РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА СКАНИРУЮЩЕГО ТИПА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2005 года по МПК H01J47/02 

Изобретение относится к области регистрации рентгеновского излучения и может быть использовано как в медицинской рентгенографии, так и для досмотра людей в целях безопасности для обнаружения спрятанных на/в теле, в одежде опасных и скрываемых предметов и веществ.

В настоящее время для целей рентгенодиагностики нашли широкое применение цифровые рентгенографические системы, которые, используя метод сканирования изучаемого объекта, позволяют получать изображение при низком уровне дозы облучения пациентов. Для регистрации излучения в таких установках использовались многопроволочные пропорциональные камеры (МПК) [1-4] и разработанные позднее сцинтилляционные детекторы [5].

Однако особенности, связанные с конструкцией и принципом работы МПК, ограничивают возможности этого детектора из-за недостаточной разрешающей способности.

Разрешающая способность сцинтилляционных детекторов также не превышает по величине 1-2 пары линий на миллиметр. В детекторах с изолированными по свету каналами минимальная ширина канала составляет 1 мм [6]. А в детекторах с неизолированными по свету каналами, таких, какие использованы в работе [5], пространственное разрешение ограничено связью по свету соседних каналов и составляет 1, 3 пар линий на миллиметр. Уменьшение толщины сцинтиллятора для улучшения разрешения приводит к ухудшению качества детектора из-за падения эффективности регистрации фотонов.

Известна сканирующая установка [7], в которой используется сцинтилляционный детектор. Полученное оптическое изображение усиливается, а затем преобразуется в цифровой вид. Дальнейшая обработка цифрового изображения позволяет получить изображение всего тела. Разрешающая способность этой установки низкая.

Наиболее близко к предлагаемой установке по техническим признакам радиографическое устройство высокого разрешения, защищенное патентом US №5959302 [8].

Эта установка включает источник ионизирующего излучения в форме расходящегося пучка, коллиматор в виде продольной щели, приспособленной для создания плоского пучка излучения, устройство регистрации плоского пучка излучения, прошедшего через изучаемый объект и считывающую электронику. Устройство регистрации содержит, по крайней мере, один детектор ионизирующих частиц, который представляет собой газовую камеру с окном для бокового или фронтального входа излучения, первого, второго и третьего плоских электродов, установленных параллельно друг другу. В пространстве между первым и вторым электродом пучок излучения конвертирует в электроны, а в пространстве между вторым и третьим электродами происходит усиление путем умножения этих электронов.

Недостатком этого устройства является наличие системы из трех электродов, в которой второй электрод должен быть прозрачным, для того чтобы электроны, образованные в конверсионном пространстве, попали в пространство усиления. Такой электрод обычно изготавливается из проволок, которые при сканировании вибрируют, что существенно ухудшает работу детектора.

Кроме того, наличие газового усиления ограничивает быстродействие детектора из-за влияния объемного заряда и не позволяет заполнять детектор газом под давлением выше 10⁶ Па (10 атм), что ограничивает пространственное разрешение. Другим недостатком, связанным с использованием газового усиления, является требование к чистоте рабочей газовой смеси и, следовательно, необходимость ее частой смены.

Задача предлагаемого изобретения - создание рентгенографической установки, имеющей высокое разрешение, более эффективную регистрацию рентгеновских квантов, обеспечивающей большую загрузочную способность и обладающей более простой конструкцией, следовательно, более надежной.

Поставленная задача решена за счет того, что в известной рентгенографической установке сканирующего типа, включающей источник ионизирующего излучения, коллиматор в виде продольной щели, предназначенный для создания плоского пучка излучения и устройство регистрации пучка излучения, прошедшего через изучаемый объект, включающее электронику считывания, обработки и вывода данных и, по крайней мере, один детектор ионизирующих частиц, представляющий собой герметичный корпус, заполненный газом, позволяющий вводить в детектор рентгеновское излучение, в корпусе размещен плоский конденсатор с расположенными параллельно пучку излучения с обеих сторон от него сплошным анодом и катодом, разбитым на полоски, расположенные веерообразно и ориентированные на одну точку, в которой размещается фокус рентгеновского источника, длина полосок катода выбрана из условия полного поглощения в газе рентгеновского излучения, причем каждая полоска соединена с индивидуальным накопительным конденсатором, заряд с которого считывается электроникой.

Для увеличения эффективности регистрации пространство между стенкой корпуса в месте входа излучения и плоским конденсатором может быть заполнено диэлектрической вставкой, имеющей более низкую рентгенопоглощающую способность по сравнению с заполняющим газом.

Диэлектрическая вставка может частично располагаться между анодом и катодом плоского конденсатора.

Для обеспечения заданного разрешения в направлении сканирования анод и катод плоского конденсатора на передних кромках по ходу рентгеновского пучка снабжены пластинками из рентгенопоглощающего материала, которые вместе с расположенной между ними диэлектрической вставкой образуют входную диафрагму.

Между анодом и катодом в конце по ходу луча может быть помещена дополнительная вставка, предназначенная для фиксации зазора между ними.

Корпус детектора выполнен из рентгенопрозрачного материала, по крайней мере в месте входа рентгеновского излучения.

Введение конденсаторов, присоединенных к катодным полоскам, обуславливает режим работы с накоплением заряда (интегральный режим), в отличие от режима счета отдельных рентгеновских квантов, реализованного в устройстве [8].

Длину полосок катода выбирают из условия полного поглощения в газе рентгеновского излучения [9], при этом длина полосок катода, соответствующая условию полного поглощения рентгеновского излучения, является оптимальной. Увеличение длины полосок эффективность регистрации практически не меняет и только увеличивает размер конструкции. Условием, определяющим нижнее ограничение длин полосок катода, может служить минимально приемлемое для регистрирующей аппаратуры соотношение сигнал/шум.

Введение диэлектрической вставки в пространство между стенкой корпуса в месте входа излучения и плоским конденсатором уменьшает потери рентгеновского излучения и, таким образом, повышает эффективность регистрации.

Наличие диафрагмы, образованной пластинками из рентгенопоглощающего материала и диэлектрической вставкой, задает необходимое разрешение в направлении сканирования и снижает требования к допустимому уровню вибраций и юстировки отдельных частей и сканирующей системы.

Описание изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 дан общий вид установки, а на фиг.2 - конструкция детектора рентгеновского излучения, прошедшего через исследуемый объект. На фигурах:

1 - рентгеновская трубка,

2 - коллиматор,

3 - плоский пучок рентгеновского излучения,

4 - детектор рентгеновского излучения,

5 - исследуемый объект,

6 - корпус детектора,

7 - сплошной анод,

8 - катод, состоящий из отдельных полосок,

9 - диэлектрическая вставка,

10 - пластинки на электродах,

11 - дополнительная вставка,

12 - электроника считывания, обработки и вывода данных.

Конструкция установки включает: источник ионизирующего излучения 1, коллиматор 2 в виде продольной щели, предназначенный для создания плоского пучка излучения 3, детектор 4 излучения, прошедшего через изучаемый объект 5, представляющий собой герметичный корпус 6, заполненный газом под давлением 20-40 атм, выполненный из рентгенопрозрачного материала, по крайней мере, в месте входа рентгеновского излучения, в котором размещен плоский конденсатор со сплошным анодом 7 и катодом 8, разбитым на полоски. Анод и катод расположены по разные стороны плоского пучка излучения, прошедшего через исследуемый объект параллельно ему. Для устранения параллакса полоски расположены веерообразно и ориентированы на одну точку, в которой размещается фокус рентгеновского источника. Длина полосок выбрана такой, чтобы вероятность взаимодействия рентгеновского излучения с газом в зазоре между катодом и анодом была близка к 100%. В конкретном выполнении длина полосок составляла от 2 до 10 см, а шаг полосок от 0,1 до 2 мм. Диэлектрическая вставка 9 размещена между стеной корпуса в месте входа излучения и плоским конденсатором с частичным заходом в пространство между анодом 7 и катодом 8 конденсатора. Пластинки 10 из рентгенопоглощающего материала, закрепленные на торцах анода 7 и катода 8, образуют вместе с вставкой 9 диафрагму, обеспечивающую необходимое разрешение в направлении сканирования. Дополнительная вставка 11, расположенная между анодом и катодом в конце по ходу луча, предназначена для фиксации зазора между ними. Электроника считывания, обработки и вывода данных 12 размещена частично внутри корпуса детектора, частично за его пределами.

Установка работает следующим образом: рентгеновское излучение от источника 1 проходит через коллиматор 2, принимая форму плоского пучка 3, и, пройдя через исследуемый объект 5, попадает в детектор 4, в зазор между электродами 7 и 8 плоского конденсатора, находящегося под высоковольтным напряжением, в котором ионизирует газ, заполняющий корпус 6, образуя электроны и ионы. Под действием электрического поля заряды дрейфуют к аноду 7 и катоду 8, заряжая конденсаторы, подсоединенные к полоскам катода 8. Заряд, накопленный на каждой полоске, измеряется электроникой считывания, обработки и вывода данных 12. Рентгеновское изображение формируется путем сканирования детектора вместе с источником излучения вдоль исследуемого объекта 5.

Источники информации

1. С.Е.Бару и др. Авторское свидетельство СССР №1505214, МКИ G 01 Т 5/12, 1987.

2. С.Е.Бару и др. Авторское свидетельство СССР №1615651, МКИ G 01 Т 5/12, 1987.

3. Е.А.Babichev et al., Nucl. Instr. and Meth. A 323 (1992) 49.

4. S.E. Ваru et al. Nucl. Instr. and Meth. in Phys. Res. A 392 (1997) 12.

5. С.Н.Селезнев и др. Автометрия. 1996. №6. С.80.

6. Сцинтиэлектронные детекторы радиации (СЭЛДИ) - твердотельные детекторы нового поколения. Состояние, перспективы развития, промышленное использование В.Д.Рыжиков, и др.: Препринт. - Харьков: Научно-технический концерн “Институт монокристаллов”. - 1996.

7. Патент ЕР №0597725, МКИ⁵ G 01 V 5/00, 12.11.93.

8. Патент US 5959302, МКИ⁶ G 01 T 1/185, 27.05.97.

9. О.Ф.Немец, Ю.В.Гофман. Справочник по ядерной физике. Киев: Наукова думка, 1975, стр. 218.

Использование: для сканирования рентгеновским излучением. Сущность: заключается в том, что в корпусе детектора, куда попадает излучение, прошедшее через изучаемый объект, размещен плоский конденсатор, анод которого сплошной, а катод разбит на полоски, и к каждой из них подсоединен индивидуальный накопительный конденсатор, заряд с которого считывается электроникой, что позволяет установке работать в интегральном режиме. В детекторе предусматриваются также дополнительные вставки на входе излучения и в конце по ходу луча, что уменьшает потери рентгеновского излучения, задает необходимое разрешение в направлении сканирования и снижает требования к допустимому уровню вибраций и юстировки отдельных частей сканирующей системы. Технический результат: упрощение конструкции и повышение ее надежности, повышение разрешающей способности установки и повышение эффективности регистрации рентгеновских квантов. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Рентгенографическая установка сканирующего типа, включающая источник ионизирующего излучения, коллиматор в виде продольной щели, предназначенной для создания плоского пучка излучения и устройство регистрации пучка излучения, прошедшего через изучаемый объект, которое включает электронику считывания, обработки и вывода данных, и, по крайней мере, один детектор ионизирующих частиц, представляющий собой герметичный корпус, заполненный газом, позволяющий вводить в детектор рентгеновское излучение, отличающаяся тем, что в корпусе размещен плоский конденсатор с расположенными параллельно пучку излучения с обеих сторон от него сплошным анодом и катодом, разбитым на полоски, длина которых выбрана из условия полного поглощения в газе рентгеновского излучения, причем к каждой полоске катода подсоединен индивидуальный накопительный конденсатор, заряд с которого считывается электроникой.2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что между анодом и катодом плоского конденсатора в конце по ходу луча помещена дополнительная вставка, предназначенная, в частности, для фиксации зазора между ними.3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что корпус детектора выполнен из рентгенопрозрачного материала, по крайней мере, в месте входа рентгеновского излучения.4. Рентгенографическая установка сканирующего типа, включающая источник ионизирующего излучения, коллиматор в виде продольной щели, предназначенной для создания плоского пучка излучения и устройство регистрации пучка излучения, прошедшего через изучаемый объект, которое включает электронику считывания, обработки и вывода данных, и, по крайней мере, один детектор ионизирующих частиц, представляющий собой герметичный корпус, заполненный газом, позволяющий вводить в детектор рентгеновское излучение, отличающаяся тем, что в корпусе размещен плоский конденсатор с расположенными параллельно пучку излучения с обеих сторон от него сплошным анодом и катодом, разбитым на полоски, длина которых выбрана из условия полного поглощения в газе рентгеновского излучения, причем к каждой полоске катода подсоединен индивидуальный накопительный конденсатор, заряд с которого считывается электроникой, а пространство между стенкой корпуса в месте входа излучения и плоским конденсатором, заполнено вставкой из диэлектрического материала, имеющего более низкую рентгенопоглощающую способность по сравнению с наполняющим газом.5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что между анодом и катодом плоского конденсатора в конце по ходу луча помещена дополнительная вставка, предназначенная, в частности, для фиксации зазора между ними.6. Установка по п.4, отличающаяся тем, что корпус детектора выполнен из рентгенопрозрачного материала, по крайней мере, в месте входа рентгеновского излучения.7. Установка по п.4, отличающаяся тем, что диэлектрическая вставка частично расположена в зазоре между анодом и катодом плоского конденсатора.8. Установка по п.7, отличающаяся тем, что анод и катод плоского конденсатора на предних кромках по ходу луча снабжены пластинками из рентгенопоглощающего материала, которые вместе с расположенной между ними диэлектрической вставкой образуют входную диафрагму, обеспечивающую заданный размер канала в направлении сканирования.