Способ визуализации рентгеновского изображения и фотоэлектронное устройство для визуализации рентгеновского изображения

Способ визуализации рентгеновского изображения и фотоэлектронное устройство для визуализации рентгеновского изображения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ визуализации рентгеновского изображения, состоящий в том, что для зарядки полупроводникового слоя мишени его облучают электронным потоком путем подачи положительного потенциала относительно катода на металлический слой ьюшени и облучают мишень преобразуемым рент;геновским изображением, о т л и ч a ю щи и с я тем, что, с целью гулучшения качества изображения за счет повышения эффективности преобразования и. отношения сигнал/шум преобразованного изображения, для модуляции потока электронов при прохождении его через отверстия мишени на металлический слой мишени подают отрицательный импульс напряжения и одновременно на электрод приемного л индикаторного элемента подают положительный импульс напряжения, облус чают мишень равномерным потоком электронов , a прошедший сквозь мишень j поток электронов направляют на прием-О ный элемент для преобразования в видц I мое изображение или видеосигнал.

(192 (И2

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

2 1-::1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

fl0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

\

1 (2 1) 32 8875 2/1 8- 21 (25) 3318 855/18-21 (22) 08. 05. 81 (46) 30. 03. 83. Бюл. Р 12 (72) A.Ï. Шпагин (71) Научно-исследовательский институт электронной ннтроскопии при

Томском ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени политехническом институте им.С.М.Кирова (53) 621,385.832(088.8) (56) 1. Эккарт Ф. Электронно-оптические преобразователи и усилители рентгеновского изображения. М.-Л., Госэнергоиздат, 1961, с..14 2-144.

2. Шумихин Ю.A. Телевидение в науке и технике. N.,"Ýíåðãóÿ", 1970, с. 182-186 (прототип). (54) CHOCOB ВИЗУАЛИЗАЦИИ РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ И ФОТОЭЛЕКТРОННОЕ .

УСТРОИСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ РЕНТГЕ:НОВСКОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ. (57) 1. Способ визуализации рентгеЗ(Я2 Н 01 J 31 48 Н 01. 31 50 новского иэображения, состоящий в том, что для зарядки полупроводникового слоя мишени его облучают электронным потоком путем подачи положительного потенциала относительно катода на металлический слой мишени и облучают мишень преобразуемым рентгеновским изображением, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью

:улучшения качества иэображения за .счет повышения эффективности преобразования и.отношения сигнал/шум преобразованного изображения, для модуляции потока электронов при прохождении его через отверстия мишени на металлический слой мишени по- дают отрицательный импульс напряжениями и одновременно на электрод приемного индикаторного элемента подают положительный импульс напряжения, облучают мишень равномерным потоком электронов, а прошедший сквозь мишень поток электронов направляют на прием-Я ный элемент для преобразования в види ,мое иэображение или видеосигнал.

1008818

10

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем,что, с целью исключения влияния саморазряда мишени темновым током, на металлический слой мишени подают отрицательный. импульс напряжения, амплитуда которого изменяется по экспоненциальному закону с постоянной времени, равной постоянной времени разряда необлученной мишени.

3. Фотоэлектронное устройство для

BH3уализации рентгеновского иэображения, содержащее вакуумированную колбу, в которой последовательно

Изобретение Относится к электронной технике, в частности к визуализации рентгеновского изображения.

Известен способ визуализации рентгеновского изображения, реализоованный 5 в рентгеновском электрооптическом преобразователе (РЭОПе), согласно которому рентгеновское изображение вначале преобразуют в слабое свето-. вое изображение с помощью слоя люмино- )Q фора, затем световое изображение преобразуют в электронное изображение с помощью фотокатода, нанесенного непосредственно на слой люминофора, затем с помощью электрического поля, приложенного между фотокатодом и выходным экраном, ускоряют электронное изображение, т. е. усиливают его по мощности, фокусируют на выходной экран, с помощью которого электронное иэображение 20 вновь преобразуют в световое $1).

Данный способ имеет следующие недостатки: толщина входного слоя люминатора мала, так как он не прозрачен для собственного излуче- 25 ния и, как следствие, малая часть подающего рентгеновского излучения поглощается в слое люминофора и преобразуется в свет, квантовый выход внешнего фотоэффекта всегда 30 существенно меньше единицы, обычно он 0,1 — 0,2; конверсионная эффективность люминофора в зависимости от типа люминофора изменяется-.в пределах 0,08 — 0,25.

В результате указанных причин

КПД входного преобразоватеЛя, преобразующего энергию рентгеновского иэображения в электронное изображение низкий.

Найболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ визуализации рентгеновского изображения, состоящий в том, что для зарядки полупроводникового слоя мишени его облучают электронным по- 45 током, подавая положительный потенрасположены катод, фокусирующие электроды, сетка мишени и мишень, выполненная из полупроводникового и металлического слоев, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью улучшения качества изображения эа,счет повышения эффективности преобразования и отношения сигнал/шум, в мишени выполнены сквозные отверстия, а за мишенью со стороны, противоположной катоду, размещена система электродов для преобразования электронного потока в видеосигнал или видимое изображение. циал относительно катода на металлический слой мишени и облучают мишень преобразуемым рентгеновским изображением $2) .

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является также фотоэлектронное устройство для визуализации рентгеновского иэображения, содержащее вакуумированную колбу, в которой последовательно расположены катод, фокусирующие электроды, сетка мишени и мишень, выполненная из полупроводникового и металлического слоев 2 .

Недостатком известного способа является то, что,видеосигнал усиливают с помощью видеоусилителя. При этом собственные шумы видеоусилителя в значительной мере ограничивают чувствительность такой рентгенотелевизионнбй установки. Причем в данном случае видеосигнал образуется током дозарядки мишени и поэтому не может превышать по величине заряд, накопленный на элементарном участке мишени, соответствующем одному элементу разложения, т. е. аф СаО

c= p

С tK tK где (- ток сигнала;

С - емкость элементарного участка мишени;

dU — глубина потенциального рельефа;

1 — время коммутации элементарного участка мишени.

Таким образом, ток сигнала рентгенвидикона оказывается пропорциональным емкости С, которая уменьшается с увеличением толщины полупроводникового слоя. Следовательно, в рентгенвидиконе толщину полупроводникового слоя нельзя брать большой, так как при этом уменьшается ток сигнала, в то же время для повышения эффективности поглощения излучения необходимо увеличивать толщину мишени.

1008818

10 ный слой экран и диаграммы 15 напряжения на металлизированном слое экрана.

Способ осуществляется следующим

15 обр

Цикл начинается с подачи на металлический слой б мишени положительного напряжения по величине меньшего, чем первый критический потенциал полупроводникового материала мишени, при этом коэффициент вторичной эмиссии мишени для электронов катода меньше единицы и равновесным потенциалом для левой стороны мишени является потенциал катода.

25 Затем мишень облучают потоком медленных электронов, испускаемых катодом 2 в течение длительности положительного импульса. В результате осаждения электронов потенциал ле30 вой стороны мишени понижается до потенциала катода (диаграмма 12), а тем самым емкость мишени заряжают . отрицательно ((диаграмма 13 ) на величину положительного напряжения при35 ложен ного к металлическому слою . ми шени. При этом экран не светится, поскольку отсутствует ускоряющее напряжение. По мере зарядки мишени все большая часть электронов отражается от мишени и стекает на

40 сетку мишени и к концу импульса электроны практически не попадают на мишень.

Затем подают на металлический слой мишени отрицательный импульс, 45 напряжения, при этом снижается потенциал как правой, так и левой стороны мишени диаграммы 11 и 12 ° Причем потенциал левой стороны мишени становится отрицательным (диаграмма 12).

50 Одновременно на металлизированный слой экрана подают положительный импульс напряжения (диаграмма 15), од.нако сразу после подачи положительного импульса электроны не проходят в отвеРстия мишени и ток на " металлизированном слое экрана отсутствует (диаграмма 14 ), экран не светится. Отсутствует и ток на мишень, так как она имеет относительно катода отрицательный потенциал. Полу60 проводниковый слой мишени начинает разряжаться. Вследствие действия рентгеновского излучения для разных участков полупроводникового слоя ностоянная - времени оказывается разб5 личной. На диаграммах 12 и 13 привеИсходя из компромисса между этими двумя противоречивыми условиями, обычно выбирают толщину полупроводни кового слоя мишени 50 — 300 мкм.,При этом рентгенвидикон эффективно мо жет работать только при напряжении на рентгеновской трубке 150 кВ— и при просвечивании малых толщин.

Цель изобретения — улучшение качества изображения за счет повышения эффективности преобразования и . отношения сигнал/шум преобразованного изображения.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу визуализации

Рентгеновского изображения, состоящему в том, что для зарядки полупроводникового слоя мишени его облучают электронным потоком электронов, подавая пбложительный потенциал относительно катода на металлический слой мишени, и облучают мишень преобразуемым рентгеновским изображением, для модуляции потока электронов при прохождении его через отверстия мишени на металлический слой .мишени подают отрицательный импульс напряжения и одновременно на электрод приемного индикаторного элемен.та подают положительный импульс напряжения, облучают мищень равномерным потоком электронов, а прошедший сквозь мишень поток электронов направляют на приемный элемент для преобразования в видимое изображение или видеосигнал.

Кроме того, с целью исключения влияния саморазряда мишени темновым током на металлический слой мишени подают отрицательный импульс напряжения, .амплитуда которого изменяется по экспоненте с постоянной времени, равной постоянной времени разряда ненеоблученной мишени.

В фотоэлектронном устройстве для визуализации рентгеновского изображения, содержащем вакуумированную колбу, в которой последовательно распбложены катод, фокусирующие электроды, сетка мишени и мишень, выполненная из полупроводникового и металлического слоев, в мишени выполнены сквозные отверстия, а за мишенью со стороны, противоположной катоду, размещена система электродов, преобразующая электронный поток в видеосигнал или видимое изображение.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство, выполненное в виде РЭОПа, в котором может быть реализован способ; на фиг. 2 — диаграммы напряжений и токов, поясняющие способ.:

Устройство содержит вакуумную колбу 1; катод 2, сетку 3 мишени, мишень 4, которая состоит из полупроводникового слоя 5 и металлического слоя б, фокусирующие электроды 7, экран 8, металлизированный слой 9 экрана и люминесцентный слой

10 экрана.

На фиг. 2 обозначеныг диаграммы 11 изменения напряжения на металлическом слое мишени, диаграммы 12 изменения напряжения на левой стороне полупроводникового слоя мишени, диаграммы 13 изменения напряжения на емкости полупроводникового слоя мишени, диаграммы 14 изменения тока через отверстия в мишени на металлизирован1008818 дены кривые разряда для светлого и темного участков изображения, т,е. на мишени тем самым накаливают потенциальный рельеф. По мере разряда полупроводникового слоя потенциал левой стороны мишени повышается до 5 величины — Ор, электроны начинают проходить через отверстия в мишени.

Далее эти электроны ускоряют ускоряющим полем, фокусируют на экране и с помощью экрана преобразуют в ви- 10 димое изображение. Как видно из диаграммы 14,,модуляция электронного потока, проходящего через отверстия в в мишень, осуществляется за счет двух факторов: изменения числа элек- )5 тронов, проходящих. через отверстие в мишени при изменении отрицательного потенциала на левой стороне мишени,. что эквивалентно изменению напряжения на модуляторе передающей трубки, и изменения времени, в течение которого мишень открыта и течет ток.

Как видно из диаграммы 14, экран при использовании предлагаемого способа облучается импульсным потоком электронов, но при достаточно высокой частоте импульсов, за счет послесвечения люминофора и инерционности глаза мелькания яркости будут не заметны.

В предлагаемом способе целесооб- З0 разно на металлический слой мишени годавать отрицательный импульс с амплитудой, изменяющейся по экспоненте с постоянной времени необлученной мишени. В этом случае можно так Q5 подобрать амплитуду отрицательного импульса, что потенциал необлученного участка мишени будет оставаться .постоянным во времени воспроизведения изображения, мишень не будет пропускать электронный поток, что позволит повысить контраст выходного изображения.

Для повышения контраста выходного изображения путем создания более глубокого потенциального рельефа íà 45 мишени целесообразно во время заряд ки мишени подавать на металлический слой мишени положительный импульс с экспоненциально нарастающей амплитудой, при этом амплитуда импульса 50 может быть больше первого критического потенциала полупроводникового слоя мишени, соответственно больше ! будет начальный заряд на полупровод,никовом слое мишени и, как следствие большая глубина потенциального рельефа на мишени.

Кроме того, фотоэлектронное устрой-: стно для визуализации рентгеновского изображения может быть выполнено н виде передающей телевизионной трубки,,когда перед мишенью установлен электронный прожектор с системой сканирования электронного луча, а за мишенью со стороны, противоположной катоду, размещена система электродов, преобразующая электронный поток в видеосигнал.

Преимуществом предлагаемого устройства в виде передающей телевизионной трубки является уменьшение степени облучения рентгеновским излучением обслуживающего установку персонала.

Толщину полупроводникового слоя при использовании предлагаемого спо,соба можно взять существенно больше, чем в известном способе, так как сигнальный заряд образуется путем модуляции электронного потока потенциалом мишени, который при воспроизведении не снймается. Модулируемый заряд в этом случае может быть больше, чем заряд, накопленный на мишени, т. е. возможно усиление иэображения по току. Увеличение толщины мишени позволяет преобразовать большую часть подающего излучения, т. е. повысить эффективность преобразования.

Моделированное электронное изображение, прошедшее через мишень, в дальнейшем усиливается по мощности путем ускорения электрическим полем.

В предлагаемом способе нозможно поньйение контраста изображения путем увеличения амплитуды отрицательного импульса, подаваемого во времени воспроизведения на металлический слой мишени при одновременном увеличении амплитуды экспоненциального положительного импульса, подаваемого во время зарядки мишени.

1008818

Составитель E. Пуслов

Техред М.Костик

Редактор Ю. Ковач

Корректор В. Бутяга

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

Закаэ 2349/б3 Тираж 701 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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