Способ рентгеновской компьютерной томографии аварийных взрывоопасных объектов Российский патент 2018 года по МПК G01N23/83 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к компьютерной томографии, основанной на получении изображения сечения объекта радиационными методами, например с помощью рентгеновского излучения.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение

В настоящее время существует проблема проведения исследований взрывоопасных объектов в полевых условиях и желательно без их перемещений. Радиография является одним из методов проведения таких исследований. Однако информативность радиографии часто недостаточна для принятия решений. Метод рентгеновской компьютерной томографии намного более информативен, но требует сложного оборудования и перемещения взрывоопасных объектов при их исследовании. Предлагаемое изобретение лишено этих недостатков.

Уровень техники

Аналог

Известен способ, на использовании которого основаны томографы четвертого поколения [см. «Справочник по рентгенотехнике» / Под ред. Клюева В.В. М.: «Машиностроение», т. 2, 1992, стр. 306].

В устройствах томографов четвертого поколения (см. фиг. 1) на вращающейся раме установлены излучатель (рентгеновская трубка) 2 и веерообразный блок коллиматоров, а детекторы, число которых в различных томографах колеблется от 600 до 1200, образуют неподвижный кольцевидный блок (кольцо Гентри) 3 вокруг исследуемого объекта 1. Зарегистрированная информация с детекторов поступает в компьютер и с помощью стандартных программ (для томографов четвертого поколения) восстанавливается томографическое изображение объекта.

Достоинством такого способа является то, что реализующие его устройства широко распространены, и для них существуют стандартные программы восстановления томографического изображения (крайне сложные для самостоятельной разработки).

Недостатком известного технического решения является то, что вся конструкция достаточно сложная, не приспособлена для работы в полевых условиях и требует помещения объекта внутрь томографа (в кольцо Гентри), т.е. перемещения взрывоопасного объекта.

Прототип

Наиболее близким к заявляемому способу техническим решением того же назначения и выбранный автором в качестве прототипа является по совокупности признаков способ, реализованный устройством [см. авт. свид. СССР №1500081, кл. G01N 23/08, G01T 1/29].

Суть способа заключается в том, что исследуемый объект 1 (см. фиг. 2) помещается на поворотный стол 4, облучается источником проникающего излучения 2, которое регистрируется детектором 5 с запоминанием информации (радиофотолюминесцентным стеклом (РФЛС)). После каждого поворота стола РФЛС 6 занимает место детектора 5. Зарегистрированная информация с РФЛС преобразуется в цифровую форму и с помощью специально разработанной программы восстанавливают томографическое изображение объекта.

Преимущество данного способа заключается в том, что не требуются специально подобранные сотни детекторов, нет необходимости в системах стабилизации, РФЛС после нагрева (в нагревателе для восстановления РФЛС 7) пригодны к повторному использованию.

Недостаток такого технического решения заключается в его сложности, непригодности к использованию в полевых условиях, а также в том, что требуется перемещение взрывоопасного объекта. Большим недостатком является необходимость разработки специальных программ восстановления томографического изображения.

Технический результат изобретения

Техническим результатом изобретения является разработка способа, обеспечивающего получение томографического изображения сечений аварийных взрывоопасных объектов в полевых условиях.

Способ достижения технического результата

Указанный результат достигается тем, что проводится радиография объекта в разных ракурсах и детектирование РФЛС, но предварительно на исследуемый объект наносится система рентгеноконтрастных реперов, по проекциям реперов на РФЛС в разных ракурсах определяется геометрия облучения и после преобразования координат прямых на РФЛС, соответствующих исследуемому сечению объекта, в дуги окружности с центром в середине объекта восстанавливают с помощью стандартных программ для томографов четвертого поколения томографическое изображение интересующего сечения объекта.

Сущность изобретения

Сущность предлагаемого изобретения поясняется с помощью фиг. 3 и фиг. 4. Для достижения указанной задачи (разработка способа рентгеновской компьютерной томографии аварийных взрывоопасных объектов) выполняются следующие действия (см. схему измерений на фиг. 3):

1. На исследуемый объект 1 наносится система реперов, например объект помещается в рентгенопрозрачный кубик 8 известных размеров, в вершинах которого расположены шарики 9 из материалов различной плотности (свинец, медь, железо и т.д.).

2. Намечается плоскость 10, в которой хотят получить сечение объекта, в этой плоскости определяются точки размещения рентгеновского источника 2 для проведения радиографии в нескольких ракурсах. Число ракурсов зависит от соотношения размеров объекта и РФЛС.

3. Рентгеновский источник 2 облучает исследуемый объект 1. На РФЛС 6 кроме рентгенограммы 11 исследуемого образца будут зарегистрированы проекции реперов 13. По искажению проекций вычисляют геометрию облучения и координаты плоскости РФЛС 6.

4. Определяют координаты прямой 12, соответствующей пересечению интересующей плоскости сечения объекта 10 и плоскости РФЛС 6.

5. Преобразуют (см. фиг. 4) координаты прямой 12 в координаты дуги 14 окружности с центром в середине объекта 1 и соответственно вводят поправки в зарегистрированные величины доз на этой прямой 12.

6. Не изменяя положение реперов, проводится радиография в другом ракурсе, путем перемещения источника излучения и РФЛС вручную, и проводятся все вычислительные операции, как и в предыдущем ракурсе, причем координаты дуги выбираются программным путем так, чтобы она лежала на той же окружности, т.е. среди всех точек на РФЛС выбираются те точки, которые лежат на окружности.

7. Проводится облучение объекта еще в нескольких ракурсах вокруг исследуемого объекта так, чтобы дуги замкнули окружность.

8. Таким образом, в результате мы получаем схему измерений полностью аналогичную схеме измерения для томографов четвертого поколения (объект в центре кольца детекторов).

9. Используя стандартные программы восстановления для томографов четвертого поколения, получаем искомое томографическое изображение нашего объекта.

С помощью реперов определяется не только геометрия облучения, но и проводится стабилизация излучения (в случае отличия зарегистрированной РФЛС дозы на одном и тоже расстоянии от одного и того же репера вводится поправочный коэффициент). Это позволяет использовать в качестве источника излучения импульсные рентгеновские трубки, которые хотя и отличаются нестабильностью излучения, но намного легче и мобильнее, чем трубки с постоянным излучением.

Таким образом, кроме радиографии, все остальные операции вычислительные. В данном способе отсутствует необходимость сканирующего устройства и систем стабилизации рентгеновского излучения, что позволяет проводить измерения в полевых условиях. Также этот способ не требует перемещения взрывоопасных объектов.

Обоснование технико-экономической эффективности изобретения

Технико-экономическая эффективность предложенного способа заключается в том, что позволяет:

1. Отказаться от использования сложного механического сканирующего устройства.

2. Отказаться от электронной системы стабилизации излучения.

3. Использовать импульсные рентгеновские трубки.

4. Осуществлять перемещение РФЛС и рентгеновского аппарата вокруг исследуемого объекта вручную, так как не требуется высокой точности соблюдения геометрии облучения. Точность геометрии обеспечивается введением поправок программным путем посредством определения координат проекций реперов.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «новизна»

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку в общедоступных источниках нет сведений о способе проведения рентгеновской компьютерной томографии без сканирующего устройства, когда геометрия измерений определяется путем нанесения на исследуемый объект системы реперов.

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «изобретательский уровень»

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций существует

Обоснование соответствия критерию охраноспособности «промышленная применимость»

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование, приспособления и материалы, широко применяемые в радиографии (рентгеновская трубка, РФЛС), стандартные методы преобразования координат, а также методы восстановления изображения для томографов четвертого поколения.

Использование: для выполнения рентгеновской компьютерной томографии. Сущность изобретения заключается в том, что на объект предварительно наносится система рентгеноконтрастных реперов. Проводится радиография объекта вместе с реперами в нескольких ракурсах. По искажению проекций реперов на детекторе определяют координаты плоскости детектора. После преобразования координат прямых на детекторе, соответствующих исследуемому сечению объекта, в дуги окружности с центром в середине объекта геометрия облучения будет соответствовать стандартной геометрии облучения для томографов четвертого поколения (детекторы на окружности вокруг объекта, источник излучения движется по окружности и последовательно облучает все детекторы). С помощью стандартных программ для томографов четвертого поколения восстанавливают томографическое изображение объекта. Технический результат: обеспечение возможности получать томографическое изображение взрывоопасного объекта в полевых условиях без его перемещения. 4 ил.

Способ рентгеновской компьютерной томографии аварийных взрывоопасных объектов, основанный на радиографии объекта детекторами с запоминанием информации (рентгеновская пленка, радиофотолюминесцентные стекла) и восстановлением томографического изображения с помощью стандартных программ для томографов четвертого поколения, отличающийся тем, что с целью получения томографического изображения сечений аварийных взрывоопасных объектов в полевых условиях на исследуемый объект наносят систему рентгеноконтрастных реперов, проводят радиографию объекта, по искажению проекций реперов на детекторе в разных ракурсах определяют геометрию облучения и после преобразования программным путем координат прямых на детекторе, соответствующих исследуемому сечению объекта, в дуги окружности с центром в середине объекта восстанавливают при помощи стандартных программ для томографов четвертого поколения томографическое изображение интересующего сечения объекта по данным зарегистрированных доз на детекторах.