Сканирующие (конвейерные) рентгеновские аппараты

В качестве сцинтилляторов могут быть использованы LGSO, LYSO, YAP и т.д. со временем высвечивания менее 100 нс.
Описание изобретения поясняется рис. 2, 3, 4.


Рисунок 2


Рисунок 3


Рисунок 4

Рис. 2 поясняет принцип работы установки в целом.
На рисунках 2, 3, 4:
1 - рентгеновская трубка, 2 - коллиматор, 3 - диафрагма, 4 - детектор рентгеновского излучения.
На рис. 3 представлена ячейка детектора,
где 5 - сцинтиллятор, 6 - кремниевый микропиксельный лавинный фотодиод, 7 - усилитель-формирователь, 8 - дискриминатор, 9 - счетчик импульсов.
Работа устройства и реализация способа получения снимков
Рентгеновское излучение от источника (1) проходит через коллиматор (2), принимая форму плоского пучка, и, пройдя через исследуемый объект, и далее, проходя через диафрагму (3), попадает в детектор (4), где и поглощается в линейке сборок сцинтиллятор - микропиксельный лавинный фотодиод.
Световые фотоны, образовавшиеся при поглощении рентгеновского кванта в сцинтилляторе (5), попадают на кремниевый микропиксельный лавинный фотодиод (6), где вызывают срабатывание его ячеек, и на его выходе формируется импульс тока, являющийся суперпозицией импульсов от отдельных ячеек, пришедших в различный момент времени, поскольку вероятность испускания световых фотонов сцинтиллятором экспоненциально спадает во времени начиная от момента регистрации рентгеновского кванта. Усилитель-формирователь (7) преобразует входной импульс тока в выходной сигнал заданной формы, который попадает на входы амплитудных дискриминаторов (8), на выходе которых формируется стандартный импульс при амплитуде сигнала на его входе, превышающей заданный на нем порог. Импульсы с выхода дискриминаторов поступают на счетчики импульсов (9), где и накапливается информация о числе событий за время накопления данных одной строки изображения. По окончании времени накопления одной строки данные со счетчиков передаются в компьютер и счетчики сбрасываются в начальное состояние. После чего цикл накопления данных новой строки начинается заново.
Сигнал, представляющий собой данные со счетчиков импульсов за время накопления строки, передается по окончании времени интегрирования в компьютер, где на основе этих данных формируется проекционное рентгеновское изображение.
Поскольку изображение формируется последовательно строка за строкой, то детектор должен быть способен регистрировать фотоны от минимального потока (единицы фотонов на ячейку) до максимального (~10000 фотонов на ячейку) за времена накопления данных менее 10 мс. Для примера: при вертикальном размере строки на изображении 200 мкм и скорости сканирования 20 см/сек время накопления составляет 1 мс, что приводит к необходимости обрабатывать потоки событий на уровне ~ 10 МГц. Таким образом, метод счета фотонов реализуем только при использовании сцинтилляторов со временем высвечивания (τscint) менее 100 нс. Форма импульса тока кремниевого микропиксельного лавинного фотодиода зависит от конструкции фотодиода и еще ряда параметров, в частности температуры. Однако, при нормальных условиях, выбором параметров усилителя-формирователя форма сигнала на его выходе может быть приведена к виду, описываемому примерно следующим выражением:

где τ1 определяет крутизну переднего фронта, а τ2 - характерное время спада. Применяя усилитель-формирователь с временем формирования импульса τ2, равным τscint, а τ1≤τ2, импульсы от отдельных световых фотонов внутри световой вспышки, вызванной регистрацией одного фотона, суммируются и соотношение сигнал-шум достигает максимального значения. При этом амплитуда сигнала определяется, в основном, числом зарегистрированных световых фотонов, а не шумовыми импульсами. Для повышения быстродействия системы возможно уменьшение времени формирования импульса τ2<τscint. На рисунке (Фиг.3) показан пример амплитудного спектра шумов кремниевого фотоумножителя и спектр сигнала от излучения изотопа Am-241, зарегистрированного сцинтиллятором с временем высвечивания ~30 нс. Видно, что возможен выбор порогового напряжения таким, что полезный сигнал полностью отделяется от шумовых импульсов фотодиода и реализуется режим счета фотонов, что, в свою очередь, позволяет улучшить качество изображения по сравнению с другими системами аналогичного назначения.
Поскольку каждый зарегистрированный в сцинтилляторе рентгеновский квант производит множество световых фотонов, общее количество которых пропорционально энергии кванта, а амплитуда импульса с микропиксельного лавинного фотодиода пропорциональна числу зарегистрированных световых фотонов, то, применив разделение импульсов по их амплитуде, становится возможным одновременное получение изображения объекта при разных энергиях излучения, путем установки в каждый канал электроники регистрации нескольких дискриминаторов с разными порогами и раздельным счетом импульсов на их выходе. Таким образом, появляется возможность решить задачи определения эффективного атомного номера вещества или определения элементного состава просвечиваемого объекта, а также повышения четкости изображения деталей объекта.

Заключение

Таким образом, можно сделать следующие выводы.
Сканирующая рентгенография на сегодняшний день является оптимальным решением для практической рентгенодиагностики с точки зрения достижения приемлемого баланса «качество цифрового изображения/цена приемника».
Технология получения двухмерного цифрового рентгеновского изображения пациента методом сканирования плоским пучком основана на:
сканировании пациента чрезвычайно узким (менее 2 мм) рентгеновским пучком, сформированным щелевой диафрагмой (коллиматором);
использовании в качестве преобразователя рентгеновского изображения высокочувствительной линейной матрицы полупроводниковых сцинтилляционных детекторов;
получении рентгеновского изображения пациента путем пошагового сканирования линейным детектором, движение которого синхронизировано со сканирующим рентгеновским пучком;
формировании двухмерной матрицы цифрового изображения, одна координата (совпадающая с линейкой детекторов) которой определяется числом элементов в детекторе, а другая – числом шагов сканирования (числом отсчетов).
В отличие от других цифровых приемников рентгеновского излучения в сканирующих приемниках на основе полупроводниковых детекторов:
полностью устраняется влияние неинформативного рассеянного излучения на качество цифрового изображения, причем без использования антирассеивающей решетки;
значительно снижается лучевая нагрузка на пациента;
существенно улучшается контрастная чувствительность;
высокое пространственное разрешение реализуется достаточно простыми средствами;
обеспечиваются разумная стоимость и низкие эксплуатационные затраты (ремонтопригодность) детектора.
Следовательно, можно подытожить, что существующие в настоящее время на мировом рынке цифровые сканирующие рентгенодиагностические аппараты для экспресс-диагностики в травматологии обладают различными конструкционными недостатками. Впервые проведен сравнительный анализ двух наиболее представленных на мировом рынке моделей аппаратов («Травмаскан» белорусской компании «Адани» и Xmplar-dr африканской компании Lodox), выявивший ряд путей для их совершенствования, таких как:
повышение разрешающей способности линейки детекторов как интенсивным (уменьшение размеров и повышение качества детекторов), так и экстенсивным (создание и оптимальное геометрическое расположение дополнительной линейки детекторов) путем;
увеличение размеров поля обследования за счет совершенствования программного обеспечения и конструкторских доработок;
разработка усовершенствованной конструкции стола с целью обеспечения возможности выполнения снимков под любым заданным углом в любой плоскости.
2. Метод цифрового рентгеновского сканирования является, несмотря на наличие в настоящий момент ряда конструкторских недоработок, перспективным в травматологии и обладает рядом преимуществ (высокая скорость получения снимков, низкая лучевая нагрузка на пациентов, возможность получения снимков больших размеров, сравнительно низкая стоимость оборудования).

Список источников и литературы

Федеральный закон от 05.04.2013 N 44-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «О контрактной системе в сфере закупок товаров, работ, услуг для обеспечения государственных и муниципальных нужд» (с изм. и доп., вступ. в силу с 15.09.2015).
Постановление Правительства РФ от 21.11.2013 N 1043 (ред. от 29.10.2014) «О требованиях к формированию, утверждению и ведению планов закупок товаров, работ, услуг для обеспечения нужд субъекта Российской Федерации и муниципальных нужд, а также требованиях к форме планов закупок товаров, работ, услуг».
Федеральный закон от 21.07.2005 г. N 94-ФЗ «О размещении заказов на поставки товаров, выполнение работ, оказание услуг для государственных и муниципальных нужд» (в редакции от 3.11. 2010 г. N 290-ФЗ).
Основы законодательства РФ от 22.07. 1993 N 5487-1 (ред. от 27.12.2009 N 365-ФЗ) «Об охране здоровья граждан».
Письмо Министерства здравоохранения РФ от 27 октября 2003г. № 293-22/233. Методические рекомендации «Техническое обслуживание медицинской техники».
Акимочкин В.Е. Организация государственного контроля качества, эффективности, безопасности медицинских изделий. «Медтехника и медизделия». - 2012. - № 4(10). – С. 35-37.
Андреев Ю.Г., Зиниченко В.Я. Актуальные вопросы развития здравоохранения и медицинской техники для новых медицинских технологий в Российской Федерации. «Медтехника и медизделия». - № 2(13). - 2013. С. 24-26.
Аранович Л.М. Оптимизация ресурсного обеспечения медицинскими изделиями лечебно-профилактической медицинской организации: диссертация ... кандидата медицинских наук: 14.02.03 / Аранович Л.М.; [Место защиты: Первый медицинский университет им. И.М.Сеченова].- Саратов, 2015.- 186 с.
Белявский П. Реальные проблемы создания системы государственного контроля качества, эффективности и безопасности медицинской техники. «Медтехника и медизделия». - 2012. - № 3(9). – С. 26-28.
Блинов Н.Н., Гуржиев А.Н. и др. Медицинская техника, №5, 2004.
Гуржиев А.Н. Медицинский бизнес, №9-10, 2003.
Гуржиев А.Н. и др. Радиология и практика, №3, 2003.
Василенко Н.В., Венгерова И.В. Оценка эффективности ресурсного обеспечения медицинских услуг // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - № 8. – 2012. – С. 152-153.
Виленский А.В. Рынок медицинской техники и здравоохранительных услуг // Маркетинг в России и за рубежом. – 2011. - № 3. С. 10-12.
Книжников В.Н. Актуальные вопросы технического обслуживания медицинской техники. Материалы второго Всероссийского форума «Медицинские изделия для здравоохранения России». 2013. С. 30-32.
Кудрявцев Ю.С., Филонова О.Л. Проблемы технического оснащения учреждений здравоохранения и возможные пути их решения // Менеджер здравоохранения. - 2012.- № 8.- С. 51-59.
Эстеров И.Д. Проблемы метрологического обеспечения средств измерений медицинского назначения. «Медтехника и медизделия». - 2012. - № 2(8). С. 38-39.












27



26