СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01B9/00 

Изобретение относится к техническим средствам, уменьшающим фоновую составляющую изображения при использовании электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн. Предлагаемое изобретение может быть использовано в оптических средствах измерения или регистрации изображения. В данном конкретном случае рассматривается возможность использования проникающего излучения для решения диагностических задач.

Традиционно принятая схема получения изображения заключается в том, что излучение, проникая сквозь объект или отражаясь от него, попадает на носитель изображения. В результате взаимодействия квантов излучения (фотонов) с носителем изображения формируется соответствующий образ. При этом для уменьшения влияния рассеянного излучения (фона), а также увеличения контрастности и, тем самым, разрешающей способности между объектом и носителем изображения, в частности, вводят соответствующие фильтры или решетки (Дмоховский В. В. Основы рентгенотехники. -М. 1960).

Недостатком способа является то, что применяемые фильтры и решетки значительно снижают качество получаемого изображения и эффективность использования пучка излучения.

Известны также способы повышения разрешающей способности за счет уменьшения фона на основе интерференционных принципов (авт. св. N 1404812). В этом способе общий пучок излучения расщепляют на два, один из них является опорным, а другой измерительным. Причем измерительный пучок модулируют по периодическому закону, а затем совмещают его с опорным пучком так, чтобы можно было получить интерференционный сигнал. По изменению частоты модуляции от нуля до таких значений, когда амплитуда переменной составляющей интерференционного сигнала становится равной нулю, получают возможность измерения длины отрезка с разрешающей способностью, равной верхней частоте модуляции.

Недостаток способа заключается в ограниченности его применения для решения преимущественно частных измерительных задач, хотя и может быть получена высокая разрешающая способность.

Прототипом предлагаемого изобретения в направлении уменьшения фона является техническое решение (авт. св. N 1672203), использующее когерентное излучение для определения формы колебания вращающихся объектов (неровностей поверхности объекта). В соответствии с изобретением вращающийся объект кратковременно освещают повторяющимися импульсами когерентного излучения с частотой, равной частоте вращения объекта, синхронизируют их с одним и тем же угловым положением. При этом разрешающая способность определяется длительностью освещающих импульсов, описываемых формулой
Δt = λL/2πnR²,
где λ длина волны когерентного излучения;
L расстояние от голограммы до объекта;
n частота вращения объекта;
R радиус освещаемой области.

Рассматриваемый способ реализуется посредством устройства (авт. св. N 1672203), содержащего источник когерентного излучения, держатель объекта, установленный с возможностью вращения вокруг оси, регистрирующую среду и оптическую систему формирования опорного и объектного пучков для запоминания голограмм, а также непрозрачный диск с радиальной прорезью и возможностью крепления на оси вращения.

Недостатком способа по прототипу является невозможность получения информации о внутреннем строении объекта и ограничение возможности увеличения разрешающей способности.

Предлагаемое нами изобретение предназначено для повышения разрешающей способности за счет уменьшения фона при формировании изображения с использованием проникающего излучения, например, в рентгеновском диапазоне энергии квантов. Хотя этот же принцип может работать при формировании изображения в оптическом диапазоне энергии квантов, регистрируемых при отражении от объекта.

Поставленная цель достигается тем, что в способе формирования изображения проникающее излучение или отраженный световой поток рассекают посредством вращающейся фильтры на ряд продольно ориентированных плоскостных лучей, исходную толщину которых задают веерообразно расположенными относительно центра вращения прорезями с соотношением h=d•n. При этом длительность экспозиции задают в интервале t < t_э < (6-8)•T, где T = τ•n, d диаметр чувствительного элемента носителя изображения, n количество чувствительных элементов, τ длительность реакции чувствительного элемента, t_э время экспозиции.

При этом фильера, как и в прототипе, соединена с механизмом вращения.

На фиг. 1 изображена импульсная реакция чувствительного элемента носителя изображения; на фиг. 2 накопление информации в зависимости от длительности экспозиции.

Рассматриваемый способ формирования изображения основан на физических процессах взаимодействия квантов проникающего излучения с объектом исследования и динамической реакцией чувствительного элемента носителя изображения. При этом известно, что качество отображения информации об объекте исследования связано с интенсивностью излучения, разрешающей способностью чувствительного элемента и его инерционных характеристик, которые в силу несовершенства технологических процессов изменяются в широких пределах.

Для конкретного примера диаметр чувствительного элемента, например люминофора рентгеновской пленки, примем d 0,01 мм. Характерная амплитуда и длительность импульсной реакции в месте взаимодействия гамма-кванта с люминофором показана на фиг. 1. При этом передний фронт импульса составляет около 2 3 мкс, а затухающая часть до 10%-го уровня возбуждения длится 52 - 54 мкс и далее до 10 с. Следовательно, активное состояние люминофора от его возбуждения и до затухания продолжается всего 55 56 мкс. При этом различимое вторичное возбуждение гранул люминофора наблюдается после достижения 10%-го уровня затухания. Для удобства анализа примем длительность импульса свечения t 50 мкс.

При создании визуально анализируемых средств обычно принимают во внимание величину разрешающей способности в пределах h < 1,0 мм. Этот критерий может быть более жестким при создании технических анализируемых средств. Следовательно, представляется возможность установить количество гранул люминофора, приходящихся на величину разрешающей способности. Для примера n h/d 100 шт. Тогда длительность импульса возбуждения гранул люминофора при равномерной скорости вращения фильеры составит T t•n 0,005 с. Информация, получаемая в течение этого интервала, в предельном случае должна накапливаться в течение каждого периода T в соответствии с частотой w 2π/T 1250 об./с, что составляет 75000 об. /мин. Однако на сегодняшний день реализация таких режимов приводит к серьезным техническим проблемам и затрудняет получение необходимого объема информации об объекте исследования при одной прорези (щели).

Возникшее противоречие устраняют посредством многощелевой вращающейся фильеры. Созданные с ее помощью продольно ориентированные плоскостные пучки излучения необходимой толщины h (мм) располагаются друг от друга на расстоянии пропорционально величине цикла T. Исходя из целесообразности, количество щелей задают более двух до 10 и выше. В результате такого решения можно снизить частоту вращения вала двигателя до технологически реализуемых об. /мин. Соответственно принятый диапазон скорости вращения вала обеспечивает условия синхронизации взаимодействия плоскостных пучков излучения с фотопреобразующим эффектом чувствительных элементов (люминофора), уменьшает влияние фона от рассеянного излучения и повышает разрешающую способность при формировании изображения.

С помощью вращающейся фильеры на носителе изображения формируется множество следов (плоских волн) от плоскостных пучков, одна из которых показана на фиг. 2. Математическое выражение одной из ее половин можно записать в виде
F(t) = δ(t)•e^-t/T,
где δ(t) нормированная дельта-функция в сечении.

Анализ соотношения (1) позволяет оценить достоверность получаемой информации и степень лучевой нагрузки на пациента. Допустим, что при экспериментальных исследованиях имеется методическая ошибка измерения ε 0,05. Тогда из соотношения (1) можно определить необходимую длительность экспозиции t_э при d(t) = 1. В результате простых преобразований получим , откуда и
t_э = -lnε/T = 6•T. (2)
В результате статического распределения потока квантов возникает необходимость оценки достоверности получаемого изображения. В этой связи рассмотрим относительную ошибку при счете регистрируемых квантов

где N скорость счета импульсов свечения (квантов/с) в плоскостном пучке.

Принимая во внимание численные значения σ 0,01 и t_э=0,03 с, получим величину потока квантов N 3300 имп/с. В случае использования рентгеновского излучения этот поток значительно ниже допустимого потока излучения N_о 10900 27500 имп•с^-1•см^-2 при энергии рентгеновских квантов 30 100 кэВ.

Предлагаемый способ может быть реализован не только с помощью фотопреобразующих носителей изображения, но также посредством электронных регистрирующих устройств. При этом соотношения (1) (3) остаются без изменений, а их численные значения могут измениться в сторону увеличения быстродействия и разрешающей способности.

Использование: способ формирования изображения. Сущность изобретения: проникающее излучение рассекают посредством вращающейся фильеры на ряд продольно ориентированных плоскостных лучей. Исходную толщину их задают веерно расположенными относительно центра вращения прорезями по соотношению h=d•n, а длительность экспозиции в интервале τ < t_э < (6-8)•T•T, где T = τ•n;, d - диаметр чувствительного элемента носителя изображения, n - количество чувствительных элементов, τ - - длительность реакции чувствительного элемента, t_э - время экспозиции. 2 ил.

Способ формирования изображения путем просвечивания объекта проникающим излучением с последующей его регистрацией носителем изображения, отличающийся тем, что проникающее излучение рассекают посредством вращающейся фильеры на ряд продольно ориентированных плоскостных лучей, исходную толщину которых задают веерно расположенными относительно центра вращения прорезями по соотношению
h d • n,
а длительность экспозиции в интервале
τ < t_э < (6-8)•T,
где T = τ•n;
d диаметр чувствительного элемента носителя изображения;
n количество чувствительных элементов;
τ - длительность реакции чувствительного элемента;
t_э время экспозиции.