рентгеновский щелевой коллиматор

Формула изобретения

1. Рентгеновский щелевой коллиматор, содержащий две плоскопараллельные пластины из материала с высоким атомным номером, закрепленные взаимно параллельно с небольшим зазором, образующим щелевой канал коллиматора, отличающийся тем, что он дополнен оптико-электронной системой, включающей оптически сопряженные лазер, две прямоугольные призмы и зеркальный отражатель, причем лазер и первая призма находятся с внешней стороны одной из плоскопараллельных пластин и закрыты свето- и рентгенозащитным кожухом, а вторая призма и зеркальный отражатель, изготовленные из материала, слабо поглощающего рентгеновские лучи, размещены в отверстиях между плоскопараллельными пластинами и перекрывают щелевой канал коллиматора, причем зеркальный отражатель, представляющий собой прямоугольный многогранник с отражающими боковыми гранями, соединен своим основанием с осью электродвигателя, проходящей перпендикулярно щелевому каналу коллиматора, кроме того, на выходе щелевого канала установлена бленда из светонепроницаемого и рентгенопрозрачного материала.

2. Рентгеновский щелевой коллиматор по п.1, отличающийся тем, что лазером является компактный полупроводниковый квантовый генератор, излучающий в красном диапазоне видимого спектра.

3. Рентгеновский щелевой коллиматор по п.1, отличающийся тем, что оптическая связь между прямоугольными призмами осуществляется через сквозное отверстие, выполненное в плоскопараллельной пластине.

4. Рентгеновский щелевой коллиматор по п.1, отличающийся тем, что зеркальный отражатель имеет форму куба.

5. Рентгеновский щелевой коллиматор по п.1 или 4, отличающийся тем, что зеркальный слой отражателя образован тонким слоем серебра, нанесенным вакуумным напылением на боковые грани куба.

6. Рентгеновский щелевой коллиматор по п.1 или 4, отличающийся тем, что для вращения зеркального отражателя используется асинхронный электродвигатель со скоростью не менее 25 об/с.

7. Рентгеновский щелевой коллиматор по п.1 или 2, отличающийся тем, что лазер и электродвигатель отражателя включаются дистанционным пультом управления.

Описание изобретения к патенту

Предполагаемое изобретение относится к разделу рентгеновской техники. Оно предназначено для ограничения пучка излучения, выходящего из рентгеновского излучателя, и формирования узкого веерного пучка излучения в рентгенодиагностических аппаратах сканирующего типа.

Известен рентгеновский щелевой коллиматор, входящий в состав цифрового рентгенодиагностического аппарата сканирующего типа [1]. Рентгеновский коллиматор имеет корпус, изготовленный из металла с высоким атомным номером, в форме плоского тубуса. Коллиматор соединен с рентгеновским излучателем. Рабочий канал коллиматора формирует узкий веерный рентгеновский пучок.

Известен также рентгеновский щелевой коллиматор, входящий в состав рентгенографической установки для медицинской диагностики [2]. Рентгеновский коллиматор представляет собой пластину из металла с высоким атомным номером, в которой выполнена узкая продольная щель, формирующая узкий веерный пучок рентгеновского излучения.

Наиболее близкий по конструкции к заявляемому объекту является рентгеновский щелевой коллиматор, входящий в состав цифровой рентгенодиагностической установки сканирующего типа [3]. Коллиматор образован двумя плоскопараллельными пластинами из материала с высоким атомным номером (свинца), закрепленными взаимно параллельно с небольшим зазором (щелью), формирующим узкий веерный рентгеновский пучок, который после прохождения через тело пациента попадает во входное окно линейного детектора рентгеновского излучения. Коллиматор механически соединен с рентгеновским излучателем и линейным детектором. При этом фокус рентгеновской трубки, щель коллиматора и входное окно линейного детектора находятся в одной горизонтальной плоскости. В этой плоскости проходит рабочий пучок рентгеновского излучения. В процессе экспозиции система излучатель + коллиматор + детектор равномерно смещается в вертикальном направлении.

Все известные рентгеновские щелевые коллиматоры, в том числе и коллиматор [3], принятый нами в качестве прототипа, имеют существенный недостаток. В отличие от полевых рентгеновских диафрагм в конструкции рентгеновских щелевых коллиматоров отсутствует световой имитатор рентгеновского пучка. Это обстоятельство затрудняет юстировку рентгенодиагностического аппарата сканирующего типа в процессе его наладки. Дело в том, что в аппаратах сканирующего типа узкий веерный рентгеновский пучок, формируемый щелевым коллиматором, должен строго попадать в щелевую диафрагму (входное окно) детектора рентгеновского излучения. Даже небольшое отклонение от нормы может привести к потере чувствительности рентгенографической установки н повышению лучевой нагрузки на пациента. На этот недостаток рентгеновских щелевых коллиматоров обращают внимание специалисты, например, в работе [4]. Кроме того, отсутствие светового имитатора рентгеновского пучка затрудняет планирование лучевой диагностической процедуры для конкретного больного, особенно когда объект исследования имеет небольшие размеры, например каверна в верхней доле легкого. Невозможность проецирования светового пучка на тело пациента и ограничения вертикального смещения излучателя лишь зоной интереса вынуждают рентгенолога производить рентгеновское сканирование всего легкого - от верхней доли до диафрагмы. При этом пациент подвергается излишнему облучению.

Целью изобретения является обеспечения возможности световой имитации пучка излучения в рентгенодиагностических аппаратах сканирующего типа.

Данная цель достигается тем, что рентгеновский щелевой коллиматор, содержащий две плоскопараллельные пластины из материала с высоким атомным номером, закрепленные взаимно параллельно с небольшим зазором, образующим щелевой канал коллиматора, дополнен оптико-электронной системой, включающей оптически сопряженные лазер, две прямоугольные призмы и зеркальный отражатель, причем лазер и первая призма находятся с внешней стороны одной из плоскопараллельных пластин и закрыты свето- и рентгенозащитным кожухом, а вторая призма и зеркальный отражатель, изготовленные из материала, слабопоглощающего рентгеновские лучи, размещены в отверстиях между плоскопараллельными пластинами и перекрывают щелевой канал коллиматора, причем зеркальный отражатель, представляющий собой прямоугольный многогранник с отражающими боковыми гранями, соединен своим основанием с осью электродвигателя, проходящей перпендикулярно к щелевому каналу коллиматора, кроме того, на выходе щелевого канала установлена бленда из светонепроницаемого и рентгенопрозрачного материала.

В дальнейшем изобретение поясняется чертежами и описанием к ним.

На фиг.1 показан рентгеновский щелевой коллиматор (вид сбоку, в разрезе); на фиг.2 - вид коллиматора спереди по направлению А фиг.1 (в масштабе 0,5 фиг.1); на фиг.3 - вид коллиматора в разрезе В-В фиг.1 (в масштабе 0,5 фиг.1). На фиг.4 схематически показано положение щелевого коллиматора в составе штатива рентгеновского аппарата сканирующего типа: а) - вид сбоку, б) - вид сверху. На фиг.5 показана проекция лазерного луча на теле пациента.

Рентгеновский щелевой коллиматор содержит две плоскопараллельные пластины 1, 2 из материала с высоким атомным номером, например вольфрама, закрепленные взаимно параллельно с небольшим зазором 3 посредством щечек 4, 5, изготовленных из того же материала, что и пластины 1, 2. Зазор 3 является щелевым каналом коллиматора, его ширина равна 1-2 мм. Щелевой канал формирует узкий веерный рентгеновский пучок. На внешней стороне пластины 1 посредством фиксатора 6 закреплен компактный полупроводниковый лазер 7, излучающий в красном диапазоне видимого спектра. Вблизи оптического выхода лазера 7 установлена прямоугольная призма 8, изменяющая направление лазерного луча на 90 (фиг.1). Далее световой луч через отверстие 9 попадает в прямоугольную призму 10 и после отклонения на 90 идет вдоль щелевого канала 3 по направлению к зеркальному отражателю 11, представляющему собой прямоугольный многогранник с отражающими боковыми гранями. В нашем случае зеркальный отражатель 11 имеет форму куба. Зеркальный слой отражателя 11 представляет собой тонкий слой серебра, нанесенный на боковые грани, например методом вакуумного напыления. Основа зеркального отражателя 11 и прямоугольной призмы 10 изготовлена из материала, слабопоглощающего рентгеновские лучи, например оргстекла. Призма 10 введена в щелевой канал 3 через отверстие 12, выполненное в пластинах 1, 2, а зеркальный отражатель 11 - через отверстие 13. Основание зеркального отражателя 11 закреплено посредством держателя 14 на оси 15 асинхронного электродвигателя 16. Ось 15 проходит перпендикулярно к щелевому каналу 3. Электродвигатель 16 соединен с основанием пластины 2 винтами 17. Напряжение на электродвигатель 16 подается через электрический провод 18. В свою очередь, электропитание лазера 7 осуществляется через провод 19. Включение лазера 7 и электродвигателя 16 производится оператором с помощью дистанционного пульта управления (на фиг. не показан). Лазер 7 и призма 8 закрыты светонепроницаемым кожухом 20 из материала с высоким атомным номером, например свинца. Кожух 20 предназначен для защиты полупроводникового лазера 7 от рентгеновского излучения и глаз оператора от лазерного излучения. На выходе щелевого канала 3 установлена бленда 21 из светонепроницаемого и рентгенопрозрачного материала, например алюминия. Бленда 21 предназначена для ограничения ширины лазерного пучка.

Щелевой коллиматор входит в состав штатива рентгенографического аппарата сканирующего типа, например цифрового рентгенодиагностического аппарата. Щелевой коллиматор 22 располагается между рентгеновским излучателем 23 и приемником рентгеновского излучения 24 перед пациентом 25 (фиг.4, 5). Рентгеновский излучатель 23,щелевой коллиматор 22 в приемник рентгеновского изображения 24 жестко связаны между собой посредством горизонтальной балки 26, закрепленной на каретке 27, которая в процессе сканирования равномерно перемещается вдоль вертикальной направляющей колонны 28. Движение каретки 27 производится с помощью электродвигателя 29. В качестве приемника рентгеновского изображения 24 может быть использован как газоразрядный многопроволочный пропорциональный счетчик рентгеновских квантов, так и полупроводниковый линейный детектор. Входное окно приемника рентгеновского изображения 24 ограничивает щелевая диафрагма 30.

Рентгеновский щелевой коллиматор новой конструкции оснащен световым имитатором рентгеновского пучка, что позволяет рентгенологу произвести оптимальное планирование рентгенографии, ограничив участок съемки зоной интереса. Рассмотрим принцип работы и методику использования щелевого коллиматора при контрольной рентгенографии больного кавернозным туберкулезом, которая проводится периодически с целью определения динамики терапевтического лечения.

Больного 25 кавернозным туберкулезом (каверна 31 локализуется в верхней доле легкого) устанавливают перед приемником рентгеновского излучения 24, грудью по направлению к детектору 24. После этого рентгенолаборант с помощью дистанционного пульта управления работой коллиматора (на фиг. не показан) включает лазер 7 и электродвигатель 16. При вращении зеркального отражателя 11 луч лазера, попадающий на зеркало от призмы 10, постоянно изменяет свое направление выхода из щелевого канала 3. При положении зеркального отражателя 11 в позиции I лазерный луч проецируется в точку М на теле больного 25, а при положении в позиции II - в точку N. В результате вращения зеркального отражателя 11 излучение лазера выходит из щелевого канала 3 узким веерным пучком, ширину которого ограничивают боковые стенки окна бленды 21. Ширину окна бленды 21 задают в процессе юстировки рентгенодиагностического аппарата, добиваясь того, чтобы крайние лучи света попадали в точки К, L, расположенные на границе щелевой диафрагмы 30, установленной перед приемником рентгеновского изображения 24. В эти же точки приходят и граничные рентгеновские лучи. В результате постоянного вращения зеркального отражателя 11 рентгенолаборант будет наблюдать на теле больного яркую горизонтальную световую линию, прочерченную лазерным лучом. Этот эффект вызван инерциальностью зрения человека. Для обеспечения стабильности этого эффекта необходимо, чтобы вращение зеркального четырехгранника (куба) 11 происходило со скоростью не менее 25 оборотов в секунду.

При проведении контрольной рентгенографии основной задачей рентгенолога является получение изображения патологического образования и сравнение его размеров с предыдущим снимков, полученным, например, месяц назад на том же аппарате. Поэтому в данном случае зона интереса рентгенолога ограничивается патологическим образованием (каверной) и окружающими патологию легочными тканями. Для выделения зоны съемки рентгенолаборант при включенном лазере 7 и электродвигателе 16 перемещает каретку 27 рентгеновского штатива до положения I проекции лазерного луча 32 на теле пациента 25 (фиг.5). В этом положении след лазерного луча 32 проходит над каверной 31. Локализация патологии 31 известна по предыдущему снимку. В средней точке лазерной полосы 32 имеется небольшой разрыв 33. Разрыв 33 вызван затенением прямого лазерного луча призмой 10. Положение каретки 27 запоминается компьютером цифрового рентгеновского аппарата. Далее рентгенолаборант смещает каретку 27 вниз до позиции II, при которой след лазерного луча 32 на теле пациента 25 пройдет ниже каверны 31. И это положение каретки 27 фиксируется компьютером. После этого лазер 7 и электродвигатель 16 выключаются и производится рентгенография. Снимок зоны интереса производится методом сканирования рентгеновским лучом тела пациента между положениями I и II (фиг.5). За пределами этой зоны высокое напряжение на рентгеновский излучатель не подается. При таком ограничении зоны рентгенографии лучевая нагрузка на больного значительно снижается.

Кроме рентгенодиагностики предложенный нами щелевой коллиматор может оказаться полезным и в гамма-терапии.

Литература (аналоги)

[1] Авторское свидетельство СССР №1018623, МКИ А 61 В 6/00, 1983 г.

[2] Патент РФ №2098929, МКИ Н 05 G 1/26, А 61 В 6/00, 1997 г.

[3] Патент США №4, 873, 702. Национальный класс 378. 62, 1989 г.

[4] Блинов Н.Н. Исследование и разработка цифровых рентгенопреобразующих систем для исследования легких //Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Москва, 1998 г.