RU98890U1

RU98890U1 - X-RAY UNIT FOR MEDICAL DIAGNOSTICS

Info

Publication number: RU98890U1
Application number: RU2010125335/14U
Authority: RU
Inventors: Борис Менделеевич Кантер; Владимир Александрович Лыгин; Никита Олегович Колесников; Лев Владимирович Владимиров; Иосиф Мешкович Рябочко; Геннадий Иванович Чулюков; Александр Николаевич Черний; Геннадий Викторович Ратобыльский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Совместное русско-французкое предприятие "СпектрАп"
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2010-11-10

Abstract

1. Рентгенографическая установка для медицинской диагностики, содержащая рентгеновский излучатель, подключенный к высокочастотному рентгеновскому генератору и программируемому блоку управления, детектор рентгеновского излучения с механизмом его перемещения в плоскости регистрации изображения и систему обработки сигнала и формирования изображения, соединенную с видеомонитором, отличающаяся тем, что в качестве детектора рентгеновского излучения используется полноформатный рентгеновский электронно-оптический преобразователь (РЭОП), а механизм перемещения детектора обеспечивает последовательное дискретное перемещение РЭОПа в четыре точки экспозиции A, B, C, D, являющиеся вершинами углов квадрата с координатами xA=s, yA=s; xB=s, yB=-s; xC=-s, yC=-s; xD=-s, yD=s, причем начало системы координат x=y=0 совмещено с центральным лучом рентгеновского излучателя, кроме того, система обработки сигнала и формирования изображения дополнена компаратором фрагментальных изображений A, B, C, D и схемой формирования результирующего снимка по фрагментальным изображениям. ! 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что механизм дискретного перемещения РЭОПа содержит каретку РЭОПа, соединенную цепной передачей с электродвигателем, подключенным к программируемому блоку управления. 1. An x-ray apparatus for medical diagnostics, comprising an x-ray emitter connected to a high-frequency x-ray generator and a programmable control unit, an x-ray detector with a mechanism for moving it in the image registration plane, and a signal processing and image forming system connected to a video monitor, characterized in that As a X-ray detector, a full-format X-ray electron-optical converter (REO) is used P), and the detector’s movement mechanism provides sequential discrete movement of the REOP at four exposure points A, B, C, D, which are the vertices of the corners of the square with coordinates xA = s, yA = s; xB = s, yB = -s; xC = -s, yC = -s; xD = -s, yD = s, moreover, the origin of the coordinate system x = y = 0 is aligned with the central beam of the x-ray emitter, in addition, the signal processing and image formation system is supplemented by a fragment image comparator A, B, C, D and the resulting image generating circuit by fragmented images. ! 2. The device according to claim 1, characterized in that the mechanism of discrete movement of the REOP contains a REOP carriage connected by a chain transmission to an electric motor connected to a programmable control unit.

Description

Предполагаемое техническое решение относится к разделу медицинской техники, а именно к рентгенодиагностическим аппаратам, предназначенным для использования как в специализированных медицинских учреждениях, например противотуберкулезных диспансерах, так и больницах общего профиля.The proposed technical solution relates to the section of medical equipment, namely to X-ray diagnostic devices, intended for use both in specialized medical institutions, for example, TB dispensaries, and general hospitals.

Известна рентгенографическая установка для медицинской диагностики, в которой в качестве фотодетектора используется запоминающий экран, нанесенный на поверхность барабана. После экспозиции считывание скрытого изображения производится с помощью инфракрасного лазера (Авторское свидетельство №1018623, от 13.10.82, A61B 6/00) [1].Known x-ray installation for medical diagnostics, in which as a photodetector uses a storage screen deposited on the surface of the drum. After exposure, the latent image is read using an infrared laser (Copyright certificate No. 1018623, dated 13.10.82, A61B 6/00) [1].

Применение фотодетектора с запоминающим экраном [1] позволяет на порядок снизить лучевую нагрузку на пациента. Однако данная технология получения флюорографического снимка чрезвычайно дорога.The use of a photo detector with a storage screen [1] allows one to reduce the radiation load on the patient by an order of magnitude. However, this X-ray technology is extremely expensive.

В нашей стране фотодетекторы с запоминающим экраном не выпускаются и в медицинской практике применяются очень редко.In our country, photo detectors with a memory screen are not available and are rarely used in medical practice.

Известна также рентгенографическая установка для медицинской диагностики, содержащая светонепроницаемый корпус, защищенный свинцом, с входным окном, закрытым пластиной из рентгенопрозрачного и светонепроницаемого материала, к которой примыкает экран плоской формы, состоящий из подложки, связующего слоя и люминофора. Внутри корпуса установлен светосильный объектив и фоторегистратор с ПЗС-матрицей, которая связана с платой считывания и обработки сигнала (Рентгеновские диагностические аппараты под редакцией Н.Н.Блинова и Б.И.Леонова.- М.: ВНИИМТ, 2001, с.198) [2]. Рентгенографические установки такого типа [2] принято называть цифровыми.Also known is a radiographic apparatus for medical diagnostics, comprising a lightproof housing protected by lead, with an entrance window closed by a plate of X-ray transparent and opaque material, to which a flat-screen screen consisting of a substrate, a binder layer and a phosphor adjoins. Inside the case there is a fast lens and a photorecorder with a CCD matrix, which is connected to a readout and signal processing board (X-ray diagnostic devices edited by N.N. Blinov and B.I. Leonov.- M .: VNIIMT, 2001, p.198) [2]. X-ray installations of this type [2] are called digital.

При фотосъемке с флуоресцентного экрана только 1% светового потока попадает в объектив фотокамеры и участвует в формировании изображения. Это объясняется широкой диаграммой направленности излучения люминофора под действием рентгеновского излучения (В.В.Дмоховский, Э.Г.Чикирдин Физико-технические основы флюорографии/ Основы флюорографии.- Ленинград: Медицина, 1965. - С.11). Это обстоятельство является большим недостатком всех типов флюорографов, в конструкции которых используются флюоресцирующие экраны, так как вынуждает увеличивать время экспозиции, что приводит и излишнему облучению пациента.When photographing from a fluorescent screen, only 1% of the light flux enters the camera lens and is involved in image formation. This is due to the wide radiation pattern of the phosphor under the influence of x-ray radiation (V.V.Dmokhovsky, E.G. Chikirdin Physicotechnical fundamentals of fluorography / Fundamentals of fluorography.- Leningrad: Medicine, 1965. - P.11). This circumstance is a great drawback of all types of fluoroscopes, in the design of which fluorescent screens are used, since it forces to increase the exposure time, which leads to excessive exposure of the patient.

Известна также рентгенографическая установка для медицинской диагностики (Патент RU 2098929 от 29.05.95 г. A61B 6/00) [3], содержащая высокочастотный рентгеновский генератор, рентгеновский излучатель с щелевым коллиматором, рентгеновский детектор, соединенный с системой регистрации и воспроизведения изображения, механическое сканирующее устройство, защитную кабину с площадкой для ног пациента.Also known is a radiographic unit for medical diagnostics (Patent RU 2098929 of May 29, 95 A61B 6/00) [3], comprising a high-frequency x-ray generator, an x-ray emitter with a slit collimator, an x-ray detector connected to an image recording and reproducing system, a mechanical scanning device, a protective cabin with a platform for the patient’s legs.

Сканирование пациента производится в вертикальном направлении. Рентгеновское излучение, прошедшее через тело пациента, регистрируется многоэлементным линейным детектором (МЛД). Детектор улавливает сигналы, минимально превышающие порог чувствительности усилителя, благодаря чему фоновое излучение не фиксируется и создается оптимальное соотношение «сигнал-шум». При этом максимально уменьшается радиационная доза на пациента.The patient is scanned vertically. X-ray radiation that has passed through the patient’s body is detected by a multi-element linear detector (MLD). The detector picks up signals that are minimally higher than the sensitivity threshold of the amplifier, due to which the background radiation is not fixed and an optimal signal-to-noise ratio is created. At the same time, the radiation dose per patient is minimized.

Информация, накопленная в МЛД во время экспозиции строки, переписывается в память ЭВМ, и затем начинается регистрация следующей по вертикали строки. Для этой цели рентгеновский излучатель, щелевой коллиматор и МЛД во время съемки одновременно и равномерно перемещаются в вертикальном направлении. Коллиматор с узкой щелью формирует тонкий веерообразный пучок рентгеновского излучения, который после прохождения через тело пациента, попадает во входное окно МЛД.The information accumulated in the MLD during the exposure of the line is copied to the computer memory, and then the registration of the next vertical line begins. For this purpose, the x-ray emitter, the slit collimator, and the MLD simultaneously and uniformly move in the vertical direction during shooting. A narrow slit collimator forms a thin fan-shaped x-ray beam, which, after passing through the patient’s body, enters the MLD entrance window.

Информация, накопленная детектором за время экспозиции строки, передается в компьютер. После окончания съемки кадра в памяти компьютера формируется матрица изображения (320×256 чисел), содержащая информацию о распределении излучения после прохождения через тело пациента. Цифровое рентгеновское изображение выводится на видеомонитор компьютера через 5 с после окончания сканирования.The information accumulated by the detector during the exposure of the line is transmitted to the computer. After shooting, the image matrix is formed in the computer's memory (320 × 256 numbers) containing information about the distribution of radiation after passing through the patient’s body. A digital x-ray image is displayed on a computer video monitor 5 seconds after the end of the scan.

Управление аппаратом [3] осуществляется с помощью ЭВМ. Программное обеспечение включает в себя основную программу, управляющую аппаратом во время съемки, и программы для контроля работоспособности блоков и аппарата в целом.The control apparatus [3] is carried out using a computer. The software includes the main program that controls the device during shooting, and programs for monitoring the health of the units and the device as a whole.

Данный аналог наиболее близок по конструкции к заявляемому объекту и поэтому был выбран нами в качестве прототипа.This analogue is the closest in design to the claimed object and therefore was chosen by us as a prototype.

В аппаратах сканирующего типа [3] рентгеновский излучатель работает в экстремальных условиях из-за длительной экспозиции (5 и более секунд), что ведет к перегреву и быстрому выходу из строя рентгеновской трубки. Стоимость современной рентгеновской трубки отечественного производства доходит до 15000 рублей. Частый выход рентгеновских трубок в аппаратах сканирующего типа и отсутствие средств для ее замены приводит к длительному простою рентгеновских аппаратов.In scanning-type apparatuses [3], the x-ray emitter operates in extreme conditions due to prolonged exposure (5 seconds or more), which leads to overheating and rapid failure of the x-ray tube. The cost of a modern domestic-made X-ray tube reaches 15,000 rubles. Frequent output of x-ray tubes in scanning-type apparatuses and the lack of means for its replacement leads to prolonged downtime of x-ray apparatuses.

Целью нашего предложения является увеличение срока службы излучателя рентгенодиагностических аппаратов и тем самым повышение эффективности их работы.The aim of our proposal is to increase the service life of the emitter of x-ray diagnostic devices and thereby increase the efficiency of their work.

Данная цель достигается тем, что в рентгенографической установке для медицинской диагностики, содержащей рентгеновский излучатель, подключенный к высокочастотному рентгеновскому генератору и программируемому блоку управления, детектор рентгеновского излучения с механизмом его перемещения в плоскости регистрации изображения и систему обработки сигнала и формирования изображения, соединенную с видеомонитором, в качестве детектора рентгеновского излучения используется полноформатный рентгеновский электроннооптический преобразователь (РЭОП), а механизм перемещения детектора обеспечивает последовательное дискретное перемещение РЭОПа в четыре точки экспозиции A, B, C, D, являющимися вершинами углов квадрата с координатами x_A=s, y_A=s; x_B=s, y_B=-s; x_C=-s, y_C=-s; x_D=-s, y_D=s, причем начало системы координат x=y=0, совмещено с центральным лучом рентгеновского излучателя, кроме того система обработки сигнала и формирования изображения дополнена компаратором фрагментальных изображений А, В, С, D, и схемой формирования результирующего снимка по фрагментальным изображениям.This goal is achieved by the fact that in the radiographic installation for medical diagnostics, containing an x-ray emitter connected to a high-frequency x-ray generator and a programmable control unit, an x-ray detector with a mechanism for moving it in the image registration plane and a signal processing and image formation system connected to a video monitor, a full-format X-ray electron-optical conversion is used as an X-ray detector atel (REOP), and the mechanism for moving the detector provides a sequence of discrete moving REOP four exposure points A, B, C, D, which are the corners of the square vertices with coordinates _{_{x A = s, y A =}} s; x _B = s, y _B = -s; x _C = -s, y _C = -s; x _D = -s, y _D = s, and the origin of the coordinate system x = y = 0, combined with the central beam of the x-ray emitter, in addition, the signal processing and image formation system is supplemented by a fragment comparator A, B, C, D, and a circuit formation of the resulting image from fragmented images.

Проведенные исследования по патентным и научно-техническим информационным источникам показали, что конструкция предлагаемой рентгенографической установки неизвестна и не следует явным образом из изученного уровня техники, т.е. соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».Studies on patent and scientific-technical information sources have shown that the design of the proposed X-ray unit is unknown and does not follow explicitly from the studied prior art, i.e. meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

Далее наше предложение сопровождается чертежами и пояснением к ним. На фиг.1 схематически изображена конструкция предлагаемого устройства; на фиг.2 показана геометрия формирования рентгеновского изображения, а на фиг.3 представлено результирующее рентгеновское изображение органов грудной клетки, полученное на опытном образце предложенного нами аппарата.Further, our proposal is accompanied by drawings and explanations to them. Figure 1 schematically shows the design of the proposed device; figure 2 shows the geometry of the formation of the x-ray image, and figure 3 presents the resulting x-ray image of the chest organs obtained on the prototype of our proposed apparatus.

Рентгенографическая установка для медицинской диагностики содержит рентгеновский излучатель 1, подключенный к рентгеновскому генератору 2 высокочастотного типа, команда на включение которого дается оператором с программированного блока управления 3. Программированный блок управления содержит ЭВМ 4, в состав которой входит схема управления съемкой 5 и система обработки сигнала и формирования изображения 6, соединенная с видеомонитором 7. Управление работой рентгенографической установки осуществляется с помощью клавиатуры 8.The x-ray unit for medical diagnostics contains an x-ray emitter 1 connected to a high-frequency type x-ray generator 2, the command for switching on which is given by the operator from the programmed control unit 3. The programmed control unit contains a computer 4, which includes a shooting control circuit 5 and a signal processing system and imaging 6, connected to a video monitor 7. The operation of the x-ray unit is controlled using the keyboard 8.

Рентгеновский излучатель 1 установлен на вертикальном штативе 9, закрепленном на массивном основании 10. Рентгеновский излучатель 1 оптически сопряжен с входным окном 11 рентгеновского электронно-оптического преобразователя (РЭОПа) 12, который является детектором рентгеновского излучения. РЭОП 12 закреплен на каретке 13, представляющей собой цилиндр вращения, ось 14 которого проходит через подшипник 15, закрепленный в стойке 16, установленной на основании 10. На конце оси 14 закреплено стальное зубчатое колесо 17, соединенное цепью 18 (типа велосипедной) с малым зубчатым колесом 19, закрепленным на оси электродвигателя 20, электрически соединенного со схемой управления съемкой 5 ЭВМ 4. Зубчатое колесо 17 снабжено электромагнитным тормозом 21, подключенным к схеме управления съемкой 5 ЭВМ 4. РЭОП 12 электрически соединен с системой обработки сигнала и формирования изображения 6, содержащей аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 22, компаратор фрагментальных изображений 23 и схему формирования результирующего снимка по фрагментальным изображениям 24. Детекторная часть рентгенографической установки закрыта защитным кожухом 25, изготовленным из полимера.The x-ray emitter 1 is mounted on a vertical tripod 9, mounted on a massive base 10. The x-ray emitter 1 is optically coupled to the input window 11 of the x-ray electron-optical converter (REOP) 12, which is an x-ray detector. REOP 12 is mounted on a carriage 13, which is a rotation cylinder, the axis 14 of which passes through a bearing 15, mounted in a rack 16 mounted on the base 10. At the end of the axis 14 is fixed a steel gear wheel 17 connected by a chain 18 (such as a bicycle one) to a small gear a wheel 19 mounted on the axis of the electric motor 20, electrically connected to the computer 5 shooting control circuit 4. The gear wheel 17 is equipped with an electromagnetic brake 21 connected to the computer 5 shooting control circuit 4. The REOP 12 is electrically connected to the processing system the signal and image formation 6, containing an analog-to-digital converter (ADC) 22, a fragment image comparator 23, and a resultant image generation circuit based on the fragment images 24. The detector part of the radiographic unit is closed with a protective casing 25 made of polymer.

Для обеспечения постоянного оптического сопряжения рентгеновского излучателя 1 с входным окном 11 РЭОПа 12 используется диафрагма 26, выполненная в виде окна 27 в круглом диске 28, изготовленном из материала с высоким атомным номером, например вольфрама. Диск 28 соединен червячной парой 29 с электродвигателем 30, электрически подключенным к схеме управления съемкой 5 ЭВМ 4.To ensure constant optical coupling of the X-ray emitter 1 with the input window 11 of the REOP 12, a diaphragm 26 is used, made in the form of a window 27 in a circular disk 28 made of a material with a high atomic number, for example tungsten. The disk 28 is connected by a worm pair 29 to an electric motor 30, electrically connected to a control circuit for shooting 5 computers 4.

При исследовании органов грудной полости пациент 31 находится на подъемнике 32 грудью по направлению к РЭОПу 12, как показано на фиг.1. Подъемник пациента 32 снабжен электроприводом и позволяет рентгенолаборанту добиться должной ориентации пациента 31 перед съемкой. При съемке подбородок пациента 31 опирается на специальный фиксатор 33.When examining the organs of the thoracic cavity, the patient 31 is on the lift 32 with his chest in the direction of the REOP 12, as shown in figure 1. The patient lift 32 is electrically powered and allows the radiologist to achieve proper patient orientation 31 before shooting. When shooting the chin of the patient 31 rests on a special retainer 33.

РЭОП 12 закреплен на каретке 13 эксцентрично относительно оси ее вращения (точки О на фиг.2), которая совпадает с центральным лучом i рентгеновского пучка. Центральная точка o' оптического окна 11 РЭОПа 12 смещена относительно точки O, как по осям x, так и y, на величину s=0,5 r, где r - радиус входного окна 11 РЭОПа (см. фиг.2). Механизм перемещения детектора обеспечивает последовательное дискретное перемещение РЭОПа 12 в четыре точки экспозиции A, B, C, D, являющимися вершинами углов квадрата с координатами x_A=s, y_A=s; x_B=s, y_B=-s; x_C=-s, y_C=-s; x_D=-s, y_D=s, причем начало системы координат x=y=0, совмещено с точкой О. Перемещение РЭОПа 12 осуществляется поворотом каретки 13 в исходное положение при работе электродвигателя 20 по команде ЭВМ 4. После выключения электродвигателя 20 включается электромагнитный тормоз 21, после чего выполняется снимок. Для получения полноформатного рентгеновского снимка обследуемого объекта РЭОП 12 последовательно перемещается в точки экспозиции А, В, С, D. Синхронно с РЭОПом 12 перемещается окно 27 диафрагмы 26 электродвигателем 30 по команде ЭВМ 6.REOP 12 is mounted on the carriage 13 eccentrically relative to the axis of rotation (point O in figure 2), which coincides with the Central beam i of the x-ray beam. The central point o 'of the optical window 11 of the REOPa 12 is shifted relative to the point O, both along the x and y axes, by an amount s = 0.5 r, where r is the radius of the input window 11 of the REOPa (see FIG. 2). The detector movement mechanism provides sequential discrete movement of REOP 12 to four exposure points A, B, C, D, which are the vertices of the corners of the square with coordinates x _A = s, y _A = s; x _B = s, y _B = -s; x _C = -s, y _C = -s; x _D = -s, y _D = s, and the origin of the coordinate system x = y = 0, combined with point O. Moving REOP 12 is carried out by turning the carriage 13 to its original position when the electric motor 20 is operated by the command of the computer 4. After turning off the electric motor 20 turns on electromagnetic brake 21, after which the picture is taken. To obtain a full-length x-ray image of the examined object, the REOP 12 is sequentially moved to the exposure points A, B, C, D. In synchronism with the REOP 12, the window 27 of the diaphragm 26 is moved by the electric motor 30 by the command of the computer 6.

С выхода РЭОПа 12 электрический сигнал поступает в ЭВМ 4, непосредственно в АЦП 22 системы обработки сигнала и формирования изображения 6. После преобразования сигнала он поступает в компаратор фрагментальных изображений 23, где производится сравнительный анализ информации, полученной в четырех точках экспозиции A, B, C, D. В блоке 24 производится электронная сшивка фрагментальных изображений в результирующий снимок, который выводится на экран видеомонитора 7. В плоскости регистрации изображения рентгеновская картина, отображенная на результирующем снимке, ограничена квадратом KLMN (фиг.2), сторона которого KL≈2,4 r.From the output of REOPa 12, the electric signal enters the computer 4, directly to the ADC 22 of the signal processing and image formation system 6. After converting the signal, it enters the fragment comparator 23, where a comparative analysis of the information obtained at the four exposure points A, B, C is performed , D. In block 24, electronic stitching of the fragmented images into the resulting image is performed, which is displayed on the screen of the video monitor 7. In the image registration plane, the x-ray image displayed on the result ning image is limited by the square KLMN (Fig. 2), the side of which is KL≈2.4 r.

На фиг.3 в качестве примера приведено результирующее рентгеновское изображение органов грудной клетки, полученное на опытном образце предложенного нами аппарата.Figure 3 shows, as an example, the resulting x-ray image of the chest organs obtained on the prototype of the apparatus proposed by us.

Применение РЭОПа позволяет существенно снизить лучевую нагрузку на пациента. Исследования показали, что при получении обзорного снимка легких эффективная доза не превышает 7 мкЗв, что приблизительно на порядок меньше дозы, получаемой пациентом при съемке на рентгеновском аппарате с цифровой камерой.The use of REOP can significantly reduce the radiation dose to the patient. Studies have shown that when receiving a survey picture of the lungs, the effective dose does not exceed 7 μSv, which is approximately an order of magnitude less than the dose received by the patient when shooting on an x-ray machine with a digital camera.

Высокая чувствительность РЭОПа позволяет уменьшить время экспозиции до долей секунды. Суммарное время экспозиции четырех фрагментальных снимков не превышает 0,5 с, что не приводит к перегреву рентгеновской трубки и гарантирует ее надежную длительную работу.High sensitivity of REOP allows reducing exposure time to fractions of a second. The total exposure time of four fragmentary images does not exceed 0.5 s, which does not lead to overheating of the x-ray tube and guarantees its reliable long-term operation.

Предложенная конструкция рентгенографической установки может найти широкое применение в пульмонологии и фтизиатрии, особенно при обследовании детей, так как обеспечивает значительное снижение лучевой нагрузки на пациента.The proposed design of the x-ray unit can be widely used in pulmonology and phthisiology, especially when examining children, as it provides a significant reduction in radiation exposure to the patient.

Claims

1. An x-ray apparatus for medical diagnostics, comprising an x-ray emitter connected to a high-frequency x-ray generator and a programmable control unit, an x-ray detector with a mechanism for moving it in the image registration plane, and a signal processing and image forming system connected to a video monitor, characterized in that As a X-ray detector, a full-format X-ray electron-optical converter (REO) is used P), and the detector moving mechanism provides sequential discrete movement of the REOP at four exposure points A, B, C, D, which are the vertices of the corners of the square with coordinates x _A = s, y _A = s; x _B = s, y _B = -s; x _C = -s, y _C = -s; x _D = -s, y _D = s, and the origin of the coordinate system x = y = 0 is aligned with the central ray of the x-ray emitter, in addition, the signal processing and image formation system is supplemented by the fragment comparator A, B, C, D and the formation circuit the resulting snapshot from fragmented images.

2. The device according to claim 1, characterized in that the mechanism of discrete movement of the REOP contains a REOP carriage connected by a chain transmission to an electric motor connected to a programmable control unit.