RU2089105C1

RU2089105C1 - Diagnostic x-ray apparatus

Info

Publication number: RU2089105C1
Application number: RU9393027030A
Authority: RU
Inventors: Виктор Натанович Ингал; Елена Анатольевна Беляевская
Original assignee: Виктор Натанович Ингал; Елена Анатольевна Беляевская
Priority date: 1993-05-27
Filing date: 1993-05-27
Publication date: 1997-09-10

Abstract

FIELD: medical equipment, in particular, diagnostic X-ray apparatuses for distal examinations. SUBSTANCE: diagnostic X-ray apparatus uses an X-ray tube with a remote anode and elements for decreasing the focus spot, electro-optical transducer consisting of a luminescent screen applied onto the inlet of the optical system, whose output is connected to a high-sensitive picture tube coupled to the data processing and output facilities; the optical system is made in the form of input and output focons similar in shape, installed in mirror reflection and connected through a fiber-optic bundle; the sections of the inlet and outlet of the optical system have the shape of an ellipsoid or circle, whose area exceeds the area of the respective opposite circular sections of the focons. The luminescent screen may be made of a layer of single-crystal phosphor, at least 60 micrometer thick, or of a thin layer of polycristal phosphor, as well as of polycrystal bismuth germanate. EFFECT: enhanced resolving power and reduced dose-rate load on patient. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к рентгеновским диагностическим устройствам, преимущественно для дентальных исследований. The invention relates to x-ray diagnostic devices, mainly for dental research.

Широко известны рентгеновские диагностические установки, содержащие источник рентгеновского излучения, который размещается в непосредственной близости от челюсти пациента и облучает обследуемый участок. Рентгеновский пучок, прошедший через упомянутый участок челюсти и претерпевший частичное поглощение в тканях, регистрируется на рентгеновскую пленку, находящуюся в светонепроницаемой кассете и размещенную во рту пациента за челюстью напротив упомянутого источника см, например [1,2] Однако, при экспонировании на пленку доза облучения весьма значительна и замена пленки электронным регистратором [3,4] позволяет эту дозу снизить. Это техническое решение, заявленное в [4] (прототип), было практически осуществлено в рентгеновском диагностическом аппарате FLESH DENT [3] Этот аппарат содержит источник рентгеновского излучения, детектор рентгеновского изображения и средства для анализа упомянутого изображения, выполненные в виде аналого-цифрового преобразователя, сопряженного со средствами для анализа, обработки и вывода полученных цифровых данных. Регистрация ведется на прибор с зарядовой связью, оптически связанный с экраном-преобразователем. Оптическая связь выполнена с помощью микрообъектива и не обладает достаточной светосилой, а световая чувствительность прибора с зарядовой связью составляет 0,1 0,5 лк. Как показала практика, реальное снижение дозы облучения составляет всего 1,5-3 раза. X-ray diagnostic devices are widely known, containing a source of x-ray radiation, which is located in the immediate vicinity of the jaw of the patient and irradiates the examined area. An x-ray beam passing through the said jaw area and partially absorbed in the tissues is recorded on an x-ray film located in a light-tight cassette and placed in the patient’s mouth behind the jaw opposite the source, see, for example, [1,2] However, when exposed to the film, the radiation dose very significant and replacing the film with an electronic recorder [3,4] allows this dose to be reduced. This technical solution, stated in [4] (prototype), was practically implemented in an X-ray diagnostic apparatus FLESH DENT [3] This apparatus contains an X-ray source, an X-ray image detector, and means for analyzing the image, made in the form of an analog-to-digital converter, coupled with means for analysis, processing and output of the received digital data. Registration is carried out on a charge-coupled device that is optically coupled to a screen converter. Optical communication is made using a micro lens and does not have sufficient aperture, and the light sensitivity of a charge-coupled device is 0.1 0.5 lux. As practice has shown, the real reduction in the dose is only 1.5-3 times.

Целью настоящего изобретения является повышение разрешения и снижение дозовой нагрузки на пациента при получении диагностического изображения, преимущественно при дентальном исследовании. The aim of the present invention is to increase resolution and reduce the dose to the patient upon receipt of a diagnostic image, mainly during dental examination.

Для выполнения поставленной цели в известном устройстве источник рентгеновского излучения выполнен в виде рентгеновской трубки с выносным анодом и элементами уменьшения фокусного пятна, позволяющими получить действующий размер фокусного пятна не более 50 мкм. To achieve this goal in the known device, the x-ray source is made in the form of an x-ray tube with a remote anode and elements for reducing the focal spot, allowing to obtain the actual size of the focal spot no more than 50 microns.

Электронно-оптический преобразователь включает в себя экран-преобразователь, нанесенный на первый фокон (волоконно-оптическую шайбу с переменным радиусом), причем, упомянутый фокон со стороны экрана-преобразователя выполнен в виде эллипса относительно большей площади, а с другой стороны в виде круга меньшей площади с возможностью оптической связи с гибким волоконно-оптическим жгутом. Упомянутый гибкий волоконно-оптический жгут оптически связан со вторым фоконом, имеющим форму, подобную форме первого фокона. Второй фокон оптически связан с волоконно-оптическим входным окном высокочувствительной передающей трубки. Волоконно-оптическая связь существенно (в десятки раз) снижает потери при переносе изображения с экрана-преподавателя на входное окно передающей трубки, а подобно выполненные первый и второй фоконы делают оптические пути лучей, приходящих от различных участков изображения, равными, исключая таким образом геометрические искажения, которые могли бы возникнуть при другом способе оптической связи. Использование высокочувствительной передающей трубки суперкремникон повышает общую чувствительность детектора по сравнению с прототипом, поскольку ее световая чувствительность как минимум на два порядка превышает чувствительность прибора с зарядовой связью и составляет до 5E 3 лк. Фоконы представляют собой две части волоконно-оптического жгута, равномерно разогретого и вытянутого с обоих концов, в результате чего получен жгут с переменным радиусом, концы которого подогнуты, после чего заготовка охлаждена, разрезана в центральной части под углом от 30 до 90^o, в результате чего получены два подобных фокона.The electron-optical transducer includes a transducer screen deposited on the first focone (a fiber optic washer with a variable radius), moreover, said focon on the side of the transducer screen is made in the form of an ellipse with respect to a larger area, and on the other hand, in the form of a circle smaller areas with the possibility of optical communication with a flexible fiber optic bundle. Said flexible optical fiber bundle is optically coupled to a second focone having a shape similar to that of the first focon. The second focon is optically coupled to a fiber optic input window of a highly sensitive transmitting tube. Fiber-optic communication significantly (tens of times) reduces losses during image transfer from the teacher screen to the input window of the transmitting tube, and like the first and second foci, the optical paths of the rays coming from different parts of the image are equal, thus eliminating geometric distortions that could arise with another method of optical communication. The use of a highly sensitive super silicon cream transfer tube increases the overall sensitivity of the detector compared to the prototype, since its light sensitivity is at least two orders of magnitude higher than the sensitivity of a charge-coupled device and amounts to 5E 3 lux. Focons are two parts of a fiber optic bundle uniformly heated and elongated at both ends, resulting in a bundle with a variable radius, the ends of which are folded, after which the preform is cooled, cut in the central part at an angle of 30 to 90 ^o , as a result why two similar tricks were obtained.

Дополнительно для уменьшения потерь при светопередаче отдельные световые волокна входят перпендикулярно круговой поверхности, которая далее оптически связывается с волоконным жгутом, например, с помощью иммерсионной жидкости, отдельные волокна волоконно-оптического жгута жестко связаны между собой, а в средней части оставлены гибкими. Additionally, to reduce losses in light transmission, individual light fibers enter perpendicular to a circular surface, which is then optically connected to the fiber bundle, for example, using immersion fluid, the individual fibers of the fiber optic bundle are rigidly connected to each other, and remain flexible in the middle part.

Для реализации максимально возможного разрешения (при прочих равных условиях) в качестве экрана-преобразователя используется монокристаллический люминофор. Для сохранения разрешения не хуже 100 мкм его толщина, как правило, не должна превышать 60 мкм. В частности, хорошие результаты были получены при использовании тонкого монокристаллического германата висмута. Также можно использовать традиционный поликристаллический люминофор, нанесенный по любой технологии. To realize the maximum possible resolution (ceteris paribus), a single-crystal phosphor is used as a screen converter. To maintain a resolution of no worse than 100 μm, its thickness, as a rule, should not exceed 60 μm. In particular, good results were obtained using thin single-crystal bismuth germanate. You can also use a traditional polycrystalline phosphor deposited by any technology.

Выявленная совокупность отличительных и ограничительных признаков, а также их взаимосвязь не обнаружены на дату подачи заявки, следовательно предлагаемое техническое решение соответствует критериям, по которым техническое решение признается изобретением. The identified set of distinctive and restrictive features, as well as their relationship were not found at the filing date of the application, therefore, the proposed technical solution meets the criteria by which the technical solution is recognized as an invention.

На фиг. 1 дано схематическое изображение рентгеновской диагностической установки; на фиг. 2 иллюстрация к технологии изготовления первого и второго фоконов; на фиг. 3 фотография участка челюсти, сделанная с использованием монокристаллического экрана-преобразователя из германата висмута. In FIG. 1 is a schematic representation of an x-ray diagnostic apparatus; in FIG. 2 illustration to the manufacturing technology of the first and second focuses; in FIG. 3 is a photograph of a jaw portion taken using a bismuth germanate single-crystal screen transducer.

На фиг. 1 схематически изображена рентгеновская диагностическая установка, предназначенная преимущественно для дентальных исследований. Установка содержит источник рентгеновского излучения в виде рентгеновской трубки с выносным прострельным анодом 1 и электронно-оптический преобразователь, представленный экраном-преобразователем 2, нанесенным на первый фокон 3, который имеет оптический контакт с волоконно-оптическим жгутом 4. Отдельные волокна упомянутого жгута у торцов жестко связаны между собой, а в средней части оставлены гибкими. Другой конец жгута имеет оптический контакт со вторым фоконом 5, подобным первому фокону. Второй фокон имеет оптический контакт с волоконно-оптическим входным окном высокочувствительной передающей трубки 6. В свою очередь, передающая трубка входит в состав телевизионной камеры 7, связанной с блоком видеоусилителей 8. Последний через аналого-цифровой преобразователь 9 связан с контроллером 10, управляющим процессом сбора данных. Контроллер имеет выход на блок цифровой памяти 11, и устройство печати 12. В свою очередь блок цифровой памяти через цифро-аналоговый преобразователь 13 связан с кинескопом 14 и печатающим устройством. In FIG. 1 is a schematic illustration of an X-ray diagnostic apparatus intended primarily for dental examinations. The apparatus comprises an X-ray source in the form of an X-ray tube with a remote lantern anode 1 and an electron-optical transducer represented by a transducer screen 2 deposited on the first focone 3, which is in optical contact with the fiber optic bundle 4. The individual fibers of the bundle at the ends are rigidly interconnected, and in the middle part left flexible. The other end of the bundle is in optical contact with a second focal 5, similar to the first focal. The second focon has optical contact with the fiber-optic input window of the highly sensitive transmitting tube 6. In turn, the transmitting tube is a part of a television camera 7 connected to the video amplifier unit 8. The latter is connected via an analog-to-digital converter 9 to a controller 10 that controls the collection process data. The controller has an output to the digital memory unit 11, and the printing device 12. In turn, the digital memory unit is connected via a digital-to-analog converter 13 to the picture tube 14 and the printing device.

Устройство работает следующим образом. Рентгеновский пучок из трубки 1 проходит через образец 15 и попадает на экран-преобразователь 2, который нанесен на первый фокон 3. В экране-преобразователе рентгеновский пучок преобразуется в световой, который по первому фокону, волоконно-оптическому жгуту 4 и второму фокону 5 передается на входное окно высокочувствительной передающей трубки 6, установленной в телевизионной камере 7. В передающей трубке световой сигнал преобразуется в последовательность цифровых электрических импульсов, которые улавливаются в блоке видеоусилителей 8. Затем эти же сигналы в аналого-цифровом преобразователе 9 преобразуются в последовательность цифровых сигналов, поступающих в контроллер управления процессом сбора данных 10. Данные фиксируются в блоке памяти 11 и через аналого-цифровой преобразователь 13 передаются на кинескоп устройство 14. В то же время последовательность цифровых сигналов с контроллера поступает в устройство печати 12, которое воспроизводит рентгенограмму зафиксированную передающей трубкой 6, в виде твердой копии. The device operates as follows. The x-ray beam from the tube 1 passes through the sample 15 and enters the screen-transducer 2, which is deposited on the first focone 3. In the screen-converter, the x-ray beam is converted into a light beam, which is transmitted to the second focon, optical fiber bundle 4 and the second focon 5 the input window of the highly sensitive transmitting tube 6 installed in the television camera 7. In the transmitting tube, the light signal is converted into a sequence of digital electrical pulses, which are captured in the video amplifier unit 8. Zat m, the same signals in the analog-to-digital converter 9 are converted into a sequence of digital signals supplied to the controller for controlling the data collection process 10. Data is recorded in the memory unit 11 and transmitted through the analog-to-digital converter 13 to the kinescope of the device 14. At the same time, the sequence of digital signals from the controller enters the printing device 12, which reproduces the x-ray fixed by the transmitting tube 6, in the form of a hard copy.

Фиг. 2 иллюстрирует процесс изготовления первого и второго фоконов из волоконно-оптического жгута. Волоконно-оптический жгут 16 равномерно вытягивают с обоих концов в отношении диаметров около 2/4, получая жгут с переменным радиусом 17. Его концы подгибают, после чего заготовка 18 охлаждают. Затем заготовку разрезают в центральной части под углом от 30 до 90^o, получая два фокона 3 и 5, обрабатывают поверхность, на один фокон наносят экран-преобразователь, а второй оптически связывают с волоконно-оптическим входным окном передающей трубки
На фиг. 3 представлена фотография участка челюсти, сделанная с экрана кинескопа. В качестве экрана преобразователя использован монокристаллический германат висмута толщиной 20 мкм. Разрешение системы регистрации не хуже 30 мкм. Преимущество этого экрана-преобразователя в том, что обладая сравнительно высоким поглощением рентгеновского излучения, он обеспечивает весьма высокую эффективность регистрации, при этом разрешение всей установки в целом ограничивается размером фокуса рентгеновской трубки и разрешением передающей трубки.FIG. 2 illustrates the manufacturing process of the first and second focons from a fiber optic bundle. Fiber optic bundle 16 is uniformly stretched from both ends with respect to diameters of about 2/4, obtaining a bundle with a variable radius 17. Its ends are bent, after which the workpiece 18 is cooled. Then the workpiece is cut in the central part at an angle of 30 to 90 ^o , receiving two focons 3 and 5, the surface is treated, a transformer screen is applied to one focon, and the second is optically connected to the fiber-optic input window of the transfer tube
In FIG. 3 is a photograph of a jaw portion taken from a picture tube screen. A bismuth single crystal germanate 20 μm thick was used as a converter screen. The resolution of the registration system is not worse than 30 microns. The advantage of this screen transducer is that, having a relatively high absorption of x-ray radiation, it provides very high detection efficiency, while the resolution of the entire installation as a whole is limited by the size of the focus of the x-ray tube and the resolution of the transmitting tube.

Технология изготовления тонких монокристаллических экранов-преобразователей достаточно сложна, поэтому можно использовать порошковые экраны, нанесенные по обычной технологии. The manufacturing technology of thin single-crystal transducer screens is rather complicated, therefore, powder screens deposited using conventional technology can be used.

Перечисленные признаки, присущие заявляемому устройству, повышают его чувствительность как минимум в 50 100 раз и таким образом позволяют снизить в той же пропорции дозовые нагрузки на пациента. Одновременно разрешающая способность всего диагностического комплекса остается не хуже 100 мкм, поскольку размер фокусного пятна источника рентгеновского излучения не превышает 50 мкм, выносной анод позволяет расположить этот источник на любом расстоянии от челюсти пациента и никакая конструкция не служит при этом помехой, а разрешающая способность передающий трубки, равная 30 мкм, при использовании фокона и экрана преобразователя толщиной до 60 мкм не ухудшит общего разрешения системы. Снимок регистрируется практически без рентгеновского увеличения. The listed features inherent in the claimed device increase its sensitivity by at least 50 to 100 times and thus reduce the dose load on the patient in the same proportion. At the same time, the resolution of the entire diagnostic complex remains no worse than 100 μm, since the focal spot size of the x-ray source does not exceed 50 μm, the remote anode allows you to position this source at any distance from the patient’s jaw, and no design is an obstacle, and the resolution of the transmitting tube , equal to 30 microns, using a focon and a transducer screen up to 60 microns thick will not affect the overall resolution of the system. The image is recorded with virtually no x-ray magnification.

Источники информации
1. Проспект фирмы TUR, Германия. Стоматологический рентгеновский аппарат DE 7.Sources of information
1. Prospectus of the company TUR, Germany. Dental X-ray machine DE 7.

2. Проспект фирмы Tropy, Франция. Дентальный рентгеновский аппарат NOVELIX ETX. 2. Prospectus of the company Tropy, France. Dental X-ray machine NOVELIX ETX.

3. Проспект фирмы Villa sistemi medicali, Италия. FLASH DENT, рентгенодиагностическая дентальная установка. 3. Prospectus of the company Villa sistemi medicali, Italy. FLASH DENT, X-ray diagnostic dental unit.

4. Патент Франции N 2596603, H O4 N 5/30, 1987 (Прототип). 4. French Patent N 2596603, H O4 N 5/30, 1987 (Prototype).

Claims

1. An x-ray diagnostic apparatus comprising an x-ray tube with a remote anode and elements for reducing the focal spot, an electron-optical transducer consisting of a luminescent screen deposited on the input of the optical system, the output of which is connected to a highly sensitive picture tube associated with the processing and output of the obtained data, characterized in that the optical system is made in the form of input and output foci, similar in shape, mounted mirrored and connected by fiber optic with a bundle, while the sections of the input and output of the optical system are in the form of an ellipse, or circle, the area of the corresponding opposite circular sections of the focons.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the luminescent screen is made of a single crystal phosphor layer with a thickness of less than 60 microns.

3. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that the luminescent screen is made of a thin layer of polycrystalline phosphor.

4. Installation according to claim 1 or 2, characterized in that the luminescent screen is made of single crystal bismuth germanate.