Микроканальный преобразователь рентгеновского излучения

Полезная модель относится к рентгенотехнике и может быть использована в медицинских рентгеновских установках с высоким пространственным разрешением. Целью полезной модели является повышение качества получаемых рентгеновских изображений с одновременным повышением безопасности исследования. Цель достигается применением микроканальных пластин заполненных рентгеночувствительным люминофором, причем указанные каналы выполнены из оптически прозрачного материала. Полезная модель содержит совокупность микроканалов, заполненных рентгеночувствительным люминофором с одной стороны которого находится источник рентгеновского излучения, а с противоположной - приемное устройство. Техническим результатом является повышение разрешения и уменьшение дозовой нагрузки на пациента и обслуживающий персонал в процессе обследования за введения микроканальной пластины и выполнения стенок каналов из оптически прозрачного материала. 12 з.п.ф., 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. Причем, ограничение разрешения на данном уровне обусловлено не типом применяемой рентгеновской пленки, а характеристиками усиливающих люминофорных экранов, используемых совместно с пленкой. Применение экранов обусловлено необходимостью повысить чувствительность приемника с целью уменьшения дозовой нагрузки на пациента и медицинский персонал. При отсутствии усиливающего экрана рентгеновское излучение большей своей частью проходит насквозь через чувствительный слой пленки, и лишь небольшая часть его тормозится пленкой и вызывает фотохимические процессы в светочувствительном материале. Усиливающий экран за счет своего состава (химических соединений с высокой атомной массой) и большей чем фоточувствительный слой пленки толщины более активно поглощает рентгеновское излучение, при этом он переизлучает свет в видимой области спектра. Свет от усиливающего экрана совместно с рентгеновским излучением засвечивает светочувствительный материал. Ограниченность разрешения существующих люминофорных экранов обусловлена толстым непрерывным слоем люминофора, в котором рентгеновский квант вызывает свечение не только частицы люминофора, в которую он попал, но и соседней области экрана, за счет рассеянного излучения. Существующие усиливающие люминофорные экраны из-за толщины слоя и типа применяемого люминофора не могут обеспечить высокое разрешение. Причем при увеличении разрешающей способности экрана (уменьшении толщины слоя люминофора) - соответственно падает его усиление. Экраны высокого усиления (международный класс 800), которые обеспечивают максимальное снижение дозы, имеют разрешение на уровне от 0,2 до 0,5 мм. Экраны минимального усиления имеют разрешение на уровне от 0,07 до 0,15 мм, однако их применение ограничено ввиду малого усиления. 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.

Известно устройство матричного экрана-преобразователя (патент РФ на полезную модель 84137), в котором люминесцентный материал находится в матричных каналах, с непрозрачными для света стенками каналов. Такое решение позволяет повысить разрешение люминофорного экрана при сохранении толщины люминофорного слоя за счет исключения прохождения света между соседними участками люминофора. Недостатками подобного устройства является то, что свет, излучаемый люминофором, в своей толще существенно ослабляется при выходе к регистратору излучения, т.к. существующие рентгеночувствительные люминофоры оптически непрозрачны. Таким образом при повышении разрешения наблюдается снижение чувствительности.

Технический результат, заключающийся в устранении указанного недостатка с одновременным повышением чувствительности, достигается в предлагаемом микроканальном экране-преобразователе рентгеновского излучения, состоящем из совокупности микроканалов, заполненных рентгеночувствительным люминофором тем, что стенки указанных микроканалов выполнены из оптически прозрачного материала. Такое исполнение стенок позволяет им проводить свет от люминофора по стенкам канала, выводя свет в сторону светочувствительного приемника. Таким образом, сохраняется высокое разрешение, при повышении чувствительности.

На фиг.1 показано устройство и принцип работы экрана-преобразователя. На рисунке изображено:

1 - источник рентгеновского излучения;

2 - объект исследования;

3 - поток рентгеновского излучения;

4 - стенка канала в микроканальной пластине;

5 - рентгеночувствительный люминофор;

6 - поток видимого света;

7 - регистрирующее устройство.

Устройство работает следующим образом: рентгеновское излучение от источника 1 проходит через объект исследования 2, изменяет свои параметры в зависимости от строения исследуемого объекта. Поток рентгеновского излучения 3 попадает на рентгеночувствительный люминофор 5, помещенный внутрь канала, стенки которого 4 выполнены из оптически прозрачного материала. Внутри стенок такого канала видимый свет 6, излучаемый люминофором, распространяется вдоль оси канала и выходит в сторону регистрирующего устройства 7.

Такой преобразователь может быть выполнен из отдельных стеклянных трубок диаметром от 1 до 30 мкм и длиной от 0,5 до 5 мм, собранных вместе и спаянных, например, за счет температуры. Внутрь каждой трубки помещается люминофор. В таком случае, каждая трубка является отдельным элементом изображения, причем при возбуждении рентгеновским излучением происходит вывод излучения люминофора как через наполненный им канал, так и через стенки его окружающие. Для изготовления экранов большой площади целесообразно использовать совокупность плотно прилегающих друг к другу микроканальных пластин меньшей площади, выполненных, например, в форме квадрата прямоугольника или правильного шестиугольника.

Для дополнительного усиления со стороны источника рентгеновского излучения может содержаться слой, прозрачный для рентгеновского излучения и отражающий оптическое излучение люминофора в направлении регистрирующего устройства.

В качестве регистрирующего устройства могут применяться электронно-оптический преобразователь, ПЗС или КМОП матрица, а также их сочетания. При этом указанный выше экран-преобразователь может быть установлен либо непосредственно на входной торец приемника либо оптически сопряжен с ним с помощью волоконно-оптического элемента.

Для уменьшения влияния рассеянного рентгеновского излучения стенки микроканалов могут быть выполнены из оптически прозрачного материала с добавками вещества, поглощающего рентгеновское излучение (например оксида свинца). Для дополнительного отсеивания рассеянного рентгеновского излучения длина микроканалов превышает толщину слоя люминофора, причем люминофор находится в каждом канале со стороны, противоположной стороне рентгеновского источника. Таким образом, каждый канал выполняет функцию коллиматора рентгеновского излучения.

Для дополнительного уменьшения влияния рассеянного рентгеновского излучения преобразователь может содержать со стороны источника рентгеновского излучения хотя бы один слой, задерживающий рассеянное рентгеновское излучение и пропускающий рентгеновское излучение выделенного диапазона частот, несущего полезную информацию.

Поскольку рентгеновское излучение от большинства источников, применяемых в медицинской технике, а также в системах неразрушающего контроля имеет явно выраженную расходимость, то на разные участки экрана-преобразователя будут падать рентгеновские лучи под разным углом, угол наклона канала с люминофором должен изменяться в зависимости от угла падения рентгеновского излучения.

Устройство может быть изготовлено с использованием существующих материалов и технологий и промышленно применимо.

1. Микроканальный преобразователь рентгеновского излучения в видимый свет, содержащий совокупность микроканалов, заполненных рентгеночувствительным люминофором, с одной стороны которого находится источник рентгеновского излучения, а с противоположной - приемное устройство, отличающийся тем, что стенки указанных микроканалов выполнены из оптически прозрачного материала, например стекла или пластика.

2. Микроканальный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что толщина слоя люминофора увеличена так, что основная часть потока света, излучаемого люминофором, выходит через стенки каналов, а не через толщу люминофора.

3. Микроканальный преобразователь по п.1, выполненный в виде экрана, отличающийся тем, что указанный экран образован набором плотно прилегающих друг к другу микроканальных пластин, например выполненных в форме квадрата, прямоугольника или правильного шестиугольника.

4. Микроканальный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что внутри стенок каналов или на их поверхности находится слой, отражающий видимый свет, испускаемый люминофором.

5. Микроканальный преобразователь по п.1 отличающийся тем, что он дополнительно снабжен приемником света в виде светочувствительной ПЗС или КМОП матрицы, оптически связанной с выходом указанной совокупности микроканалов.

6. Микроканальный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен приемником света, например электронно-оптическим преобразователем или светочувствительной ПЗС или КМОП матрицей, и волоконно-оптическим элементом, причем входной торец указанного волоконно-оптического элемента оптически связан с выходом указанной совокупности микроканалов, а указанный приемник света оптически связан с выходом указанного волоконно-оптического элемента.

7. Микроканальный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что стенки микроканалов выполнены из оптически прозрачного материала, поглощающего рентгеновское излучение, например стекла с высоким содержанием оксида свинца.

8. Микроканальный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что стенки микроканалов выполнены из оптически прозрачного материала, поглощающего рентгеновское излучение, а длина микроканалов со стороны источника рентгеновского превышает толщину слоя люминофора.

9. Микроканальный преобразователь по п.1, выполненный в виде экрана, отличающийся тем, что со стороны источника рентгеновского излучения содержится хотя бы один слой, прозрачный для рентгеновского излучения и отражающий оптическое излучение люминофора в направлении регистрирующего устройства.

10. Микроканальный преобразователь по п.1, выполненный в виде экрана, отличающийся тем, что со стороны источника рентгеновского излучения дополнительно содержится хотя бы один слой, задерживающий рассеянное рентгеновское излучение и пропускающий рентгеновское излучение выделенного диапазона частот, несущего полезную информацию.

11. Микроканальный преобразователь по п.1, выполненный в виде экрана, отличающийся тем, что угол наклона каналов в микроканальной пластине максимально совпадает с направлением распространения рентгеновских лучей на всей плоскости экрана.

12. Микроканальный преобразователь по п.1, отличающийся тем, что указанный рентгеночувствительный люминофор заменен рентгеночувствительным люминофором с памятью, испускающим видимый свет при дополнительном облучении со стороны регистрирующего устройства, причем данное облучение может выполняться или сразу по всей плоскости экрана, или сканирующим лучом последовательно.