Способ рентгеновской томографии и рентгеновский томограф для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК G01N23/08 

хронизации подключены к механизму перемещения, устройству переключе1119438

ния фокусов и к генератору разнополярного напряжения.

1. Способ рентгеновской томографии, заключающийся в просвечивании контролируемого объекта пучком рентгеновского излучения источника, регистрации прошедшего через объект излучения с помощью запоминающего регистрирующего элемента при условии синхронного перемещения регистрирующего элемента и источника или контролируемого объекта и визуализации зарегистрированного изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения качества томографического изображения, просвечивание производят попеременно пучками с различными размерами фокуса в условиях синхронизации каждого цикла просвечивания с перемещением регистрирующего элемента и источника или объекта, осуществляют динамическое вычитание регистрируемых во время соседних циклов просвечивания изображений, причем скорость указанного перемещения выбирают из условия превьш1ения геометрической нерезкости изображения, получаемого при фокусе меньших размеров, иад динамической нерезкостью изображения. 2. Рентгеновский томограф, содержащий источник рентгеновского излучения, заключенную в светонепроницаемую кассету электрорентгенографическую пластину с металлической подложкой и полупроводникосл вым слоем, держатель контролируемого объекта, механизм синхронного перемещения кассеты и источника или держателя, отличающийс я тем, что, с целью повышения качества томографического изображения, источник рентгеновского излучения выполнен двухфокусным с фокусами различных размеров, в кассету введесо на диэлектрическая пластина с 4 проводящим покрытием, установлен00 СХ ная в контакте с полупроводниковым слоем электрореятгенографической пластины, и в томограф дополнительно, введены генератор разнополярного напряжения, устройство переключения фокусов источника и средства синхронизации, причем выходы генератора электрически связаны с металлической подложкой электро- рентгенографической пластины и токоподводящим покрытием диэлектрической пластины, а средства син

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно к рентгеновской томографии, и может быть использовано для послойного исследования объектов в промьшшенности и медицине. Известен способ рентгеновской томографии, заключающийся в сканировании контролируемого объекта узким в плоскости рентгеновским пучком с различных пространственных направлений, лежащих в одной плоскости, детектировании прошедше го через контролируемый объект по указанным направлениям излучения и восстановлении с помощью вычислительных средств изображения слоя объекта О К недостаткам этого способа относятся использование очень дорогой аппаратуры для его реализации, а также невысокое разрешение. Известен способ рентгеновской томографии и рентгеновский томограф для его осуществления, в кото рых предусмотрено синхронное враще ние контролируемого объекта и кассеты с рентгеновской пленкой во время просвечивания объекта расходящимся пучком рентгеновского излучения от неподвижно установлен ного источника 2. Основным недостатком данного типа томографии является низкое качество получаемого томографического изображения, проявляющееся в невысокой разрешающей способност и слабом, контрас е. Наиболее близким техническим ре шением к предложенному является способ рентгеновской томографии, заключающийся в просвечивании контролируемого объекта пучком рентге новского излучения источника, регистрации прошедшего через объект излучения с помощью запоминающего регистрирующего элемента электрорентгенографической пластины при условии синхронного перемещения ре гистрирующего элемента и источника или контролируемого объекта и визуализации зарегистрированного изображения C3j. Рентгеновский томограф для осуществления этого способа содержит источник рентгеновского излучения, заключенную в светонепроницаемую кассету электрорентгенографическую пластину с металлической подложкой и полупроводниковым слоем, держатель контролируемого объекта, механизм синхронного перемещения кассеты и источника излучения или держателя. Сущность данного способа идентична сущности указанного вьщ1е способа томографии (2) но применение вместо рентгеновской пленки электрорентгенографической пластины позволяет несколько повысить качество изображения за счет краевого эффекта. Однако и в этом случае влияние фона рассеянного излучения и остаточных изображений участков контролируемого объекта, расположенных вне исследуемого слоя, на качество изображения остается весьма сильным. Цель изобретения заключается в повьшгении качества томографического изображения. Согласно изобретению, поставленная цель достигается тем, что в способе рентгеновской томографии, заключающемся в просвечивании контролируемого объекта пучком рентгеновскогег излучения источника, регистрации прошедшего через объект излучения с помощью запоминающего регистрирующего элемента при условии .синхронного перемещения регистрирующего элемента и источника или контролируемого объекта и визуализации зарегистрированного изображения, просвечивание производят попеременно пучками с различньми размерами фокуса в условиях синхронизации каждого цикла просвечивания с перемещением регистрирующего элемента

3

и источника или объекта, осуществляют динамическое вычитание регистрируемых во время соседних циклов просвечивания изображений, причем скорость указанного перемещения выбирают из условия превьшения геометрической нерезкости изображения, получаемого при фокусе меньших размеров, над динамической нерезкостью изображения.

При этом в рентгеновском томографе для осуществления способа, содержащем источник рентгеновского излучения, заключенную в светонепроницаемую кассету электрорентгенографическую пластину с металлической подложкой и полупроводниковым слоем, держатель контролируемого объекта, механизм синхронного перемещения кассеты и источника или держателя, источник рентгеновского излучения выполнен двухфокусным, с фокусами различных размеров, в кассету введена диэлектрическая пластина с проводящим покрытием, установленная в контакте с полупроводниковьм слоем электрорентгенографической пластины, и в томограф дополнительно введены генератор разнополярного напряжения, устройство переключения фокусов источника и средства синхронизации, причем выходы генератора электрически связаны с металлической подложкой электрорентгенографической пластины и токоподводящим покрытием диэлектрической пластины, а средства синхронизации подключены к механизм перемещения, устройству переключения фокусов, генератору разнополярного напряжения.

На чертеже показана схема рентгеновского томографа.

Предложенный способ рентгеновско томографии заключается в следующем.

При просвечивании контролируемог объекта пучками рентгеновского излучения с различными фокусами в каждом цикле просвечивания формируется скрытое изображение, представляющее собой наложение следующих компонент; изображение исследуемого слоя, (полезная компонента:) ,изображение структур объекта, расположенных вне исследуемого слоя, и фон расеянного излучения (мешающие компоненты) .

Изображение исследуемого слоя имеет наиболее резкую пространст9А384

венную структуру и соответственно наиболее широкий спектр пространственных частот. Другие составляющие имеют размытую низкочастотную пространственную структуру. Использование фокусов различных размеров практически не оказывает влияния на пространственный спектр мешающих компонент, но сильно влияет на

Q спектр изображения исследуемого слоя, обусловленный геометрической нерезкостью, зависящей от размеров фокуса. При динамическом вычитании изображений, сформированных

« во время соседних циклов просвечивания с различными величинами фокусов, мешающие компоненты компенсируются и в результирующей томограмме исключаются практически все части изображения, обусловленные участка0ми объекта вне исследуемого слоя и фоном рассеянного излучения, при сохранении высокочастотной части спектра, несущей информацию о струк туре исследуемого слоя контролируемого объекта. Из описания способа видно, что его осуществление возможно только в том случае, если динамическая нерезкость, обусловленная перемещением контролируемо0го объекта, источника и регистрирующего элемента, меньше геометрической нерезкости, обусловленной меньшим из используемых фокусов. Это условие является критерием для

выбора скорости указанного перемещения.

Рентгеновский томограф содержит источники рентгеновского излучения 1 с двумя отличающимися по размеру

фокусами 2 и 3, заключенную в светонепроницаемую кассету 4 электрорентгенографическую пластину 5 с металлической подложкой 6 и полупроводниковым слоем 7, который рас положен в контакте с диэлектрической пластиной 8 с токопроводящим покрытием 9. Подложка 6 и покрытие 9 электрически связаны выходами генератора разнополярного напряжения 10,

0

вход которого подключен к блоку

синхронизации 1t, подключенному к устройству 12 переключения фокусов 2,3 и к механизму 13 синхронного перемещения (вращения) кассеты 4 и держателя 14 контролируемого объекта 15.

Рентгеновский томограф работает следующим образом. По команде с.блока синхронизации 11 одновременно приводятся в д .ствке устройство переютюченют фоку 12, генератор разнополярного жения 10 и механизм 13 синхронного перемещения (вращения) кассеты 4 и держателя 14 контролируемого объек та 15, Устройство 12 переключения фоку сов 2,3 управляет потоком излучения во времени, попеременно с зада ной частотой, включая фокусы 2 и 3 источника 1. При этом между подложкой б электрорентгенографическо пластины 5 и токопроводящим покрытием 9 диэлектрической пленки 8 синхронно с частотой переключения фокусов 2 и 3 источника 1 приклады вается разнополярное напряжение с генератора 10 таким образом, что потоку излучения с ка;кдого из фоку сов 2 и 3 свидетельствует определенная величина и полярность напряжения. Механизм 13 перемещает (вращает) синхронно кассету 4 (кассета 4 жестко связана с электрорентгенографической пластиной 5 и диэлектрической пленкой 8) и дер жатель 14 контролируемого объекта 15 таким образом, что скорость перемещения теневого изображения исследуемого слоя объекта 15 (на чертеже этот слой выделен пунктиром) относительно злектрорентгенографической пластины 5 равна нулю. В то же время относительная скорость перемещения теневого изображения участков просвечиваемого объ та, расположенных вне исследуемого слоя, отлична от нуля и тем больше чем дальше отстоит участок просвечиваемого объекта от исследуемого слоя. Место расположения вьщеляемого слоя в объекте и толщина его зависят от взаимного пространствен ного положения источника излучения Is контролируемого объекта 15 и электрорентгеног рафической пластины 5. Рентгеновское излучение, сформированное одним из фокусов 2, 3 источника t и прошедшее через контролируемый объект 15, а также рассеянное объектом 15 излучение взаимодействуют с электрорентгенографической пластиной 5 В результате Э.ТОГО на границе полупроводни кового слоя 7 и диэлектрической пленки 8 под действием импульса напряжения генератора 10 заданной полярности, приложенного между подложкой 6 злектрорентгенографической пластины 5 и токопроводящим покрытием 9 диэлектрической пленки 8, образуется скрытое электростатическое изображение - поле электростатических зарядов, распределение которых адекватно рентгеновскому изображению просвечиваемого объекта. При этом скрытое .электростатическое изображение представляет собой наложение изображений трех типов: исследуемого слоя, структур объекта, расположенных вне исследуемого слоя, и фона рассеянного излучения. Изображение исследуемого слоя имеет наиболее резкую пространственную структуру и соответственно наиболее широкий спектр пространственных чистот. Изображения структур объекта, расположенных вне исследуемого слоя имеют более размытую низкочастотную пространственную структуру вследствие томографического размазывания, обусловленного перемещением этих, изображений относительно изображения исследуемогр слоя. Изображение фона рассеянного излучения имеет наиболее плавную низкочастотную структуру. Аналогично скрытое электростатическое изображение, полученное во время действия второго фокуса 3, 2 источника излучения 1, имеет претивоположную полярность и другое значение нерезкости, обусловленное разными линейными раз1 ерами фокусов 2 и 3 источника излучения 1. Угловая скорость вращения контролируемого объекта 15 и кассеты 4, частота и длительность импульсов напряжения генератора 10 выбираются таким образом, чтобы динамическая нерезкость изображения выделяемого слоя была меньше геометрической нерезкости, обусловленной конечными размерами меньшего из фокусов источника излучения. При этом амплитуда разнополярных импульсов генератора 10 выбирается из условия равенства средних величин зарядов скрытых электростатических изображений, соответствующих каждому из фокусов 2,3 источника 1. В результате наложения скрытых электростатических изображений, толученньк при экспонировании излу- i 7 ченнем от каждого из фокусов источника излучения 1, на границе полупроводникового с, 7 и диэлектрической пленки 8 образуется результирующее скрытое электростатическо изображение томограммы, соответствующее разности изображений, сформированных каждым из фокусов 2 и 3. При этом элементы электрост тического изображения, содержащие информацию о рассеянном фоне излучения и об участках просвечиваемог объекта, расположенных вне исследу мого слоя контролируемого объекта, сформированные фокусами разных раз меров, будут иметь практически оди и тот же низкочастотньй пространст венный спектр, так как они менее подвержены спектральному изменению под действием геометрической нерезкости, обусловленной разными ли нейными размерами фокусов источника излучения. Совершенно иначе обстоит дело с элементами резкого электростатического изображения, н сущими информацию об исследуемом слое. Последние отличаются наличием высокочастной частоты спектра изображения, и величина геометрической нерезкости, обусловленная включением того или иного фокуса 2 источника излучения 1, соизмерима I с их размерами. При наложении элек тростатических изображений разных полярностей, сформированных соответствующими фокусами 2 5 3 источника излучения 1, низкочастотные структуры вычтутся. Вследствие этого в результирующей томограмме практически полностью исключатся части изображения, соответствующие фоку рассеянного излучения и участкам контролируемого объекта, расположенным вне исследуемого слоя, а в.ысокочастотная часть спектра, содержащая информацию об элементах контролируемого объекта, находящихся в зоне исследуемого слоя, сохранится. Таким образом, в результате взаимодействия сформированного попеременно включаемыми фокусами 2,3 разных размеров, с контролируемым объектом 14 за один полный поворот объекта, на границе полупроводникового слоя 7 и диэлектрической пленки 8 сформир ется скрытое электростатическое изображение вьделенного слоя контр 3 Я. лируемого o6ijf KTn, свободное от фона рассеянного излучения и нерезких изображеншЧ структур, расположеннътх вне исследуемого слоя. Затем диэлектрическую пленку 8 отделяют от электрорентгенографической пластины 5, вьшимают из кассеты 4 и проявляют сформированное на ней скрытое электростатическое изображение в проявочном устройстве до получения видимого изображения томограммы . Изображение томограммы, полученное с помощью предлагаемого рентгеновского томографа, имеет повышенные контраст и разрешающую способность. При этом достигается существенно более высокое качество и диагностическая ценность изображения томограммы по сравнению с прототипом, где изображение вьщеляемого слоя маскируется низкочастотным изображением структур, расположенных вне исследуемого слоя, и фоном рассеянного излучения. Преимущество описанного радиационного томографа заключается в том, что с его помощью можно осуществлять послойный радиационньп контроль с разрешающей способностью, повышенной более чем на порядок. При этом рентгеновский томограф позволяет осуществлять высокоточный неразрушающий контроль толстостенных изделий в условиях значительного уровня как фона рассеянного излучения, так и собственного или внешнего радиационного фона. Кроме того, электрорентгенографическая пластина в рентгеновском томографе имеет повьшенный срок службы, поскольку рабочая поверхность полупроводникового слоя не подвергается механическим воздействиям при проявлении,что одновременно способствует и более высокому качеству радиационного контроля в связи с отсутствием характерных артефактов. Далее, в рентгеновском томографе нет необходимости в устройстве зарядки электрорентгенографической пластины, в связи с чем упрощается аппаратура и сокращается время, затрачиваемое на соответствуюпще подготовительные операции.

Проявление сформированного на диэлектрической пленке скрытого электростатического изображения в

10

1119438

предлагаемом устройстве производится на свету,что также способствует упрощению аппаратуры и условий ее эксплуатации.