СИСТЕМА РЕГИСТРАЦИИ ТЕНЕВЫХ РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Полезная модель относится к области сегментированных детекторных модулей, регистрации ионизирующих излучений, может применяться при рентгенографии с использованием тормозного излучения высоких энергий в исследовательских целях для анализа внутренней структуры высокоплотных оптически непрозрачных объектов.
В настоящее время известны различные системы регистрации теневых рентгеновских изображений, однако все они, обладая определенными достоинствами, не выполняют в полной мере поставленной полезной моделью задачи, а именно - не обеспечивают получения пиксельного изображения исследуемого объекта высокой плотности с оптимальным для восстановления его внутренней структуры соотношением сигнал/шум.
Известна система регистрации теневых рентгеновских изображений, из описания изобретения под названием «Сцинтилляционный детектор» [патент РФ №2377598, МПК G01T 1/20, опубликовано 27.12.2009 г.], содержащая матричный экран-преобразователь, состоящий из кристаллов-сцинтилляторов, спектросмещающие оптические волокна и фотоприемники.
В данном устройстве матричный экран-преобразователь состоит из кристаллических сцинтилляторов, выполненных в виде пластин, объединенных в многослойный блок, в каждой пластине сцинтилляторов расположено светопереизлучающее оптическое волокно в виде петли, концы которого выведены на одну из граней пластины, по крайней мере, один конец светопереизлучающего волокна соединен с фотодиодом. Пластины сформированы в пакеты по три пластины в каждом, и каждый пакет обернут в светоотражающий материал.
Известное устройство обеспечивает упрощение конструкции, повышение эффективности регистрации факта излучения, расширение диапазона регистрации. Не смотря на то, что каждым кристалл-сцинтиллятор соединен с собственным фотоприемником, но при этом кристаллы-сцинтилляторы объединены по три штуки в пакет, которым обернут в светоотражающий материал, данное исполнение конструкции не позволяет получить качественное изображение исследуемого объекта из-за смещения сигнала, подученного сразу с трех кристаллов-сцинтилляторов и, как следствие, усреднение значения излучения прошедшего через исследуемый объект и получение нечеткого изображения.
Известна система регистрации теневых рентгеновских изображений, из описания изобретения под названием «Сцинтилляционный детектор.» [патент РФ №2444763. МПК G01T 1/20, опубликовано 10.03.2012 г.], содержащая матричный экран-преобразователь, состоящий из прилегающих боковыми поверхностями кристаллов-сцинтилляторов, которые изолированы друг от друга светоотражающим материалом, спектросмещающие оптические волокна и фотоприемники.
В данном устройстве кристаллы-сцинтилляторы выполнены как преобразователи излучения и соединены с соседними преобразователями излучения двумя светопереизлучающими волокнами по диагоналям противоположных граней правильной объемной фигуры в перекрещивающихся направлениях, при этом светопереизлучающие волокна установлены с контактом в канавках смежных рядов преобразователей излучения.
Известное устройство обеспечивает уменьшение количества каналов регистрации и увеличение функциональных возможностей детектора. Однако, наличие в конструкции данного устройства соединения соседних кристаллов-сцинтилляторов одним спектросмешающим оптическим волокном приводит к смешению получаемых сигналов и отсутствию информации о количественном значении квантов излучения попавших в конкретную область матричного экрана-преобразователя, что не позволяет получать качественное изображение исследуемого объекта высокой плотности.
Известна система регистрации теневых рентгеновских изображений, из описания изобретения под названием «Двухкоординатный детектор» [патент РФ №240X902, МПК C01T 1/20, опубликовано 10.01.2011 г.], содержащая матричный экран-преобразователь, состоящий из прилегающих боковыми поверхностями кристаллов-сцинтилляторов, которые изолированы друг от друга светоотражающим материалом, спектросмещающие оптические волокна и фотоприемники.
Согласно изобретению, двухкоординатный детектор содержит модуль из слоев полимерных сцинтиллирующих оптических волокон, уложенных попеременно в двух взаимно перпендикулярных направлениях и между слоями сцинциллирующих волокон расположен с оптическим контактом матричный экран - преобразователь, который выполнен в виде сиговой структуры с отражающими свет стенками и каналами, заполненными прозрачными для света сцинтилляторами.
Известное устройство обеспечивает повышение эффективности регистрации ионизирующих излучений различного типа. В конструкции данной системы свет от сцинтилляционной вспышки может попадать как в одно, так и в несколько спектросмещающих оптических волокон, что приводит к смешению сигнала и соответственно появлению «шума» при получении результатов, то есть не дает получить информацию об относительных значениях интенсивности попавшего в каждый кристалл излучения, что говорит о невозможности получения качественного изображения исследуемого объекта - пространственного распределения плотности исследуемого объекта.
Данный двухкоординатный детектор рассматривается в качестве прототипа.
Анализ конструкций известных сцинтилляционных детекторов позволяет сделать вывод, что известный уровень техники не обеспечивает создание такой системы регистрации теневых рентгеновских изображений, которая позволит получить информацию об относительных значениях интенсивности попавшего в каждый кристалл излучения, что говорит о невозможности получения теневого изображения объекта, то есть получение качественного изображения исследуемого объекта высокой плотности с оптимальным для восстановления его внутренней структуры соотношением сигнал/шум.
Задачей заявляемой полезной модели является обеспечение получения информации об относительных значениях интенсивности попавшего в каждый кристалл излучения.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемая полезная модель, является повышение качества изображения исследуемого объекта за счет получения пиксельного изображения с оптимальным для восстановления его внутренней структуры соотношением сигнал/шум, а также продление срока службы использования регистрирующей аппаратуры.
Указанный технический результат достигается тем, что система регистрации теневых рентгеновских изображений, содержащая матричный экран-преобразователь, состоящий из прилегающих боковыми поверхностями кристаллов-сцинтилляторов, которые изолированы друг от друга светоотражающим материалом, при этом каждый кристалл-сцинтиллятор снабжен собственным спектросмещаюшим оптическим волокном и фотоприемником, согласно полезной модели количество и взаимное расположение кристаллов-сцинтилляторов соответствует количеству и взаимному расположению фотоприемников, а спектросмещающее оптическое волокно каждого из кристаллов-сцинтилляторов соединено транспортным оптическим волокном с соответствующим ему по расположению фотоприемником.
Соединение каждого кристалла-сцинтиллятора матричного экрана-преобразователя с собственным спектросмещающим оптическим волокном, и посредством транспортного оптического волокна соединено с соответствующим ему по расположению фотоприемником, позволяет получать информацию об относительных значениях интенсивности попавшего в каждый кристалл-сцинтиллятор излучения, то есть обеспечивается возможность получения информации с каждого кристалла-сцинтиллятора о количестве попавших туда частиц, что и дает возможность получения пиксельного изображения исследуемого объекта. А также позволяет, за счет использования транспортного оптического волокна, продлить срок службы регистрирующей аппаратуры.
Таким образом, совокупность всех изложенных выше признаков создает условия обеспечения получения информации об относительных значениях интенсивности попавшего в каждый кристалл-сцинтиллятор излучения путем получение пиксельного изображения исследуемого объекта высокой плотности с оптимальным для восстановления его внутренней структуры соотношением сигнал/шум.
Наличие в заявляемой полезной модели признаков, отличающих ее от прототипа, позволяет считать ее соответствующей условию «новизна».
Полезная модель иллюстрируется чертежами:
на фиг. 1 представлено последовательное соединение каждого кристалла-сцинтиллятора матричного экрана преобразователя в виде сотовой структуры с регистрирующей электроникой;
на фиг. 2 - последовательное соединение кристаллов-сцинтилляторов и PIN-фотодиодов.
Система регистрации теневых рентгеновских изображений (фиг. 1) состоит из матричного экран-преобразователя 1, состоящего из кристаллов-сцинтилляторов 2, каждый из которых отвечает за формирование отдельного пикселя теневого рентгеновского изображения.
Матричный экран-преобразователь 1 состоит из послойно уложенных блоков кристаллов-сцинтилляторов 2. Каждый блок состоит из кристаллов-сцинтилляторов 2, которые боковыми стенками прилегают друг к другу и уложены, в конкретном варианте исполнения, в ширину по 8 шт., а в высоту по 2 шт. Каждый кристалл-сцинтиллятор 2 обернут двумя фольгами: лавсановой - для исключения попадания световых квантов от сцинтилляционных вспышек в соединение кристаллов; алюминиевой - с целью защиты от паразитной засветки вторичными электронами.
В каждом кристалле-сцинтилляторе 2 выполнен паз 3, в который вклеено спектросмещающее оптическое волокно 4 таким образом, что один конец спектросмещающего оптического волокна 4 выходит за границу задней части кристалла-сцинтиллятора 2. Выходящий конец спектросмещающего оптического волокна 4 соединен с оптическим транспортным волокном 5 посредством многоканального разъема-держателя 6. Свободный конец оптического транспортного волокна 5 пристыковывается к фотоприемнику, выполненному в виде PIN-фотодиодов 7. PIN-фотодиоды 7 объединены в линейки 2×8 штук, то есть кристаллы-сцинтилляторы 2 по количеству и по своему расположению в матричном экране-преобразователе 1 совпадают с количеством и расположением соответствующему каждому PIN-фотодиоду 7 в линейке. А PIN-фотодиоды 7 посредством электрических схем связан с регистрирующей электроникой.
Система регистрации теневых рентгеновских изображений работает следующим образом.
Рентгеновское излучение, пройдя исследуемый объект, попадает на принимающую поверхность матричного экрана преобразователя 1. Кванты рентгеновского излучения вызывают в кристаллах-сцинтилляторах 2 вспышки видимого света. В результате взаимодействия квантов с веществом кристаллов-сцинтилляторов 2 образуются вторичные электроны. Образовавшиеся в объеме кристалла-сцинтиллятора 2 фотоны попадают в спектросмешающее оптическое волокно 4. где происходит их переизлучение в более длинноволновую область, ближе к которой находится максимум спектра поглощения PIN-фотодиодов 7. К PIN-фотодиодам 7 свет доставляется по оптическому транспортному волокну 5. В результате выбивания фотонами электронов в PIN-фотодиодах 7 формируется электрический сигнал (ток), который с помощью регистрирующей электроники усиливается, оцифровывается и подается на ЭВМ.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволит создать систему регистрации теневых рентгеновских изображений с возможностью получения информации об относительных значениях интенсивности попавшего в каждый кристалл излучения, что позволит получать пиксельное изображения исследуемого объекта высокой плотности с оптимальным для восстановления его внутренней структуры соотношением сигнал/шум.
Представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемой полезной модели следующей совокупности условий:
- заявляемая система регистрации теневых рентгеновских изображений может применяться при рентгенографии с использованием тормозного излучения высоких энергии в исследовательских целях для анализа внутренней структуры высокоплотных оптически непрозрачных объектов;
- заявляемая система регистрации теневых рентгеновских изображений при использовании способна обеспечить получение пиксельного изображения исследуемого объекта высокой плотности с оптимальным для восстановления ею внутренней структуры соотношением сигнал/шум;
- для заявляемой системы регистрации, теневых рентгеновских изображений в том виде, в котором она охарактеризована в формуле изобретения, подтверждена возможность ее осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.
Следовательно, заявленная система регистрации теневых рентгеновских изображений соответствует условию «промышленная применимость».