Пересувний рентгенівський апарат для комп’ютерного томосинтезу

Реферат: Пересувний рентгенівський апарат для комп'ютерного томосинтезу має опорний вузол, кероване джерело рентгенівського випромінювання, кінематичне зв'язане з опорним вузлом щонайменше в робочому положенні й оснащене приводом для переміщення протягом кожного діагностичного сеансу, цифровий приймач рентгенівського випромінювання, розташований у робочому положенні напроти джерела рентгенівського випромінювання, щонайменше одне джерело електроживлення, блок керування, блок обробки даних і засоби для підключення зазначених частин.Опорний вузол являє собою прямокутний каркас, що має жорстко зв'язані передню й задню рами. Кероване джерело рентгенівського випромінювання встановлено на поворотному супорті, який розміщений на каретці, розташованій усередині зазначеного каркаса на горизонтальних напрямних з можливістю зворотно-поступального переміщення. Цифровий приймач рентгенівського випромінювання виконаний знімним і в робочому положенні жорстко закріплений у вертикальному положенні на кронштейні, який у робочому положенні жорстко зв'язаний з нижньою частиною передньої рами каркаса. Джерело електроживлення виконане автономним. Блок керування й блок обробки даних об'єднані й виконані у вигляді персонального комп'ютера, який підключений на керуючий вхід джерела рентгенівського випромінювання через бездротовий канал зв'язку, а на керуючий вхід і інформаційний вихід зазначеного цифрового приймача через двонаправлений кабельний канал. UA 115853 U (12) UA 115853 U UA 115853 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до конструкції пересувних рентгенівських апаратів для комп'ютерного томосинтезу, які призначені переважно для діагностики травматичних ушкоджень і захворювань ніг спортивних коней і великої рогатої худоби. Спортивні коні й племінні стада (особливо самці-плідники) великої рогатої худоби мають високу цінність. Тому власники таких тварин кровно зацікавлені у своєчасній діагностиці їх травм і захворювань, до 80 % яких припадає на ноги. Особливо часто травми ніг трапляються в спортивних коней на змаганнях і при виїждженні. Донедавна для такої діагностики використовували рентгенографічні апарати, пристосовані для потреб ветеринарії. Однак навіть комплекти зроблених з декількох напрямків рентгенограм недостатньо інформативні в порівнянні із серіями зображень шарів (і тим більше - об'ємних картин), які можна отримати шляхом комп'ютерного томосинтезу. Апарати для нього: забезпечують переміщення джерела рентгенівського випромінювання відносно тіла пацієнта (або тіла пацієнтів відносно такого джерела) по заданій траєкторії, пропускають рентгенівське випромінювання через кожний обстежуваний шар тіла пацієнта в заздалегідь заданій позиції на заданій траєкторії, приймають рентгенівське випромінювання, що пройшло крізь кожний обстежуваний шар, послідовно формують цифрові рентгенівські зображення таких шарів і синтезують томограми на основі цих цифрових рентгенівських зображень. Принципи створення програмного забезпечення для томосинтезу нині загальновідомі, а саме таке ПЗ нерідко доступно на ринку (див., наприклад, US 2008/0219567 А1). Програмування керування механізмами, використовуваними в рентгенівських апаратах для комп'ютерного томосинтезу, також не є трудним. І, нарешті, нині загальнодоступні прості, легкі і дешеві багатосенсорні цифрові приймачі рентгенівського випромінювання [див. патенти на основі WO 98/11722 і WO 2006/049589; US 6002743; US 6370225; RU 105553 U тощо]. Кожний такий приймач має послідовно розміщені рентгенооптичний перетворювач і набір оптоелектронних перетворювачів з полями зору, що перекриваються, які формують множину фрагментарних аналогових відеосигналів. Ці оптоелектронні перетворювачі через АЦП підключені до блоку обробки даних, який формує цілісні цифрові відеосигнали. Зазначені вище та інші практично безінерційні цифрові приймачі широко використовують у рентгенівських апаратах для комп'ютерного томосинтезу, які залежно від їхнього призначення, габаритів і маси підрозділяють на стаціонарні й пересувні. В US 6,574,296 розкритий типовий приклад стаціонарного комп'ютерного томографа, електроживлення якого забезпечують від зовнішньої електромережі. Він має: звичайно плоский рентгенопрозорий стіл для розміщення обстежуваного суб'єкта (тобто людини або невеликої тварини типу собаки); носій рентгенівських вузлів у вигляді кільцевої опори, яка охоплює зазначений стіл і на якій опозитне закріплені кероване джерело рентгенівського випромінювання з коліматором для формування пірамідального рентгенівського пучка й приймач на основі щонайменше однієї спіралеподібної лінійки ПЗЗ-детекторів рентгенівського випромінювання; привід безперервного обертання зазначеної кільцевої опори навколо зазначеного стола в процесі обстеження; реверсивний привід безперервного лінійного переміщення зазначеного стола уздовж осі симетрії зазначеної кільцевої опори в процесі обстеження; оптичне обладнання для запису рентгенологічних картин, яке звичайно закріплене на зазначеній кільцевій опорі і може мати автоматичний механізм фокусування, і систему формування рентгенологічних картин для томосинтезу. Зрозуміло, що обертання кільцевої опори й одночасне лінійне переміщення стола уздовж її геометричної осі забезпечують спіральне переміщення рентгенівського пучка відносно тіла обстежуваного суб'єкта. Нині відомі томографи, у яких діаметр прорізу в кільцевій опорі дорівнює 78 см, а довжина лінійки ПЗЗ-детекторів рентгенівського випромінювання досягає 100 см, що дає зону томографії діаметром до 60 см, і які мають до 64 і більш таких лінійок. Це дозволяє за один сеанс синтезувати множину томограм (див., RAD BOOK 2015. The Radiology Guide to Technology and Information in Europe, section "Computer Tomography", pp. 9-12, especially p. 12). Такі апарати дозволяють обстежувати навіть повнотілих людей, а останнім часом їх почали використовувати для клінічної діагностики травм і захворювань тварин. В Інтернеті можна знайти ілюстрації їх застосування для обстеження великих собак. Мало того, показані томографи із широким столом, який перпендикулярний геометричній осі поворотної кільцевої 1 UA 115853 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 опори джерела й цифрового приймача рентгенівського випромінювання. На такий стіл можна укласти коня й помістити його ноги в прорізі кільцевої опори для обстеження. На жаль, нерухомість тварин при тривалому обстеженні на таких апаратах може бути забезпечена тільки наркотизацією, після якої функціональний стан організму завжди погіршується. Іноді (особливо в спортивних коней) таке погіршення виявляється необоротним, що змушує їх достроково вибраковувати. Мало того, описані вище рентгенівські томографи масивні, громіздкі, складні у виготовленні й експлуатації й тому можуть бути використані тільки в клініках. На ринку є мобільне обладнання, яке може бути доставлено вантажним транспортом до місць експлуатації й не вимагає наркотизації тварин перед обстеженням. Так, на сайті представлений роботизований рентгенівський томограф, що має: станину, яку перед початком роботи треба жорстко закріпити на зовнішній основі; установлену на станині платформу, що має керований привід повороту відносно вертикальної осі; установлену на платформі стрілу, що має керований привід повороту відносно горизонтальної осі; установлений на дистальному кінці стріли керований поворотний супорт; кероване джерело й цифровий приймач рентгенівського випромінювання, які кінематичне пов'язані із супортом і оснащені власними приводами підстроювалього переміщення для забезпечення їх постійно опозитного взаєморозташування в кожному сеансі обстеження; блок живлення приводів, джерела і приймача рентгенівського випромінювання; блок керування приводами й джерелом рентгенівського випромінювання; блок обробки даних, підключений на вихід зазначеного цифрового приймача, й кабелі для підключення зазначених блоків. Такий апарат дозволяє ефективно обстежувати будь-яку частину тіла великої тварини. Однак він дуже складний у виготовленні й обслуговуванні, масивний і великогабаритний. Тому він не може бути оперативно розгорнутий і згорнутий у місцях, де в спортивних коней і великої рогатої худоби найчастіше трапляються травми ніг, тобто на іподромах, у зонах виїждження й на пасовищах (особливо в гірських місцевостях). Задача оперативної діагностики травм ніг тварин у режимі швидкої ветеринарної допомоги може бути вирішена тільки шляхом створення й впровадження пересувних малогабаритних рентгенівських апаратів для комп'ютерного томосинтезу. На сьогодні відомо багато відносно малогабаритних пристроїв такого типу. Вони, як правило, являють собою так звані конусно-променеві комп'ютерні томографи (позначувані англійською абревіатурою СВСТ). Наприклад, в US 20130243151 А1 розкритий малогабаритний пересувний томограф для обстеження черепа (зокрема, з метою діагностики черепно-мозкових травм людей), в US 7224769 В2 розкритий малогабаритний пересувний комп'ютерний томограф, призначений переважно для обстеження зубних рядів у людей, а в US 9420977 В2 розкритий пересувний комп'ютерний томограф, конструкція якого, на думку винахідників, найзручніша для розгортання в робоче положення й згортання в транспортне положення, оскільки поворотна рама, що несе опозитне розташовані джерело й цифровий приймач рентгенівського випромінювання, виконана рознімної; на сайті показаний малогабаритний комп'ютерний томограф Planmed Verity® для обстеження кінцівок (особливо ніг) людей. У принципі такі апарати можна перевозити вантажним транспортом і використовувати для обстеження ніг коней, биків і т.п. тварин на конезаводах і великих фермах. На жаль, усі вони мають нероз'ємний при експлуатації кільцевий кожух, у якому розташована поворотна опора з опозитне закріпленими джерелом і цифровим приймачем рентгенівського випромінювання. Це утрудняє маніпуляції із травмованими або хворими тваринами, яких важко (а іноді й неможливо) примусити до того, щоб вони підняли хвору ногу й вставили її в круглий проріз у зазначеній кільцевій опорі. В US 2010/0278300 А1 розкритий відносно компактний і в принципі пересувний конуснопроменевий рентгенівський апарат для комп'ютерного томосинтезу, який найближчий до запропонованого далі апарата по технічній сутності. Цей апарат призначений для обстеження ніг і рук людей і придатний для обстеження ніг тварин. Він має: опорний вузол у вигляді двох паралельних вертикальних стійок; зовнішній кільцеподібний носій керованого джерела рентгенівського випромінювання й розміщений концентрично йому з кільцевим зазором внутрішній кільцеподібний носій цифрового 2 UA 115853 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 приймача рентгенівського випромінювання, при цьому зазначені носії розташовані між зазначеними стійками й кожний з них має вертикальний наскрізний проріз; керовані приводи зворотно-обертального переміщення зазначених носіїв відносно вертикальної геометричної осі (та обстежуваної кінцівки); синхронізатор зазначених приводів зворотно-обертального переміщення для забезпечення діаметральної протилежності джерела й приймача рентгенівського випромінювання при обстеженні; керований привід синхронного вертикального переміщення приймача й джерела рентгенівського випромінювання для підстроювання по висоті обстежуваної кінцівки; блоки електроживлення приводів, джерела й приймача рентгенівського випромінювання від зовнішньої електромережі; блок керування зазначеними приводами й джерелом рентгенівського випромінювання; блок обробки даних, підключений до зазначеного цифрового приймача; і кабелі для підключення зазначених блоків. У вихідному положенні вертикальні прорізи кільцеподібних носіїв джерела й приймача рентгенівського випромінювання відомого томографа розташовано один напроти іншого, що дозволяє легко вставляти ноги тварин у зону обстеження. Однак цей апарат все-таки досить масивний і громіздкий, що утрудняє його переміщення й, відповідно, виключає його використанню в режимі швидкої ветеринарної допомоги в місцях найбільш імовірного заподіяння травм. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконаленням конструкції створити такий компактний і простій у виготовленні й обслуговуванні пересувний рентгенівський апарат для комп'ютерного томосинтезу, який придатний для діагностики травм і захворювань ніг великих тварин у режимі швидкої ветеринарної допомоги. Поставлена задача вирішена тим, що в пересувному рентгенівському апараті для комп'ютерного томосинтезу, що має опорний вузол, кероване джерело рентгенівського випромінювання, кінематичне зв'язане з опорним вузлом щонайменше в робочому положенні й оснащене приводом для переміщення протягом кожного діагностичного сеансу, цифровий приймач рентгенівського випромінювання, розташований у робочому положенні напроти джерела рентгенівського випромінювання, щонайменше одне джерело електроживлення, блок керування, блок обробки даних і засоби для підключення зазначених частин, згідно з винахідницьким задумом опорний вузол являє собою прямокутний каркас, що має жорстко зв'язані передню й задню рами, кероване джерело рентгенівського випромінювання встановлено на поворотному супорті, який розміщений на каретці, розташованій усередині зазначеного каркаса на горизонтальних напрямних з можливістю зворотно-поступального переміщення, цифровий приймач рентгенівського випромінювання виконаний знімним і в робочому положенні жорстко закріплений у вертикальному положенні на кронштейні, який у робочому положенні жорстко зв'язаний з нижньою частиною передньої рами каркаса, джерело електроживлення виконане автономним, блок керування й блок обробки даних об'єднані й виконані у вигляді персонального комп'ютера, який підключений на керуючий вхід джерела рентгенівського випромінювання через бездротовий канал зв'язку, а на керуючий вхід і інформаційний вихід зазначеного цифрового приймача через двонаправлений кабельний канал. Такий апарат має габарити середньої валізи й тому вміщається в багажнику легкового автомобіля або на спині в'ючної тварини, а його маса допускає перенесення на короткі відстані на руках. Обстежувані ноги тварин можна легко встановлювати в проміжку між передньою рамою каркаса й приймачем рентгенівського випромінювання. Автономне електроживлення дозволяє використовувати апарат у режимі швидкої ветеринарної допомоги безпосередньо на іподромах, у місцях виїждження спортивних коней і на будь-яких (у тому числі гірських) пасовищах. Перша додаткова відмінність полягає в тому, що кронштейн має опорну платформу. Це полегшує установку ніг тварин у необхідне для обстеження положення. 3 UA 115853 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Друга додаткова відмінність полягає в тому, що каретка й супорт мають керовані приводи відповідно зворотно-поступального переміщення й зворотно-обертального руху на основі крокових електродвигунів і зубчасто-ремінних передач. Це дозволяє з високою точністю регулювати швидкості й фази лінійного переміщення й повороту джерела рентгенівського випромінювання. Третя додаткова відмінність полягає в тому, що зазначений каркас має обшивку. Це дозволяє захистити вузли апарата від випадкових ушкоджень. Четверта додаткова відмінність полягає в тому, що зазначений каркас оснащений знімними колесами й рукояткою. Це полегшує транспортування апарата обслуговуючим персоналом від місця доставки до місця використання. Далі суть корисної моделі пояснюється докладним описом її конструкції й роботи з посиланнями на додані креслення, де зображені на: фіг. 1 - пересувний апарат для рентгенівського томосинтезу в розгорнутому для роботи положенні (аксонометрична проекція з умовно вилученою обшивкою каркаса); фіг. 2 - кінематична схема приводу переміщення джерела рентгенівського випромінювання в процесі обстеження, що доповнена необхідними для томосинтезу компонентами; фіг. 3 - передня нога спортивного коня в процесі обстеження; фіг. 4 - перевезення запропонованого апарата до місця застосування в польових умовах. Пересувний апарат для рентгенівського томосинтезу має (див. фіг. 1): опорний вузол у вигляді каркаса, що має паралельні одна другій передню 1 і задню 2 прямокутні рами, жорстко зв'язані поперечними стяжками 3; каретку 4, яка встановлена усередині згаданого каркаса на не позначених особливо горизонтальних напрямних з можливістю зворотно-поступального переміщення протягом діагностичного сеансу; поворотний навколо вертикальної осі супорт 5, який установлено на каретці 4, звичайно знімне кероване джерело 6 рентгенівського випромінювання, яке у робочому (та зазвичай і у транспортному) положенні закріплено на супорті 5 (це джерело 6 може бути безперервної або імпульсної дії із частотою спрацьовування переважно не більш 5 мс); знімний або відкидний горизонтальний у робочому положенні кронштейн 7, який звичайно має (як правило, знімну) міцну й жорстку платформу 8 як опору для обстежуваних ніг тварин; знімний динамічний (тобто здатний створювати за один діагностичний сеанс серію послідовних рентгенівських зображень) переважно багатосенсорний цифровий приймач 9 рентгенівського випромінювання, який у робочому положенні вертикально закріплений на дистальній частині кронштейна 7, а в транспортному положенні являє собою окремий контейнер. На фіг. 2 видно, що каретка 4 і супорт 5 мають керовані приводи відповідно зворотнопоступального переміщення й зворотно-обертального руху, які включають крокові електродвигуни 10 і 11 і умовно показані штриховими лініями зубчасто-ремінні передачі 12 і 13. Електроживлення джерела 6 і цифрового приймача 9 рентгенівського випромінювання й крокових електродвигунів 10 і 11 може бути здійснено від одного автономного джерела 14 типу акумулятора (або від декількох акумуляторів). Будь-якому фахівцю зрозуміло, що зазначені вузли 6, 9, 10 і 11 повинні бути підключені до джерела (або джерел) 14 електроживлення через не показані тут заради спрощення керовані перемикачі. Засобом керування перемикачами, виконання томосинтезу, записування, зберігання й демонстрації томограм в апараті може бути будь-який оснащений відповідними програмами сучасний персональний комп'ютер 15. Цей ПК 15 підключений на керуючий вхід джерела 6 рентгенівського випромінювання через бездротовий (Wi-Fi) канал і на керуючий вхід і інформаційний вихід цифрового приймача 9 рентгенівського випромінювання через двонаправлений кабельний канал (наприклад, Ethernet) пропускною здатністю порядку 1 Гбіт/с. Ці канали зв'язку показані на фіг. 2 відповідно ламаною стрілкою з умовно позначеними антенами й прямою двосторонньою стрілкою. Як видно на фігурах 3 і 4, каркас описаного апарата має не позначену особливо обшивку з тонких листів металу (наприклад, сталі або алюмінієвого сплаву) або з переважно непрозорого чистого або композиційного полімерного матеріалу (наприклад, полівінілхлориду, гетинаксу й т.п.). При цьому передня стінка обшивки може бути знімною або мати вікно в зоні дії рентгенівського пучка. Обшивка дозволяє поводитись зі складеним апаратом як із транспортним контейнером, який можна перевозити в багажнику легкового автомобіля або на в'ючній тварині, а приєднання до 4 UA 115853 U 5 10 15 20 25 30 35 40 каркаса пари коліс і ручки дозволяє, як видно на фіг. 4, легко підвозити апарат у будь-яке місце, де можуть траплятися травми ніг тварин. Травми ніг коней або інших представників крупної сільськогосподарської худоби діагностують із використанням описаного апарата в такий спосіб. Спочатку апарат приводять у робочий стан. Для цього (див. фіг. 1): кронштейн 7 фіксують у горизонтальному положенні й укладають на нього платформу 8 (якщо вона не є частиною цього кронштейна 7); на дистальний кінець кронштейна 7 установлюють вертикально цифровий приймач 9 рентгенівського випромінювання, підключають його до спільного автономного джерела 14 електроживлення або до власного акумулятора (який на фіг. 2 умовно показаний прямокутником у лівому нижньому куті контуру приймача 9) і приєднують кабелем до ПК 15, як показано на фіг. 2. Далі (див. фіг. 2): знімне джерело 6 рентгенівського випромінювання фіксують на супорті 5 (якщо це джерело 6 було привезено на місце роботи окремо) і каретку 4 із супортом 5 і зазначеним джерелом 6 рентгенівського випромінювання переводять у крайнє (ліве або праве) положення; за необхідності супорт 5 повертають так, щоб лицьова сторона зазначеного джерела 6 була звернена до поверхні зазначеного цифрового приймача 9 рентгенівського випромінювання. Цей вихідний кут звичайно знаходиться в інтервалі 30…40°. Потім на платформу 8 установлюють ногу тварини, як показано на фіг. 3, і включають програму обстеження й томосинтезу, закладену в ПК 15. Крокові електродвигуни 10 і 11 відповідно переміщають каретку 4 уздовж горизонтальних напрямних усередині каркаса й синхронно повертають супорт 5 так, щоб лицьова сторона зазначеного джерела 6 була увесь час звернена до поверхні зазначеного цифрового приймача 9 рентгенівського випромінювання. Цей приймач 9 генерує на виході серію знятих під різними кутами цифрових рентгенівських картин обстежуваної ноги, які сприймає й обробляє в режимі томосинтезу ПК 15. Дискретність кадрів можна забезпечувати на виході цифрового приймача 9 рентгенівського випромінювання та/або імпульсною роботою джерела 6 рентгенівського випромінювання. Промислова придатність корисної моделі обумовлена: по-перше, можливістю серійного виготовлення пересувних рентгенівських апаратів для комп'ютерного томосинтезу на основі доступних комплектуючих і матеріалів, по-друге, можливістю їх широкого впровадження в практику швидкої ветеринарної допомоги поза стаціонарними ветеринарними лікарнями. Мало того, запропоновані апарати можуть бути використані для оснащення пересувних госпіталів з метою обстеження кінцівок людей. Випробування дослідного зразка запропонованого апарата, який був оснащений безперервно діючим джерелом рентгенівського випромінювання, показали, що тривалість одного сеансу обстеження не перевищує чотирьох секунд і що за цей час можна сформувати до 130 кадрів. Це цілком достатньо для якісної діагностики характеру й тяжкості травм. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 1. Пересувний рентгенівський апарат для комп'ютерного томосинтезу, що має опорний вузол, кероване джерело рентгенівського випромінювання, кінематичне зв'язане з опорним вузлом щонайменше в робочому положенні й оснащене приводом для переміщення протягом кожного діагностичного сеансу, цифровий приймач рентгенівського випромінювання, розташований у робочому положенні напроти джерела рентгенівського випромінювання, щонайменше одне джерело електроживлення, блок керування, блок обробки даних і засоби для підключення зазначених частин, який відрізняється тим, що опорний вузол являє собою прямокутний каркас, що має жорстко зв'язані передню й задню рами, 5 UA 115853 U 5 10 15 20 кероване джерело рентгенівського випромінювання встановлено на поворотному супорті, який розміщений на каретці, розташованій усередині зазначеного каркаса на горизонтальних напрямних з можливістю зворотно-поступального переміщення, цифровий приймач рентгенівського випромінювання виконаний знімним і в робочому положенні жорстко закріплений у вертикальному положенні на кронштейні, який у робочому положенні жорстко зв'язаний з нижньою частиною передньої рами каркаса, джерело електроживлення виконане автономним, блок керування й блок обробки даних об'єднані й виконані у вигляді персонального комп'ютера, який підключений на керуючий вхід джерела рентгенівського випромінювання через бездротовий канал зв'язку, а на керуючий вхід і інформаційний вихід зазначеного цифрового приймача через двонаправлений кабельний канал. 2. Пересувний рентгенівський апарат за п. 1, який відрізняється тим, що зазначений кронштейн має опорну платформу. 3. Пересувний рентгенівський апарат за п. 1, який відрізняється тим, що каретка й супорт мають керовані приводи відповідно зворотно-поступального переміщення й зворотнообертального руху на основі крокових електродвигунів і зубчасто-ремінних передач. 4. Пересувний рентгенівський апарат за п. 1, який відрізняється тим, що зазначений каркас має обшивку. 5. Пересувний рентгенівський апарат за п. 1, який відрізняється тим, що зазначений каркас оснащений знімними колесами й рукояткою. 6 UA 115853 U 7 UA 115853 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 8