Приймач рентгенівського випромінювання для рентгенодіагностичних апаратів

1. Приймач рентгенівського випромінювання для рентгенодіагностичних апаратів, що має: (а) світлонепроникний корпус, одна зі стінок якого рентгенопрозора; (б) послідовно закріплені за цією стінкою рентгенооптичний перетворювач, додаткову світло- і рентгенонепроникну перегородку з наскрізними отворами, на якій з боку, що звернений до рентгенооптичного перетворювача, установлені бленди, фільтр залишкового рентгенівського випромінювання у вигляді шайб із рентгенонепроникного світлопрозорого матеріалу, які жорстко закріплені слідом за блендами в наскрізних отворах зазначеної додаткової перегородки, блок об'єктивів, кожний з яких має щонайменше дві послідовно встановлені лінзи для фокусування відповідної цьому об'єктиву частини світлового потоку, і фотоприймач, що має розташовані слідом за об'єктивами оптоелектронні перетворювачі U 2 (19) 1 3 токанального коректора геометричних перекручувань, що синтезує із фрагментарних відеосигналів цілісні вихідні відеосигнали. Вони мають тим більшу розрізняльну здатність, чим більше TV-камер використано в приймачі, і практично не містять перекручувань, які обумовлені неминучими розходженнями в геометричній формі й розмірах полів зору окремих TV-камер і також неминучими погрішностями в монтажі цих камер. Багаторічний досвід виробництва й застосування таких приймачів показав, що: у порівнянні зі звичайною флюорографією, променеве навантаження на організм пацієнтів при однократному обстеженні скорочується, як правило, в 20 і більше разів, цілісні вихідні відеосигнали можна одержувати із частотою не менш 25 кадрів у секунду, що досить для ангіографічних досліджень, полегшується захист медперсоналу від рентгенівського випромінювання, тому що дисплеї для показу зображень на основі цілісних вихідних відеосигналів можуть бути розташовані на безпечній відстані від рентгенівських апаратів, зазначені відеосигнали зручно записувати й зберігати на цифрових машинозчитуваних носіях інформації для ведення історій хвороб і багаторазового перегляду, і цифрові відеозаписи можна перетворити в зображення на рентгенівській плівці за допомогою доступного на ринку «Пристрою для друкування мультиформатних зображень на світлочутливій плівці» (UA 1282 U). Однак той же практичний досвід показав, що на якість зображень на основі цілісних вихідних відеосигналів впливають оптичні, рентгенівські й електромагнітні завади. Оптичні завади обумовлені підсвічуванням TVкамер від зовнішніх джерел світла, паразитними світловими потоками між TV-камерами й рентгенооптичним перетворювачем і сусідніми TVкамерами й перекручуваннями світлових потоків в оптичних каналах TV-камер. Рентгенівські завади обумовлені впливом на TV-камери не перетвореного у видиме світло рентгенівського випромінювання, потужність якого в кращих випадках виявляється не менше 30% (але може досягати 70%) вихідної величини. Електромагнітні завади обумовлені зовнішніми випадковими електромагнітними імпульсами й/або взаємодією електромагнітних полів, що генеруються навколо окремих провідників у ланцюгах передачі аналогових відеосигналів від електричних виходів TV-камер на входи коректора геометричних перекручувань. Деякі з цих недоліків вдалося виключити або, щонайменше, помітно послабити вдосконаленням конструкції й монтажних схем приймачів рентгенівського випромінювання. Так, згідно US 6,002,743: розміщення основних частин приймача в корпусі з рентгенопрозорого, але непроникного для видимого світла матеріалу, виключило підсвічування оптоелектронних перетворювачів (зокрема, TV-камер) від зовнішніх джерел світла, а 60818 4 установка цілісної пластини з рентгенонепрозорого світлопроникного свинцевого скла між рентгенооптичним перетворювачем і оптичними входами TV-камер послабило залишкове рентгенівське випромінювання. Фахівцеві зрозуміло, що така пластина тим ефективніше захищає TV-камери від залишкового рентгенівського випромінювання, чим більше її товщина. Однак ця ж пластина легко пропускає паразитні світлові потоки між всіма TV-камерами й рентгенооптичним перетворювачем і між сусідніми TVкамерами. Це приводить до додаткових перекручувань світлових потоків в оптичних каналах TVкамер. Дійсно, яскравість частини потоку рентгенівського випромінювання, що пройшла через пацієнта або іншу перешкоду, неоднорідна сама по собі й, що особливо важливо, істотно відрізняється від яскравості іншої частини зазначеного потоку. Тому фрагменти видимого зображення на рентгенооптичному перетворювачі мають різну яскравість, і найяскравіші фрагменти породжують інтенсивне ламбертівське випромінювання світла в широких тілесних кутах. Відповідні світлові потоки вільно поширюються у випадкових напрямках в пластині свинцевого скла й лише частково потрапляють на оптичні входи TV-камер, які розташовані точно напроти згаданих яскравих фрагментів. Інші ж частини цих світлових потоків викликають паразитне засвічування сусідніх TV-камер і, багаторазово відбиваючись від лінз об'єктивів TV-камер і поширюючись усередині зазначеної пластини або проходячи крізь неї, потрапляють: на оптичні входи довільних TV-камер приймача, створюючи в кожному діагностичному сеансі випадковий набір оптичних завад, і на відносно темні зони рентгенооптичного перетворювача, створюючи випадкове засвічування, порівнянне з яскравістю цих зон. Ці небажані ефекти особливо помітні, якщо кут падіння променів світла від рентгенооптичного перетворювача на поверхні лінз об'єктивів відповідних TV-камер перевищує кут повного внутрішнього відбиття у свинцевому склі. Мало того, вторинне відбиття приводить до поляризації світла. З US 6,370,225 відомий більш довершений приймач рентгенівського випромінювання, що має: (а) світлонепроникний корпус, одна зі стінок якого рентгенопрозора, і (б) послідовно закріплені за цією стінкою: рентгенооптичний перетворювач, поляризаційний фільтр, фільтр залишкового рентгенівського випромінювання у вигляді пластини свинцевого скла, блок, що має щонайменше два об'єктиви, і фотоприймач, що має щонайменше два оптоелектронних перетворювачі (зокрема, у вигляді TV-камер) з розв'язаними електричними виходами для підключення до системи обробки фрагментарних відеосигналів і їх «зшивання» у цілісний вихідний відеосигнал. Крім того, відомий приймач характеризується тим, що: 5 пластина свинцевого скла з боку, що звернений до об'єктивів, розділена глухими перпендикулярно пересічними пазами на секції, кількість яких дорівнює кількості оптоелектронних перетворювачів у фотоприймачі, ці пази мають глибину приблизно від 0,25 до 0,35 товщини пластини свинцевого скла й заповнені світлонепроникним матеріалом, а кожний об'єктив має одну вхідну лінзу, що примикає до поверхні пластини свинцевого скла, три розділені повітряними проміжками проміжні лінзи й одну вихідну лінзу, що примикає до поверхні фотоприймача. На жаль, у приймачі рентгенівського випромінювання згідно US 6,370,225 задача підвищення якості вихідного зображення вирішена по частинах і недостатньо ефективно, а надійність помітно знижена. Дійсно: поляризаційний фільтр лише послабляє поляризований компонент світла, відбитого від свинцевого скла, але не впливає на інший світловий потік, багатолінзові оптичні системи об'єктивів, де лінзи розділені повітряними проміжками, породжують нерегулярні відбиття практично не поляризованого світла на рентгенооптичний перетворювач, а затемнені пази послабляють, але не виключають паразитне засвічування сусідніх оптоелектронних перетворювачів внаслідок вільного поширення світла в не надрізаній частині пластини свинцевого скла. Тому цілісні відеосигнали звичайно спотворюють діагностичну картину. Крім того, згадані пази знижують до неприйнятного рівня не тільки механічну міцність пластини крихкого свинцевого скла, але й надійність приймача в цілому. Найбільш довершений приймач рентгенівського випромінювання для рентгенодіагностичних апаратів відомий з UA 77289. Він має: (а) світлонепроникний корпус, одна зі стінок якого рентгенопрозора, (б) послідовно закріплені за цією стінкою: рентгенооптичний перетворювач, додаткову світло- і рентгенонепроникну перегородку з наскрізними отворами, на якій з боку, що звернений до рентгенооптичного перетворювача, установлені бленди, фільтр залишкового рентгенівського випромінювання у вигляді шайб із рентгенонепроникного світлопрозорого матеріалу, які жорстко закріплені слідом за блендами в наскрізних отворах зазначеної додаткової перегородки, блок об'єктивів, кожний з яких має щонайменше дві послідовно встановлені лінзи для фокусування відповідної цьому об'єктиву частини світлового потоку, фотоприймач, що має розташовані слідом за об'єктивами оптоелектронні перетворювачі із полями зору, що частково перекриваються, й розв'язаними електричними виходами для підключення до засобів обробки фрагментарних відеосигналів, (в) зовнішній стосовно світлонепроникного корпуса електронний блок для аналого-цифрового перетворення фрагментарних відеосигналів, коре 60818 6 кції геометричнихперекручувань і «зшивання» відкоректованих фрагментарних відеосигналів у цілісні цифрові відеосигнали, що зв'язаний багатожильним кабелем з електричними виходами оптоелектронних перетворювачів фотоприймача, і (г) також зовнішній стосовно світлонепроникного корпуса персональний комп'ютер (далі ПК), що оснащений дисплеєм для демонстрації зображень на основі цілісних цифрових відеосигналів, їх запису на придатні цифрові носії й іншу обробку діагностичної інформації, що підключений на вихід зазначеного електронного блоку. При цьому довжина «А» кожної бленди й відстань «D» від передньої по ходу рентгенівських променів поверхні рентгенооптичного перетворювача до площини передніх по ходу світла торців об'єктивів зв'язані співвідношенням A/D=(0,50...0,95), вибір якого був експериментально обґрунтований так, як описано в UA 77289. Далі там же було зазначено, що електричні виходи оптоелектронних перетворювачів мають вигляд рознімань, які через відповідні рознімання гнучкого багатожильного кабелю підключені до джерела електроенергії й до згаданого зовнішнього електронного блоку. Використання додаткової світло- і рентгенонепроникної перегородки, бленд із зазначеним співвідношенням A/D і фільтра залишкового рентгенівського випромінювання у вигляді зазначених шайб, які жорстко закріплені в наскрізних отворах перегородки, по-перше, різко скоротило паразитне засвічування сусідніх оптоелектронних перетворювачів, тому що шайби зі свинцевого скла оптично ізольовані одна від іншої в зазначеній перегородці, а світло, відбите від деталей оптичних каналів на поверхню рентгенооптичного перетворювача й назад, здебільшого повертається через бленди у вихідні канали, і, по-друге, підвищило експлуатаційну надійність приймача, тому що рентгенівське навантаження на оптоелектронні перетворювачі обмежене лише незначною частиною не перетвореного у світло рентгенівського випромінювання, що може пройти через шайби зазначеного фільтра, а можливість чисто механічного руйнування цього фільтра практично виключена. Однак підключення зовнішнього електронного блока з вбудованими АЦП, коректором геометричних перекручувань і засобом «зшивання» відкоректованих фрагментарних відеосигналів у цілісні цифрові відеосигнали до фотоприймача вимагає істотних апаратурних витрат. Дійсно, кожна жила багатожильного кабелю, що розрахована на передачу окремого аналогового фрагментарного відеосигналу, має коаксіальну конструкцію й містить центральний провідник, шар ізоляції й власне металеве оплетення. Залежно від конструкції штативів рентгенівського діагностичного комплексу, що оснащений відомим приймачем рентгенівського випромінювання, довжина дорогого й трудомісткого у виготовленні багатожильного кабелю, що з'єднує електричні виходи оптоелектронних перетворювачів із зовнішнім електронним блоком, може бути від 3-х до 6-й метрів. 7 Природно, що при таких розмірах багатожильного кабелю навіть спільне для всіх жил зовнішнє металеве оплетення не виключає вплив електромагнітних завад, які генерують рентгенівські апарати й інші зовнішні джерела, на чутливі до них аналогові фрагментарні відеосигнали й, у підсумку, на якість «зшитих» цифрових відеосигналів. Короткий виклад суті корисної моделі В основу корисної моделі поставлена задача вдосконаленням взаємозв'язку між оптоелектронними перетворювачами фотоприймача й персональним комп'ютером створити такий приймач рентгенівського випромінювання, що істотно знижував би апаратурні витрати й вплив електромагнітних завад на якість «зшитих» цифрових відеосигналів. Поставлена задача вирішена тим, що в приймачі рентгенівського випромінювання для рентгенодіагностичних апаратів, що має: (а) світлонепроникний корпус, одна зі стінок якого рентгенопрозора; (б) послідовно закріплені за цією стінкою рентгенооптичний перетворювач, додаткову світло- і рентгенонепроникну перегородку з наскрізними отворами, на якій з боку, що звернений до рентгенооптичного перетворювача, установлені бленди, фільтр залишкового рентгенівського випромінювання у вигляді шайб із рентгенонепроникного світлопрозорого матеріалу, які жорстко закріплені слідом за блендами в наскрізних отворах зазначеної додаткової перегородки, блок об'єктивів, кожний з яких має щонайменше дві послідовно встановлені лінзи для фокусування відповідної цьому об'єктиву частини світлового потоку, і фотоприймач, що має розташовані слідом за об'єктивами оптоелектронні перетворювачі із полями зору, що частково перекриваються, й розв'язаними електричними виходами для підключення до засобів обробки фрагментарних відеосигналів; (в) електронний блок для аналого-цифрового перетворення фрагментарних відеосигналів і їх підготовки до подальшої обробки, що зв'язаний багатожильним кабелем з електричними виходами оптоелектронних перетворювачів фотоприймача; і (г) зовнішній щодо світлонепроникного корпуса ПК, що підключений на вихід зазначеного електронного блока й оснащений дисплеєм, засобами запису й іншої обробки діагностичної інформації; згідно з корисною моделлю, світлонепроникний корпус оснащений карманом, обмеженим щонайменше рентгенонепроникною стінкою, зазначений електронний блок розміщений у цьому кармані, а ПК оснащений програмними засобами корекції геометричних перекручувань і «зшивання» відкоректованих фрагментарних відеосигналів у цілісні цифрові відеосигнали й підключений до зазначеного електронного блока через цифровий інтерфейс. Це істотно знижує апаратурні витрати й підвищує якість «зшитих» цифрових відеосигналів. Дійсно, для з'єднання фотоприймача з розташованим усередині світлонепроникного корпуса електронним блоком, досить мати короткий багатожильний кабель, що практично захищений від електромагнітних завад, а цифрові фрагментарні 60818 8 відеосигнали, передані через цифровий інтерфейс, помітно менш чутливі до таких завад. Наступна відмінність полягає в тому, що цифровий інтерфейс вибраний із групи, що складається з USB, Ethernet і CameraLink. Ці інтерфейси загальнодоступні на ринку. Далі суть корисної моделі пояснюється докладним описом удосконаленого приймача рентгенівського випромінювання з посиланнями на додані креслення, де зображені на: Фіг.1 - приймач рентгенівського випромінювання в розрізі площиною, що включає геометричні осі одного з вертикальних рядів об'єктивів і оптоелектронних перетворювачів; Фіг.2 - монтажна схема зв'язку оптоелектронних перетворювачів з електронним блоком і ПК (з умовно видаленими задньою торцевою й бічною стінками корпуса приймача). Найкращі варіанти втілення корисної моделі Запропонований приймач рентгенівського випромінювання в найбільш простій формі апаратної реалізації має (див. Фіг.1): (а) світлонепроникний корпус 1, одна з торцевих стінок 2 якого виготовлена з рентгенопрозорого матеріалу (наприклад, з гетинаксу або вуглепластику) а інші стінки можуть бути суцільнометалевими або мати металеве екрануче покриття; (б) послідовно закріплені за зазначеною торцевою стінкою 2: рентгенооптичний перетворювач 3, виготовлений на основі солей рідкісноземельних елементів (наприклад, оксисульфіду гадолінію) або йодиду цезію й примикає до рентгенопрозорої торцевої стінки 2 корпуса 1, переважно змінні бленди 4, які встановлені в корпусі 1 так, щоб поля зору згаданих далі оптоелектронних перетворювачів частково перекривалися, і довжина «А» та відстань «D» від передньої по ходу рентгенівських променів поверхні перетворювача 3 до площини передніх по ходу світла торців згаданих далі об'єктивів, були зв'язані співвідношенням A/D=(0,50-0,95), а переважно (0,50-0,90); додаткову світло- і рентгенонепроникну перегородку 5, що жорстко закріплена в корпусі 1, є опорою для бленд 4 й інших зазначених далі частин оптичних каналів і має наскрізні отвори, перекриті шайбами 6 з рентгенонепроникного світлопрозорого матеріалу типу свинцевого скла, які в сукупності служать основним фільтром залишкового рентгенівського випромінювання, об'єктиви 7, кількість і розташування яких відповідає кількості й розташуванню зазначених далі оптоелектронних перетворювачів і кожний з яких має щонайменше дві розділені повітряними проміжками лінзи 8 для фокусування частин зображення на оптоелектронних перетворювачах і, як правило, три (вхідну, проміжну й вихідну) діафрагми 9 для обмеження світлового потоку, фотоприймач у вигляді набору оптоелектронних перетворювачів 10, кожний з яких закріплений на власній опорі в юстирувальному пристрої 11 для установки на оптичній осі відповідного об'єктива 7 (ці перетворювачі можуть бути у вигляді TVкамер, приладів із зарядовим зв'язком, матриць на 9 основі комплементарних МОП-структур й інших функціонально аналогічних елементів із полями зору, що частково перекриваються, й розв'язаними електричними виходами); (в) електронний блок 12 для аналогоцифрового перетворення (далі АЦП) фрагментарних відеосигналів і їх підготовки до подальшої обробки, що багатожильним кабелем 13 через рознімання 14 пов'язаний з електричними виходами оптоелектронних перетворювачів 10 і розташований в обмеженому щонайменше рентгенонепроникною стінкою 15 кармані усередині світлонепроникного корпуса 1 (див. також Фіг.2); і (г) зовнішній стосовно світлонепроникного корпуса 1 персональний комп'ютер (далі ПК) 16 (див. знову Фіг.1), що через цифровий інтерфейс, наприклад кабель USB, 17 підключений до виходу електронного блока 12 і оснащений не показаними особливо дисплеєм і засобами запису й іншої обробки діагностичної інформації. У цей ПК 16 інстальовані програмні засоби корекції геометричних перекручувань і «зшивання» від коректованих фрагментарних відеосигналів у цілісні цифрові відеосигнали. Фахівцеві зрозуміло, що оптоелектронні перетворювачі 10 і ПК 16 підключені до придатних джерел електроживлення, які на кресленнях умовно не показані. Аналогічно, умовно не показане заземлення багатожильного кабелю 13. Перегородка 5 і рентгенонепроникна стінка 15 звичайно складаються з не показаних особливо двох пластин, а саме: поглинача залишкового рентгенівського випромінювання (зокрема, свинцю) і опори з міцного твердого матеріалу типу дюралюмінію, сталі, або армованого полімеру. Бічні стінки корпуса 1, бленди 4 із внутрішньої сторони й діафрагми 9 з обох сторін звичайно мають чорне матове покриття 18, а поверхні шайб 6 (тобто основного фільтра залишкового рентгенівського випромінювання) і лінз 8 звичайно мають просвітлювальне покриття 19. Працює описаний приймач рентгенівського випромінювання в такий спосіб. При складанні або під час технічного обслуговування оптоелектронні перетворювачі 10 за допомогою юстирувальних пристроїв 11 (див. Фіг.1) установлюють у вихідних площинах об'єктивів 7 таким чином, щоб центри світлочутливих поверхонь перетворювачів 10 відповідали фокусам об'єктивів 7, розташованих напроти певних частин поверхні рентгенооптичного перетворювача 3. Для полегшення юстировки можуть бути використані відомі калібровані тест-об'єкти (просторові міри), як це, наприклад, зазначене в WO 98/11722. Юстирований приймач установлюють у пристрій для рентгенівської діагностики (або дефектоскопії, або огляду) таким чином, щоб об'єкт дослідження міг бути розташований в зазорі між виходом рентгенівського випромінювача й рентгенопрозорою стінкою 2 світлонепроникного корпуса 60818 10 1. Тоді при кожному включенні випромінювача потік рентгенівських променів буде діяти на рентгенооптичний перетворювач 3, що служить Ламбертівським джерелом світла й генерує світловий потік, диференційований по яскравості внаслідок взаємодії з об'єктом діагностики (або дефектоскопії, або огляду). Бленди 4 розділяють цей потік на окремі світлові пучки, які через шайби 6 зі свинцевого скла, що фільтрують залишкове рентгенівське випромінювання, й об'єктиви 7 потрапляють на світлочутливі поверхні оптоелектронних перетворювачів 10. Вони формують аналогові електричні сигнали, які відповідають фрагментам зображення, сформованого на рентгенооптичному перетворювачі 3, що частково перекриваються. Ці фрагментарні аналогові сигнали через рознімання 14 і гнучкий багатожильний кабель 13 надходять в електронний блок 12, що перетворює їх у цифрову форму усередині корпуса 1. При цьому перегородка 5 і рентгенонепроникна стінка 15 надійно захищають короткий багатожильний кабель 13 і електронний блок 12 від рентгенівських і зовнішніх електромагнітних завад. Далі фрагментарні цифрові відеосигнали через цифровий інтерфейс 17 надходять у ПК 16, що коректує геометричні перекручування й «зшиває» відкоректовані фрагменти в цілісні цифрові відеосигнали для наступної демонстрації зображень на моніторі й/або для запису на придатних цифрових носіях інформації. Деякі додаткові особливості роботи запропонованого приймача полягають у наступному. Світло- і рентгенонепроникна перегородка 5 практично повністю поглинає ту частину залишкового рентгенівського випромінювання, що не потрапляє на шайби 6 зі свинцевого скла, і повністю виключає перетікання світла між зазначеними шайбами 6. Бленди 4 різко скорочують паразитне засвічування сусідніх каналів світлом, відбитим від об'єктивів 7 і/або оптоелектронних перетворювачів 10 на рентгенооптичний перетворювач 3 і назад. Діафрагми 9 додатково придушують випадкові оптичні завади (особливо у вигляді світла, відбитого від поверхні оптоелектронних перетворювачів 10). Тій же меті (але стосовно до будь-яких світлових завад) служать чорні матові покриття 18 бічних стінок корпуса 1, бленд 4 із внутрішньої сторони й діафрагм 9 з обох сторін. І, нарешті, просвітлювальні покриття 19 практично на порядок знижують відбивну здатність поверхонь шайб 6 і лінз 8. Запропонований приймач рентгенівського випромінювання може бути виготовлений у різних конфігураціях на доступній сучасній елементній базі, включаючи TV-камери, ПЗС, фотодіодні або CMOS-матриці й т.п. оптоелектронні перетворювачі й довільні цифрові інтерфейси, і широко використаний для оснащення переважно медичних рентгенодіагностичних апаратів. 11 60818 12 13 Комп’ютерна верстка А. Рябко 60818 Підписне 14 Тираж 24 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601