ПРИЕМНИК РЕНТГЕНОВСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
X-RAY IMAGE RECEIVER

Изобретение относится к рентгенотехнике и предназначено для использования в медицинских рентгеновских аппаратах.
Приемник рентгеновского излучения относится к классу приборов, в которых первичное рентгеновское изображение трансформируется люминесцентным экраном-преобразователем в видимое, регистрируемое далее фотоэлектрическим детектором изображений (Рентгенотехника./Под ред. В.В.Клюева, Т.2. - М.: Машиностроение, 1980, с.246-247).
В этом классе существует несколько разновидностей приемников, которые отличаются друг от друга возможностями обработки сигнала, режимами, габаритами и т.п. Однако во всех приемниках этого класса существует проблема фильтрации рентгеновского излучения, проходящего сквозь экран-преобразователь, и попадающего на фотоэлектрический детектор, вызывая его разрушение через некоторое время работы. Для предотвращения попадания рентгеновских лучей на фотоэлектрический детектор приемники снабжают системами защиты от рентгеновского излучения, в которых используются либо фильтры, поглощающие рентгеновские лучи, либо выведение фотоэлектрического детектора из зоны прохождения рентгеновского пучка за счет геометрического разделения видимых и рентгеновских лучей.
Известен приемник рентгеновских изображений (Рентгенотехника./Под ред. В.В.Клюева, Т.2. - М.: Машиностроение, 1980, с.246), который помещен в светозащитный кожух, содержащий в своем составе люминесцентный экран-преобразователь, работающий на просвет, оптическую систему переноса видимого изображения с экрана на детектор изображений, систему защиты детектора от рентгеновского излучения и фотоэлектрический преобразователь. Для обеспечения защиты в приемнике под углом 45° к направлению световых лучей устанавливают зеркало, прозрачное для рентгеновских лучей и изменяющее на 90° ход видимых лучей, которые далее поступают на фотоэлектрический детектор.
Основной недостаток этого устройства - большие габариты, а также существенное снижение эффективности приемника вследствие ограниченной угловой апертуры системы переноса изображения.
Известен приемник рентгеновских изображений (US патент №6002743), в котором для поглощения остаточного рентгеновского излучения между люминесцентным экраном-преобразователем и оптической системой установлена цельная пластина из рентгенонепроницаемого свинцового стекла. Такая пластина тем эффективнее защищает фотоэлектрический преобразователь, чем больше ее толщина. Соответственно, заметно возрастает надежность приемника в целом. Однако использование пластины из рентгенонепроницаемого стекла приводит к нежелательному побочному результату: к усилению паразитных световых потоков между экраном-преобразователем и оптической системой и, как следствие, к дополнительным искажениям световых потоков в оптическом канале и, как следствие, визуализируемого рентгеновского изображения.
Это объясняется следующим образом. Яркость той части общего потока рентгеновского излучения, которая прошла через пациента, неоднородна сама по себе и существенно отличается от остальной части потока. Соответственно, части видимого изображения на люминесцентном экране имеют разную яркость. Наиболее яркие части порождают интенсивное ламбертовское излучение света в широких телесных углах. Соответствующие световые потоки свободно распространяются по случайным направлениям в пластине свинцового стекла и потому лишь частично попадают в оптический канал. Другие части этих световых потоков, многократно отражаясь от деталей приемника и распространяясь внутри пластины свинцового стекла или проходя через нее, могут попадать в оптический канал, создавая случайный набор оптических помех, и попадают на относительно темные зоны экрана, создавая случайную засветку, соизмеримую с яркостью этих зон. Этот нежелательный эффект особенно заметен, если угол падения лучей света от люминесцентного экрана на поверхность линзы оптической системы превышает угол полного внутреннего отражения в свинцовом стекле. Более того, вторичное отражение приводит к поляризации света.
Габариты такого приемника меньше, чем в приемнике с геометрическим разделением оптических и рентгеновских лучей, но качество изображения невысокое.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является приемник рентгеновских изображений, в состав которого входят светонепроницаемый корпус, одна из стенок которого рентгенопрозрачна, последовательно установленные в нем люминесцентный экран, объектив (оптическая система) и фотоэлектрическое запоминающее устройство (Рентгенотехника./Под ред. В.В.Клюева, Т.2. - М.: Машиностроение, 1980, с.246).
Недостатком известного устройства является большие габариты, обусловленные геометрическим разделением рентгеновских и видимых лучей.
Технической задачей, решаемой изобретением, является создание приемника рентгеновских изображений с небольшими габаритами, в котором фотоэлектрический матричный детектор защищен от воздействия рентгеновских лучей, но при этом сохраняется возможность получения качественного изображения.
Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемый приемник рентгеновских изображений, так же, как и известный, содержит светонепроницаемый корпус, одна из стенок которого рентгенопрозрачна, а в корпусе последовательно установлены люминесцентный экран, объектив и фотоэлектрический матричный детектор. Но, в отличие от известного, в предлагаемом приемнике рентгеновских изображений люминесцентный экран выбран из условия поглощения не менее 30% рентгеновского излучения, а объектив содержит не менее десяти линз с коэффициентом преломления не менее 1,6.
Достигаемый технический результат - уменьшение габаритов приемника при сохранении возможности получения качественного изображения и при выполнении условия защиты фотоэлектрического матричного детектора от рентгеновского излучения.
Технический результат достигается за счет того, что люминесцентный экран и оптический канал поглощают рентгеновское излучение.
Совокупность существенных признаков, сформулированных в пункте 2 формулы изобретения, характеризует приемник, в котором люминесцентный экран выполнен на базе иодида цезия.
Совокупность признаков, сформулированных в пункте 3 формулы изобретения, характеризует приемник, в котором люминесцентный экран выполнен на базе оксисульфида гадолиния.
Оба экрана используются в рентгеновских диагностических аппаратах, и их характеристикой является способность задерживать не менее 30% рентгеновского излучения (для оксисульфида гадолиния, активированного тербием - 30%). Их различием является то, что экраны на базе иодида цезия обладают большей абсорбцией и улучшенной разрешающей способностью по сравнению с экранами на базе оксисульфида гадолиния, но при этом они значительно дороже.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 приведено схематическое изображение приемника, а на фиг.2 - пример выполнения объектива приемника.
Приемник содержит корпус 1 с одной рентгенопрозрачной стенкой 2, в котором установлены люминесцентный экран 3, объектив 4 и фотоэлектрический матричный детектор 5, в качестве которого может быть использована, например ПЗС-матрица либо КМОП-матрица. Рентгеновское излучение, пройдя через люминесцентный экран, выполненный, например, на базе оксисульфида гадолиния, активированного тербием, ослабевает на 30%, преобразуясь в видимое. Далее световой поток проходит сквозь все компоненты объектива и попадает на фотоэлектрический матричный детектор. Но в объектив попадает не только световой поток, но и рентгеновский, который постепенно ослабевает в объективе до нулевого уровня.
При создании приемника учитывалось, что линзы с коэффициентом преломления не менее 1,6 выполнены из стекла с добавлением тяжелых металлов, которые могут поглощать рентгеновское излучение. Проведенные работы показали, что при использовании в объективе 10 линз, выполненных из стекла с показателем преломления не менее 1,6, интенсивность рентгеновского излучения, прошедшего люминесцентный экран, в плоскости расположения фотоэлектрического матричного детектора не превышает естественного радиационного фона.
Дальнейшие работы показали, что, выполняя указанное выше условие, можно создавать высококачественные объективы. Схемы объективов разработаны на основе принципов, изложенных в статье «Синтез светосильного широкоугольного фотографического объектива с увеличенным задним фокальным отрезком». Козодой В.В. Приборостроение, Гос. Комитет ЗФ по высшему образованию. Известия высших учебных заведений, т.37, февраль 1994, №2, стр.72-74.
На фиг.2 приведен пример выполнения широкоугольного объектива с большим относительным отверстием, который содержит 11 компонентов, причем показатель преломления 12-ти линз находится в пределах от 1,7 до 1,8. Объектив удовлетворяет всем требованиям, необходимым для создания качественного изображения в плоскости расположения ПЗС матрицы. Фокусное расстояние равно 21,7 мм, угловое поле равно 2ω, относительное отверстие - 1:1,06. Потеря интенсивности светового потока составляет не более 15%. Помимо приведенного в примере приемника, авторами было разработано еще четыре конструкции, которые отличались друг от друга типами люминесцентных экранов и конструкциями объективов. При этом выполнялись условия, сформулированные в формуле изобретения. Во всех приемниках уровень рентгеновского излучения в плоскости ПЗС-матрицы не превышал фоновых значений. Различия были только в оптических характеристиках, но при этом все объективы были широкоугольные с большим относительным отверстием.
Рассмотренная выше конструкция показывает, что можно изолировать фотоэлектрический матричный детектор от рентгеновского излучения только за счет использования люминесцентного экрана и объектива, не используя ни дополнительных защитных экранов, ни геометрического разделения световых и рентгеновских лучей, не ухудшая при этом качества получаемого изображения, что было доказано практикой использования в течение 6 лет флюорографических и рентгенографических аппаратов, построенных на базе рассмотренной конструкции.