Цифровий скануючий рентгенодіагностичний апарат

Цифровий скануючий рентгенодіагностичний апарат, що містить рентгенівський випромінювач з високовольтним джерелом, що живить його, стійку, приймач рентгенівського випромінювання у вигляді лінійки детекторів, захисний екран, встановлений перед ним, і систему реєстрації і управління, при цьому джерело і приймач рентгенівського випромінювання жорстко закріплені напроти один одного на дузі з можливістю вертикального переміщення на стійці, стійка і нижня частина екрана жорстко укріплені на підлоговій плиті, який відрізняється тим, що приймачем випромінювання є лінійка сцинтиляційних детекторів на основі йодистого цезію, активованого талієм (CsI(Tl)). (19) (21) u201109815 (22) 08.08.2011 (24) 25.01.2012 (46) 25.01.2012, Бюл.№ 2, 2012 р. (72) БОРОДЕНКО ЮРІЙ ОПАНАСОВИЧ, СЕЛЕГЕНЄВ ЄВГЕН МИХАЙЛОВИЧ, ДІДЕНКО ГАННА ВОЛОДИМИРІВНА, ГРИНЬОВ БОРИС ВІКТОРОВИЧ, ТАРАСОВ ВОЛОДИМИР ОЛЕКСІЙОВИЧ, БІЛОГУБ ВОЛОДИМИР ВІТАЛІЙОВИЧ, КОЛЯДА ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ, ПОСТОЛЬСЬКИЙ СЕРГІЙ ВОЛОДИМИРОВИЧ, ЛАГІС АНАТОЛІЙ АНДРІЙОВИЧ (73) ІНСТИТУТ СЦИНТИЛЯЦІЙНИХ МАТЕРІАЛІВ НАН УКРАЇНИ, ТОВАРИСТВО З ОБМЕЖЕНОЮ ВІДПОВІДАЛЬНІСТЮ "ЗАВОД РЕНТГЕНІВСЬКОГО ОБЛАДНАННЯ "КВАНТ" 3 гани середостіння), додаткових пазух носа і носоглотки. Враховуючи низьку ефективність реєстрації рентгенівського випромінювання іонізаційною камерою доводиться збільшувати дозу опромінення, що робить негативний вплив на організм людини. Крім того, збільшення дози опромінення пропорційно збільшує інтенсивність розсіяного рентгенівського випромінювання, що приводить до появи вуалі (фону) на рентгенівському знімку і, отже, зниженню контрастної чутливості. Слід також відзначити і той факт, що іонізаційна камера має низьку ефективність реєстрації, особливо високоенергетичної частини спектру рентгенівського випромінювання (при напрузі на аноді рентгенівської трубки ~125 кВ енергетичний спектр рентгенівського випромінювання знаходиться в межах 30-100 кеВ), тому обстеження щільних ділянок тканин пацієнта (кісткова тканина) не завжди дає повну і достовірну інформацію (особливо за наявності злоякісних утворень усередині кісткової тканини). У цифровому скануючому рентгенодіагностичному апараті "ПРОСКАН-7000" [проспект Новий скануючий малодозовий цифровий флюорограф "ПРОСКАН-7000", ЗАТ "Рентгенпром"] використаний спеціальний рентгенівський випромінювач з щілинною діафрагмою, а приймач випромінювання є лінійкою кремнієвих детекторів (системи сцинтилятор-фотодіод) з трьома щілинними діафрагмами, що стоять одна за одною І захисним екраном, розташованим перед вказаним приймачем. При цьому випромінювання, розсіяне на попередній діафрагмі, поглинається подальшою. Завдяки цьому удалося мінімізувати ширину випромінювання в площині детектора, істотно подавивши фронти розподілу випромінювання. Детектор має 2560 активних кремнієвих елементів розміром 150150 мкм кожен і зчленованих з лінійкою кремнієвих фотодіодів. Величина просторового дозволу апарату складає 3,2 пар ліній/мм при дозі в площині приймача 400 мкР, контрастна чутливість (при 400 мР) складає 1 %, час сканування 5 сек. при довжині сканування 400 мм. Ефективність реєстрації рентгенівського випромінювання кремнієвими детекторами рентгенівського випромінювання в області енергій 70-100 кеВ не перевищує 10 %. Тому для збільшення ефективності реєстрації і контрастної чутливості доводиться збільшувати дозу опромінення шляхом збільшення струму рентгенівської трубки. Сказане, як і в першому аналогу, робить негативний вплив на організм людини і, крім того, приводить до підвищення розсіяння рентгенівського випромінювання, що приводить до появи вуалі на рентгенівському знімку і, отже, зниженню контрастної чутливості. Крім того, в кремнієвих детекторах реєстрація рентгенівського випромінювання відбувається в області р-n переходу, товщина якого не перевищує 200-300 мкм. При великій товщині р-n переходу ефективність роботи детектора різко знижується через те, що час дрейфу носіїв заряду через товстий р-n перехід стає більше часу життя носіїв заряду із-за їх рекомбінації (тобто зникнення електрон-діркових 67057 4 пар). Мала товщина р-n переходу призводить до істотного зниження ефективності реєстрації високоенергетичної складової спектру рентгенівського випромінювання, а, отже, і до зниження достовірності обстеження щільних ділянок тканин пацієнта (кісткова тканина). Як прототип нами вибраний останній з аналогів. У основу даної корисної моделі поставлено завдання зниження дозового навантаження на пацієнта, а також поліпшення контрастної чутливості, величини просторового дозволу і розширення функціональних можливостей апарату у всьому використовуваному енергетичному діапазоні рентгенівського випромінювання (при заданій напрузі на рентгенівській трубці). Рішення задачі забезпечується тим, що в цифровому скануючому рентгенодіагностичному апараті, що містить рентгенівський випромінювач з високовольтним джерелом, що живить його, стійку, приймач рентгенівського випромінювання у вигляді лінійки детекторів, захисний екран, встановлений перед ним і систему реєстрації і управління, при цьому джерело і приймач рентгенівського випромінювання жорстко закріплені напроти один одного на дузі з можливістю вертикального переміщення на стійці, стійка і нижня частина екрана жорстко укріплені на підлоговій плиті, згідно корисної моделі, приймачем випромінювання є лінійка сцинтиляційних детекторів на основі йодистого цезію, активованого талієм (CsI(Tl)). Використання лінійки сцинтиляційних детекторів на основі йодистого цезію, активованого талієм (CsI(Tl)), тобто сцинтиляційного кристала з високим ефективним атомним номером, дозволило забезпечити ефективність реєстрації рентгенівського випромінювання в області енергій 70÷100 кеВ до 80÷85 %, а отже, із самого початку понизити дозове навантаження на пацієнта, в результаті значно зменшена величина розсіяного рентгенівського випромінювання, і, як наслідок, забезпечено поліпшення контрастної чутливості і просторового дозволу (за рахунок збільшення співвідношення сигнал/шум). Завдяки використанню високоефективного кристала забезпечена можливість упевненої реєстрації всього енергетичного спектру рентгенівського випромінювання при фіксованій напрузі на аноді рентгенівській трубці і, тим самим, забезпечена якісніше і достовірніше обстеження як м'яких так і щільних тканин пацієнта. На фіг. приведений ескіз конструкції, апарату, що заявляється, у таблиці приведені основні характеристики пропонованого апарату порівняно з аналогами. Апарат, що заявляється, містить: стійку 1, на якій з можливістю вертикального переміщення, укріплена дуга 2 з прорізами 3. На дузі 2 напроти один одного жорстко укріплені джерело 4 рентгенівського випромінювання з високовольтним джерелом усередині (не приведений) і приймач 5 рентгенівського випромінювання з щілинним отвором 6. Джерело 4 рентгенівського випромінювання забезпечено спеціальною формуючою діафрагмою 7. Джерело 4 рентгенівського випромінювання 5 67057 прикріплено до дуги 2 обручем 8, що охоплює його, та повторює геометрію самого джерела. На обручі 8 з протилежного боку його кріплення до дуги 2 розташовані кнопки 9 управлінь роботою вказаного джерела. Перед приймачем 5 рентгенівського випромінювання встановлена тонка рамка 10, в якій жорстко укріплений захисний екран 11. Стійка 1 і нижня частина рамки 10 жорстко укріплені на підлоговій пластині 12, а верхня частина рамки 10 жорстко закріплена до верхньої частини стійки 1. Сам захисний екран 11 виконаний з оргстекла в зріст пацієнта, що з одночасно переміщуваними джерелом 4 і приймачем 5 рентгенівського випромінювання, закріпленими на дузі 2, забезпечує можливість безпечного для пацієнта сканування лінійкою детекторів у його повний зріст. У прикладі конкретного виконання приймач 5 рентгенівського випромінювання системи сцинтилятор-фотодіод, є лінійкою детекторів шириною 0,2 мм, виконаною з 2048 активних елементів з (CsI(Tl)) розміром 0,20,21,5 мм кожен і зчленованих з лінійкою кремнієвих фотодіодів. Джерело 4 рентгенівського випромінювання має модифіковану конструкцію і забезпечено спеціальною формуючою діафрагмою 7, що забезпечує мінімальне розсіювання рентгенівського випромінювання на пацієнтові і довколишніх предметах. Завдяки цьому, як вже було сказано, пацієнт опромінюється вузькою смугою і на приймач також потрапляє вузька смуга, тобто зменшується загальний фон, за рахунок чого забезпечується поліпшена контрастність отримуваного зображення і, отже, якісніше проведення обстеження пацієнта. Сам захисний екран 10 виконаний з оргстекла в зріст пацієнта, що з одночасно переміщуваними джерелом 4 і приймачем 5 рентгенівського випромінювання, закріпленими на дузі 2, забезпечується можливість безпечного для пацієнта сканування лінійкою детекторів. Пристрій працює наступним чином. При скануванні пацієнта джерело 4 і приймач 5 рентгенівського випромінювання, закріплені на дузі 2, одночасно і рівномірно переміщається у вертикальному напрямі на стійці 1. Управління роботою вказаного джерела 4 здійснюється кнопками 9, розташованими на обручі 8 з протилежного боку його кріплення до дуги 2. Формуюча діафрагма 7 формує тонкий віялоподібний пучок 6 рентгенівського випромінювання, який після проходження через тіло пацієнта потрапляє через щілинний отвір 6 на лінійку сцинтиляційних детекторів приймача 5, яка реєструє розподіл випромінювання в горизонтальному напрямі. У вертикальному напрямі проводиться сканування з кроком 1 мм із швидкістю 10 см/сек. Час виміру для кожного кроку (кожного рядка) складає 20 мсек. Цифрове зображення є матрицею з 10241048 чисел. Тонка рамка 10, в якій жорстко укріплений захисний екран 11 забезпечує безпеку пацієнта, а закріплення рамки 10 і стійки 1 на підлоговій плиті 12 забезпечує стійкість всього апарату. Інформація, накопичена за час сканування записується в оперативну пам'ять комп'ютера. Після закінчення сканування в пам'яті комп'ютера накопичується цифрове зображення, яке описує розподіл випромінювання після проходження через тіло пацієнта. Отримане зображення виводиться на дисплеї через 10-30 сек. (залежно від довжини сканування). Управління здійснюється за допомогою персонального комп'ютера. Програмне забезпечення установки включає основну програму, що управляє, і програму для проведення контролю працездатності блоків і установки в цілому. Цифрові зображення, накопичені в пам'яті комп'ютера (не приведений) дозволяють лікареві оперативно перетворювати зображення у вигляд, найбільш зручний для візуального аналізу, це дозволяє виявляти мінімальні патології органів, які залишаються непомітними при простому лікарському огляді. Як випливає з таблиці, при меншій кількості сцинтиляційних елементів в лінійці детекторів, величина просторового дозволу пропонованого апарату складає 3,5-3,8 пар ліній/мм при дозі в площині приймача 0,05 мР, контрастна чутливість (при дозі 20 мР) складає 0,5 %, час сканування 4 сек. при довжині сканування 400 мм, при довжині сканування на повний зріст, час сканування збільшується пропорційно. Апарат є системою скануючого типа і призначений для обстеження пацієнтів методом цифрової рентгенографії, що дозволяє діагностувати патології органів при надзвичайно низьких дозах опромінення. Отримуване цифрове зображення за якістю порівняно з повноформатною рентгенограмою. Таблиця Характеристика Доза в площині приймача, мР (середній режим 70 кВ, 20 мА) Доза в площині знімка, мР (розмір знімка, мм) Роздільна здатність, пар.лін/мм Число активних елементів в лінійці детекторів Контрастна чутливість, не більш % Сибирь-Н ПроСкан-7000 Передбачуваний винахід 0,2 0,4 0,05 200(410400) 250(390390) 100(410400) 2,0 3,2 3,53,8 1024 2560 2048 1,0 1,0 0,5 7 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко 67057 8 Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601