[发明专利]非介入式医用诊断X线机摄影参数测试系统

说明书

技术领域

非介入式医用诊断X线机摄影参数测试系统属于医学领域。

背景技术

X线摄影参数中，管电压测量最为复杂。目前测量诊断X射线机kVp有多种方法：利用已知元素的K吸收特征能量峰校准X 射线高压发生器。将辐射探测器(锗) 和单/ 多道分析器等组成的谱仪可测得最大能量峰,测量靶材料K吸收特征峰所对应的能量，能量大小与峰值电压相对应。此方法为峰值电压绝对测量方法,但测量装置较复杂、费用高,适用于生产厂家或计量部门,不适宜作为常规质量控制。另一种方法，高阻表/分压器法适用于X 射线机产品和测量仪表的校准。测量时,要由专业技术人员将连接X射线管和高压发生器的电缆拆开,接入分压器(或高阻表) ,通过示波器观察高压波形及其高度,以此确定kVp 值。测量准确度和精密度可达1 %。缺点是这是一种介入操作方法,若操作不当,可能引起错误的测量结果,甚至设备的损坏,故不宜于在常规质量控制中应用。Wiscosin kV 检测盒是较早采用的一种非介入测量方法。其检测优点是设备成本低,由于检测盒要使用胶片,需冲洗和测量光密度,不仅操作复杂,每一环节都可能产生小的误差,而且一次曝光只能测量一个kVp 值,效率较低，而且无法直接测量X线曝光时间。非介入式摄影参数测量方法。采用加厚PN节加厚设计的PIN型Si光敏二极管探头组成X线探测器与数字电路组合,实现全部曝光参数实时测量,一次曝光不仅可得到各种kVp 值,还可打印出kV 波形和辐射波形,给出波纹系数等多种数据,进行统计分析，是一种理想的X 射线诊断设备质量控制工具,还可用作设备生产,查找故障和维修的检测工具。目前国外非介入式X线摄影综合参数测量仪器价格昂贵，单台报价近20万元，而国内尚没有相关研究报道，更没有商用设备提供。

发明内容

本发明将设计制作能够以非介入方式，实时测量X线摄影峰值管电压、管电流及X线曝光时间的曝光参数综合测量系统。实施方法如下：

1、首先研制适合诊断X线线质及强度分析的厚PN节PIN型半导体X线传感器。本研究拟采用厚PN节PIN型半导体X线传感器，其基本结构与Si光敏二极管相似，探测器加工将委托北京师范大学核技术研究所制作。探测器加工完成后，主要对探测器输出与X射线束能量响应、探测器输出线性性能、光子能量40-150keV探测灵敏性进行研究。探测器性能满足：

探测器输出对X射线能量响应变化<±3%（光子能量40-150keV）

探测器输出对X射线强度（10mR-2R）完全线性（线性相关系数r>0.999）

探测器输出电流>10^-9A(40kV,50mA)

2、确定不同滤过条件时探测器输出与X线摄影参数函数关系。当X射线照射探测器时,射线束经过过滤器达到探测器并产生光电流。通过实验确定光电信号比与X射线管电压(kVp)、管电流之间的函数关系及探测器输出信号脉冲宽度，通过这种函数关系反求管电压、mA及曝光时间。

3、研制探测器输出信号放大、处理及显示电路。电子学部分包括放大电路、数据采集系统和嵌入式32位CPU微处理器测控系统（君正Jz4740），使用WinCE操作系统，图形参数实时彩屏显示。X 射线经传感器产生的电信号可低至1nA , 因此本系统选择低失调电压、低偏置电流、低温度漂移、高开环增益、高共模抑制比的高性能仪表放大器。放大器电流信号经放大,积分、A/ D 变换,微处理器控制取样,计算,存储和校准。校准结果送入显示单元和打印机,可显示测量的kVp 值以及波形、曝光mA值，将存储的kV波形与时钟振荡器比较得到曝光时间。对于单相整流机,照射时间是曝光过程中的辐射脉冲个数乘以脉冲时间；三相机的照射时间从kV上升到kVp_Avg的75 %开始计算,到照射结束时kV 再回落到kVp_Avg的75 %时结束。系统不仅能由积分电流信号比计算得出与Wiscosin kV检测盒同样的kVp_Eff (有效值) ,还可由瞬时电流信号比给出kVp_Avg (平均值) ,kVp_Max (最大值) ,部分波形的kVp 值,以及由瞬时电流信号比计算kV 波形和由薄的过滤片电流信号绘出辐射波形,并具有统计分析功能。

本发明的创新之处：

非介入式医用诊断X线机摄影参数测试系统，是一种多功能放射诊断设备质量保证仪器，使用通用PIN型光敏二极管作为X射线传感器，自动测量、记录X线机曝光时所对应的管电压、管电流、曝光时间、曝光剂量。以上曝光参数测量无需对X线机进行任何拆装，计算机自动分析PIN光敏二极管X射线传感器输出信号，计算得出所有与本次曝光相关的成像参数。系统硬件核心采用先进地嵌入式CPU技术，在windowsCE操作系统下设计各种测量参数的显示、处理、分析、存储，所形成的最终系统为便携、智能测量系统，和国外进口设备相比，体积小、智能程度更高。