Способ многокадровой регистрации радиографических изображений (варианты)

Авторы патента:

Сафронов Константин Владимирович (RU)

Горохов Сергей Александрович (RU)

Потапов Анатолий Васильевич (RU)

Флегентов Владимир Александрович (RU)

G01N23/04 - с последующим получением изображения (электронные микроскопы H01J)

Владельцы патента RU 2729977:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Использование: для многокадровой цифровой съемки при исследовании быстропротекающих процессов. Сущность изобретения заключается в том, что ионизирующее излучение (ИИ) пропускают через исследуемый объект, выбирают интервалы времени для получения кадров радиографических изображений (РИ), на каждый выбранный интервал времени определяют запоминающие люминесцентные экраны (ЗЛЭ) в количестве не менее одного, располагают их друг за другом по ходу движения ИИ, пропускают ИИ через ЗЛЭ, в чувствительном слое каждого из ЗЛЭ одновременно формируют скрытое изображение исследуемого объекта, очищают их от сформированного скрытого изображения, облучением его импульсами электромагнитного излучения, затем, после окончания формирования скрытого изображения на всех ЗЛЭ, их считывают, а кадры РИ получают математической обработкой на основе разности изображений, считанных ЗЛЭ. Технический результат: обеспечение возможности многокадровой регистрации радиографического изображения в ионизирующих излучениях с высокими пространственным (десятки мкм) и временным (<1 мкс) разрешениями, а также низким уровнем искажений. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области импульсной радиографии, предназначено для регистрации радиографических изображений и может быть использовано, например, в системах многокадровой цифровой съемки для исследования быстропротекающих процессов.

Известны способы многокадровой регистрации радиографических изображений, сформированных с помощью ионизирующих излучений, в которых используются электронно-оптические системы в комбинации с быстрыми сцинтилляционными конвертерами (например, в патенте US 3,790,785 опубл. 05.02.1974, или в патенте US 5,308,986А опубл. 03.05.1994, или в патенте US 7,928,397 В2 опубл. 19.04.2011). Общим для этих способов является применение экранов из сцинтилляционного материала (конвертеров) для преобразования изображения в ионизирующих излучениях в оптическое изображение. Затем изображение посредством электронно-оптического канала, который может содержать поворотные зеркала, светофильтры, объективы, диафрагмы, затворы, устройства электронно-оптического усиления и т.д., регистрируют на светочувствительный материал, например, на фотопленку или на матричный полупроводниковый сенсор.

Известны способы многокадровой регистрации радиографических изображений, сформированных с помощью ионизирующих излучений, в которых используют быстрые сцинтилляционные конвертеры, а относящиеся к разным моментам времени кадры радиографического изображения получают регистрацией по нескольким оптическим каналам, снабженным независимыми быстрыми затворами и светочувствительными детекторами (например, как в патенте US 7,696,486 В2 опубл. 13.04.2010 или в патенте RU 106819U1 опубл. 20.07.2011), либо по одному оптическому каналом с регистрацией на высокоскоростной матричный полупроводниковый сенсор (например, как в статьях J.A. Mendez et al, "Multi-frame, megahertz CCD imager" IEEE Trans, of Nucl. Sci. v. 56, №3 (2009) и R.K. Reich et al, "Lincoln laboratory high-speed solid state imager technology" Proc. of SPIE Vol. 6279 (2007)).

Общим недостатком описанных способов многокадровой регистрации радиографических изображений является наличие множества стадий преобразования энергии исходного ионизирующего излучения при регистрации, что приводит к неминуемым потерям информации содержащейся в исходном радиографическом изображении и как следствие низкому качеству результирующего изображения.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является способ, описанный в патенте РФ №2 597 026, МПК G01N 23/04, опубл. 10.09.2016 г. под названием «Способ регистрации радиографических изображений, сформированных с помощью ионизирующего излучения», заключающийся в том, что ионизирующее излучение пропускают через исследуемый объект, затем через запоминающий люминесцентный экран, в чувствительном слое которого формируется скрытое изображение.

Недостатком способа является отсутствие возможности регистрации нескольких кадров радиографического изображения позволяющей изучать свойства исследуемого объекта во времени, т.к. получают один кадр радиографического изображения. Это происходит потому, что перед регистрацией следующего кадра радиографического изображения скрытое изображение, сформированное в чувствительном слое запоминающего люминесцентного экрана необходимо считать, что занимает достаточно большой промежуток времени (несколько минут).

Задача настоящего изобретения заключается в создании способа регистрации радиографических изображений, сформированных ионизирующими излучениями с возможностью регистрации нескольких кадров изображения с высоким качеством.

Технический результат заключается в том, что удалось обеспечить многокадровую регистрацию радиографического изображения в ионизирующих излучениях с высокими пространственным (десятки мкм) и временным (<1 мкс) разрешениями, а также низким уровнем искажений, что положительно сказывается на точности измерения изучаемых характеристик исследуемого объекта и качестве регистрируемых радиографических изображений.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в способе многокадровой регистрации радиографических изображений, заключающемся в том, что ионизирующее излучение пропускают через исследуемый объект, а затем через запоминающий люминесцентный экран, в чувствительном слое которого формируют скрытое изображение, согласно изобретению, выбирают интервалы времени для получения кадров радиографического изображения, на каждый выбранный интервал времени определяют запоминающие люминесцентные экраны, в количестве не менее одного, располагают их друг за другом по ходу движения ионизирующего излучения, пропуская ионизирующее излучение через запоминающие люминесцентные экраны, в чувствительном слое каждого из запоминающих люминесцентных экранов одновременно формируют скрытое изображение исследуемого объекта, при этом во время формирования скрытого изображения, перед наступлением каждого выбранного интервала времени, определенные для него запоминающие люминесцентные экраны, очищают от сформированного скрытого изображения, облучая его импульсами электромагнитного излучения, затем, после окончания формирования скрытого изображения на всех запоминающих люминесцентных экранах, их считывают, а кадры радиографического изображения, получают математической обработкой на основе разности изображений, считанных с запоминающих люминесцентных экранов.

В способе многокадровой регистрации радиографических изображений по второму варианту, заключающемуся в том, что ионизирующее излучение пропускают через исследуемый объект, а затем через запоминающий люминесцентный экран, в чувствительном слое которого формируется скрытое изображение, согласно изобретению, выбирают интервалы времени для получения нескольких кадров радиографического изображения, для каждого выбранного интервала времени определяют отдельные участки чувствительного слоя запоминающего люминесцентного экрана, в количестве не менее одного, и, пропуская ионизирующее излучение через запоминающий люминесцентный экран, на определенных участках чувствительного слоя одновременно формируют скрытые изображения исследуемого объекта, при этом во время формирования скрытых изображений, перед наступлением каждого выбранного интервала времени, определенные для него отдельные участки чувствительного слоя, очищают от сформированного скрытого изображения, облучая их импульсами электромагнитного излучения, затем, после окончания формирования скрытых изображений на запоминающем люминесцентном экране его считывают, а кадры радиографического изображения, получают математической обработкой на основе разности изображений, считанных с предварительно определенных отдельных участков запоминающего люминесцентного экрана.

Достигаемый технический результат по второму варианту способа многокадровой регистрации радиографических изображений такой же, как при осуществлении способа многокадровой регистрации радиографических изображений по первому варианту.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения, а определение из перечня выявленных аналогов прототипа, как наиболее близкого по совокупности признаков аналога, позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном объекте, изложенных в формуле изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения условию изобретательского уровня заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного технического уровня техники.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень».

Изобретение проиллюстрировано на чертежах, где

- на фиг. 1 представлена схема осуществления заявляемого способа многокадровой регистрации радиографических изображений по первому варианту;

- на фиг. 2 представлена пошаговая схема (на примере 3-х кадров) реализации способа многокадровой регистрации радиографических изображений по первому варианту;

- на фиг. 3 представлена схема осуществления заявляемого способа многокадровой регистрации радиографических изображений по второму варианту;

- на фиг. 4 представлена пошаговая схема (на примере 3-х кадров) реализации способа многокадровой регистрации радиографических изображений по второму варианту.

На чертежах введены следующие позиции:

1 - источник ионизирующего излучения;

2 - исследуемый объект;

3 - запоминающий люминесцентный экран или набор экранов;

4 - импульсы электромагнитного излучения («стирающие»);

5 -коллиматор с отверстиями-обскурами;

6 - участки симметричного скрытого изображения, сформированного в чувствительном слое запоминающего люминесцентного экрана, подвергнутые воздействию «стирающего» импульса электромагнитного излучения;

7 - области воздействия «стирающего» импульса с чувствительным слоем запоминающего люминесцентного экрана.

Работа заявляемого способа многокадровой регистрации радиографических изображений основана на свойстве скрытого изображения, сформированного в чувствительном слое запоминающего люминесцентного экрана 3, разрушаться при стимуляции его электромагнитным излучением 4 с длинами волн соответствующим полосе поглощения центров люминесценции той разновидности кристаллов-люминофоров, которые содержатся в составе чувствительного слоя используемого запоминающего люминесцентного экрана 3. Обычно этот диапазон длин волн простирается от 400 нм до 800 нм и выше. При этом длительность люминесценции большинства кристаллов-люминофоров, используемых в различных составах чувствительного слоя запоминающих люминесцентных экранов 3, составляет менее 1 мкс [S. Shionoya and W.М. Yen, Phosphor Handbook, New York: CRC Press (1998)]. Таким образом, запоминающий люминесцентный экран 3 может быть очищен от сформированного в его чувствительном слое скрытого изображения при помощи импульса электромагнитного излучения 4 короткой длительности, направленной к поверхности чувствительного слоя запоминающего люминесцентного экрана 3.

Осуществление заявляемого способа многокадровой регистрации радиографических изображений по первому варианту (фиг. 1) состоит в том что, проникающее ионизирующее излучение (ПИИ) от источника ионизирующего излучения 1 пропускают через исследуемый объект 2 и направляют на набор запоминающих люминесцентных экранов 3, расположенных друг за другом по ходу движения лучей ПИИ. При этом во время облучения ионизирующее излучение формирует в чувствительных слоях на всех запоминающих люминесцентных экранах 3 идентичные скрытые изображения исследуемого объекта 2 (шаги 1, 3, 5 фиг. 2). Во время облучения ионизирующим излучением (или в промежутках между импульсами ионизирующего излучения), некоторые запоминающие люминесцентные экраны 3 (один или более) из набора, в предварительно выбранные моменты времени, подвергают воздействию импульсов электромагнитного излучения 4, которые очищают запоминающие люминесцентные экраны 3 от сформированных в их чувствительных слоях скрытых изображений (шаги 2, 4 фиг. 2). В результате, в каждом запоминающем люминесцентном экране 3 из набора, формируется скрытое изображение, относящееся к интервалу времени с момента очищения запоминающего люминесцентного экрана 3 и до завершения облучения ионизирующим излучением. Этот интервал времени для каждого запоминающего люминесцентного экрана 3 из набора предварительно выбирают и контролируют моментом времени, в который происходит подача электромагнитного импульса 4 для очищения запоминающего люминесцентного экрана 3. После окончания процедуры регистрации скрытые изображения со всех запоминающих люминесцентных экранов 3 из набора считывают, обычно при помощи специального считывающего сканера (шаг 6 фиг. 2). Восстановление последовательности кадров радиографического изображения производят математической обработкой на основе разности изображений, считанных с разных запоминающих люминесцентных экранов 3 из набора (шаг 7 фиг. 2).

Осуществление заявляемого способа по второму варианту (фиг. 3) состоит в том, что ионизирующее излучение от исследуемого объекта 2 направляют на запоминающий люминесцентный экран 3, так чтобы ионизирующее излучение на определенных отдельных участках чувствительного слоя формировало идентичные скрытые изображения исследуемого объекта 2 (шаги 1, 3, 5 фиг. 4). Во время облучения ионизирующим излучением (или в промежутках между импульсами ионизирующего излучения), некоторые из определенных отдельных участков чувствительного слоя запоминающего люминесцентного экрана 3 (один или более), в предварительно выбранные моменты времени, подвергают воздействию импульсов электромагнитного излучения 4, которые очищают эти определенные отдельные участки чувствительного слоя запоминающего люминесцентного экрана 3 от сформированного скрытого изображения (шаги 2, 4 фиг. 4). В результате, на каждом определенном отдельном участке чувствительного слоя запоминающего люминесцентного экрана 3, формируется скрытое изображение, относящееся к интервалу времени с момента очищения этого определенного отдельного участка чувствительного слоя и до завершения облучения ионизирующим излучением. Этот интервал времени для каждого определенного отдельного участка чувствительного слоя запоминающего люминесцентного экрана 3 предварительно выбирают и контролируют моментом времени, в который происходит подача электромагнитного импульса 4 для его очищения, После окончания процедуры регистрации скрытое изображение запоминающего люминесцентного экрана 3 считывают, обычно при помощи специального считывающего сканера (шаг 6 фиг. 4). Восстановление последовательности кадров радиографического изображения производят математической обработкой на основе разности изображений, считанных с разных определенных участков чувствительного слоя запоминающего люминесцентного экрана 3 (шаг 7 фиг. 4).

Оба варианта заявляемого способа позволяют за счет использования импульсов электромагнитного излучения, поданных в течение времени регистрации, очищать запоминающий люминесцентный экран или его участки от накопленного, к моменту прихода импульсов электромагнитного излучения, скрытого изображения, что дает возможность производить регистрацию радиографических изображений высокого качества с их временной разверткой.

Таким образом, представленные данные свидетельствуют о выполнении, при использовании заявляемого изобретения, следующей совокупности условий:

- создан способ многокадровой регистрации радиографических изображений, сформированных ионизирующими излучениями, в котором регистрацию радиографических изображений осуществляют непосредственно на чувствительный слой запоминающего люминесцентного экрана, минуя множество стадий преобразования энергии исходного излучения, в результате получают цифровое радиографическое изображение высокого качества, характеризующееся высоким пространственным разрешением и широким динамическим диапазоном регистрации;

- для заявляемого способа в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

1. Способ многокадровой регистрации радиографических изображений (варианты), заключающийся в том, что ионизирующее излучение пропускают через исследуемый объект, а затем через запоминающий люминесцентный экран, в чувствительном слое которого формируют скрытое изображение, отличающийся тем, что выбирают интервалы времени для получения кадров радиографического изображения, на каждый выбранный интервал времени определяют запоминающие люминесцентные экраны, в количестве не менее одного, располагают их друг за другом по ходу движения ионизирующего излучения, пропуская ионизирующее излучение через запоминающие люминесцентные экраны, в чувствительном слое каждого из запоминающих люминесцентных экранов одновременно формируют скрытое изображение исследуемого объекта, при этом во время формирования скрытого изображения, перед наступлением каждого выбранного интервала времени, определенные для него запоминающие люминесцентные экраны, очищают от сформированного скрытого изображения, облучая их импульсами электромагнитного излучения, затем, после окончания формирования скрытого изображения на всех запоминающих люминесцентных экранах, их считывают, а кадры радиографического изображения получают математической обработкой на основе разности изображений, считанных с запоминающих люминесцентных экранов.

2. Способ многокадровой регистрации радиографических изображений (варианты), заключающийся в том, что ионизирующее излучение пропускают через исследуемый объект, а затем через запоминающий люминесцентный экран, в чувствительном слое которого формируют скрытое изображение, отличающийся тем, что выбирают интервалы времени для получения нескольких кадров радиографического изображения, для каждого выбранного интервала времени определяют отдельные участки чувствительного слоя запоминающего люминесцентного экрана, в количестве не менее одного, и, пропуская ионизирующее излучение через запоминающий люминесцентный экран, на определенных отдельных участках чувствительного слоя одновременно формируют скрытые изображения исследуемого объекта, при этом во время формирования скрытых изображений, перед наступлением каждого выбранного интервала времени, определенные для него отдельные участки чувствительного слоя очищают от сформированного скрытого изображения, облучая их импульсами электромагнитного излучения, затем, после окончания формирования скрытых изображений на запоминающем люминесцентном экране его считывают, а кадры радиографического изображения получают математической обработкой на основе разности изображений, считанных с предварительно определенных отдельных участков запоминающего люминесцентного экрана.

Использование: для настройки магнитооптической системы протонографического комплекса. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют подбор оптимального диаметра входящего в магнитооптическую систему коллиматора с точки зрения получения максимальной контрастной чувствительности изображений, для чего определяют общие коэффициенты пропускания магнитооптической системы Ktot (L,∅) для коллиматоров разных диаметров ∅ в зависимости от толщины объекта L, учитывая неупругое ядерное рассеяние и многократное кулоновское рассеяние протонного пучка, и производят расчет по найденным коэффициентам функции ошибки ε (∅; L=Lobj) для коллиматоров разных диаметров при заданной толщине исследуемого объекта Lobj, оптимальным диаметром коллиматора выбирают тот, при котором функция ошибки минимальна, причем при определении общих коэффициентов пропускания магнитооптической системы Ktot (L,∅) дополнительно учитывают упругое ядерное рассеяние высокоэнергетичных протонов, для чего в объектной плоскости магнитооптической системы размещают радиографический клин, состоящий не менее чем из девяти ступеней, устанавливая клин наиболее толстыми ступенями в центре объектной плоскости, пропуская пучок протонов через объектную плоскость, получают изображения, обрабатывая которые восстанавливают общие коэффициенты пропускания Ktot для каждой ступени радиографического клина по ее центральной части, строят кривую коэффициента пропускания K(L) для каждого коллиматора и вычисляют относительную ошибку εfract определения количества прошедших протонов через ступень определенной толщины для всего набора коллиматоров, и тот коллиматор, для которого данная ошибка минимальна, выбирают в качестве оптимального по размерам для данной толщины объекта.

Способ получения рентгеновского изображения в микродозовой импульсной диагностике // 2721152

Использование: для неразрушающего контроля различных материалов, изделий и объектов с помощью импульсных рентгеновских лучей, а также для медицинской рентгенодиагностики.

Способ и устройство для скоростного исследования протяженных объектов, находящихся в движении, с помощью частотных импульсных источников рентгеновского излучения и электронных приемников излучения // 2720535

Изобретение относится к рентгеноскопическим, рентгенографическим и рентгеноспектральным аппаратам и предназначено для получения рентгеновского изображения и возбуждения вторичного излучения, а также для радиометрической сепарации минерального сырья и обогащения полезных ископаемых.

Способ контроля сварных соединений и система, его реализующая // 2718514

Использование: для контроля сварных соединений. Сущность изобретения заключается в том, что способ контроля сварных соединений включает размещение с одной стороны от сварного соединения объекта контроля источника рентгеновского излучения с возможностью перемещения относительно сварного соединения, размещение с другой стороны от сварного соединения объекта контроля приемника рентгеновского излучения с возможностью перемещения относительно сварного соединения, получение от приемника рентгеновского излучения изображения, сформированного при прохождении рентгеновского излучения от источника рентгеновского излучения через сварное соединение объекта контроля, построение диаграммы распределения интенсивности рентгеновского излучения на изображении и определение по ней положения максимума интенсивности рентгеновского излучения на изображении, последующую корректировку положения приемника рентгеновского излучения таким образом, чтобы максимум интенсивности рентгеновского излучения на изображении совпадал с центром изображения приемника рентгеновского излучения.

Система досмотра транспортных средств, перемещающихся своим ходом, включая находящихся в транспортных средствах грузы, пассажиров и водителя, способ автоматического радиоскопического контроля движущихся объектов и зоны радиационного сканирования и способ формирования теневого изображения инспектируемого объекта // 2716039

Использование: для досмотра транспортных средств. Сущность изобретения заключается в том, что система досмотра транспортных средств, перемещающихся своим ходом, включая находящихся в транспортных средствах грузы, пассажиров и водителя, содержит источник радиационного излучения с высокой проникающей способностью с коллиматором, устройство управления источником радиационного излучения, портал с консолями и установленными на них детекторами излучения и расположенными на стороне портала, противоположной источнику радиационного излучения, электронный тракт формирования и сбора сигналов с детекторов, и соединенное с ним устройство формирования теневого изображения, устройство управления источником радиационного излучения выполнено с использованием лазерных сканеров, один из которых расположен от зоны излучения на расстоянии не менее длины максимально допустимого порталом габарита инспектируемого объекта в направлении его движения и с разверткой луча в горизонтальной плоскости, другой лазерный сканер размещен в непосредственной близости от зоны облучения и с разверткой луча в вертикальной плоскости, соединенного с лазерными сканерами контроллера положения инспектируемого объекта по отношению к зоне облучения, определения части инспектируемого объекта, не подлежащей облучению, при этом перед порталом с консолями по ходу движения инспектируемого объекта дополнительно установлен источник радиационного излучения с меньшей проникающей способностью с механической разверткой пучка излучения по вертикали и детектирующей системой обратно рассеянного излучения.

Установка для досмотра объектов, преимущественно железнодорожных вагонов // 2715813

Использование: для досмотра объектов, преимущественно железнодорожных вагонов. Сущность изобретения заключается в том, что установка имеет два варианта исполнения.

Установка для досмотра объектов, преимущественно железнодорожных вагонов // 2715812

Использование: для контроля транспортных средств, например железнодорожных вагонов. Сущность изобретения заключается в том, что установка для досмотра объектов, преимущественно железнодорожных вагонов, включает расположенный под объектом источник излучения с коллиматором, закрепленную на ферме над объектом детекторную линейку, блок обработки данных и монитор.

Способ контроля кольцевого шва трубопровода // 2714855

Использование: для контроля кольцевого шва трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что локализуют положение исследуемого сварного шва на местности и записывают результаты локализации на носителе, фиксирующем результаты контроля сварного шва, при этом первоначально закрепляют приемник сигналов спутниковой системы навигации на аппаратуре, которая осуществляет контроль сварного шва, обходя трубопровод по образующей трубы, принимают сигналы от спутниковой системы навигации в течение всего времени контроля, затем первоначально усредняют попарно значения координат, полученных при нахождении приемника сигналов спутниковой системы навигации в точках образующей трубы, диаметрально противоположных друг другу, а затем усредняют все полученные средние значения координат между собой и далее записывают результаты локализации, а нахождение аппаратуры на образующей трубы определяют с помощью сигналов от датчика угла наклона к горизонту.

Система пошагового контроля кольцевого сварного шва трубопровода // 2710001

Использование: для контроля кольцевого шва трубопровода. Сущность изобретения заключается в том, что система пошагового контроля кольцевого шва трубопровода включает направляющий пояс, на котором с возможностью передвижения вдоль пояса установлены каретка с источником рентгеновского излучения и каретка с детектором рентгеновского излучения, каждая из кареток снабжена двигателем, обеспечивающим передвижение каретки, блоком управления движением каретки и блоком передачи сигналов между каретками, датчиком перемещения и датчиком угла наклона к горизонту, кроме того каретка детектора рентгеновского излучения включает блок хранения радиографических снимков участков кольцевого шва.

Способ обработки изображений, устройство обработки изображений и носитель данных // 2709437

Использование: для обработки изображений. Сущность изобретения заключается в том, что способ обработки изображений включает обработку входных данных в проекционной области с использованием сверточной нейронной сети.