RU2173087C2

RU2173087C2 - Device for small-angle mammography (modifications)

Info

Publication number: RU2173087C2
Application number: RU97112038/14A
Authority: RU
Inventors: О.В. Комардин; П.И. Лазарев
Original assignee: КВАНТА ВИЖН., Инк.
Filing date: 1997-07-08
Publication date: 2001-09-10

Abstract

FIELD: medicine, applicable in diagnosis of oncologic diseases of the mammary gland in the early stage of the disease. SUBSTANCE: one of the device modifications has a source of penetrating radiation, collimator in the form of a regular multislot structure consisting of transparent and non-transparent sections and forming the radiation flux in the form a position-sensitive detector provided with a spatial filter emitting radiation that is coherent-scattered in the object. In the second modification the collimator is made for formation of a wide beam modulated in intensity at a high spatial frequency. The period of spatial modulation of radiation is less than the dimension of the pulse inhomogeneity, and the detector spatial resolution is already by an order of magnitude greater than the spatial modulation. EFFECT: revealed tumors of small dimensions due to registration of study of information carriers in the tissue molecular structure. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для получения изображения объекта с помощью когерентного малоуглового рассеяния проникающего излучения, а именно к устройствам для маммографии, определяющим изменения в структуре тканей. Предлагаемое изобретение может быть использовано в медицине при диагностике онкологических заболеваний молочной железы на ранней стадии болезни, контроле положения иглы при проведении биопсии и т.д. The invention relates to devices for obtaining an image of an object using coherent small-angle scattering of penetrating radiation, and in particular to devices for mammography, which determine changes in the structure of tissues. The present invention can be used in medicine for the diagnosis of breast cancer at an early stage of the disease, monitoring the position of the needle during a biopsy, etc.

Известные устройства для маммографии, как правило, основаны на том принципе, что различные ткани при просвечивании отличаются по своей способности поглощать рентгеновское излучение. При этом рассеянние излучения в объекте и на элементах устройства является паразитным явлением, искажающим картину и ухудшающим контраст изображения. Для устранения рассеянного излучения используются коллимационные решетки, располагающиеся зa исследуемым объектом перед детектором (US 5212719, 18.05.93). Для устранения тени от решетки на изображении объекта при просвечивание предложено выполнять ее как подвижный элемент, осуществляющий возвратно-поступательные перемещения относительно детектора (ЕР 0402082, A 61 B 6/06, 04.06.90). Known devices for mammography, as a rule, are based on the principle that various tissues during translucency differ in their ability to absorb x-rays. In this case, the scattered radiation in the object and on the elements of the device is a spurious phenomenon, distorting the picture and worsening the contrast of the image. To eliminate scattered radiation, collimation gratings are used, which are located in front of the detector behind the object under study (US 5212719, 05/18/93). To eliminate the shadow from the lattice in the image of the object during transillumination, it is proposed to perform it as a movable element that performs reciprocating movements relative to the detector (EP 0402082, A 61 B 6/06, 04.06.90).

Вследствие того, что интенсивность прошедшего через объект излучения, формирующего изображение его проекции, определяется не только коэффициентом поглощения тканей, составляющих объект, но и его толщиной в зоне просвечивания, для получения качественного изображения необходимо, чтобы объект имел одинаковую оптическую толщину в направлении просвечивания. В известных устройствах это обеспечивается компрессией (сжатием) молочной железы до требуемых (или допустимых) размеров (US 4962515, 09.10.96). Однако это вызывает болевые ощущения и дискомфорт пациента при обследовании. Due to the fact that the intensity of the radiation transmitted through the object, forming an image of its projection, is determined not only by the absorption coefficient of the tissues that make up the object, but also by its thickness in the transillumination zone, in order to obtain a high-quality image, it is necessary that the object has the same optical thickness in the transillumination direction. In known devices, this is achieved by compression (compression) of the mammary gland to the required (or permissible) size (US 4962515, 09.10.96). However, this causes pain and discomfort to the patient during the examination.

Другой способ компенсации переменной толщины объекта заключается в помещении молочной железы в цилиндрический сосуд с эмерсионной жидкостью, имеющей одинаковый с ней коэффициент поглощения рентгеновских лучей. Это используется, например, при томографии молочной железы (US 3973126, 03.08.76). При получении одной проекции груди аналогичного результата можно добиться путем введения пластинчатых ослабляющих фильтров (из алюминия или другого материала) специальной формы в зону просвечивания груди. В частности это применяется при изучении приповерхностных подкожных участков груди (US 4969174, 06.11.90). Another way to compensate for the variable thickness of an object is to place the mammary gland in a cylindrical vessel with an emersion liquid having the same x-ray absorption coefficient. This is used, for example, in breast tomography (US 3973126, 03.08.76). Upon receipt of one projection of the breast, a similar result can be achieved by introducing plate-type attenuating filters (made of aluminum or other material) of a special shape into the breast translucent zone. In particular, this is used in the study of the surface subcutaneous sections of the chest (US 4969174, 06.11.90).

Другой способ, позволяющий избежать компрессии молочной железы, заключается в получении изображения при сканировании груди узким рентгеновским пучком. В описанном устройстве (US 4969174, 06.11.90) изображение формировалось на фотопластине, под которой размещались ряды рентгеновских детекторов. Детекторы определяли требуемое время экспозиции фотопластины для каждого положения просвечивающего пучка. Сигнал с детекторов поступал в блок управления системой сканирования. И учет разной толщины груди в зоне просвечивания осуществлялся за счет различной скорости движения пучка. Сканирование в системе осуществлялось вдоль оси груди. Another way to avoid compression of the mammary gland is to obtain an image when scanning the breast with a narrow x-ray beam. In the described device (US 4969174, November 6, 90), an image was formed on a photographic plate, under which rows of X-ray detectors were placed. The detectors determined the required exposure time of the photographic plate for each position of the transmission beam. The signal from the detectors entered the control unit of the scanning system. And taking into account the different thickness of the chest in the transillumination zone was carried out due to the different speed of the beam. Scanning in the system was carried out along the axis of the chest.

Существенным показателем работы рентгеновской маммографической установки является доза излучения, поглощенная пациентом при обследовании. Частичное уменьшение дозы облучения достигается уменьшением толщины исследуемого объекта (компрессией груди). Другим способом уменьшения дозы облучения является оптимальный выбор параметров рентгеновского излучения. Например, использование сменных фильтров позволяет подбирать жесткость излучения индивидуально для каждого пациента (US 4969174, 06.11.90). An essential indicator of the operation of an x-ray mammography unit is the dose of radiation absorbed by the patient during the examination. A partial decrease in the radiation dose is achieved by reducing the thickness of the test object (chest compression). Another way to reduce the dose is the optimal choice of x-ray parameters. For example, the use of replaceable filters allows you to select the radiation hardness individually for each patient (US 4969174, 06.11.90).

При сканировании груди пациента узким пучком рентгеновского излучения уменьшение дозы облучения достигается за счет постоянного контроля детекторами прошедшего излучения. Режим просвечивания груди (скорость сканирования) выбирается оптимальным для минимизации дозы облучения пациента и получения четкого изображения исследуемого объекта. When scanning the patient’s chest with a narrow beam of x-ray radiation, a reduction in the radiation dose is achieved due to the constant monitoring of the transmitted radiation detectors. The mode of breast transillumination (scanning speed) is chosen optimal to minimize the patient's radiation dose and to obtain a clear image of the object under study.

Управление иглой при биопсии осуществляется на аналогичных описанным выше устройствах (US 5386447, 31.01.95). Введя иглу, при просвечивании объекта получают две скрещенные проекции груди, совмещая которые определяют точное местоположение иглы. Это может осуществляться одновременно (стереоизображение) или последовательно. Конструктивно просвечивающие аппараты имеют возможность поворачиваться вокруг оси исследуемой груди на произвольный (или какой-либо фиксированный угол) (EP 0390653 B1, A 61 B 6/00, 22.03.90). Biopsy needle control is performed on devices similar to those described above (US 5386447, 01/31/95). By inserting the needle, when the object is scanned, two crossed projections of the chest are obtained, combining which determine the exact location of the needle. This can be done simultaneously (stereo image) or sequentially. Structurally, translucent devices have the ability to rotate around the axis of the breast under study at an arbitrary (or any fixed angle) (EP 0390653 B1, A 61 B 6/00, 03/22/90).

Во всех описанных устройствах пациент обычно располагается сидя, стоя или в наклонном положении, и грудь его фиксируется перпендикулярно телу. In all the described devices, the patient is usually located sitting, standing or in an inclined position, and his chest is fixed perpendicular to the body.

При проецирование изображения молочной железы на рентгенограмме различные участки тканей накладываются друг на друга, и в таком сложном изображении часто не удается измерить и изучить каждый из них в отдельности. Эта задача может быть решена за счет использования компьютерной томографии (US 3973126, 03.08.76). Пациент при этом обычно располагается лежа и его грудь погружается в сосуд с эмерсионной жидкостью. Просвечивающий луч и детектор осуществляют круговое движение вокруг оси исследуемой груди, для получения изображений проекций объекта со всех точек зрения (угол обзора - 360 градусов). После обработки полученных данных на компьютере формируется стереометрическое изображение внутренней структуры объекта. When a mammary gland image is projected on an x-ray, various sections of tissues overlap each other, and in such a complex image it is often not possible to measure and study each of them individually. This problem can be solved through the use of computed tomography (US 3973126, 03.08.76). The patient is usually located lying down and his chest is immersed in a vessel with emersion fluid. The transmission beam and detector perform circular motion around the axis of the breast under study, to obtain images of the projections of the object from all points of view (viewing angle - 360 degrees). After processing the received data on a computer, a stereometric image of the internal structure of the object is formed.

Как уже упоминалось, в основе описанных выше устройств заложен принцип получения изображения внутренней структуры объекта по распределению интенсивности прошедшего через объект излучения, зависящему от распределения поглощающих свойств объекта. Молочная железа содержит только мягкие ткани, слабо различающиеся по коэффициентам поглощения рентгеновских лучей. Поэтому обнаружение незначительных изменений в тканях на ранних стадиях болезни и выявление опухолей малых размеров является затруднительным. As already mentioned, the devices described above are based on the principle of obtaining an image of the internal structure of an object according to the distribution of the intensity of the radiation transmitted through the object, depending on the distribution of the absorbing properties of the object. The mammary gland contains only soft tissues, slightly differing in the absorption coefficients of x-rays. Therefore, the detection of minor changes in tissues in the early stages of the disease and the detection of small tumors is difficult.

В данном изобретении предлагается принципиально иной подход к получению изображения, при котором регистрируемое излучение несет информацию о молекулярной структуре ткани, составляющей объект. В этом случае любое изменение в структуре ткани будет приводить к качественному изменению картины полученного изображения, даже если элементный состав ткани (коэффициент поглощения рентгеновских лучей) остается неизменным. The present invention proposes a fundamentally different approach to image acquisition, in which the detected radiation carries information about the molecular structure of the tissue constituting the object. In this case, any change in the structure of the tissue will lead to a qualitative change in the picture of the resulting image, even if the elemental composition of the tissue (X-ray absorption coefficient) remains unchanged.

Как известно, прошедшее через объект рентгеновское излучение состоит из двух различных типов рассеянного в объекте излучения: когерентного и некогерентного (комптоновского) излучения. Информацию о структуре вещества несет лишь когерентная часть рассеянного излучения, которая преимущественно сосредоточена в угловом диапазоне от 0 до нескольких градусов относительно оси падающего пучка (в зависимости от длины волны падающего излучения). Некогерентное (комптоновское) излучение распределено статистически равномерно во всем угловом диапазоне 4π и информации о структуре рассеивающего объекта не несет. As you know, the x-ray radiation transmitted through an object consists of two different types of radiation scattered in the object: coherent and incoherent (Compton) radiation. Information on the structure of matter is provided only by the coherent part of the scattered radiation, which is mainly concentrated in the angular range from 0 to several degrees relative to the axis of the incident beam (depending on the wavelength of the incident radiation). Incoherent (Compton) radiation is distributed statistically uniformly over the entire 4π angular range and does not carry information about the structure of the scattering object.

Задачей данного изобретения является создание устройств, в которых обеспечивается регистрация только когерентно рассеянного излучения или одновременная регистрация когерентно рассеянного и поглощенного в объекте излучения. Для получения изображения, отвечающего распределению структурных характеристик ткани в объекте, в изобретение предлагаются различные варианты устройств для маммографии, в которых обеспечивается регистрация излучения в указанном выше интервале углов, т.е. регистрируется так называемое малоугловое рассеяние (МУР) рентгеновского излучения. The objective of the invention is to provide devices in which registration is only coherently scattered radiation or the simultaneous registration of coherently scattered and absorbed in the object radiation. To obtain an image corresponding to the distribution of the structural characteristics of the tissue in the object, various variants of mammography devices are proposed in the invention, in which radiation is recorded in the aforementioned angle range, i.e. so-called small-angle scattering (SANS) of x-ray radiation is recorded.

Первым вариантом устройства, в котором решается поставленная в изобретении задача, является устройство для малоугловой маммографии, содержащее источник проникающего излучения, коллиматор, формирующий падающий на объект поток излучения в виде узких малорасходящихся пучков (или одного пучка), расположенный за объектом пространственный фильтр и позиционно-чувствительный детектор. Устройство также оснащено средством, обеспечивающим перемещения потока проникающего излучения относительно исследуемого объекта, для получения его полной проекции на детекторе и средством компрессии исследуемого объекта. The first variant of the device, which solves the problem of the invention, is a device for small angle mammography containing a source of penetrating radiation, a collimator that generates a radiation flux incident on the object in the form of narrow low-diverging beams (or one beam), a spatial filter located behind the object, and position sensitive detector. The device is also equipped with a means for moving the flow of penetrating radiation relative to the investigated object, to obtain its full projection on the detector and means of compression of the studied object.

В качестве источника излучения выбирается рентгеновский источник, имеющий жесткость и интенсивность излучения, которые обеспечивают минимальную дозу облучения пациента при получении качественного изображения. Размеры фокусного пятна источника излучения зависят от используемой в данной установке системы коллиматор - пространственный фильтр. Элементы коллиматор - пространственный фильтр являются взаимосвязанными и определяют все рабочие параметры установки. An x-ray source having a stiffness and radiation intensity that provides a minimum dose to a patient when receiving a high-quality image is selected as the radiation source. The dimensions of the focal spot of the radiation source depend on the collimator - spatial filter system used in this installation. The elements of the collimator - spatial filter are interrelated and determine all the operating parameters of the installation.

Коллиматор - это устройство, которое формирует набор узких слаборасходящихся пучков (или отдельный пучок), просвечивающих исследуемый объект. Оно представляет собой регулярную периодическую структуру, состоящую из непрозрачных для излучения областей и прозрачных каналов. Форма и расположение каналов может быть различной: например, щели, круглые отверстия, расположенные в гексагональном или шахматном порядке и т.д. Общими требованиями, предъявляемыми к коллиматорам, являются следующие: во-первых, линии поверхностей, образующих прозрачные каналы, должны сходиться на фокусном пятне источника с целью увеличения энергоотдачи установки, при этом излучение в различные каналы коллиматора может попадать из разных областей фокусного пятна источника: во-вторых, коллиматор должен формировать световые пучки шириной и расходимостью γ такой, чтобы иметь возможность регистрировать рассеянное в малоугловом диапазоне излучение, т.е., чтобы любой рассеянный объектом под малым углом α луч первичного пучка выходил за границы первичного пучка в зоне регистрации; в-третьих, период структуры коллиматора должен быть такой, чтобы соседние пучки не перекрывались друг с другом в плоскости детектора и позволяли регистрировать малые углы вплоть до угла β (α и β) - углы, определяющие регистрируемый малоугловой диапазон: α может быть 5 угловых секунд и более, β - до 2 градусов). A collimator is a device that forms a set of narrow, slightly divergent beams (or a separate beam) that are illuminated by the object under study. It is a regular periodic structure consisting of areas opaque to radiation and transparent channels. The shape and location of the channels can be different: for example, slots, round holes located in a hexagonal or checkerboard pattern, etc. The general requirements for collimators are as follows: first, the lines of the surfaces forming transparent channels must converge on the focal spot of the source in order to increase the energy efficiency of the installation, while the radiation in different channels of the collimator can fall from different areas of the focal spot of the source: secondly, the collimator must form light beams with a width and divergence γ such that it can detect radiation scattered in the small-angle range, i.e., so that any scattered volume is a small angle α beam primary beam extends beyond the boundaries of the primary beam in the registration area; thirdly, the period of the collimator structure should be such that adjacent beams do not overlap with each other in the plane of the detector and allow small angles to be recorded up to the angle β (α and β) - angles that determine the recorded small-angle range: α can be 5 arc seconds and more, β - up to 2 degrees).

Для выполнения этих требований расстояние между входом и выходом коллиматора должно значительно превышать его поперечные размеры. Конструктивно щелевой коллиматор может быть выполнен в виде чередующихся непрозрачных для излучения пластин и зазоров между ними или в виде двух диафрагм - с одной или несколькими щелями на входе и многощелевой на выходе, съюстированных должным образом. Могут использоваться и другие конструкции коллиматоров, отвечающие перечисленным выше требованиям. To fulfill these requirements, the distance between the input and output of the collimator should significantly exceed its transverse dimensions. Structurally, a slit collimator can be made in the form of alternating radiation-opaque plates and gaps between them or in the form of two diaphragms - with one or more slots at the input and multi-slit at the output, properly aligned. Other collimator designs that meet the above requirements can be used.

Пространственный фильтр малоуглового излучения является ответной регулярной периодической структурой для коллиматора, т.е. он устроен таким образом, что экранирует прямые пучки, сформированные коллиматором, и пропускает излучение, рассеянное в плоскости объекта под малыми углами в угловом диапазоне от α до β). Конструктивное выполнение пространственного фильтра должно соответствовать используемому коллиматору: для линейного коллиматора пространственный фильтр должен быть выполнен в виде линейного растра, для коллиматора с плотной (гексагональной) упаковкой цилиндрических каналов - в виде растра с круглыми отверстиями и гексагональной ячейкой. The spatial small-angle radiation filter is a regular response periodic structure for the collimator, i.e. it is arranged in such a way that it screens the direct beams formed by the collimator and transmits radiation scattered in the plane of the object at small angles in the angular range from α to β). The design of the spatial filter should correspond to the collimator used: for a linear collimator, the spatial filter should be in the form of a linear raster, for a collimator with a dense (hexagonal) packing of cylindrical channels - in the form of a raster with round holes and a hexagonal cell.

Коллиматор формирует лучи, высвечивающие отдельные области исследуемого объекта, поэтому для получения целостной картины внутренней структуры объекта необходимо обеспечить перемещение оптической части устройства (источника излучения, коллиматора, пространственного фильтра и в некоторых случаях детектора) в плоскости, перпендикулярной направлению падения просвечивающих лучей. Для щелевого коллиматора это может быть линейное движение вдоль оси груди. Для коллиматоров, имеющих апертуры другой формы, это будет более сложная траектория. Скорость перемещения оптической системы должна быть достаточна для получения необходимой экспозиции на детектирующем устройстве. The collimator forms rays that highlight individual areas of the object under study, therefore, to obtain a holistic picture of the internal structure of the object, it is necessary to ensure that the optical part of the device (radiation source, collimator, spatial filter and, in some cases, the detector) is moved in a plane perpendicular to the direction of incidence of the translucent rays. For a slotted collimator, this can be a linear movement along the axis of the chest. For collimators having apertures of a different shape, this will be a more complex trajectory. The speed of movement of the optical system should be sufficient to obtain the necessary exposure on the detecting device.

Для получения качественного изображения объекта при регистрации рассеянного под малыми углами излучения необходимо осуществлять компрессию груди, т. е. чтобы толщина объекта в направлении распространения излучения составляла одинаковую величину для всех участков исследуемого объекта. Выполнение этого требования необходимо для получения истинной картины распределения рассеивающих центров (тканей) в исследуемом объекте, поскольку интенсивность излучения, падающего на детектор под определенным углом, зависит от функции рассеяния каждого из рассеивающих центров и их количества в зоне облучения. Компрессия груди может осуществляется, например, между двумя пластинами, прозрачными для проникающего рентгеновского излучения и обеспечивающими ее однородное сжатие. To obtain a high-quality image of an object during registration of radiation scattered at small angles, it is necessary to compress the chest, i.e., to ensure that the thickness of the object in the direction of radiation propagation is the same for all sections of the studied object. The fulfillment of this requirement is necessary to obtain a true picture of the distribution of scattering centers (tissues) in the studied object, since the intensity of radiation incident on the detector at a certain angle depends on the scattering function of each of the scattering centers and their quantity in the irradiation zone. Breast compression can be carried out, for example, between two plates that are transparent to penetrating x-ray radiation and ensure its uniform compression.

Детектирующее устройство представляет собой позиционно-чуствительный датчик рентгеновского излучения, позволяющий регистрировать интенсивность излучения от всех лучей одновременно. Это может быть ПЗС-устройство, фотодиодная матрица, рентгеновская фотопленка и т.д. Чувствительность детектора определяет требуемую мощность источника излучения и скорость сканирования исследуемого объекта. The detecting device is a positionally sensitive x-ray sensor that allows you to record the radiation intensity from all the rays at the same time. This may be a CCD device, a photodiode array, X-ray film, etc. The sensitivity of the detector determines the required power of the radiation source and the scanning speed of the investigated object.

Доза облучения, полученная пациентом при обследовании, зависит от количества проникающего излучения, необходимого для получения изображения объекта в малоугловом контрасте. The radiation dose received by the patient during the examination depends on the amount of penetrating radiation required to obtain an image of the object in low-angle contrast.

Уменьшение дозы облучения пациента возможно путем регистрации излучения, рассеянного в самые малые углы (от нуля до десятков угловых минут), поскольку для нулевого пика дифракции, чем меньше угол регистрации, тем выше интенсивность излучения, рассеянного под этим углом. Необходимость регистрации малых углов рассеяния предъявляет жесткие требования к формированию потока проникающего излучения, что приводит к потерям интенсивности излучения. Для большей эффективности использования излучения источника может применяется многолучевая схема. Reducing the patient's radiation dose is possible by recording radiation scattered to the smallest angles (from zero to tens of arc minutes), since for a zero diffraction peak, the smaller the recording angle, the higher the intensity of radiation scattered at this angle. The need to register small scattering angles imposes stringent requirements on the formation of a penetrating radiation flux, which leads to a loss in radiation intensity. For more efficient use of the radiation from the source, a multipath scheme can be used.

Другим способом уменьшения дозы облучения пациента является выбор оптимальной длины волны проникающего излучения. Длина волны проникающего излучения может подбираться индивидуально для каждого пациента (например, путем использования сменных фильтров) в зависимости от толщины исследуемого объекта. Another way to reduce the patient's radiation dose is to select the optimal penetrating radiation wavelength. The wavelength of penetrating radiation can be selected individually for each patient (for example, by using replaceable filters) depending on the thickness of the studied object.

При своей работе данное устройство регистрирует практически только малоугловое когерентно-рассеянное излучение. Некогерентно-рассеянное (комптоновское) излучение испускается статистически равномерно во всем угловом диапазоне 4π, поэтому пренебрежимо мало в зоне регистрации (за счет малости регистрируемого углового диапазона). Влияние излучения прямого пучка на регистрирацию излучения, рассеянного под малыми углами, определяется условиями коллимации и может быть практически устранено. Поэтому за счет использования растра с глубокими, узкими щелями в качестве коллиматора и пространственного фильтра и малости регистрируемого углового диапазона рассеяния возможно достичь высокого соотношения сигнал/шум при получении изображения исследуемого объекта. During its operation, this device registers practically only small-angle coherently scattered radiation. Incoherently scattered (Compton) radiation is emitted statistically uniformly over the entire 4π angular range; therefore, it is negligible in the recording zone (due to the smallness of the recorded angular range). The influence of direct beam radiation on the registration of radiation scattered at small angles is determined by the conditions of collimation and can be practically eliminated. Therefore, by using a raster with deep, narrow slits as a collimator and a spatial filter and the smallness of the recorded angular scattering range, it is possible to achieve a high signal-to-noise ratio when acquiring an image of the object under study.

Другой вариант маммографического устройства основывается на принципе одновременной регистрации поглощенного и когерентно-рассеянного под малыми углами проникающего излучения. Устройство содержит источник проникающего излучения, щелевой коллиматор, формирующий падающий на объект поток излучения в виде узких, малорасходящихся пучков, и расположенный за объектом регистрирующий пространственный фильтр. Такой пространственный фильтр выполнен из непрозрачных для излучения пластин в виде щелевого растра, в щелях которого размещены регистрирующие элементы. Толщина пластин выбирается таким образом, чтобы исключить влияние излучения, регистрируемого отдельным элементом детектора, на соседние регистрирующие элементы. Глубина и ширина зазоров между пластинами устанавливается из условия регистрации отдельным детектором излучения, попадающего на него под определенным углом. Размеры каждого регистрирующего элемента должны быть по крайней мере не больше, чем проекция отдельного пучка, формируемого коллиматором на плоскость регистрации (предпочтительно в несколько раз меньше). Каждый из детекторов соединен с системой обработки информации, позволяющей разделить рассеянное объектом излучение и излучение прямого пучка. Тогда на экране монитора возникает два изображения: одно изображение, соответствующее поглощательному контрасту исследуемого объекта, другое - малоугловому. Another variant of the mammography device is based on the principle of simultaneous registration of absorbed and coherently scattered penetrating radiation at small angles. The device contains a source of penetrating radiation, a slit collimator, which generates a radiation flux incident on the object in the form of narrow, slightly diverging beams, and a spatial filter is located behind the object. Such a spatial filter is made of radiation-opaque plates in the form of a slotted raster, in the slots of which recording elements are placed. The thickness of the plates is chosen in such a way as to exclude the influence of radiation detected by a separate element of the detector on neighboring recording elements. The depth and width of the gaps between the plates is established from the condition of registration by a separate detector of radiation incident on it at a certain angle. The dimensions of each recording element should be at least no larger than the projection of an individual beam formed by the collimator onto the registration plane (preferably several times smaller). Each of the detectors is connected to an information processing system that makes it possible to separate the radiation scattered by the object and radiation from the direct beam. Then two images appear on the monitor screen: one image corresponding to the absorbing contrast of the object under study, the other to a small-angle one.

Пространственный регистрирующий фильтр может быть выполнен таким образом, что в разных щелях растра будут располагаться детекторы, имеющие различную чувствительность. Детекторы, которые регистрируют рассеянное излучение, должны быть более чувствительны к падающему излучению, чем детекторы, регистрирующие излучение прямого пучка. The spatial recording filter can be made in such a way that detectors with different sensitivity will be located in different slots of the raster. Detectors that detect scattered radiation should be more sensitive to incident radiation than detectors that detect direct beam radiation.

В описанном устройстве возможно избежать компрессии груди, поскольку толщина просвечиваемого участка груди может определяться при измерении поглощенного в объекте излучения и учитываться при обработке изображения, формируемого рассеянными лучами. In the described device, it is possible to avoid compression of the breast, since the thickness of the translucent portion of the breast can be determined by measuring the radiation absorbed in the object and taken into account when processing the image formed by scattered rays.

Сканирование исследуемого объекта пучками проникающего излучения осуществляется аналогично описанной выше схеме. Scanning of the studied object by beams of penetrating radiation is carried out similarly to the scheme described above.

Разрешение неоднородностей объекта в направлении сканирования определяется шириной отдельного просвечивающего пучка. Разрешение в перпендикулярном направлении ограничено размерами отдельных элементов позиционно-чувствительного детектора. The resolution of the inhomogeneities of the object in the scanning direction is determined by the width of the individual transmission beam. The resolution in the perpendicular direction is limited by the size of the individual elements of the position-sensitive detector.

Другим вариантом маммографического устройства, формирующего изображение исследуемого объекта в поглощательном и малоугловом контрасте, является устройство с разностной схемой регистрации малоуглового рассеяния. Another variant of a mammography device that forms an image of the object under study in absorbing and small-angle contrast is a device with a difference scheme for recording small-angle scattering.

Задачей данного изобретения является снижение дозы облучения при получении изображения внутреннего строения объекта с учетом структурных характеристик входящих в него веществ. Сущность работы описываемого устройства основывается на следующем принципе: пучок проникающего излучения, имеющий в сечении точечную или штриховую форму, регистрируется высокоразрешающим позиционно-чувствительным детектором. Распределение интенсивности излучения в плоскости детектора будет определяться оптической передаточной функцией устройства. При помещении исследуемого объекта в устройство полная оптическая передаточная функция устройства, а следовательно, и распределение интенсивности излучения в плоскости детектора изменится. Изменение формы распределения интенсивности излучения будет определяться функцией рассеяния объекта, которая будет определять рассеивающие свойства вещества и при сравнении данных, полученных в измерении, с имеющейся базой данных для модельных объектов возможна идентификация исследуемого объекта по его рассеивающим свойствам. The objective of the invention is to reduce the radiation dose when acquiring an image of the internal structure of an object, taking into account the structural characteristics of its constituent substances. The essence of the operation of the described device is based on the following principle: a beam of penetrating radiation, having a point or dash shape in cross section, is recorded by a high-resolution position-sensitive detector. The distribution of the radiation intensity in the plane of the detector will be determined by the optical transfer function of the device. When placing the object under study in the device, the full optical transfer function of the device, and therefore the distribution of the radiation intensity in the plane of the detector, will change. The change in the shape of the distribution of radiation intensity will be determined by the scattering function of the object, which will determine the scattering properties of the substance and when comparing the data obtained in the measurement with the available database for model objects, it is possible to identify the studied object by its scattering properties.

Один из вариантов устройства состоит из источника рентгеновского излучения, одного или нескольких коллиматоров, каждый из которых формирует излучение в виде плоского веерного пучка, имеющего в одном направлении угловое распределение интенсивности, по форме близкое к δ-функции, и в другом - перекрывающего всю исследуемую область объекта, и высокоразрешающего двухкоординатного детектора. Оптическая часть устройства (источник, коллиматор, детектор) и исследуемый объект имеют возможность перемещаться относительно друг друга для осуществления последовательного сканирования исследуемого объекта. Высокоразрешающий детектор измеряет распределение интенсивности излучения в рентгеновском пучке при наличии и в отсутствии объекта. One of the device variants consists of an x-ray source, one or several collimators, each of which generates radiation in the form of a flat fan beam having an angular intensity distribution in one direction, similar in shape to a δ-function, and in the other - covering the entire studied region object, and high-resolution two-coordinate detector. The optical part of the device (source, collimator, detector) and the object under study have the ability to move relative to each other for sequential scanning of the object under study. A high-resolution detector measures the distribution of radiation intensity in an X-ray beam in the presence and absence of an object.

Для обеспечения точности измерений необходимо, чтобы размеры отдельных чувствительных элементов детектора были меньше полуширины распределения интенсивности рентгеновского пучка в плоскости регистрации, предпочтительно меньше на порядок. Такой способ измерений позволяет регистрировать рассеянные под малыми углами рентгеновские лучи, не только выходящие за границы пучка, но и те, что приводят к перераспределению интенсивности излучения внутри пучка. Чтобы иметь возможность сравнивать незначительные изменения больших сигналов при обработке данных, полученные распределения интенсивности излучения в пучке при наличии и в отсутствии объекта нормируют на общую интенсивность падающего и прошедшего через объект излучения, соответственно. Таким образом, полученные данные приводятся к общим условиям, и изменение формы кривой распределения интенсивности излучения в пучке (разность нормированного пространственного распределения интенсивности) будет отражать функцию рассеяния среды, через которую проходит излучение. To ensure the accuracy of the measurements, it is necessary that the dimensions of the individual sensitive elements of the detector are less than half the width of the distribution of the intensity of the X-ray beam in the registration plane, preferably less by an order of magnitude. Such a measurement method makes it possible to register x-rays scattered at small angles, not only extending beyond the boundaries of the beam, but also those that lead to a redistribution of the radiation intensity inside the beam. In order to be able to compare minor changes in large signals during data processing, the obtained distributions of the radiation intensity in the beam in the presence and absence of an object are normalized to the total intensity of the incident and transmitted radiation, respectively. Thus, the data obtained are reduced to general conditions, and a change in the shape of the curve of the distribution of radiation intensity in the beam (the difference between the normalized spatial distribution of intensity) will reflect the scattering function of the medium through which the radiation passes.

Оптимальные условия регистрации при исследовании различных объектов могут быть достигнуты путем выбора жесткости, т.е. длины волны, используемого проникающего излучения. Чем мягче используемое излучение (больше длина волны), тем сильнее изменяется нормированная кривая распределения интенсивности в просвечивающем пучке за объектом, однако при этом возрастает доля излучения, поглощенного в объекте, и уменьшается сигнал на детекторе. Выбор оптимальных параметров проникающего излучения зависит от характера исследуемого объекта и в каждом случае осуществляется индивидуально. При использовании полихроматического источника излучения это может быть осуществлено либо подбором фильтра, вырезающего требуемый спектральный диапазон, либо путем использования детектора, селективно-чувствительного к выделенному диапазону энергии регистрируемых квантов. В последнем случае на детекторе для каждого спектрального диапазона проникающего излучения регистрируется свое распределение интенсивности в пучке за объектом. Однако применение этого способа в маммографических установках ограничено, поскольку при этом возрастает доза облучения пациента. Optimal registration conditions when examining various objects can be achieved by choosing stiffness, i.e. wavelength used by penetrating radiation. The softer the radiation used (the longer the wavelength), the more the normalized curve of the intensity distribution in the transmission beam behind the object changes, however, the fraction of radiation absorbed in the object increases and the signal at the detector decreases. The choice of the optimal parameters of the penetrating radiation depends on the nature of the investigated object and in each case is carried out individually. When using a polychromatic radiation source, this can be achieved either by selecting a filter that cuts out the required spectral range, or by using a detector selectively sensitive to the selected energy range of the recorded quanta. In the latter case, the detector for each spectral range of penetrating radiation records its intensity distribution in the beam behind the object. However, the use of this method in mammography units is limited, since the dose of the patient is increased.

Как было описано выше, функция рассеяния каждого вещества определяется его структурой и является "визитной карточкой" данного вещества и его состояния, которая может быть использована для их идентификации, т.е. по сравнению измеренной разности нормированного пространственного распределения интенсивности для исследуемого объекта с результатами, содержащимися в базе данных для контрольных объектов, можно определить, какая ткань имеет рассеивающую способность, приводящую к таким изменениям интенсивности в пучке. К тому же из отношения общей интегральной интенсивности до и после объекта определяется поглощающая способность веществ, входящих в объект, что также может быть использовано для предварительной идентификации. As described above, the scattering function of each substance is determined by its structure and is the "calling card" of this substance and its state, which can be used to identify them, i.e. by comparing the measured difference in the normalized spatial intensity distribution for the object under study with the results contained in the database for the control objects, it is possible to determine which tissue has the scattering power that leads to such changes in the intensity in the beam. In addition, from the ratio of the total integral intensity before and after the object, the absorption capacity of the substances entering the object is determined, which can also be used for preliminary identification.

Таким образом, за одно измерение для каждой области объекта, просвечиваемой рентгеновским пучком, определяется коэффициент поглощения и в неявном виде функция рассеяния ткани, входящей в освещаемую пучком область. Это позволяет различать даже входящие в объект ткани, имеющие одинаковый элементный состав, но различную структуру, что очень важно при диагностике онкологических заболеваний. Thus, in one measurement, for each region of the object illuminated by the X-ray beam, the absorption coefficient and the implicit function of the scattering of the tissue entering the region illuminated by the beam are determined. This makes it possible to distinguish even tissues entering the object that have the same elemental composition but different structure, which is very important in the diagnosis of cancer.

Поскольку рассеивающие свойства вещества определяются при измерении интенсивности в прямом пучке, это позволяет значительно уменьшить дозу облучения объекта при таких измерениях по сравнению с измерениями излучения, рассеянного вне первичного пучка (в 10³ - 10⁵ раз), что имеет немаловажное значение в медицинской диагностике. Чувствительность описываемого устройства к обнаружению неоднородностей в объекте определяется пространственным распределением проникающего излучения: чем уже пучок, тем больше изменяется его форма после прохождения исследуемого объекта.Since the scattering properties of a substance are determined by measuring the intensity in a direct beam, this makes it possible to significantly reduce the radiation dose of an object in such measurements compared with measurements of radiation scattered outside the primary beam (by 10 ³ - 10 ⁵ times), which is important in medical diagnostics. The sensitivity of the described device to the detection of inhomogeneities in the object is determined by the spatial distribution of the penetrating radiation: the narrower the beam, the more its shape changes after passing through the studied object.

Другой вариант описанного выше устройства предусматривает формирование тонкого цилиндрического пучка (коллиматор имеет круглую апертуру). Определение тканей в области просвечивания происходит аналогично описанному выше способу. Для исследования объекта сканирующее устройство должно обеспечивать независимое перемещение просвечивающего пучка в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это устройство может быть эффективно для неразрушающего анализа опухолей, обнаруженных каким-либо методом. Another variant of the device described above provides for the formation of a thin cylindrical beam (the collimator has a circular aperture). The determination of tissues in the area of transmission occurs similarly to the method described above. To study the object, the scanning device must provide independent movement of the translucent beam in two mutually perpendicular directions. This device can be effective for non-destructive analysis of tumors detected by any method.

Описанные выше устройства для своей успешной работы предусматривают формирование узкоколлимированного просвечивающего пучка, что накладывает ограничения на эффективность использования энергии, производимой рентгеновским источником. Другой вариант описываемого устройства позволяет различать сходные вещества по их рассеивающим и поглощающим свойствам при использовании широкого пучка проникающего излучения. Этот вариант устройства отличается тем, что коллиматор представляет собой многощелевую периодическую структуру, формирующую поток рентгеновского излучения в виде широкого пучка, промодулированного с высокой пространственной частотой. Детектор, имеющий высокое угловое разрешение в плоскости регистрации, измеряет периодически модулированное распределение интенсивности излучения при наличии и в отсутствии объекта. Наличие объекта в устройстве приводит к изменению функции модуляции распределения интенсивности в плоскости детектора, что позволяет определять следующие параметры исследуемого вещества: уменьшение среднего значения интенсивности вдоль направления модуляции пучка определяет величину поглощения рентгеновского излучения различными частями объекта, а изменение глубины модуляции распределения интенсивности содержит в неявном виде функцию рассеяния объекта. Эти параметры при сравнении полученных результатов с имеющейся базой данных позволяют идентифицировать ткани, составляющие исследуемый объект. Для обнаружения неоднородности в объекте, занимаемой исследуемым веществом, необходимо, чтобы период пространственной модуляции излучения в объекте был меньше размера самой неоднородности. The devices described above for their successful operation include the formation of a narrowly collimated transmission beam, which imposes restrictions on the efficiency of use of energy produced by an x-ray source. Another variant of the described device allows to distinguish similar substances by their scattering and absorbing properties when using a wide beam of penetrating radiation. This embodiment of the device is characterized in that the collimator is a multi-gap periodic structure that forms the x-ray flux in the form of a wide beam modulated with a high spatial frequency. A detector having a high angular resolution in the registration plane measures periodically modulated radiation intensity distribution in the presence and absence of an object. The presence of an object in the device leads to a change in the modulation function of the intensity distribution in the plane of the detector, which allows you to determine the following parameters of the test substance: a decrease in the average value of the intensity along the direction of modulation of the beam determines the amount of X-ray absorption by various parts of the object, and the change in the depth of modulation of the intensity distribution contains implicitly scattering function of the object. When comparing the obtained results with the available database, these parameters allow us to identify the tissues that make up the studied object. To detect inhomogeneity in an object occupied by the substance under study, it is necessary that the period of spatial modulation of radiation in the object be less than the size of the inhomogeneity itself.

Чувствительность описываемой установки к регистрации интенсивности рассеянного излучения определяется пространственной частотой и глубиной модуляции падающего излучения и разрешением используемого детектора. Чем выше пространственная частота модуляции излучения и больше глубина модуляции, тем сильнее будет изменяться функция распределения интенсивности излучения при внесении объекта. Однако максимальные значения допустимой пространственной частоты модуляции излучения ограничены параметрами используемого модулятора и разрешением детектирующих элементов. Пространственное разрешение детектора должно быть меньше периода пространственной модуляции излучения, предпочтительно на порядок. The sensitivity of the described setup to recording the intensity of scattered radiation is determined by the spatial frequency and depth of modulation of the incident radiation and the resolution of the detector used. The higher the spatial frequency of the radiation modulation and the greater the depth of the modulation, the stronger the distribution function of the radiation intensity will change when an object is introduced. However, the maximum values of the permissible spatial frequency of the radiation modulation are limited by the parameters of the modulator used and the resolution of the detecting elements. The spatial resolution of the detector should be less than the period of spatial modulation of the radiation, preferably an order of magnitude.

Описанное выше устройство позволяет также избегать компрессии груди, что обеспечивает больший комфорт пациента при маммографических исследованиях. The device described above also avoids compression of the breast, which provides greater patient comfort during mammography examinations.

Возможно также использование варианта описанного устройства, размеры светового поля которого перекрывают всю проекцию исследуемой груди. Это позволило бы избежать использования сканирующих устройств (движущихся частей) и ускорить процедуру обследования пациента. It is also possible to use a variant of the described device, the dimensions of the light field of which cover the entire projection of the breast under study. This would avoid the use of scanning devices (moving parts) and speed up the examination of the patient.

Все описанные выше устройства имеют возможность поворачиваться вокруг оси, параллельной оси исследуемой груди, и фиксироваться под определенным углом к вертикальной плоскости. Это осуществляется для получения изображения груди в различных проекциях. All the devices described above have the ability to rotate around an axis parallel to the axis of the breast under study, and be fixed at a certain angle to a vertical plane. This is done to obtain images of the breast in various projections.

Пациент при обследовании может располагаться стоя или сидя, прямо или в наклонном положении. Для автоматизации процедуры установки пациента в маммографическое устройство и выбора направления просвечивания груди может использоваться вакуумное фиксирующее грудь устройство. Оно представляет собой цилиндрическую емкость, выполненную из материала, прозрачного для рентгеновского излучения. Это устройство устанавливается на грудной клетке пациента таким образом, чтобы исследуемая грудь оказалась внутри. Затем в устройстве создается слабое разряжение, при этом грудь фиксируется в требуемом положении. Для обеспечения безопасности пациента в устройстве предусмотрен клапан, срабатывающий при увеличении разряжения больше критической величины. During the examination, the patient may be standing or sitting, upright or in an inclined position. To automate the procedure for installing a patient in a mammography device and choosing the direction of breast translucency, a vacuum breast-fixing device can be used. It is a cylindrical container made of a material that is transparent to x-ray radiation. This device is installed on the chest of the patient so that the examined breast is inside. Then, a weak discharge is created in the device, while the chest is fixed in the required position. To ensure the safety of the patient, a device is provided in the device that operates when the vacuum increases more than the critical value.

Описанные выше устройства, использующие принцип получения изображения объекта в зависимости от структуры тканей его составляющих, могут также являться составной частью других маммографических устройств, например томографа или устройства для контроля проведения биопсии и т.д. The devices described above, using the principle of obtaining an image of an object depending on the structure of the tissues of its constituents, can also be an integral part of other mammographic devices, for example, a tomograph or a device for monitoring a biopsy, etc.

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами чертежей:
на фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для получения изображения исследуемого объекта в малоугловом контрасте;
на фиг. 2 приведена принципиальная схема устройства для получения изображения объекта, в котором осуществляется одновременная регистрация МУР и поглощенного излучения;
на фиг. 3 изображена принципиальная схема сканирующего устройства для неразрушающего анализа тканей;
на фиг. 4 изображена принципиальная схема устройства для маммографии с разностной схемой регистрации рассеянного излучения;
на фиг. 5 изображена принципиальная схема устройства для томографической маммографии;
на фиг. 6 изображена принципиальная схема устройства для проведения биопсии, с контролем перемещения иглы.The invention is illustrated by the following figures of drawings:
in FIG. 1 is a schematic diagram of a device for acquiring an image of an object under investigation in a small angle contrast;
in FIG. 2 is a schematic diagram of a device for acquiring an image of an object in which simultaneous registration of SANS and absorbed radiation is carried out;
in FIG. 3 is a schematic diagram of a scanning device for non-destructive tissue analysis;
in FIG. 4 is a schematic diagram of a mammography device with a difference scheme for recording scattered radiation;
in FIG. 5 shows a schematic diagram of a device for tomographic mammography;
in FIG. 6 is a schematic diagram of a biopsy device with needle movement control.

Как показано на фиг. 1, устройство содержит источник 1 проникающего излучения, например рентгеновскую трубку, и диафрагму 2 с отверстием 3. Часть излучения рентгеновской трубки вырезается диафрагмой 2 и направляется на исследуемый объект 4. Между исследуемым объектом 4 и диафрагмой 2 установлен коллиматор 5, формирующий падающий на объект поток излучения в виде узких малорасходящихся пучков. Коллиматор 5 имеет чередующиеся прозрачные 6 и непрозрачные 7 для проникающего излучения участки, образующие каналы. Оси каналов ориентированы по направлениям, сходящимся в точке, совпадающей с фокусом источника излучения. На пути прошедшего через объект излучения установлен пространственный фильтр 8, представляющий собой подобную коллиматору структуру с прозрачными 9 и непрозрачными 10 участками. As shown in FIG. 1, the device contains a source of penetrating radiation 1, for example, an x-ray tube, and a diaphragm 2 with a hole 3. A part of the radiation of the x-ray tube is cut out by the diaphragm 2 and sent to the object under investigation 4. A collimator 5 is installed between the object 4 and the diaphragm 2, which forms a stream incident on the object radiation in the form of narrow low-diverging beams. The collimator 5 has alternating transparent sections 6 and opaque 7 for penetrating radiation, forming channels. The axes of the channels are oriented in directions converging at a point coinciding with the focus of the radiation source. On the way of the radiation passing through the object, a spatial filter 8 is installed, which is a collimator-like structure with transparent 9 and opaque 10 sections.

Задачей пространственного фильтра 8 является выделение рассеянного на малые углы когерентного излучения и поглощение прямого излучения и излучения, рассеянного на большие углы. Коллиматор 5 и пространственный фильтр 8 расположены так, что непрозрачные участки 10 фильтра перекрывают прозрачные для излучения участки 6 коллиматора и пропускают через прозрачные участки 9 только излучение, рассеянное объектом под малыми углами. The task of the spatial filter 8 is to isolate coherent radiation scattered by small angles and to absorb direct radiation and radiation scattered by large angles. The collimator 5 and the spatial filter 8 are arranged so that the opaque filter portions 10 overlap the radiation-transparent sections of the collimator 6 and pass only the radiation scattered by the object at small angles through the transparent portions 9.

Размеры прозрачных участков, в данном случае ширина и глубина щелей, период структуры коллиматора (расстояние между щелями коллиматора), а также размеры прозрачных участков пространственного фильтра должны быть подобраны таким образом, чтобы обеспечить регистрацию на позиционно-чувствительном детекторе 11 излучения, рассеянного под малыми углами исследуемым объектом в определенном угловом диапазоне. The dimensions of the transparent sections, in this case, the width and depth of the slits, the period of the collimator structure (the distance between the collimator slits), as well as the sizes of the transparent sections of the spatial filter should be selected in such a way as to ensure registration of radiation scattered at small angles at the position-sensitive detector 11 the investigated object in a certain angular range.

Для получения качественного изображения объекта при регистрации рассеянного под малыми углами излучения осуществляется компрессия груди. Исследуемая грудь сжимается между двумя пластинами 12, выполненными из материала, прозрачного для проникающего излучения. Величина сжатия определяется условием выравнивания толщины исследуемого объекта в направлении падения лучей проникающего излучения. To obtain a high-quality image of the object during registration of radiation scattered at small angles, chest compression is performed. The test chest is compressed between two plates 12 made of a material transparent to the penetrating radiation. The amount of compression is determined by the condition for equalizing the thickness of the investigated object in the direction of incidence of the rays of the penetrating radiation.

Пучки проникающего излучения, формируемые коллиматором, высвечивают отдельные области исследуемого объекта, поэтому для получения целостной картины изображения объекта оптическая часть устройства (источник 1 с диафрагмой 2, коллиматор 5, пространственный фильтр 8 и детектор 11) может перемещаться относительно объекта в направлении 13 вдоль оси, совпадающей с осью груди. The penetrating radiation beams generated by the collimator highlight individual regions of the object under study, therefore, to obtain a complete picture of the object image, the optical part of the device (source 1 with aperture 2, collimator 5, spatial filter 8 and detector 11) can move relative to the object in direction 13 along the axis, coinciding with the axis of the chest.

Все устройство монтируется на раме 14, которая имеет возможность поворачиваться на произвольный угол вокруг оси 15, параллельной оси исследуемой груди, с целью получения изображения различных проекций груди. The whole device is mounted on the frame 14, which has the ability to rotate at an arbitrary angle around the axis 15, parallel to the axis of the breast under study, in order to obtain images of various projections of the chest.

Устройство, изображенное на фиг. 2, отличается от показанного на фиг. 1 тем, что пространственный фильтр 8 в нем выполнен в виде щелевого растра 16, в щелях которого размещены регистрирующие элементы 17. Растр 16 выполнен из набора пластин 18, непрозрачных для проникающего излучения. Толщина пластин выбирается такой, чтобы исключить влияние излучения, рассеянного в материале регистрирующего элемента 17, на соседние с ним регистрирующие элементы. Глубина и ширина зазоров между пластинами выбирается из условия регистрации отдельным элементом детектора излучения, падающего на него под определенным углом. The device shown in FIG. 2 differs from that shown in FIG. 1 in that the spatial filter 8 in it is made in the form of a slit raster 16, in the slots of which the recording elements 17 are placed. The raster 16 is made of a set of plates 18 opaque to the penetrating radiation. The thickness of the plates is chosen so as to exclude the influence of radiation scattered in the material of the recording element 17 on neighboring recording elements. The depth and width of the gaps between the plates is selected from the condition of registration by a separate element of the radiation detector incident on it at a certain angle.

Поступление сигналов от регистрирующих элементов в систему обработки информации будет происходить по двум независимым каналам. Один из каналов связан с элементами, регистрирующими распределение интенсивности излучения, обусловленное различием коэффициентов поглощения тканей, составляющих объект исследования, а второй - с элементами, регистрирующими излучение, рассеянное под малыми углами, зависящее от структуры просвечиваемых тканей. В результате компьютерной обработки на экране монитора формируется изображение объекта, обусловленное различиями в составе и структуре составляющих его тканей. The receipt of signals from the recording elements in the information processing system will occur through two independent channels. One of the channels is associated with elements that record the distribution of radiation intensity, due to the difference in the absorption coefficients of the tissues that make up the object of study, and the second - with elements that register radiation scattered at small angles, depending on the structure of the transmitted tissues. As a result of computer processing, an image of the object is formed on the monitor screen due to differences in the composition and structure of its constituent tissues.

На фиг. 3 показана принципиальная схема сканирующего устройства, для анализа отдельных областей исследуемого объекта, основанного на принципах одновременной регистрации прошедшего через объект и рассеянного им под малыми углами излучения. От источника 19 рентгеновского излучения поток направляют на неподвижный объект 20. Коллиматор 21, выполненный в виде щели, формирует падающее на объект 20 излучение в виде штрихового пучка, имеющего угловое распределение интенсивности в направлении 22, совпадающем с осью исследуемой груди, по форме близкое к δ-функции и перекрывающим весь объект в перпендикулярном направлении 23. In FIG. Figure 3 shows a schematic diagram of a scanning device for analyzing individual areas of the object under study, based on the principles of simultaneously registering radiation transmitted through the object and scattered by it at small angles. From the source of x-ray radiation 19, the flow is directed to a stationary object 20. The collimator 21, made in the form of a slit, forms a radiation incident on the object 20 in the form of a dashed beam having an angular intensity distribution in the direction 22 coinciding with the axis of the breast under study, in shape close to δ -functions and overlapping the entire object in the perpendicular direction 23.

Дополнительно между коллиматором 21 и объектом 20 устанавливается диафрагма 24 с регулируемой шириной щели. Положения щелей коллиматора и диафрагмы взаимно перпендикулярны. В результате этого поток проникающего излучения формируется в виде узкого пучка с точечным или штриховым сечением. Коллиматор вместе источником излучения имеет возможность перемещаться вдоль направления 22, совпадающего с направлением оси исследуемой груди. Диафрагма при этом может независимо перемещаться в перпендикулярном направлении 23. Это позволяет выбирать область просвечивания на исследуемом объекте 20. Распределение интенсивности прошедшего через объект излучения регистрируется высокоразрешающим двухкоординатным детектором 25. Размеры отдельных элементов детектора 25 должны быть меньше полуширины распределения интенсивности рентгеновского пучка в плоскости регистрации, предпочтительно на порядок. Наличие малоуглового рассеяния в объекте приводит к перераспределению интенсивности излучения в первичном пучке, падающем на объект. Регистрируемое детектором 25 распределение интенсивности излучения в пучке за объектом позволяет при сравнении с базой данных определить наличие структурных изменений в просвечиваемой области объекта 20, приводящих к такому результату. К тому же одновременно с этим детектор регистрирует поглощение излучения объектом, что позволяет избегать при измерениях компрессии груди, поскольку учет толщины просвечиваемой области объекта может осуществляться по величине поглощенного в ней излучения. Additionally, between the collimator 21 and the object 20, a diaphragm 24 with an adjustable slit width is installed. The positions of the slots of the collimator and the diaphragm are mutually perpendicular. As a result of this, a penetrating radiation flux is formed in the form of a narrow beam with a point or dashed cross section. The collimator together with the radiation source has the ability to move along direction 22, which coincides with the direction of the axis of the studied breast. In this case, the diaphragm can independently move in the perpendicular direction 23. This allows you to select the area of transmission on the studied object 20. The distribution of the intensity of the radiation transmitted through the object is recorded by a high-resolution two-coordinate detector 25. The dimensions of the individual elements of the detector 25 must be less than the half-width of the intensity distribution of the x-ray beam in the registration plane, preferably an order of magnitude. The presence of small-angle scattering in the object leads to a redistribution of the radiation intensity in the primary beam incident on the object. Registered by the detector 25, the distribution of the radiation intensity in the beam behind the object allows, when compared with the database, to determine the presence of structural changes in the illuminated region of the object 20, leading to this result. In addition, at the same time, the detector registers the absorption of radiation by the object, which allows avoiding chest compression during measurements, since the thickness of the transmitted area of the object can be taken into account by the value of the radiation absorbed in it.

Другой вариант устройства, представленный на фиг. 4, позволяет различать вещества по их рассеивающим и поглощающим свойствам при использовании широкого пучка проникающего излучения. Источник 26 направляет поток проникающего излучения на исследуемый объект 27, расположенный на поддерживающей платформе 28, выполненной из прозрачного для проникающего излучения материала. Между объектом и источником излучения располагается коллиматор 29, который формирует падающий поток проникающего излучения в виде широкого пучка, промодулированного по интенсивности с высокой пространственной частотой. Another embodiment of the device shown in FIG. 4 allows one to distinguish substances by their scattering and absorbing properties when using a wide beam of penetrating radiation. The source 26 directs the flow of penetrating radiation to the studied object 27, located on the supporting platform 28, made of transparent material for penetrating radiation. Between the object and the radiation source, there is a collimator 29, which forms an incident flux of penetrating radiation in the form of a wide beam, modulated in intensity with a high spatial frequency.

Коллиматор может быть выполнен, например, в виде щелевого растра, период и размеры щелей которого определяют пространственную частоту и глубину модуляции просвечивающего пучка. Формируемые коллиматором пучки проникающего излучения могут перекрываться в плоскости регистрации. Двухкоординатный позиционно-чувствительный детектор 30 должен обеспечивать высокое пространственное разрешение такое, чтобы размеры отдельных регистрирующих элементов были меньше пространственной частоты модуляции просвечивающего излучения в плоскости регистрации, предпочтительно на порядок. Регистрируемое детектором 30 распределение интенсивности проникающего излучения при наличии и отсутствии объекта позволяет получать изображение внутренней структуры исследуемого объекта в поглощательном контрасте, промодулированное с соответствующей частотой, и по изменению глубины модуляции прошедшего излучения определить функцию рассеяния веществ, составляющих объект. Эти параметры при сравнении полученных результатов с имеющейся базой данных позволяют идентифицировать вещества, составляющие исследуемый объект. The collimator can be made, for example, in the form of a slit raster, the period and dimensions of the slits of which determine the spatial frequency and modulation depth of the transmission beam. Beams of penetrating radiation formed by the collimator can overlap in the registration plane. The two-coordinate position-sensitive detector 30 must provide a high spatial resolution such that the dimensions of the individual recording elements are less than the spatial modulation frequency of the transmission radiation in the registration plane, preferably by an order of magnitude. The intensity distribution of penetrating radiation recorded by the detector 30 in the presence and absence of an object makes it possible to obtain an image of the internal structure of the studied object in absorbing contrast, modulated with the appropriate frequency, and to determine the scattering function of the substances constituting the object by changing the modulation depth of the transmitted radiation. When comparing the obtained results with the existing database, these parameters allow us to identify the substances that make up the studied object.

Другим устройством, изображенным на фиг. 5, в котором используется принцип одновременной регистрации поглощенного в исследуемом объекте и рассеянного им под малыми углами излучения, является маммографический томограф, т. е. устройство, позволяющее получать объемное изображение внутренней структуры исследуемого объекта. The other device shown in FIG. 5, which uses the principle of simultaneous registration of radiation absorbed in the studied object and scattered by it at small angles, is a mammography tomograph, i.e., a device that allows to obtain a three-dimensional image of the internal structure of the studied object.

При получении томограммы груди пациент 31 предпочтительно находится лежа, вниз лицом. Для обследования пациента используется схема, позволяющая одновременно регистрировать поглощенное в объекте и рассеянное им излучение. Это может быть, например, разностная схема. От источника 32 рентгеновского излучения поток направляют на исследуемый объект 33. Коллиматор 34, выполненный в виде щели, формирует падающее на объект 33 излучение в виде штрихового пучка, имеющего угловое распределение интенсивности в направлении, перпендикулярном оси груди, по форме близкое к δ-функции и перекрывающим весь объект в продольном направлении. Распределение интенсивности прошедшего через объект излучения регистрируется высокоразрешающим двухкоординатным детектором 35. Размеры отдельных элементов детектора 35 должны быть меньше полуширины распределения интенсивности рентгеновского пучка в плоскости регистрации, предпочтительно на порядок. Upon receipt of a chest tomogram, patient 31 is preferably lying flat, face down. For the examination of the patient, a scheme is used that allows you to simultaneously register the radiation absorbed in the object and scattered by it. This may be, for example, a difference scheme. From the source 32 of the x-ray radiation, the flow is directed to the object 33 under examination. The collimator 34, made in the form of a slit, generates radiation incident on the object 33 in the form of a dashed beam having an angular intensity distribution in the direction perpendicular to the axis of the chest, in shape close to the δ-function and overlapping the entire object in the longitudinal direction. The intensity distribution of the radiation transmitted through the object is recorded by a high-resolution two-coordinate detector 35. The dimensions of the individual elements of the detector 35 should be less than half the width of the X-ray beam intensity distribution in the registration plane, preferably by an order of magnitude.

Оптическая часть устройства (источник рентгеновского излучения, коллиматор и двухкоординатный детектор) осуществляет синхронное движение по круговой траектории 36 вокруг оси исследуемой груди. При этом для каждого положения источника и детектора одновременно регистрируется поглощенное в объекте и рассеянное им излучение, поэтому нет необходимости погружать исследуемую грудь в эмерсионную жидкость. Достаточно обеспечить фиксацию груди на все время исследования. Это может, например, осуществляться путем использования вакуумного держателя 37, который обеспечит ее фиксацию и вытягивание вдоль своей оси для получения более полной проекции. The optical part of the device (x-ray source, collimator and two-axis detector) performs synchronous movement along a circular path 36 around the axis of the chest under study. At the same time, for each position of the source and detector, radiation absorbed in the object and scattered by it is simultaneously recorded, so there is no need to immerse the test chest in the emersion liquid. It is enough to ensure the fixation of the chest for the entire duration of the study. This can, for example, be carried out by using a vacuum holder 37, which will ensure its fixation and extension along its axis to obtain a more complete projection.

После компьютерной обработки данных, полученных за полный оборот оптической системы, формируется трехмерное изображение объекта в малоугловом контрасте, при этом учет формы груди осуществляется по поглощенному излучению. After computer processing of the data obtained for the complete revolution of the optical system, a three-dimensional image of the object is formed in low-angle contrast, while the shape of the breast is taken into account by the absorbed radiation.

На фиг. 6 представлено устройство для проведения биопсии, в котором также используется принцип одновременной регистрации поглощенного в исследуемом объекте и рассеянного им под малыми углами излучения. In FIG. 6 shows a biopsy device, which also uses the principle of simultaneous registration of radiation absorbed in the studied object and scattered by it at small angles.

Это устройство включает в себя два скрещенных блока 38, каждый из которых выполнен по схеме, изображенной на фиг. 3. Каждый блок имеет возможность поворачиваться вокруг исследуемой груди 39 на произвольный угол. Оптическая система каждого блока 38 формирует точечные или штриховые пучки 40 просвечивающего излучения, которые могут быть позиционированы на любом месте исследуемой груди. Размеры пучков должны быть таковы, чтобы перекрываемая ими область исследуемого объекта была достаточна для контроля движения иглы 41 при биопсии к пораженному участку груди. Минимизация размеров необходимо просвечиваемой при этом области груди позволяет уменьшить общую дозу облучения пациента. This device includes two crossed blocks 38, each of which is made according to the circuit depicted in FIG. 3. Each block has the ability to rotate around the examined chest 39 at an arbitrary angle. The optical system of each block 38 generates point or dashed beams 40 of translucent radiation, which can be positioned anywhere on the examined chest. The size of the bundles should be such that the area of the object under study that they overlap is sufficient to control the movement of the needle 41 during a biopsy to the affected area of the chest. Minimizing the size of the area of the chest that is required to be visible in this case allows the patient to reduce the total radiation dose.

При работе устройства канал обработки сигнала, регистрирующий поглощенное излучение, определяет положение и направление движения иглы биопсии и толщину исследуемого объекта в просвечиваемой области. Канал, регистрирующий когерентно-рассеянное излучение, формирует контрастное изображение просвечиваемой области объекта и определяет положение участка, из которого необходимо взять образец ткани. When the device is operating, the signal processing channel recording the absorbed radiation determines the position and direction of the biopsy needle and the thickness of the object under study in the illuminated region. A channel recording coherently scattered radiation forms a contrast image of the transmitted area of the object and determines the position of the area from which it is necessary to take a tissue sample.

Описанное устройство, помимо биoпсии, может также использоваться при проведении микрохирургических операций, введении лекарств, установке меток для последующего хирургического вмешательства и т.д. The described device, in addition to biopsy, can also be used during microsurgical operations, the introduction of drugs, the installation of labels for subsequent surgery, etc.

Claims

1. A mammography device containing a source of penetrating radiation, a collimator located behind it, forming a radiation flux incident on the object and a position-sensitive detector, the collimator is made in the form of a regular periodic structure, which is transparent to the radiation in the form of slits or channels and alternating with they have opaque sections forming a radiation flux in the form of narrow weakly diverging beams, the position-sensitive detector is equipped with a spatial filter made with the emission of coherently scattered radiation in the object.

2. The device according to claim 1, characterized in that the spatial filter is a regular periodic periodic collimator-like structure in which the sections corresponding to the transparent sections of the collimator are made of material opaque to the penetrating radiation and are located so that the opaque sections of the filter overlap the transparent sections the collimator, while the dimensions of the slits or channels and the period of the collimator structure, as well as the dimensions of the transparent sections of the spatial filter are selected for reasons of registration on a position-sensitive detector of only small-angle scattered radiation.

3. The device according to p. 1, characterized in that the spatial filter is made of opaque plates for penetrating radiation, formed in the form of a slit raster, in the slots of which the recording elements of a position-sensitive detector are placed, and the thickness of the plates is chosen so as to exclude the effect of radiation recorded by a separate detector element to adjacent recording elements, and the depth and width of the gaps between the plates is established from the registration condition of a separate detector element is radiated it falling at it at a certain angle, and the size of each recording element should be less than the projection of an individual beam on the registration plane.

4. A mammography device containing a source of penetrating radiation, a collimator located behind it in the form of a multi-gap periodic structure and a position-sensitive detector, the collimator is configured to generate penetrating radiation in the form of a wide beam, modulated in intensity with a high spatial frequency so that the period of spatial modulation of radiation in an object is smaller than the size of the inhomogeneity studied in it, and the spatial resolution of the detector is already spatial modulation of radiation, preferably an order of magnitude.