Устройство для формирования и регистрации рентгеновского изображения
Использование: В рентгенотехнике, в частности в медицинских рентгеновских установках с высоким пространственным разрешением. Существо: Устройство содержит источник 1 рентгеновского излучения, сцинтилляционный экран 2, оптически связанный посредством проекционной оптической системы 3 с электронно-оптическим преобразователем 4, блок 8 считывания, блок 9 управления и блок 10 электропитания, соединенный соответственно с источником 1 рентгеновского излучения и с шинами питания блока 8 считывания, блока 9 управления и электронно-оптического преобразователя 4, выполненного в замкнутом вакуумном объеме и содержащем последовательно расположенные фотокатод 5, микроканальную пластину 6 и фоточувствительную многоэлементную матрицу 7, при этом первый и второй выходы блока 8 считывания подключены соответственно к информационному входу блока 9 управления и к входу считывания фоточувствительной многоэлементной матрицы 7, информационный выход которой соединен с информационным входом блока 8 считывания, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом блока 9 управления. Микроканальная пластина 6 выполнена из полупроводниковой пленки, в которой выполнены микроканалы с регулярным шагом их расположения и с диаметром от 1 мкм до 15 мкм. Фотокатод электронно-оптического преобразователя 4 выполнен со спектральной чувствительностью к свету, соответствующей спектральной чувствительности сцинтилляционного экрана 3. 1 н.п.ф.п.м., 1 илл.
Полезная модель относится к рентгенотехнике и может быть использована в медицинских рентгеновских установках с высоким пространственным разрешением.
Получение высокого разрешения рентгеновского изображения особенно актуально при диагностике переломов в виде трещин и анализа структуры кости, а также при регистрации малых образований на ранних стадиях заболеваний молочной железы.
Для обычной фотопленочной рентгенографии пространственное разрешение составляет около 0,3 мм. Аналогично пространственное разрешение способны обеспечить и лучшие известные рентгеновские приемники. Однако для исследования структуры кости и обнаружения переломов в виде трещин необходимо иметь разрешение не хуже 0,1 мм. С этой целью необходимо обеспечить предельно высокую чувствительность рентгеновского приемника для широкого спектра энергий рентгеновского излучения без потери разрешения.
При этом необходимо снизить лучевую нагрузку на пациента путем уменьшения количества рентгенограмм для получения диагностической информации.
Известное устройство линейного рентгеновского приемника для цифровой рентгенографической медицинской установки [1] содержит линейный многоэлементный рентгеночувствительный приемник, выход которого соединен с системой опроса и считывания зарядов, подключенной через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) к входу компьютера. Многоэлементный рентгеночувствительный приемник, выполненный в виде многопроволочной пропорциональной камеры с веерной анодной плоскостью, помещенной в герметичный корпус и заполненный инертным газом под давлением 3 атмосферы, обеспечивает пространственное разрешение около 1 мм, что является недостаточным.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для регистрации и формирования рентгеновского изображения [2], содержащее источник рентгеновского излучения, многоканальный рентгеновский приемник, состоящий из многострочной многоэлементной матрицы, блок опроса и считывания, аналого-цифровой преобразователь, контроллер управления матрицей, блок обработки цифровой информации, первый и второй блоки отображения информации, причем выход многоканального рентгеновского приемника присоединен к первому входу блока опроса и считывания, первый выход которого соединен со входом многоканального рентгеновского приемника, а второй выход блока опроса и считывания подключен ко входу аналого-цифрового преобразователя, выход которого присоединен к сигнальному входу контроллера управления матрицей, первый выход которого подключен к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя, а второй выход контроллера присоединен к второму управляющему входу блока опроса и считывания, а цифровой выход контроллера соединен информационной шиной с входом блока обработки цифровой информации (ПЭВМ), к двум выходам которого подключены первый и второй блоки отображения информации - монитор и принтер.
Недостатками известного устройства являются низкая разрешающая способность при формировании и регистрации изображения, а также относительно, продолжительное время сканирования и соответственно большая доза облучения пациента.
Технический результат, заключающийся в устранении указанных недостатков достигается в предлагаемом устройстве для формирования и регистрации рентгеновского изображения, содержащем источник рентгеновского излучения, сцинтилляционный экран, оптически связанный посредством проекционной оптической системы с электронно-оптическим преобразователем, блок считывания, блок управления и блок электропитания, соединенный соответственно с источником
рентгеновского излучения и с шинами питания блока считывания, блока управления и электронно-оптического преобразователя, тем, что электронно-оптический преобразователь выполнен в замкнутом вакуумном объеме и содержит последовательно расположенные фотокатод, микроканальную пластину и фоточувствительную многоэлементную матрицу, при этом первый и второй выходы блока считывания подключены соответственно к информационному входу блока управления и к входу считывания фоточувствительной многоэлементной матрицы, информационный выход которой соединен с информационным входом блока считывания, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом блока управления.
При этом указанный технический результат достигается также тем, что микроканальная пластина выполнена из полупроводниковой пленки, в которой выполнены микроканалы с регулярным шагом их расположения и с диаметром от 1 мкм до 15 мкм.
Дополнительное повышение чувствительности и разрешающей способности достигается тем, что фотокатод электронно-оптического преобразователя выполнен со спектральной чувствительностью к свету, соответствующей спектральной чувствительности сцинтилляционного экрана.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема устройства.
Устройство содержит источник 1 рентгеновского излучения, воздействующий на объект исследования (на чертеже не показан), сцинтилляционный экран 2, оптически связанный посредством оптической системы 3 с электронно-оптическим преобразователем 4, выполненным в замкнутом вакуумном объеме и содержащем последовательно расположенные фотокатод 5, микроканальную пластину 6 и фоточувствительную многоэлементную матрицу 7.
Микроканальная пластина 6 выполнена из полупроводниковой пленки с выполненными в ней микроканалами (на чертеже не показаны) с регулярным шагом их расположения и с диаметром от 1 мкм до 15 мкм.
В состав устройства входят также блок 8 считывания, блок 9 управления и блок 10 электропитания, соединенный соответственно с источником 1 рентгеновского излучения и с шинами питания блока 8 считывания, блока 9 управления и электронно-оптического преобразователя 4.
Оптическая система 3 предназначена для фокусировки изображения объекта от сцинтилляционного экрана 2 на вход электронно-оптического преобразователя 4 с обеспечением максимального светового потока, попадающего на его вход при заданных характеристиках разрешения и мощности рентгеновского излучения.
Электронно-оптический преобразователь 4 предназначен для переноса изображения объекта на фоточувствительную многоэлементную матрицу 7.
Блок 8 считывания предназначен для считывания сигналов видеоизображения с матрицы 7 и передачи их на информационный блок 9 управления, который предназначен для обеспечения согласованной и синхронизированной работы функциональных блоков устройства и передачи информации на внешние устройства анализа и обработки изображения (на чертеже не показаны).
Устройство работает следующим образом.
После включения электропитания и предварительного выбора режима работы рентгеновского излучения включается источник рентгеновского излучения 1. Поток излучения, проходя через объект исследования (на чертеже не показан) образует на сцинтилляционном экране 2 теневое рентгеновское изображение объекта, которое возбуждает в нем молекулы сцинтиллятора экрана 2 и тем самым формирует оптическое изображение.
Это изображение с помощью оптической системы 3 проецируется на оптический вход электронно-оптического преобразователя 4.
Световой поток попадает на фотокатод 5, вызывая эмиссию электронов, которые ускоряются микроканальной пластиной 6 и сформированное оптическое изображение попадает на вход фоточувствительной многоэлементной матрицы 7.
Электронно-оптический преобразователь 4 обеспечивает большой коэффициент усиления и высокое пространственное разрешение. Для эффективного усиления входного изображения спектральная чувствительность фотокатода 5 максимально
Преимуществом предлагаемого технического решения является также то, что оно обеспечивает повышение разрешающей способности при формировании и регистрации рентгеновских изображений, а также многократное снижение дозовых радиационных нагрузок на пациента и токовую нагрузку на источник излучения - рентгеновскую трубку и позволяет применять рентгеновские трубки более низкой мощности и стоимости.
Устройство реализовано на современных средствах аналоговой и цифровой электронной техники.
Устройство прошло эксплуатационные испытания и показало высокие технические характеристики по сравнению с прототипом.
Источники информации:
1. Препринт Института ядерной физики СО РАН N 89, 1973 г. Новосибирск, стр.4-9
2. Патент РФ №2130623, МПК G01T 1/00, 1/29, 1997 г.
1. Устройство для формирования и регистрации рентгеновского изображения, содержащее источник рентгеновского излучения, сцинтилляционный экран, оптически связанный посредством проекционной оптической системы с электронно-оптическим преобразователем, блок считывания, блок управления и блок электропитания, соединенный соответственно с источником рентгеновского излучения и с шинами питания блока считывания, блока управления и электронно-оптического преобразователя, отличающееся тем, что электронно-оптический преобразователь выполнен в замкнутом вакуумном объеме и содержит последовательно расположенные фотокатод, микроканальную пластину и фоточувствительную многоэлементную матрицу, при этом первый и второй выходы блока считывания подключены соответственно к информационному входу блока управления и к входу считывания фоточувствительной многоэлементной матрицы, информационный выход которой соединен с информационным входом блока считывания, управляющий вход которого соединен с управляющим выходом блока управления.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микроканальная пластина выполнена из полупроводниковой пленки, в которой выполнены микроканалы с регулярным шагом их расположения и с диаметром от 1 до 15 мкм.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фотокатод электронно-оптического преобразователя выполнен со спектральной чувствительностью к свету, соответствующей спектральной чувствительности сцинтилляционного экрана.
