляющий выход компьютера 12 через первое исполнительное устройство 14 кинематически связан с рамой 16, а третий управляющий выход компьютера 12 через второе исполнительное устройство кинематически связан с каркасом 3, при этом внутри измерительной камеры 2, выполненной из диэлектрического материала, установлен резервуар 8, выполненный из эластичного диэлектрического материала в виде тора, заполненного согласующей жидкостью 6, при этом внутри резервуара 8 расположен измеряемый объект 7. A computed tomograph contains a coaxially mounted housing 1, a measuring chamber 2 mounted on the housing 1, a frame 3 mounted inside the housing 1 with the possibility of rotation around a vertical axis, K radiation sources with a fan radiation pattern 4, rigidly mounted on the frame 16, L receiving devices 5, installed around the perimeter of the measuring chamber 2, the source of excitation of microwave energy at a frequency F1 with horizontal polarization of wave 9, the source of excitation of microwave energy at a frequency F2 with vertical polarization of wave 10, is many a channel recording device 11, the output of which is connected to the input of a computer 12, a unit of controlled dividers and phase shifters 13, each of the m-inputs of which is respectively connected to each of the m-outputs of a microwave energy excitation source at a frequency F1 with a horizontal polarization of wave 9, and each from the m-outputs of the block of controlled dividers and phase shifters 13 connected to the corresponding input of each of K radiation sources with a fan radiation pattern 4, while km of inputs of radiation sources with a fan radiation pattern p Connected respectively to each of the n-outputs of the microwave energy excitation source at a frequency F2 with vertical polarization of wave 10, the reference outputs of which are connected to the corresponding reference inputs of the multi-channel recording device 11, the inputs of which are connected to each output of the receiving device 5, while the control output of the computer 12, is connected to the control input of the unit of controlled dividers and phase shifters 13 and to the control input of the microwave energy excitation source at frequency F1 with horizontal wave polarization, W The second control output of the computer 12 through the first actuator 14 is kinematically connected to the frame 16, and the third control output of the computer 12 through the second actuator is kinematically connected to the frame 3, while inside the measuring chamber 2, made of dielectric material, a tank 8 is made of elastic dielectric material in the form of a torus filled with matching fluid 6, while the measured object 7 is located inside the reservoir 8.
Компьютерный томограф работает следующим образом. Computed tomography works as follows.
Первоначально производится калибровка. Для этого внутри измерительной камеры 2 соосно помещается однородный диэлектрический объект цилиндрической формы (ф ≃ 350 мм) с известным значением диэлектрической проницаемости . В резервуар 8 поступает согласующая жидкость 6, которая создает избыточное давление, достаточное для плотного прилегания эластичных стенок резервуара к диэлектрическому объекту. При этом диэлектрическая проницаемость согласующей жидкости должна быть заранее известна. Идеальным случаем является
,
где - усредненная проницаемость тела человека.Calibration is initially performed. For this, a homogeneous cylindrical dielectric object (f ≃ 350 mm) with a known dielectric constant is coaxially placed inside the measuring chamber 2 . The matching fluid 6 enters the reservoir 8, which creates an excess pressure sufficient for the elastic walls of the reservoir to fit snugly against the dielectric object. In this case, the dielectric constant of the matching fluid must be known in advance. The ideal case is
,
Where - the average permeability of the human body.
От источника возбуждения СВЧ-энергии с вертикальной поляризацией волны 10, работающего на частоте F2, в котором образовано n идентичных каналов, поступают зондирующие сигналы на источники излучения с веерной диаграммой направленности 4. Зондирующие сигналы каждого из n-каналов имеют независимый друг от друга закон модуляции. Каждый зондирующий сигнал поступает на один из входов источника излучения с веерной диаграммой направленности 4. Источники излучения с веерной диаграммой направленности 4, установлены на каркасе 3 и прилегают раскрывами к внешней стенке измерительной камеры 2. При этом зондирующие сигналы распространяются в направлении приемных устройств 5, которые установлены на раме 16, закрепленной на каркасе 3 с возможностью вертикального перемещения. Все зондирующие сигналы имеют вертикальную поляризацию электромагнитного поля. При распространении каждый зондирующий сигнал приобретает дополнительный фазовый сдвиг и затухает по амплитуде в соответствии с величиной и величиной . Приемные устройства 5, число которых L, воспринимают вертикальную составляющую электромагнитного поля всех зондирующих сигналов, которые после преобразования на промежуточную частоту поступают в многоканальное регистрирующее устройство 11. В многоканальном регистрирующем устройстве 11 осуществляется их детектирование путем свертки со своим опорным сигналом (со своей копией), поступающим от соответствующего канала источника 10 возбуждения СВЧ-энергии на частоте F2 с вертикальной поляризацией волны 10. В результате детектирования регистрируются постоянные напряжения Re E
Перед исследованием пациента часть согласующей жидкости 6 удаляется из резервуара 8 для снятия избыточного давления. Калибровочный объект удаляется и вместо него помещается пациент. В резервуаре 8 вновь создается избыточное давление, достаточное для плотного прилегания стенок резервуара 8 к телу пациента. Плоскость исследуемого сечения тела пациента должна совпадать с плоскостью симметрии диаграммы направленности источников излучения с веерной диаграммой направленности 4. Далее процесс исследования полностью аналогичен процессу калибровки. В результате в компьютере 12 накапливаются измерения Re E
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95113288A RU2103920C1 (en) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | Computer tomograph |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU95113288A RU2103920C1 (en) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | Computer tomograph |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU95113288A RU95113288A (en) | 1997-09-10 |
RU2103920C1 true RU2103920C1 (en) | 1998-02-10 |
Family
ID=20170673
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU95113288A RU2103920C1 (en) | 1995-08-02 | 1995-08-02 | Computer tomograph |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2103920C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491578C1 (en) * | 2009-07-24 | 2013-08-27 | Кэнон Кабусики Кайся | X-ray imaging device and x-ray imaging method |
RU2530659C2 (en) * | 2012-08-08 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" | Ultrtasonic tomograph |
RU2550686C1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-05-10 | Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Красноярский Государственный Медицинский Университет Имени Профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого Министерства Здравоохранения Российской Федерации" | Method for measuring curvature of root canal of tooth |
-
1995
- 1995-08-02 RU RU95113288A patent/RU2103920C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2491578C1 (en) * | 2009-07-24 | 2013-08-27 | Кэнон Кабусики Кайся | X-ray imaging device and x-ray imaging method |
RU2530659C2 (en) * | 2012-08-08 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" | Ultrtasonic tomograph |
RU2550686C1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-05-10 | Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Красноярский Государственный Медицинский Университет Имени Профессора В.Ф. Войно-Ясенецкого Министерства Здравоохранения Российской Федерации" | Method for measuring curvature of root canal of tooth |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4805627A (en) | Method and apparatus for identifying the distribution of the dielectric constants in an object | |
US6490471B2 (en) | Electromagnetical imaging and therapeutic (EMIT) systems | |
US4543959A (en) | Diagnosis apparatus and the determination of tissue structure and quality | |
US5042486A (en) | Catheter locatable with non-ionizing field and method for locating same | |
EP0558029B1 (en) | Apparatus for ultrasonic wave medical treatment using computed tomography | |
US7725167B2 (en) | Microwave imaging assisted ultrasonically | |
CN106821500B (en) | Navigation system for minimally invasive surgery | |
EP1857834A2 (en) | Ultrasound system for fusing an ultrasound image and an external medical image | |
CA2490065C (en) | System and method for analysis of a tissue | |
JP3976845B2 (en) | Magnetic resonance imaging system | |
JPH05344964A (en) | Ct scanner | |
RU2103920C1 (en) | Computer tomograph | |
EP0042255B1 (en) | Method and apparatus for nuclear magnetic resonance | |
JP5336731B2 (en) | Magnetic resonance imaging system | |
US5315628A (en) | Computer tomograph having means for displaying shadowgraphs | |
GB2030698A (en) | Medical diagnostic apparatus using combined X-ray and ultrasonic wave measurements | |
EP0041749A1 (en) | Medical radiation imaging apparatus | |
JPH0738849B2 (en) | NMR imaging device | |
RU2113820C1 (en) | Method and computer tomograph for performing medical intrascopy | |
JP2000300535A (en) | Time series temperature measuring method using mri apparatus | |
Pattanayak et al. | Image and Signal Processing in E-Health Applications | |
Nguyen et al. | Ultrasound tomography system using transmission and reflection mode with electronic scanning | |
Hashir et al. | Portable microwave head imaging device using low-cost vna | |
JPH03286743A (en) | Bone salt determination instrument | |
Shtefura et al. | rAdiOMeTriC MeThOd FOr ASSeSSing The dePTh OF TherMAl inJUrieS |