Томографическое рентгеновское устройство

Томографическое рентгеновское устройство

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - повышение точности восстановления изображения и уменьшение времени экспозиции -достигается тем, что в томографическом рентгеновском устройстве, содержащем соосно расположенные рентгеновскую трубку 1, поворотный щелевой коллиматор 2, диффе ренцирующий детектор 3 и электрически связанную с ними систему обработки сигналов и восстановления изображения, рентгеновская трубка выполнена с вращающейся системой анод - щелезой поворотный коллиматор и с веерной газверткой точечного сканирующего пучка рентгеновского излучения . 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 А 61 В 6/00

ГОСУДАРСТВЕt&blA КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7 2

27 (21) 4471136/14 (22) 01.08.88 (46) 15.05.91. Бюл,%18 (71) Институт космических исследований АН

СССР (72) А.H.Àíäðèàíîâ, В.И,Борисенко и М.С.Токарев (53) 615.475 (088,8) (56) Патент ФРГ М2738045, кл. А 61 В 6/00, 1978. (54) ТОМОГРАФИЧЕСКОЕ РЕНТГЕНОВСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения — повышение. Ы2„„1648376 А1 точности восстановления изображения и уменьшение времени экспозиции — достигается тем, что в томографическом рентгеновском устройстве, содержащем соосно расположенные рентгеновскую трубку 1, поворотный щелевой коллиматор 2, дифференцирующий детектор 3 и электрически связанную с ними систему обработки сигналов и восстановления иэображения, рентгеновская трубка выполнена с вращающейся системой анод — щелевой поворотный коллиматор и с веерной разверткой точечного сканирующего пучка рентгеновского излучения. 4 ил, 1648376

25

35

55 также стандартные системы. обработки сигналов и восстановления изображения.

Томографическое рентгеновское устройство работает следующим образом.

В зону веерной развертки точечного сканирующего пучка 7 излучения жестко соединенной системы рентгеновская трубка 1 — дифференцирующий детектор 3 помещают объект 27 исследования, B зависимости ат цели исследования задают одну из стандартных программ либо свободную программу, при которой заранее устанавливаются режимы экспонирования и с помощью регулятора 19 скорости вращения устанавливается скорость вращения привода системы 15 анод — щелевой коллиматор, обеспечивающая нужное для поставленной цели исследования геометрическое разрешение. На рентгеновскую трубку 1 и дифференцирующий детектор 3 подается подготовительное напряжение. При этом начинается вращение системы 15 анод щелевой поворотный коллиматор, разогрев катода 13 в рентгеновской трубке 1 и зарядка первоначальным потенциалом датчиков

26 рентгеновского излучения в дифференциальном детекторе 3.

Рабочий цикл начинается с подачи высокого напряжения на вращающийся анод 9 и катод 13 с антианодом 14, благодаря чему пучок электронов устремляется к аноду 9 и тормозится в зоне фокусного пятна 16 анода 9. В результате торможения пу -.ка электронов образуется 99;, тепла и 1 4 рентгеновского излучения. При вращении анода 9 происходит равномерный разогрев проволоки 10, которая отдает избыток тепла цилиндру 11. Циркулирующая через просеет цилиндра 11 охлаждающая среда 12 движется со скоростью, достаточной для отбора тепла и охлаждения цилиндра 11 вращающегося анода 9.

Точечный сканирующий пучок 7 выходщ через выходное отверстие 8 рентгеновской трубки 1.

Считывание сигналов с дифференцирующего детектора 3 начинается после срабатывания датчика координат (не показан), входящего в состав блока 20 управления синхронизации, путем воздействия на него рентгеновского излучения, проходящего через дополнительное ключевое отверстие 21 щелевого поворотного коллиматора 2.

Ключевое отверстие 21 кодирует информацию об определенной коллимационной щели 17. что позволяет отключать высокое напряжение и получать всю необходимую информацию при одном обороте системы

15 анод — щелевой поворотный коллиматор..

В каждый момент времени исследования рентгеновское излучение испускается только через одно отверстие, образованное стенками коллимационной щели 17 и поперечными перегородками 18, в виде определенным образом направленного точечного сканирующего пучка 7. при пересечении всей длины фокусного пятна 16 асей длиной коллимационной щели 17 формируется веерная развертка (или несколько веерных разверток) точечного сканирующего пучка 7 с заданными перегородками 18 коллимационной щели 17 фокусным расстоянием и смещением оси веерной развертки относительно центра фокусного пятна 16, т.е, обеспечивается сканирование объекта 27 точечным сканирующим пучком 7 рентгеновского излучения с известными координатами пучка в каждый момент времени, Путем синхронизации блока 22 высоковольтного генератора и блока 23 зарядки детектора первоначальным потенциалом, входящих в блок 20 синхронизации и управления, происходит авторегуляция величин напряжения, т.е. работы рентгеновской трубки 1 и дифференцирующего детектора

3. Это обеспечивает возможность питания всего томографичес:кого рентгеновского устройства от нестабилиэированных источников тока, например передвижных энергоустановок, а также позволяет получать сопос1авимые си налы с датчиков 26 рентгеновского излучения дифференцирующего детек1ора 3 г каждый момент исследования об интенсивности прошедшего через объект 27 vlccледогания излучения. Так как все датчики 26 различаются по чувствительности к рени еновским лучам, очечный сканирующий пучок 7, прошедший через объект 27 исследования, вызывает срабатывание датчиков 26 в зависимости от интенсивности.

Сигнал от дифференцирующего детектора 3 поступает в адреснокоординатный блок (не показан), входящий в состав блока

20 управления и синхронизации, а оттуд а с присвоенными координатным адресом и плотностью материала исследуемого объекта 27 в память 3ВМ (не показана) системы 4 обработки сигналов, где происходит дальнейшая обработка сигналов, полученных за один оборот системы 15 анод — щелевой поворотный коллиматор, и восстановление изображения томограммы поперечного среза исследуемого объекта 27 и:-вестным способом.

Вращающийся анод 9 рентгеновской трубки 1 работает следующим образом.

Для каждого значения мощности рентгеновской трубки 1 рассчитывается lllpo

1648376 грамма управления циркуляцией охлаждающей среды 12 таким образом, чтобы поток охлаждающей среды был достаточен для отбора в процессе работы образующего тепла. При этом учитываются величины тока и высоковольтного напряжения на рентгеновской трубке, коэффициент теплопродукции электронного пучка, коэффициенты теплопроводности проволоки 10 анода 9 и цилиндра 1 1, коэффициент теплоемкости охлаждающей среды и время работы. Программа управления циркуляции охлаждающей среды синхронизируется в блоке 2О управления с программами управления установкой, что обеспечивает автоматическое управление работы вращающегося анода в заранее выбранном режиме.

Катод 13 с антианодом 14 работает следующим образом.

При подаче на катод 13 напряжения вокруг каждой из его зеркальных частей образуется электронное облачко за счет их разогрева. При включении высоковольтного потенциала oT ".-атода 13 к антианоду 14 устремляется поток электронов, формирующийся в виде плоскости за счет воздействия элект ромагнитного поля антианода 14, благодаря чему на вращающемся аноде 9 ооразуется линейно-вытянутое фокусное пятно 16. Для создания дос-гаточной плотности электооннсго пучка и его равномерности обе зеркальные части катода 13 имеют высокую степень обработки и дос-аточный диаметр, а соленоиды антианода 14 достаточное количество витков..

Щелевой поверхностный коллиматор 2 работае следующим образом, При подаче на рентгеновску.о трубку ;

1 под -отови гельного напряжения начинается вращение системы 15 цилиндров анод — коллиматор с заранее выбранной скоростью.

Скорость воащения щелевого коллиматора 2 рассчитывается из усл",âèÿ достаточного времени экспозиции дифференцирующего детектора 3 точечным сканирующим пучком 7 и задается регулятором 19 привода. При подаче на peHTf еновскую трубку 1 высоковольтного напряжения начинается испускание рентге новского излучения через отверстия коллимационных щелей 17, находящихся в данный момент времени на пересечении с линией фокусного пятна 16, После пересечения с линией фокусного пятна 16 дополнительного ключевого отверстия 21 путем срабатывания датчика координат (не показан) начинается считывание сигналов с дифференцирующего детекторов 3 по заданной программе. Так как количество щелей 17 на коллимационном цилиндре известно, после

1О

2ю

О

4О пересечения всех коллимационн õ щелей

17 с линией фокусного пятна 16 анода 9 датчик координат отключает систему считывания и высоковольтное напряжение на рентгеновской трубке 1, Определенным образом расположенные перегородки 18 коллимационных щелей

17 формируют в каждый момент времени точечный сканирующий пучок 7 с заданным направлением излучения, а весь набор перегородок 18 в одной коллимационной щели

17 позволяет сформировать за время пересечения этой щелью линии фокусного пятна

16 веерную развертку или несколько веерных разверток с определенным фокусным расстоянием и (или) смещением оси веерной развертки относительно центра фокусного пятна 16. Таким образом, создается условие, при котором за счет вращения системы 15 анод — коллиматор формируется определенный набор веерных разверток, достаточный для получения томографического среза объекта 27.

Дифференцирующий детектор 3 рентгеновского излучения работает следующим образом.

Благодаря тому, что чувствительность датчика 26 определяется формулой z - p(M) где M -- количество датчиков 26 в матрице, на величину мощности излучения, каждый датчик срабатывает с нормированной чувствительностью. Так как определенное число датчиков собрано в матрицу по убыванию или возрастанию чувствительности к рентгеновским лучам друг за другом вдоль их хода, а отдельные матрицы 24 разделены слоем поглощающего лучи материала 25, создается возможность дифференцирования точе свого сканирующего пучка, прошедшего через исследуемый обьект 27, на большое количество ступеней. Каждая ступень, которой соответствует отдельная нормированная чувствительность датчика 26, регистрирует определенную плотность исследуемого материала, что позволяет получать. данные о плотности беэ математического исчисления их величины и значительно сокращает время обработки сигналов. Так как дифференцирующий детектор 3 не имеет делений вдоль хода веерной развертки, это позволяет изменять геометрическое разрешение детектора за счет синхронизации частоты съема сигналов со скоростью веерной развертки и при фмсированной скорости веерной развертки увеличивать геометрическое разрешение контролируемой плоскости в большом диапазоне в зависимости от цели исследования путем изменения скорости съема информации с дифференцирующего детектора. Бла1648376

10

25 годаря наличию синхрониэирующей связи между блоком 23 зарядки первоначальным потенциалом дифференцирующего детектора и блоком 22 высоковольтного генератора рентгеновской трубки соотношение чувствительности датчиков 26 с мощностью излучения сохраняется неизменным на протяжении всего исследования. Это позволяет пользоваться источниками тока любого типа.

Томографическое рентгеновское устройство позволяет значительно повысить точность восстановления изображения за счет увеличения разрешающей способности с одновременным уменьшением чувс.вительности датчиков к паразитному излучению. Это достигается Благодаря наличию в устройстве рентгеновского излучения с точечным веерным сканирующим пучком излучения и дифференцирующето детектора, каждый датчик которого вытянут вдоль хода веерной развертки и имеет нормированную чувствительность. Уменьшение времени экспоэицил достигается за счет ограничения времени просвечивания одним оборотом системы анод — щелевои коллиматор, Кроме того, значительно снижается радиацлонная нагрузка на объект исследования и в окружающее пространство за счет того, что испускаемый. через коллимационное отверстие пучок излучения является точечным и не имеет паразитных лучей.

Кроме того, использование рентгеновскОЙ трубки с вращающимся анодом и поворотным щелевым коллиматором в томографическом рентгеновском устройстве позволяет значительно удешевить все устройство путем отказа от сложных, высокочастотных систем механических перемещений {поступательных и вращательных) рентгеновской трубки и детектора.

Использование дифференцирующего детектора позволяет получать сигнал с присвоенной плотностью и координатным адресом беэ. необходимости вычисления плотности каждой точки исследуемой плоскости в каждый момент времени, Кроме того, качество восстанавливаемого изображения томографического среза обьекта выше за счет отсутствия артефактов, неизбежных при использовании традиционной томографической аппаратуры.

Формула изобретения

Томографическое рентгеновское устройство. содержащее соосно расположенные рентгеновскую трубку, поворотный щелевой коллиматор, дифференцирующий детектор и электрически связанную с ними систему обработки сигналов и восстановленияизображения,отличаю щеесятем, что, с целью повышения точности восстановлания изображения и уменьшения времени экспозиции, рентгеновская трубка выполнена с вращающейся системой анод— щелевой поворотный коллиматор, при этом в зазоре между цилиндрами анода и коллиматора размещен неподвижный катод с антианодом, и оба цилиндра -.âëýàíû в жестку а систему, в цилиндре щелевого поворот, ого коллиматора расположены коллимационные щели под углом к линии фокусного пятна анода таким образом, что начало каждой щели находится на одном уровне вдоль длиннол оси цилиндра с окончанием предыдущей, а размер щели соответствует . размеру фокусного пятна, в продолжении линии коллимационной щели в цилиндре шелевого поворотного коллиматора расположено qonon«i тельное ключевое отверстие или набор отверстий, при этом каждая коллимационная щель содержит набор перегородок, установленных перпендикулярно плоскости фокусного пятна вращающегося анода и расположенных с воэможностью формирования при пересачении всей длины коллимационной щели со всей длиной фокусного пятна анода веерной развертки точечного сканирующего пучка рентгеновского лзлучения, в плоскости которой установлено входное окно детектора рентгеновского излучения, при этом детектор содержит набор матриц, расположенных в плоскости веерной развертки излучения, отделенных друг от друга слоем поглощающего рентгеновские лучи материала, толщина которого рассчитана по формуле у = f(N), где N — число матриц в детекторе, а каждая матрица содержит набор датчиков рентгеновского излучения, которые расположены друг эа другом в плоскости веерной развертки перпендикулярно ходу точечного сканирующего пучка в виде полос, вытянутых в плоскости веерной развертки, и каждый датчик имеет нормированную чувствительность. рассчитанную по формуле z = p (M), где M — число да--чиков в матрице.

1648376

1648376

Составитель Н. Галамага

Редактор И. Киштулинец Техред M.Mîðãåíòàë Корректор О. Кундрик

Заказ 1473 Тираж 447 Подписное

ВИОЖПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101