Устройство для формирования и регистрации рентгеновского изображения
Использование: В рентгенотехнике, в частности, в медицинских рентгеновских установках с высоким пространственным разрешением. Существо: Устройство (фиг.1) содержит источник 1 рентгеновского излучения, воздействующий на объект 2 исследования, сцинтилляционный экран 3, оптически связанный посредством проекционной оптической системы 4, состоящей из фокусирующего элемента 5 и механического блока 6 юстировки, с блоком 7 регистрации изображения. Блок 7 регистрации изображения содержит усилитель 8 изображения, состоящий из последовательно расположенных фотокатода 9, микроканальной пластины 10 и люминофорного слоя 11, связанного через волоконно-оптический фокон с фоточувствительной многоэлементной матрицей 13, контактирующей с элементом 14 охлаждения, выполненным, например, в виде элемента Пельтье. Микроканальная пластина 10 состоит из полупроводниковой пленки с регулярно расположенными микроканалами диаметром 1-15 мкм. В состав устройства входят также блок 15 считывания и управления, предназначенный для считывания видеосигналов с фоточувствительной многоэлементной матрицы 13, преобразования их в цифровую форму и формирования сигналов управления. Перенос изображения с помощью фокона 12 способствует сокращению потерь световой энергии, что повышает эффективность работы устройства. 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. 1 н.п.ф.п.м., 2 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, к двум выходам которого подключены второй блоки отображения информации.
Недостатками известного устройства являются большие габариты, 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 блоком регистрации изображения, блок считывания и управления, тем, что блок регистрации изображения содержит усилитель изображения,
волоконно-оптический фокон и фоточувствительную многоэлементную матрицу, при этом выход усилителя изображения оптически связан через волоконно-оптический фокон с оптическим входом фоточувствительной многоэлементной матрицы, а выходы блока считывания и управления подключены соответственно к управляющему входу источника рентгеновского излучения и к входу считывания фоточувствительной многоэлементной матрицы, информационный выход которой соединен с информационным входом блока считывания и управления, информационный выход которого является информационным выходом устройства.
При этом волоконно-оптический фокон выполнен в двух вариантах, при которых площадь входного сечения Sвх - и выходного сечения S вых. элемента волоконно-оптического фокона удовлетворяет условиям Sвх.<Sвых. - или Sвх>Sвых.
При этом повышение качества и точности формируемого изображения достигается тем, что устройство содержит элемент охлаждения, выполненный, например, в виде элемента Пельтье, контактирующий с фоточувствительной многоэлементной матрицей блока регистрации изображения, а также тем, что усилитель изображения состоит из последовательно расположенных фотокатода, микроканальной пластины и люминофорного слоя.
Кроме того, указанный технический результат достигается тем, что микроканальная пластина содержит полупроводниковую пленку с регулярно расположенными микроканалами диаметром 1-15 мкм.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 приведена функциональная схема устройства;
- на фиг.2a, b показаны два варианта выполнения фокона.
Устройство (фиг.1) содержит источник 1 рентгеновского излучения, воздействующий на объект 2 исследования, сцинтилляционный экран 3, оптически связанный посредством проекционной оптической системы 4, состоящей из
фокусирующего элемента 5 и механического блока 6 юстировки с блоком 7 регистрации изображения.
Блок 7 регистрации изображения содержит усилитель 8 изображения, состоящий из последовательно расположенных фотокатода 9, микроканальной пластины 10 и люминофорного слоя 11, связанного через волоконно-оптический фокон с фоточувствительной многоэлементной матрицей 13, контактирующей с элементом 14 охлаждения, выполненным, например, в виде элемента Пельтье. Микроканальная пластина 10 состоит из полупроводниковой пленки с регулярно расположенными микроканалами диаметром 1-15 мкм.
В состав устройства входят также блок 15 считывания и управления, предназначенный для считывания видеосигналов с фоточувствительной многоэлементной матрицы 13, преобразования их в цифровую форму и формирования сигналов управления.
Оптическая система 4 предназначена для фокусировки изображения объекта от сцинтилляционного экрана 3 на вход усилителя изображения 8 с обеспечением максимального светового потока, попадающего на его вход при заданных характеристиках разрешения и мощности рентгеновского излучения.
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 2, образует на сцинтилляционном экране 3 теневое рентгеновское изображение объекта, которое возбуждает в нем молекулы сцинтиллятора экрана 3 и тем самым формирует оптическое изображение.
Это изображение с помощью оптической системы 4 проецируется на оптический вход усилителя изображения 8.
Световой поток попадает на фотокатод 8, вызывая эмиссию электронов, которые ускоряются микроканальной пластиной 10 и попадают на люминофорный слой 11.
Далее сформированное оптическое изображение через волоконно-оптический фокон 12 попадает на вход фоточувствительной многоэлементной матрицы 13, охлаждаемой элементом 14, что способствует лучшему соотношению «сигнал-шум»..
Блок 8 обеспечивает большой коэффициент усиления и высокое пространственное разрешение. Фокон 12 обеспечивает наилучшие условия переноса изображения на фоточувствительную поверхность матрицы 13. Первый вариант конструкции волоконно-оптического фокона (фиг.2а) используется в том случае, когда площадь поверхности люминофорного слоя 11 меньше площади поверхности используемой фоточувствительной многоэлементной матрицы 13, а второй вариант - в противоположном случае. Перенос изображения с помощью фокона способствует сокращению потерь световой энергии, что повышает эффективность работы устройства.
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 блоком регистрации изображения, блок считывания и управления, отличающееся тем, что блок регистрации изображения содержит усилитель изображения, волоконно-оптический фокон и фоточувствительную многоэлементную матрицу, при этом выход усилителя изображения оптически связан через волоконно-оптический фокон с оптическим входом фоточувствительной многоэлементной матрицы, а выходы блока считывания и управления подключены соответственно к управляющему входу источника рентгеновского излучения и к входу считывания фоточувствительной многоэлементной матрицы, информационный выход которой соединен с информационным входом блока считывания и управления, информационный выход которого является информационным выходом устройства.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь входного сечения Sвх и выходного сечения Sвых элемента волоконно-оптического фокона удовлетворяет условию Sвх<S вых.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что площадь входного сечения Sвх и выходного сечения Sвых элемента волоконно-оптического фокона удовлетворяет условию Sвх>S вых.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно содержит элемент охлаждения, выполненный, например, в виде элемента Пельтье, контактирующий с фоточувствительной многоэлементной матрицей блока регистрации изображения.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что усилитель изображения состоит из последовательно расположенных фотокатода, микроканальной пластины и люминофорного слоя.
6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что микроканальная пластина содержит полупроводниковую пленку с регулярно расположенными микроканалами диаметром 1-15 мкм.
