RU2172137C2 - Method for computer tomography and device for medical diagnosis - Google Patents
Method for computer tomography and device for medical diagnosis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2172137C2 RU2172137C2 RU98123870A RU98123870A RU2172137C2 RU 2172137 C2 RU2172137 C2 RU 2172137C2 RU 98123870 A RU98123870 A RU 98123870A RU 98123870 A RU98123870 A RU 98123870A RU 2172137 C2 RU2172137 C2 RU 2172137C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- imager
- slots
- information
- obturator
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области биологии и медицины и может быть использовано при диагностике заболеваний внутренних органов. The invention relates to the field of biology and medicine and can be used in the diagnosis of diseases of internal organs.
Известен способ (1, пат. РФ N 2078540 от 04.08.92 г., A 61 B 6/03) рентгеновской томографии, заключающийся в просвечивании рентгеновским излучением биообъекта и получении его изображения на носителе информации, например фотопленке, при этом сканирование осуществляют посредством отклонения рентгеновской трубки, а рабочий пучок рентгеновских лучей пропускают через шторки дополнительной диафрагмы, причем раскрытие шторок осуществляют синхронно и пропорционально углу отклонения рентгеновской трубки от горизонтального положения. Этот способ позволяет добиться некоторого снижения дозовой нагрузки на диагностируемый объект при использовании в качестве носителя информации фотопленки, обладающей сравнительно узким диапазоном регистрации, но не может быть эффективно использован при применении быстродействующего широкодиапазонного цифрового преобразователя рентгеновского изображения. The known method (1, Pat. RF N 2078540 from 08/04/92, A 61
Известен способ (2, пат. РФ N 2098795 от 27.10.94 г., G 01 N 23/00) вычислительной томографии, характеризующийся тем, что пучок от точечного источника излучения направляют через объект контроля, совершающий сканирование, на линейную матрицу детекторов, регистрируют интенсивность излучения в каждом из детекторов матрицы, обрабатывают полученную информацию в ЭВМ и восстанавливают внутреннюю структуру объекта контроля. Особенностью способа 2 является калибровка системы путем вывода матрицы из "тени" диагностируемого объекта. A known method (2, US Pat. RF N 2098795 from 10.27.94, G 01 N 23/00) of computed tomography, characterized in that the beam from a point radiation source is sent through a control object that scans to the linear array of detectors, register the radiation intensity in each of the matrix detectors, process the received information in a computer and restore the internal structure of the control object. A feature of method 2 is the calibration of the system by deriving the matrix from the "shadow" of the diagnosed object.
Способ сканирования тела (3, пат. США N 5.404,387 от 04.04.95 г., H 05 G 1/42), частично сходный со способом 2, отличается тем, что пучок рентгеновского излучения направляют через коллиматор, который содержит ряд раздельных параллельных пластин, т.е. на диагностируемый объект попадает несколько параллельных пучков излучения. The body scanning method (3, US Pat. No. 5,404,387 dated 04/04/95, H 05 G 1/42), partially similar to method 2, is characterized in that the x-ray beam is directed through a collimator, which contains a number of separate parallel plates i.e. several parallel beams of radiation fall on the diagnosed object.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ, реализованный в рентгенографической установке (4, пат. РФ N 2098929 от 29.05.95 г. , H 05 G 1/26, A 61 В 6/00), заключающийся в коллимировании излучения от точечного источника в широкий веерный пучок с профилем, соответствующим размерам чувствительной к излучению поверхности многоэлементного позиционно-чувствительного формирователя изображения (МПФИ), относительном пошаговом перемещении источника излучения и диагностируемого объекта, проецировании прошедшего излучения на формирователь изображения и осуществлении обработки и визуализации полученной информации. The closest technical solution to the claimed method is a method implemented in a radiographic installation (4, US Pat. RF N 2098929 from 05.29.95, H 05 G 1/26, A 61
Общим недостатком перечисленных способов является большая дозовая нагрузка, связанная с непрерывным облучением диагностируемого объекта довольно широким пучком рентгеновского излучения. Недостаточная достоверность способа, связанная с неудовлетворительной разрешающей способностью устройств, реализующих перечисленные способы, является вторым существенным недостатком перечисленных способов. A common disadvantage of the above methods is the large dose load associated with the continuous exposure of the diagnosed object to a fairly wide beam of x-ray radiation. The lack of reliability of the method associated with the poor resolution of devices that implement the above methods is the second significant drawback of these methods.
В известных цифровых рентгеновских установках для маммографии (5, 6, пат. США N 5584292 от 17.12.96 г., 600/567 и N 5715292 от 02.03.98 г., G O1 Т 1/20), содержащих источник рентгеновского излучения, ПЗС-матрицу, блок управления считыванием и блок обработки информации, решаются задачи усиления изображения благодаря использованию сцинтилляционного материала, расположенного на чувствительной поверхности ПЗС-матрицы и использованию волоконно-оптических соединителей. Перечисленные устройства, содержащие ПЗС-матрицу в качестве формирователя видеоизображений, предназначены для получения плоских изображений неподвижных объектов. При использовании их для целей томографии, т.е. для получения информации при перемещении источника излучения относительно объекта сканирования, они характеризуются невысоким пространственным разрешением, связанным с явлением "смаза", характерного для ПЗС-матрицы искажения сигналов изображения, изменяющегося в процессе регистрации. Уменьшение влияния "смаза" в известных способах достигается только при снижении быстродействия, из-за чего увеличивается продолжительность процедуры томографирования и, таким образом, увеличивается дозовая нагрузка на диагностируемый объект. In known digital x-ray installations for mammography (5, 6, US Pat. N 5584292 dated 12/17/96, 600/567 and N 5715292 03/02/98, G O1 T 1/20), containing a source of x-ray radiation, The CCD matrix, the reading control unit and the information processing unit, solve the problems of image amplification by using scintillation material located on the sensitive surface of the CCD matrix and using fiber optic connectors. The listed devices containing a CCD matrix as a video imager are designed to obtain flat images of stationary objects. When used for tomography purposes, i.e. to obtain information when moving the radiation source relative to the scanning object, they are characterized by a low spatial resolution associated with the “blur” phenomenon, which is characteristic of the CCD matrix of image signal distortion, which changes during registration. Reducing the effect of "grease" in the known methods is achieved only with a decrease in speed, which increases the duration of the tomography procedure and, thus, increases the dose load on the diagnosed object.
Известен также рентгеновский вычислительный томограф (7, пат. РФ N 2098796, от 29.04.96 г. , G 01 N 23/00), содержащий расположенный по одну сторону от диагностируемого объекта источник излучения с коллиматором, по другую - детектор излучения с блоком вычислительной обработки, выход которого соединен с блоком воспроизведения информации, блок сканирования, причем источник излучения выполнен в виде рентгеновской трубки с однострочной разверткой электронного луча и прострельной мишенью с чередующимися вставками из поглощающего материала, коллиматор выполнен в виде пластины с отверстиями, каждое из которых располагается напротив соответствующей вставки мишени, в результате чего формируется несколько параллельных веерных пучков по высоте диагностируемого объекта, детектор излучения выполнен в виде набора линейных детекторных матриц, располагаемых на пути веерных пучков, а блок электронно-вычислительной обработки подключен своими входами к каждому из детекторов матрицы. Also known is an X-ray computed tomograph (7, Pat. RF N 2098796, 04.29.96, G 01 N 23/00) containing a radiation source with a collimator located on one side of the diagnosed object, and a radiation detector with a computing unit on the other processing, the output of which is connected to the information reproducing unit, a scanning unit, the radiation source being made in the form of an X-ray tube with a single-line scanning of the electron beam and a shooting target with alternating inserts of absorbing material, the collimator flax in the form of a plate with holes, each of which is opposite the corresponding insert of the target, as a result of which several parallel fan beams are formed along the height of the diagnosed object, the radiation detector is made in the form of a set of linear detector matrices located on the path of the fan beams, and the electronic computing unit The processing is connected by its inputs to each of the matrix detectors.
Устройство (7) характеризуется достоверностью благодаря большому объему получаемой информации, однако сложность конструкции рентгеновской трубки и использование для облучения нескольких параллельных веерных пучков, повышающее дозовую нагрузку на диагностируемый объект, являются его существенными недостатками. The device (7) is characterized by reliability due to the large amount of information received, however, the complexity of the design of the x-ray tube and the use of several parallel fan beams for irradiation, which increases the dose load on the diagnosed object, are its significant disadvantages.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому устройству является устройство для медицинской диагностики (4), содержащее укрепленные на штативе рентгеновский излучатель с щелевым коллиматором, и многоэлементный позиционно-чувствительный формирователь изображения, блок управления считыванием, связанный с процессором, соединенным с монитором. The closest technical solution to the proposed device is a device for medical diagnostics (4), containing an x-ray emitter with a slit collimator mounted on a tripod, and a multi-element position-sensitive imaging unit, a readout control unit connected to a processor connected to the monitor.
Недостатком перечисленных способов и устройств является значительная дозовая нагрузка на диагностируемый объект, постоянно облучаемый в течение всего процесса томографирования как излучением от точечного источника, необходимым для получения изображения, так и рассеянным излучением. The disadvantage of the above methods and devices is a significant dose load on the diagnosed object, which is constantly irradiated during the entire tomography process with both radiation from a point source necessary to obtain an image and scattered radiation.
Другим недостатком известных устройств и способов является неудовлетворительная достоверность, связанная с недостаточной разрешающей способностью, ограничиваемой влиянием на МПФИ рассеянного излучения и, так называемым, сигналом "смаза", возникающим в МПФИ в моменты относительного перемещения источника излучения и объекта контроля. Уменьшение влияния "смаза" в известных способах достигается только при снижении быстродействия, что, в свою очередь, увеличивает дозовую нагрузку на пациента из-за увеличения времени его облучения. Another disadvantage of the known devices and methods is the unsatisfactory reliability associated with insufficient resolution, limited by the effect of scattered radiation on the MPPI and the so-called “smear” signal that occurs in the MPPI at the moments of relative movement of the radiation source and the control object. Reducing the effect of "lubricant" in the known methods is achieved only with a decrease in speed, which, in turn, increases the dose load on the patient due to an increase in the time of exposure.
Техническими результатами предлагаемого способа и устройства являются относительно низкая доза рентгеновского облучения, воздействующая на диагностируемый объект, более высокая достоверность получаемой информации, связанная с повышением разрешающей способности, относительная простота реализации конструкции. The technical results of the proposed method and device are a relatively low dose of x-ray radiation affecting the diagnosed object, higher reliability of the information received, associated with an increase in resolution, the relative ease of implementation of the design.
Технические результаты в способе вычислительной томографии, заключающемся в коллимировании излучения от точечного источника в широкий веерный пучок с профилем, соответствующим размерам чувствительной к излучению поверхности многоэлементного позиционно-чувствительного формирователя изображения, относительном пошаговом перемещении источника излучения и диагностируемого объекта, проецировании прошедшего излучения на формирователь изображения и осуществлении обработки и визуализации полученной информации, достигаются тем, что из широкого веерного пучка формируют узкий пучок излучения и осуществляют его развертку по чувствительной поверхности формирователя изображения посредством вращения непрозрачного для рентгеновских лучей обтюратора, снабженного щелями заранее заданной формы, при этом пошаговое относительное перемещение источника излучения и диагностируемого объекта, а также считывание информации с каждой части формирователя изображения после окончания экспонирования проводят во время прерывания пучка. Technical results in a computed tomography method consisting in collimating radiation from a point source into a wide fan beam with a profile corresponding to the dimensions of the radiation-sensitive surface of a multi-element position-sensitive imaging device, relative stepwise movement of the radiation source and the diagnosed object, projecting the transmitted radiation onto the imaging device and the implementation of the processing and visualization of the information obtained are achieved by the fact that from a wide fan beam, a narrow radiation beam is formed and it is scanned over the sensitive surface of the imaging device by rotating an obturator opaque to x-rays, provided with slots of a predetermined shape, with stepwise relative movement of the radiation source and the diagnosed object, as well as reading information from each part of the imaging device after exposure is carried out during interruption of the beam.
Технические преимущества в предлагаемом устройстве для медицинской диагностики, содержащем укрепленные на штативе рентгеновский излучатель с щелевым коллиматором, и многоэлементный позиционно-чувствительный формирователь изображения, блок управления считыванием, связанный с процессором, соединенным с монитором, достигаются тем, что блок управления считыванием подключен через блок синхронизации к приводу перемещения штатива с датчиком пространственного положения, входы блока управления считыванием соединены с процессором, выходы - с управляющими входами аналого-цифрового преобразователя и формирователя изображения, информационные выходы которого через последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь и блок запоминания подключены к процессору, между коллиматором и формирователем изображения на пути веерного пучка излучения установлен с возможностью вращения обтюратор, выполненный из непрозрачного для рентгеновского излучения материала, снабженный щелями заранее заданной формы и электроприводом с датчиком углового поворота, подключенным к блоку синхронизации. Technical advantages in the proposed device for medical diagnostics, comprising an x-ray emitter with a slit collimator mounted on a tripod, and a multi-element position-sensitive imager, a read control unit associated with a processor connected to the monitor, are achieved by the read control unit connected via a synchronization unit to a tripod movement drive with a spatial sensor, the inputs of the reading control unit are connected to the processor, the outputs - with control inputs of an analog-to-digital converter and an imager, the information outputs of which are connected to the processor through a series-connected analog-to-digital converter and a storage unit, and a shutter made of opaque for X-ray is rotatably mounted between the collimator and the image former on the path of the fan beam of radiation radiation of the material, equipped with slots of a predetermined shape and an electric drive with an angle rotation sensor connected to the bl ku synchronization.
Технические результаты достигаются также тем, что обтюратор выполнен с четным числом щелей при диаметрально противоположном их расположении относительно оси его вращения, при этом форма щелей выполнена с возможностью обеспечения при вращении обтюратора с постоянной угловой скоростью, одинакового времени экспонирования пучком излучения каждой части формирователя изображения. Technical results are also achieved by the fact that the obturator is made with an even number of slots with a diametrically opposite location relative to its axis of rotation, while the shape of the slots is configured to ensure that the obturator rotates at a constant angular velocity, the same exposure time of the radiation beam of each part of the imager.
Технические результаты достигаются также тем, что формирователь изображения, аналого-цифровой преобразователь и блок запоминания выполнены многосекционными. Technical results are also achieved by the fact that the imager, analog-to-digital Converter and the storage unit are made multi-section.
Существо изобретения заключается в том, что в предлагаемом устройстве обеспечено прерывистое облучение диагностируемого объекта узким пучком рентгеновского излучения, что существенно снижает дозовую нагрузку на диагностируемый объект и снимает фактор "смаза" в ПЗС-матрице, так как благодаря прерывистому облучению процессы накопления и считывания зарядов в ячейках ПЗС-матрицы не искажаются из-за движения излучателя и приемника излучения относительно диагностируемого объекта, а считывание информации осуществляется в интервалах прерывания облучения. The essence of the invention lies in the fact that the proposed device provides intermittent irradiation of the diagnosed object with a narrow beam of x-ray radiation, which significantly reduces the dose load on the diagnosed object and removes the “smear” factor in the CCD matrix, since due to intermittent irradiation, the processes of accumulation and reading of charges in the cells of the CCD matrix are not distorted due to the movement of the emitter and the radiation receiver relative to the diagnosed object, and information is read in the intervals of interruptions Bani irradiation.
Кроме того, предложенное выполнение обтюратора и постоянная скорость его вращения обеспечивают одинаковое время экспонирования для любого из элементов МПФИ в каждом цикле экспонирования, что существенно облегчает процесс калибровки чувствительности устройства и программно-математические процедуры обработки зарегистрированной информации, т.е. повышают достоверность полученной информации. In addition, the proposed implementation of the shutter and a constant speed of its rotation provide the same exposure time for any of the MPFI elements in each exposure cycle, which greatly facilitates the process of calibrating the sensitivity of the device and mathematical programming procedures for processing the recorded information, i.e. increase the reliability of the information received.
Предлагаемое техническое решение (способ и устройство) могут быть применены при использовании как рентгеновского, так и иного источника ионизирующего или электромагнитного излучения, пригодного для целей диагностики конкретного объекта. The proposed technical solution (method and device) can be applied using both x-ray and other sources of ionizing or electromagnetic radiation, suitable for the diagnosis of a particular object.
Предлагаемый способ может быть реализован с помощью устройства, функциональная схема которого показана на фиг. 1. Возможный вариант выполнения обтюратора представлен на фиг. 2. Временные диаграммы, характеризующие работу устройства, показаны на фиг. 3, на фиг. 4 представлен возможный вариант выполнения обтюратора, обеспечивающий одновременное экспонирование всех секций "фокон-ПЗС-матрица", образующих МПФИ. The proposed method can be implemented using a device whose functional diagram is shown in FIG. 1. A possible embodiment of the shutter is shown in FIG. 2. Timing diagrams characterizing the operation of the device are shown in FIG. 3, in FIG. 4 presents a possible embodiment of the shutter, providing simultaneous exposure of all sections of the focon-CCD matrix, forming the MPFI.
Принятые обозначения: рентгеновский излучатель 1 с высоковольтным источником, щелевой коллиматор 2, выполненный из непрозрачного для рентгеновского излучения материала и снабженный щелями заранее заданной формы обтюратор 3, электропривод обтюратора с датчиком углового поворота 4, многоэлементный позиционно-чувствительный формирователь сигналов изображения МПФИ 5, штатив 6, фиксирующий взаимное расположение рентгеновского излучателя, коллиматора, обтюратора и МПФИ, привод перемещения штатива с датчиком пространственного положения 7, блок синхронизации 8, блок управления 9 считыванием сигналов с МПФИ, аналого-цифровой преобразователь 10, блок запоминания 11, процессор 12 или персональный компьютер (ПК), блок визуализации - монитор 13. Пунктирными линиями условно показано расположение веерного пучка рентгеновского излучения, формируемого коллиматором 2, и расположение диагностируемого объекта. Accepted designations: an x-ray emitter 1 with a high-voltage source, a slit collimator 2, made of material opaque to the x-ray radiation and provided with slots of a predetermined shape, the
Механическая система сканирования, состоящая из штатива 6 и его привода 7, может быть выполнена как линейной (в направлении, перпендикулярном направлению щели коллиматора), так и круговой (при котором ось вращения системы излучатель-коллиматор-обтюратор-МПФИ параллельна направлению щели коллиматора). Привод штатива необходимо выполнять на основе шагового двигателя с датчиком перемещения. A mechanical scanning system, consisting of a
При линейном перемещении штатива получаемая с устройства информация достаточна для получения плоского теневого изображения диагностируемого объекта с использованием программно-математического обеспечения, обеспечивающего визуализацию полученной информации. При круговом вращении штатива после обработки полученной информации на ЭВМ может быть получено пространственное изображение диагностируемого объекта или любых его фрагментов, срезов и т.п. , однако для обработки и визуализации полученной информации требуется более сложное программно-математическое обеспечение и соответствующие вычислительные ресурсы ЭВМ. Вычислительная техника в настоящее время быстро совершенствуется и стоимость вычислительных ресурсов быстро снижается, поэтому вариант с круговым сканированием, обеспечивающий получение пространственного изображения диагностируемого объекта, представляется более перспективным. With linear movement of the tripod, the information received from the device is sufficient to obtain a flat shadow image of the diagnosed object using mathematical software that provides visualization of the received information. In the circular rotation of the tripod after processing the received information on a computer, a spatial image of the diagnosed object or any of its fragments, slices, etc. can be obtained. However, for processing and visualization of the obtained information requires more complex software and mathematical software and the corresponding computing resources of the computer. Computing technology is currently being improved rapidly and the cost of computing resources is rapidly decreasing, so the circular scan option, which provides a spatial image of the diagnosed object, seems more promising.
Блоки 11, 12, 13 могут быть реализованы в виде отдельных блоков, либо входить в состав подключенного к устройству персонального компьютера. Blocks 11, 12, 13 can be implemented as separate blocks, or be part of a personal computer connected to the device.
Блок синхронизации 8, блок управления считыванием 9 и персональный компьютер (ЭВМ) 12 связаны между собой магистральными связями, которые совместно с математическим обеспечением осуществляют синхронную работу устройства. The synchronization unit 8, the reading control unit 9 and the personal computer (computer) 12 are interconnected by backbone links, which together with the software provide synchronous operation of the device.
Для повышения разрешающей способности устройства многоэлементный формирователь сигналов изображения может быть выполнен в виде набора ПЗС-матриц, сочлененных с волоконно-оптическими фоконами. (условно показаны четыре секции "фокон-ПЗС-матрица" внутри элемента 5 на фиг. 1). При соответствующем технологическом выполнении такой конструкции обеспечивается "беззазорная" стыковка оптических поверхностей фоконов между собой, т.е. отсутствует "мертвая зона" между частями изображения, проецируемого на соседние сборки ПЗС-матрицы. На поверхности фоконов с той стороны, на которой формируется рентгеновское изображение, наносится люминофор, преобразующий падающее рентгеновское излучение в световое, спектральный состав которого в максимальной степени соответствует спектральной чувствительности ПЗС-матрицы. Для устранения перспективных искажений изображения диагностируемого объекта чувствительная к излучению поверхность набора фоконов может быть выполнена в виде части внутренней поверхности сферы, радиус которой равен расстоянию от источника излучения до этой поверхности. To increase the resolution of the device, a multi-element image signal conditioner can be made in the form of a set of CCD arrays coupled with fiber optic focons. (conventionally shown four sections "focon-CCD matrix" inside the element 5 in Fig. 1). With the appropriate technological implementation of such a design, a “gapless” docking of the optical surfaces of the focons is ensured, i.e. there is no "dead zone" between the parts of the image projected onto adjacent assemblies of the CCD. On the surface of the focons, on the side on which the x-ray image is formed, a phosphor is deposited, which converts the incident x-ray radiation into light, the spectral composition of which corresponds to the maximum extent to the spectral sensitivity of the CCD matrix. To eliminate the perspective distortions of the image of the diagnosed object, the radiation-sensitive surface of the set of focons can be made in the form of a part of the inner surface of the sphere whose radius is equal to the distance from the radiation source to this surface.
Блок АЦП 10 и блок запоминания 11 также выполняются секционированными с тем, чтобы обеспечить раздельное считывание информации с ПЗС-матриц, входящих в набор. The ADC block 10 and the memory block 11 are also partitioned in order to provide separate reading of information from the CCD matrices included in the set.
Возможный вариант выполнения обтюратора показан на фиг. 2. Диск обтюратора выполняется из материала с высокой плотностью, непрозрачного для излучения рентгеновского излучателя 1, Щели могут быть выполнены различными способами, например путем прорезания щелей в диске на лазерном станке с ЧПУ. Ширину щели целесообразно выбирать расчетным путем исходя из конкретных параметров системы проецирования рентгеновского луча и реальных размеров ПЗС-матрицы. Обычно ширина щели обтюратора 3 не больше ширины щели коллиматора 2. Для обеспечения совпадения центра тяжести диска обтюратора с осью его вращения количество щелевых отверстий целесообразно делать четным с диаметрально противоположным их расположением относительно оси вращения.(на фиг. 2 и фиг. 4 показан обтюратор, имеющий четыре щелевых отверстия, однако их число может быть выбрано и другим)
На временных диаграммах фиг. 3 представлено:
а) диаграмма, характеризующая перемещение пучка рентгеновского излучения по чувствительной поверхности МПФИ, выполненного в виде набора из четырех сочлененных секций "фокон-ПЗС-матрица" (количество секций в наборе может быть любым);
б), в), г), д), - диаграммы, характеризующие перемещение пучка излучения по соответствующим чувствительным поверхностям каждой из четырех секций "фокон-ПЗС-матрица", входящих в набор;
е), ж), з), и) - диаграммы, характеризующие процесс высвечивания люминофора, нанесенного на чувствительные поверхности соответствующих секций "фокон-ПЗС-матрица";
к), л), м), н) - сигналы считывания информации соответственно с каждой из четырех ПЗС-матриц, входящих в набор, формируемые блоком 9 управления считыванием;
о) - тактовые сигналы, поступающие с датчика углового поворота с электропривода 4 обтюратора 3 на блок синхронизации 8;
п) - сигналы управления перемещением штатива, формируемые блоком синхронизации 8.A possible embodiment of the shutter is shown in FIG. 2. The obturator disk is made of a high-density material opaque to the radiation of the x-ray emitter 1. The slots can be made in various ways, for example, by cutting the slots in the disk on a CNC laser machine. It is advisable to choose the width of the gap by calculation based on the specific parameters of the X-ray projection system and the actual dimensions of the CCD. Typically, the width of the slit of the
In the time diagrams of FIG. 3 presents:
a) a diagram characterizing the movement of the x-ray beam over the sensitive surface of the MPFI made in the form of a set of four articulated focon-CCD-matrix sections (the number of sections in the set can be any);
b), c), d), e), - diagrams characterizing the movement of the radiation beam along the corresponding sensitive surfaces of each of the four sections "focon-CCD-matrix" included in the set;
f), g), h), i) - diagrams characterizing the process of highlighting a phosphor deposited on sensitive surfaces of the corresponding sections of a focon-CCD matrix;
k), l), m), n) - information reading signals from each of the four CCD matrices included in the set, formed by the reading control unit 9, respectively;
o) - clock signals from the sensor of angular rotation from the electric actuator 4 of the
p) - tripod movement control signals generated by the synchronization unit 8.
Работа устройства происходит следующим образом. The operation of the device is as follows.
Рентгеновское излучение излучателя 1 формируется коллиматором 2 в плоский пучок, контур сечения которого в месте установки МПФИ 5 совпадает с контуром рентгеночувствительной поверхности МПФИ 5. В зависимости от назначения установки расположение плоскости формируемого коллиматором 2 рентгеновского пучка может быть различным. Так, в медицинской рентгенографии при обследовании стоящего или сидящего пациента (рентгенография головы, почек, челюсти (зубного ряда и т.д.) целесообразно вертикальное расположение этой плоскости (т. е. ее вращение вокруг вертикальной оси), при рентгенографии лежащего пациента целесообразно ее вращение вокруг горизонтальной оси. Непосредственно за коллиматором 2 устанавливается обтюратор 3 на пути прохождения пучка излучения. При пересечении пучка излучения с щелью обтюратора образуется узкий пучок излучения, что соответствует операции способа: из широкого веерного пучка формируют узкий пучок излучения. The x-ray radiation of the emitter 1 is formed by the collimator 2 into a flat beam, the section contour of which at the installation site of the MPFI 5 coincides with the contour of the x-ray sensitive surface of the MPFI 5. Depending on the purpose of the installation, the plane location of the x-ray beam formed by the collimator 2 may be different. So, in medical radiography, when examining a standing or sitting patient (radiography of the head, kidneys, jaw (dentition, etc.), a vertical arrangement of this plane (i.e., its rotation around the vertical axis) is advisable, while radiography of a lying patient is advisable rotation around the horizontal axis. Immediately behind the collimator 2, a
При вращении обтюратора осуществляется развертка узкого пучка рентгеновского излучения по чувствительной поверхности формирователя изображения. Когда на пути прохождения пучка излучения проходит не имеющая отверстия часть обтюратора, осуществляется прерывание пучка. Форма щелей обтюратора, их взаиморасположение, расстояние от центра вращения обтюратора рассчитывается заранее, так как эти параметры определяют моменты прерывания пучка и синхронизацию работы обтюратора с блоком управления и синхронизации; моменты начала считывания информации с части элементов МПФИ. Кроме того, форму щелей обтюратора целесообразно выбирать исходя из удобства дальнейшей обработки получаемой с устройства информации. Например, можно выполнить щель обтюратора таким образом, что расстояние r от оси вращения обтюратора до края щели будет выражаться формулой:
r(α) = r0+L(1-α/α0);
где r0 - расстояние от центра вращения обтюратора до ближайшего к нему края проекции пучка рентгеновского излучения на обтюратор (т.е. практически до ближайшего к оси вращения обтюратора 3 торца щели коллиматора 2);
L - длина щели коллиматора 2;
α - текущий угол поворота обтюратора в пределах каждого из секторов, имеющих диафрагму, 0≅α≅α0
α0 - угловой размер щели обтюратора, α0< 180°
В этом случае при вращении обтюратора с постоянной угловой скоростью развертка пятна рентгеновского излучения по чувствительной поверхности МПФИ будет в первом приближении линейной во времени, что позволяет реализовать одинаковое время экспозиции для различных ячеек ПЗС-матрицы. В процессе перемещения узкого пучка излучения по чувствительной поверхности МПФИ обеспечивается поочередное экспонирование отдельных секций "фокон-ПЗС матрица". После экспонирования соответствующих секций "фокон-ПЗС-матрица" (диаграммы б), в), г), д), на фиг 3) происходит высвечивание возбужденного рентгеновским излучением люминофора, образующего чувствительную поверхность на каждом из фоконов (диаграммы е), ж), з), и) на фиг. 3) По сигналам с датчика углового поворота в электроприводе 4 обтюратора (диаграмма о) на фиг 3) блок синхронизации 8 вырабатывает сигналы, по которым блок управления считыванием 9 формирует команды считывания информации, подаваемые на блоки 5 и 10 таким образом, чтобы считывание информации с каждой из секций "фокон-ПЗС матрица", входящих в МПФИ 5, оцифровка считанной информации АЦП 10 и запись в блок запоминания 11 осуществлялись после окончания высвечивания люминофора на чувствительной поверхности соответствующей части МПФИ, но до начала следующего очередного цикла ее экспонирования узким пучком излучения (диаграммы к), л), м), н). на фиг 3). Таким образом реализуется операция способа: считывание информации с каждой части формирователя изображения после окончания экспонирования во время прерывания пучка.When the shutter rotates, a narrow beam of x-ray radiation is scanned along the sensitive surface of the imaging device. When a part of the shutter that does not have a hole passes along the path of the radiation beam, the beam is interrupted. The shape of the slots of the shutter, their relative position, the distance from the center of rotation of the shutter is calculated in advance, since these parameters determine the moments of interruption of the beam and the synchronization of the shutter with the control and synchronization unit; the moments of the beginning of reading information from some elements of the IFFI. In addition, it is advisable to choose the shape of the shutter slots based on the convenience of further processing the information received from the device. For example, you can make the shutter slit in such a way that the distance r from the axis of rotation of the shutter to the edge of the slit will be expressed by the formula:
r (α) = r 0 + L (1-α / α 0 );
where r 0 is the distance from the center of rotation of the obturator to the closest projection edge of the x-ray beam onto the obturator (i.e., almost to the end of the slit of the collimator 2 closest to the axis of rotation of the obturator 3);
L is the length of the slit of the collimator 2;
α is the current angle of rotation of the shutter within each of the sectors having a diaphragm, 0≅α≅α 0
α 0 - the angular size of the slit shutter, α 0 <180 °
In this case, when the shutter is rotated with a constant angular velocity, the sweep of the x-ray spot over the sensitive surface of the MPFI will be linear in time approximation, which allows for the same exposure time for different cells of the CCD matrix. In the process of moving a narrow beam of radiation along the sensitive surface of the MPFI, the individual sections of the focon-CCD matrix are alternately exposed. After exposing the corresponding sections of the focon-CCD matrix (diagrams b), c), d), e), in Fig. 3) the phosphor excited by x-ray radiation is formed, forming a sensitive surface on each of the focons (diagrams e), g) , h), i) in FIG. 3) According to the signals from the angle rotation sensor in the actuator 4 of the shutter (diagram o) in FIG. 3), the synchronization unit 8 generates signals by which the read control unit 9 generates information read commands supplied to blocks 5 and 10 so that information is read from each of the sections “focon-CCD matrix” included in MPFI 5, digitization of the read information of the ADC 10 and writing to the memory unit 11 were carried out after the phosphor was highlighted on the sensitive surface of the corresponding part of the MPFI, but before the trace began present the next cycle of its narrow beam of radiation exposure (diagram A), l), m), n). in FIG. 3). Thus, the operation of the method is implemented: reading information from each part of the imager after the exposure during the interruption of the beam.
Во время вращения обтюратора 3 в момент достижения углового положения, характеризуемого углом α0, с привода обтюратора 4 поступает сигнал, по которому блок синхронизации 8 вырабатывает команды, поступающие на привод перемещения штатива 7 (диаграмма п) на фиг 3.), т.е. реализуется операция способа: пошаговое относительное перемещение источника излучения и диагностируемого объекта проводят во время прерывания пучка.During the rotation of the
Далее процесс повторяется до тех пор, пока штатив 6 не совершит полный оборот (либо линейная система сканирования не достигнет крайнего положения), после чего по сигналу с привода перемещения 7 блок синхронизации 8 подает на блок управления 9 сигнал завершения цикла регистрации. Блок управления 9 считыванием сигналов с МПФИ (ПЗС-матрицы) обеспечивает выполнение последнего цикла считывания информации с соответствующей части МПФИ и передает соответствующий сигнал на процессор 12, после чего начинается программная обработка и визуализация зарегистрированной в блоке запоминания 11 информации. По сути зарегистрированная информация аналогична получаемой с томографа, незначительные искажения изображения, возникающие из-за некоторого изменения апертуры пучка излучения в процессе сканирования чувствительной поверхности МПФИ при вращении обтюратора, могут быть легко скорректированы программным путем, поскольку эти изменения для конкретной конструкции устройства описываются строгими математическими выражениями. Next, the process is repeated until the
Таким образом, благодаря периодическому прерыванию узкого сканирующего пучка излучения и оптимизации за счет разделения во времени процессов накопления и считывания сигналов МПФИ (см. фиг. 3) достигается существенное снижение дозовой нагрузки на диагностируемый объект по сравнению с известными устройствами. За счет устранения влияния сигнала "смаза" пространственная разрешающая способность улучшается на 30-50% по сравнению с известными устройствами при одинаковом числе элементов МПФИ. Thus, due to the periodic interruption of the narrow scanning beam of radiation and optimization due to the time separation of the processes of accumulation and reading of the MPFI signals (see Fig. 3), a significant reduction in the dose load on the diagnosed object is achieved in comparison with the known devices. By eliminating the influence of the signal "blur" spatial resolution is improved by 30-50% compared with known devices with the same number of elements MFI.
Поскольку ширина сканирующего объект пучка излучения в десятки раз меньше, чем в известных устройствах, пропорционально уменьшается уровень рассеянного облучения диагностируемого объекта (не несущего полезной информации и лишь ухудшающего контрастность получаемого изображения). Рассеянное облучение составляет небольшую часть (< 10%) общей дозовой нагрузки и влияет, в основном, на качество получаемой информации. Благодаря снижению рассеянного облучения существенно (в несколько раз) повышается разрешающая способность по яркости на слабоконтрастных участках изображения. Since the width of the radiation beam scanning the object is ten times smaller than in known devices, the level of scattered radiation of the diagnosed object (which does not carry useful information and only worsens the contrast of the resulting image) is proportionally reduced. Diffuse irradiation makes up a small part (<10%) of the total dose load and mainly affects the quality of the information received. Due to the reduction in scattered radiation, the resolution in brightness in low-contrast portions of the image is significantly (several times) increased.
Из-за разделения во времени процессов экспонирования отдельных секций "фокон-ПЗС-матрица", образующих МПФИ, естественно, увеличивается продолжительность процесса считывания информации с МПФИ, т.е. несколько снижается быстродействие устройства. В случаях, когда время выполнения процедуры не ограничивается физиологическими факторами (например, необходимостью задержки дыхания пациентом и т.п.), достигаемый благодаря снижению рассеянного облучения положительный эффект оправдывает снижение быстродействия устройства. В случаях, когда требуется максимальное быстродействие устройства, обтюратор может быть выполнен таким образом, чтобы обеспечить одновременное экспонирование всех секций "фокон-ПЗС-матрица", образующих МПФИ. (см. фиг. 4). В этом случае высвечивание люминофоров на чувствительных поверхностях всех секций, образующих МПФИ, будет характеризоваться диаграммой фиг. 3e), а сигнал считывания информации с каждой из ПЗС-матриц, входящих в набор, будет соответствовать фиг. 3к). Таким образом, общая продолжительность процедуры считывания информации с МПФИ соответствует продолжительности процедуры считывания с одной ПЗС-матрицы, т.е. обеспечивается максимальное быстродействие устройства. В данном варианте выполнения устройства снижение рассеянного облучения достигается только в том случае, когда ширина щелевого отверстия обтюратора 3 существенно меньше ширины коллиматора 2. В этом случае формируемый из широкого пучка излучения узкий пучок, пройдя диагностируемый объект, перемещается по чувствительной поверхности МПФИ поперек "длинной" оси ПЗС-матрицы. Due to the time separation of the exposure processes of individual sections of the focon-CCD matrix forming the MPFI, the duration of the process of reading information from the MPFI, of course, is increased. the performance of the device is slightly reduced. In cases where the execution time of the procedure is not limited by physiological factors (for example, the need for a patient to hold his breath, etc.), a positive effect achieved by reducing diffuse radiation justifies a decrease in the speed of the device. In cases when the maximum speed of the device is required, the obturator can be made in such a way as to ensure simultaneous exposure of all sections "focon-CCD-matrix", forming MPFI. (see Fig. 4). In this case, the luminescence of the phosphors on the sensitive surfaces of all sections forming the MPFI will be characterized by the diagram of FIG. 3e), and the information reading signal from each of the CCD arrays included in the set will correspond to FIG. 3k). Thus, the total duration of the procedure for reading information from the MPFI corresponds to the duration of the reading procedure from one CCD matrix, i.e. maximum device performance is provided. In this embodiment of the device, the reduction of scattered radiation is achieved only when the width of the slit hole of the
Существенное снижение дозовой нагрузки на диагностируемый объект благодаря периодическому прерыванию пучка и улучшение пространственной разрешающей способности за счет устранения влияния сигнала "смаза" полностью реализуются и в этом варианте выполнения устройства. A significant reduction in the dose load on the diagnosed object due to periodic interruption of the beam and the improvement of spatial resolution due to the elimination of the influence of the signal "grease" are fully implemented in this embodiment of the device.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98123870A RU2172137C2 (en) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | Method for computer tomography and device for medical diagnosis |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98123870A RU2172137C2 (en) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | Method for computer tomography and device for medical diagnosis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98123870A RU98123870A (en) | 2000-09-27 |
| RU2172137C2 true RU2172137C2 (en) | 2001-08-20 |
Family
ID=48232877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98123870A RU2172137C2 (en) | 1998-12-25 | 1998-12-25 | Method for computer tomography and device for medical diagnosis |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2172137C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2475728C2 (en) * | 2008-07-14 | 2013-02-20 | АйСиЭкс ТЕКНОЛОДЖИЗ ГМБХ | Detecting system for measurement of radiation |
| RU2491019C2 (en) * | 2008-02-22 | 2013-08-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Quasi-static installation with distributed sources for x-ray visualisation with high |
| RU2536788C1 (en) * | 2013-07-08 | 2014-12-27 | Сергей Иванович Мирошниченко | Composite fibre optic connector and x-rays receiver on its base (versions) |
| WO2014209249A1 (en) | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Miroshnychenko Sergii | Compound fiber-optic connector and x-ray receiver based thereon |
-
1998
- 1998-12-25 RU RU98123870A patent/RU2172137C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2491019C2 (en) * | 2008-02-22 | 2013-08-27 | Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. | Quasi-static installation with distributed sources for x-ray visualisation with high |
| RU2475728C2 (en) * | 2008-07-14 | 2013-02-20 | АйСиЭкс ТЕКНОЛОДЖИЗ ГМБХ | Detecting system for measurement of radiation |
| WO2014209249A1 (en) | 2013-06-27 | 2014-12-31 | Miroshnychenko Sergii | Compound fiber-optic connector and x-ray receiver based thereon |
| RU2536788C1 (en) * | 2013-07-08 | 2014-12-27 | Сергей Иванович Мирошниченко | Composite fibre optic connector and x-rays receiver on its base (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0182529B2 (en) | Radiographic system | |
| JP3487599B2 (en) | Improved X-ray volumetric CT scanner | |
| US4672649A (en) | Three dimensional scanned projection radiography using high speed computed tomographic scanning system | |
| US4672648A (en) | Apparatus and method for radiation attenuation | |
| JP3377496B2 (en) | Method and system for creating projection data in a CT system | |
| US7310407B2 (en) | Nuclear medical imaging device | |
| US5995583A (en) | Dental radiography using an intra-oral linear array sensor | |
| US8774354B2 (en) | Computed tomography scanning system and method | |
| US7579600B2 (en) | Preclinical SPECT system using multi-pinhole collimation | |
| US8520800B2 (en) | Method and apparatus for radiation resistant imaging | |
| US4433427A (en) | Method and apparatus for examining a body by means of penetrating radiation such as X-rays | |
| US6201247B1 (en) | Line source for gamma camera | |
| US7723674B2 (en) | Attenuation correction for SPECT imaging using non-classical orbits of many small gamma cameras | |
| JP5283382B2 (en) | Nuclear medicine detector | |
| US6380540B1 (en) | Radiation imaging using simultaneous emission and transmission | |
| US20160199019A1 (en) | Method and apparatus for focal spot position tracking | |
| KR890000632B1 (en) | Radio photographing apparatus | |
| US5289008A (en) | Method and apparatus for enhanced single photon computed tomography | |
| RU2172137C2 (en) | Method for computer tomography and device for medical diagnosis | |
| US4072289A (en) | Axial tomography | |
| JPH08122438A (en) | Tct-spect simultaneous collection system | |
| US4236080A (en) | X-ray apparatus for computed tomography | |
| JPS6146144B2 (en) | ||
| US10952691B2 (en) | Scanning digital fluoroscope comprising multiple radiographic image detectors arranged as spokes extending radially outwardly from a central rotational point on a rotational plate | |
| JPH0377542A (en) | X-ray ct apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20081226 |