Способ рентгеновской томографии и рентгеновский томограф для его осуществления

 

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 электрорентгенографической пластины и токоподводящим покрытием диэлектрической пластины, а средства син

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН фу 1 С 01 Х 23/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3649202/18-25 (22) 14.10.83 (46) 23.05.85. Бюл. № 19 (72) Э.И. Вайнберг, Б.M. Кантер и И.M. Моргенштерн (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (53) 621.386 (088.8) (56) 1. Патент Великобритании № 1283915, кл. H 5 R, опублик. 1972.

2. Байэа К. и др. Рентгенотехника, изд. А.Н. Венгрии, Будапешт, 1973 с. 144-145.

3. NanteI J. et aI. Xегоradiography in transverse axiaI tomography for radiation therapy treatment pIanning. RadioIogy. v. 113, December. 1974, рр. 732-733 (прототип) . (54) СПОСОБ РЕНТГЕНОВСКОЙ ТОМОГРАФИИ И РЕНТГЕНОВСКИЙ ТОИОГРАФ ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИИ. (57) 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 зарегистриро.ванного изображения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества томографического иэображения, просвечивание производят попеременно пучками с различными размерами фокуса в условиях синхронизации каждого цикла просвеÄ.,s<„„Ш8436 А чивания 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 превышения геометрической нерезкости иэображения, получаемого при фокусе меньших размеров, над динамической нереэкостью изображения.

2. Рентгеновский томограф, содер.жащий источник рентгеновского иэлучения, заключенную в светонепроницаемую кассету электрорентгенографическую пластину с металлической подложкой и полупроводниковым слоем, держатель контролируемого объекта, механизм синхронного перемещения кассеты и источника или держателя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения качества томографического изображения, источник рентгеновского излучения выполнен двухфокусным с фокусами различных размеров, в кассету введена диэлектрическая пластина с проводящим покрытием, установленная в контакте с полупроводниковым 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 син1119438 хронизации подключены к механизму ния фокусов и к генератору разнопоперемещения, устройству переключе- лярного напряжения.

Изобретение относится к рентгенотехнике, а более конкретно к рентгеновской томографии, и может

Ф быть использовано для послойного исследования объектов в промышлен- . ности 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 прошедшего через контролируемый объект по указанным направлениям излучения и восстановлении с помощью вычислительных средств иэображения слоя объекта (1).

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 которых предусмотрено синхронное вращение контролируемого объекта и кассеты с рентгеновской пленкой во время просвечивания объекта расходящимся пучком рентгеновского излучения от неподвижно установленного источника (2).

Основныч недостатком данного типа томографии является низкое качество получаемого томографического изображения, проявляющееся в невысокой разрешающей способности и слабом. контрасте.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ рентгеновской томографии, заключающийся в просвечивании контролируемого объекта пучком рентгеновского излучения источника, регистрации прошедшего через объект излучения с помощью запоминающего регистрирующего элемента электрорентгенографической пластины при условии синхронного перемещения регистрирующего элемента и источника или контролируемого объекта и визуализации зарегистрированного изображения ГЗ 7.

5 Рентгеновский томограф для осуществления этого способа содержит источник рентгеновского излучения, заключенную в светонепроницаемую кассету элвктрорентгенографическую

10 пластину с металлической подложкой и полупроводниковым слоем, держатель контролируемого объекта, меха. низм синхронного перемещения кассеты и источника излучения или держа15 теля.

Сущность данного способа идентична сущности указанного выше способа томографии (2) но применение вместо рентгеновской пленки электрорентге20 нографической пластины позволяет несколько повысить качество изображения за счет краевого эффекта.

Однако и в этом случае влияние фона рассеянного излучения и остаточных

25 изображений участков контролируемого объекта, расположенных вне исследуемого слоя, на качество изображения остается весьма сильным.

Цель изобретения заключается в повышении качества томографического изображения.

Согласно изобретению, поставленная цель достигается тем, что в способе рентгеновской томографии, заключающемся в просвечивании кон35 тролируемого 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, просвечивание производят попеременно пучками с различными размерами, фокуса в условиях синхронизации каждого цикла просвечивания с перемещением регистрирующего элемента

3 11194 и источника или объекта, осуществляют динамическое вычитание регист- " рируемых во время соседних циклов просвечивания изображений, причем скорость указанного перемещения 5 выбирают из условия превышения геометрической нерезкости изображения, получаемого при фокусе меньших размеров, над динамической нерезкостью изображения. !О

При этом в рентгеновском томографе для осуществления способа, содержащем источник рентгеновского излучения, заключенную в светонепроницаемую кассету электрорентгенографическую ттластину 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 полупроводниковым 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 механизму перемещения, устройству переключения фокусов генератору разнополярФ

40 ного напряжения.

На чертеже показана схема рентгеновского томографа.

Предложенный способ рентгеновской томографии заключается в следующем.

При просвечивании контролируемого

45 объекта пучками рентгеновского излучения с различными фокусами в каждом цикле просвечивания формируется скрытое изображение представЭ

50 ляющее собой наложение следующих . компонент: изображение исследуемого слоя, (полезная компонента),изображение структур объекта, расположенных вне исследуемого слоя, и фон рассеянного излучения (мешающие компоненты).

Изображение исследуемого слоя имеет наиболее резкую пространст38 4 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 спектр изображения исследуемого слоя, обусловленный геометрической нерезкостью, зависящей от pasMeров 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 участками объекта вне исследуемого слоя и фоном рассеянного излучения, при сохранении высокочастотной части спектра, несущей информацию о структуре исследуемого слоя контролируемого объекта. Из описания способа видно, что его осуществление возможно только в том случае, если динамическая нерезкость, обусловленная перемещением контролируемого 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 полулроводниковым слоем 7, который расположен в контакте с диэлектрической пластиной 8 с токопроводящим покрытием 9. Подложка 6 и покрытие 9 электрически связаны выходами генератора разнополярного напряжения 10, вход которого подключен к блоку синхронизации 11, 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. I 119438

По команде с блока синхронизации 11 одновременно приводятся в дей.ствие устройство переключения фокусов

12, генератор разнополярного напряжения 10 и механизм 13 синхронного перемещения (вращения) кассеты 4 и держателя 14 контролируемого объекта 15.

Устройство 12 переключения фокусов 2,3 управляет потоком излучения во времени, попеременно с. заданной частотой, включая фокусы 2 и 3 источника 1. При этом между подложкой 6 электрорентгенографической пластины 5 и токопроводящим покрытием 9 диэлектрической пленки 8 синхронно с частотои переключения фокусов 2 и 3 источника 1 прикладывается разнополярное напряжение с генератора 10 таким образом, что потоку излучения с ка;кдого иэ фокусов 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 держатель 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 иэображения участков просвечиваемого объекта, расположенных вне исследуемого слоя, отлична от нуля и тем больше, чем дальше отстоит участок просвечиваемого объекта от исследуемого слоя. Место расположения выделяемого слоя в объекте и толщина его зависят от взаимного пространственного положения источника излучения контролируемого объекта 15 и электрорентгенографической пластины 5.

Рентгеновское излучение, сформированное одним из фокусов 2, 3 источника. 1 и прошедшее через контролируемый объект 15, а также рассеянное объектом 15 излучение взаимодействуют с электрорентгенографической пластиной 5. В реэультаге этого на границе полупроводникового слоя 7 и диэлектрической пленки 8 под действием импульса напряжения генератора 10 заданной полярности. приложенного между подложкой 6 электрорентгенографической

5 псаcfHHbl 5 H токопроводящим покрытием 9 диэлектрической пленки 8, образуется скрытое электростатическое изображение — поле электростатических зарядов, распределение

16 которых адекватно рентгеновскому иэображению просвечиваемого объекта, При этом скрытое электростатическое изображение представляет собой наложение изображений трех

15 типов: исследуемого слоя, структур объекта, расположенных вне исследуемого слоя, и фона рассеянного излучения. Изображение исследуемого слоя имеет наиболее резкую прост20 ранственную структуру и соответственно наиболее широкий спектр пространственных чистот. Изображения структур объекта, расположенных вне исследуемого слоя имеют более размы25 тую низкочастотную пространственную структуру вследствие томографического "размазывания", обусловленного перемещением этих изображений относительно изображения исследуемого слоя.

Изображение фона рассеянного иэлуче39 ния имеет наиболее плавную низкочастотную структуру.

Аналогично скрытое электростатическое иэображение, полученное во время действия второго фокуса 3 2

ЭЗ источника излучения 1, имеет противоположную полярность и другое значение нерезкости, обусловленное разными линейными размерами фокусов 2

4Q и 3 источи ик а и злучен ия 1 °

Угловая скорость вращения контролируемого объекта 15 и кассеты 4, частота и длительность импульсов напряжения генератора 10 выбираются

43 таким образом, чтобы динамическая нереэкость 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 скрьггых электростатических изображений, соответствующих каждому иэ фокусов

2,3 источника

В результате наложения скрытых электростатических изображений, олученных при экспонировании излу-, 111 94 38 чением от каждого из фокусов источника излучения 1, на границе. полуггроводиикового спол 7 и диэлектрической пленки 8 образуется результирующее скрытое электростатическое изображение томограммы, соответсT вующее разности изображений, сформированных каждым из фокусов

2 и 3. При этом элементы электростатического иэображения, содержащие информацию о рассеянном фоне излучения и об участках просвечиваемого объекта, расположенных вне исследуе. мого слоя контролируемого объекта, сформированные фокусами разных размеров, будут иметь практически один и тот же низкочастотный пространственный спектр, так как они менее подвержены спектральному изменению под действием геометрической нерезкости, обусловленной разными линейными размерами фокусов источника излучения. Совершенно иначе обстоит дело с элементами резкого электростатического изображения, несущими информацию об исследуемом слое. Последние отличаются наличием высокочастной частоты спектра изображения, и величина геометрической нереэкости, обусловленная включением того или иного фокуса 2 3 источника излучения 1, соизмерима

I с их размерами. При наложении электростатических изображений разных полярностей, сформированных соответствующими фокусами 2,3 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 высокочастотная часть спектра, содержащая инфбрмацию об элементах контролируемого объекта, находящихся в зоне исследуемого слоя, сохранится . Таким образом, в результате взаимодействия излучения, .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 сформируется скрытое электростатическое изображение выделенного слоя контро5

15 и

И

3S

43

Ж лируемогс объект;l свободное от фона рассеянного излучения и нерезких изображений структур, расположенньгх вне исследуемого слон.

Затем диэлектрическую пленку 8 отделяют от электрорентгенографической пластины 5, вынимают из кассеты

4 и проявляют сформированное на ней скрытое электростатическое изображение в проявочном устройстве до получения видимого изображения томограммы, Иэображение 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 выделяемого 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 радиационный 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 повышенный 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 соответствующие подготовительные операции.

Составитель К.Кононов

Техред Л.Коцюбняк Корректор В, Бутяга "

Редактор Л.Письман

Заказ 2883/5

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Проявление сформированного на диэлектрической пленке скрытого электростатического изображения в

1119438 10 предлагаемом устройстве производится на свету,что также способствует упрощению аппаратуры иусловий ее эксплуатации.