Устройство для преобразования рентгеновского изображения в видеосигнал

 

Изобретение относится к преобразованию теневого рентгеновского изображения в видимое изображение или видеосигнал и может быть использовано в рентгеновской дефектоскопии, в устройствах неразрушающего контроля малоконтрастных объектов, в медицине. Устройство для преобразования рентгеновского изображения в видеосигнал содержит рентгенопреобразующий узел, состоящий из светопроницаемой подложки со слоем рентгеночувствительного люминофора, электронно-оптический преобразователь, имеющий входное окно из волоконно-оптического диска, видеокамеру, при этом рентгенопреобразующий узел находится вне вакуумного объема электронно-оптического преобразователя. Достигаемый технический результат - создание простого по конструкции и надежного в эксплуатации устройства с улучшением таких характеристик как контрастная чувствительность, инерционность. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам преобразования рентгеновского изображения в видеосигнал. Устройство может быть использовано для решения задач рентгеновской дефектоскопии, диагностики в медицине и ветеринарии, неразрушающего контроля малоконтрастных объектов, сварных швов, качества семян в растениеводстве, микроэлектроники.

Известными аналогами данного изобретения являются системы для преобразования рентгеновского изображения в видеосигнал, использующие в своем составе рентгенвидиконы или рентгеновские электронно-оптические преобразователи (РЭОП) [1] и имеющие такие параметры, как контрастная чувствительность, инерционность и неравномерность, которые не удовлетворяют современным требованиям к рентгеновской аппаратуре.

Из известных систем наиболее близким прототипом предлагаемого устройства является приемник рентгеновского изображения на базе рентгенвидикона ЛИ-444 [2] . Такая система состоит из рентгенвидикона и телевизионной камеры. Она относительно проста и позволяет получать удовлетворительные параметры.

Недостатками прототипа являются малый срок службы (порядка 250 часов), потеря работоспособности при температурах ниже -30 и выше +40^oC, большая инерционность, низкое качество фона, большая неравномерность изображения. Небольшая номенклатура рентгенвидиконов по типоразмерам (с диаметрами рабочего поля 18, 90, 150 мм) не позволяет эффективно использовать их, например, для дефектоскопии сварных швов трубопроводов, так как диаметр рабочего поля рентгенвидикона, равный 18 мм, недостаточен при контроле сварного шва с шириной того же порядка и не позволяет оценить качество околошовного пространства. Использование рентгенвидиконов с рабочим полем 90 мм и выше не обеспечивает необходимого разрешения.

Целью настоящего изобретения является создание простого по конструкции и надежного в эксплуатации устройства, такие характеристики которого, как неравномерность, инерционность, контрастная чувствительность и долговечность превышают параметры известных систем преобразования рентгеновского изображения в видеосигнал.

Указанная цель достигается тем, что рентгенпреобразующий узел (РПУ) находится вне вакуумного объема электронно-оптического преобразователя (ЭОП) и имеет плотный оптический контакт с входным окном ЭОПа из волоконно-оптического диска.

На чертеже изображено предлагаемое устройство вместе с исследуемым объектом и источником рентгеновского излучения. Рентгенпреобразующий узел 2 (см. чертеж) представляет собой защищенный от механических повреждений слой рентгеночувствительного люминофора 1 (например ZnS·Ag, ZnS·Си, CdS·Ag), нанесенного на светопроницаемую подложку, например на волоконно-оптический диск (ВОД), по толщине обеспечивающую высокую разрешающую способность изображения и позволяющую пристыковывать РПУ к наружной плоскости входного окна 4 электронно-оптического преобразователя 3. Допускается прямое нанесение рентгенчувствительного слоя люминофора 1 на входное окно 4 ЭОП, а также возможно алюминирование слоя люминофора с целью повышения яркости и контраста изображения. В отличие от существующих систем [1], где РПУ (рентгеночувствительные элементы или люминофоры) размещаются внутри вакуумного объема ЭОПа 3, в предлагаемом устройстве РПУ является сменным, что позволяет комплектовать систему РПУ различного типа и быстро перестраивать ее в зависимости от назначения устройства. Толщина и состав применяемого люминофора подбирается в зависимости от области применения, спектра и мощности рентгеновской трубки, а также необходимой разрешающей способности.

Система работает следующим образом. Изображение объекта, полученное при просвечивании рентгеновскими лучами, попадает на блок РПУ, где преобразуется в изображение видимого спектра излучения, затем с помощью волоконно-оптического диска 4 ЭОПа 3 переносится на его фотокатод. Электроны, эмитированные фотокатодом ЭОПа, ускоряются и попадают на выходной люминесцентный экран ЭОПа 5, откуда усиленное световое изображение с помощью видеокамеры 6 преобразуется в видеосигнал. Коэффициент преобразования ЭОП подбирается в интервале от 10 до 50000 в зависимости от условия применения. Изображение просвечиваемого рентгеновским излучением объекта, получаемое на выходном окне ЭОПа 5, через объектив воспринимается видеокамерой, в которой применяется либо видикон, либо фоточувствительная матрица прибора с зарядовой связью (ФПЗС). В случае использования ЭОП с ВОД на выходе появляется возможность прямой стыковки (без объектива) с ВОД видикона либо ФПЗС, что позволяет поднять чувствительность системы как минимум в 5 раз. Применяемые волоконно-оптические диски должны иметь достаточно мелкую структуру волокон для исключения их влияния на качество передаваемого изображения. Компоновка всех составляющих предлагаемого устройства производится в одном корпусе, значительно отличаясь от аналогов меньшими габаритами и весом.

Испытания опытного образца предлагаемого устройства с диаметром входного окна 45 мм УРИ-45, проведенные в Кабардино-Балкарском государственном университете, показали высокую эффективность устройства при рентгеновском просвечивании как малоконтрастных биологических объектов - семена сельскохозяйственных культур, конечностей животных и человека, так и высококонтрастных промышленных изделий - сварных швов металлоизделий, внутренних структур микросхем и т.д. Технические характеристики УРИ-45 и полученные рентгеновские изображения некоторых объектов приведены в приложениях.

Предлагаемое устройство дает качественное изображение при варьировании напряжения на рентгеновской трубке от 20 до 300 кВ. Минимальный установленный порог чувствительности около 10 кВ. Безотказность применяемого устройства оценивается по надежности применяемых элементов и составляет ориентировочно не менее 5000 часов. Температурный интервал работы устройства находится в пределах от -40 до +60^oC, с кратковременной работой при -60^oC без применения элементов термостабилизации.

Список литературы 1. Рентгенотехника: В 2-х кн. //В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, В. Аертс и др. - М.: Машиностроение, 1992.

2. Технические условия ОДО.335.091ТУ (ЛИ-444), 1976, с. 73 (прототип).

Формула изобретения

Устройство для преобразования рентгеновского изображения в видеосигнал, включающее в себя рентгенопреобразующий узел, состоящий из светопроницаемой подложки со слоем рентгеночувствительного люминофора, электронно-оптический преобразователь, имеющий входное окно из волоконно-оптического диска, видеокамеру, отличающееся тем, что рентгенопреобразующий узел, имеющий плотный оптический контакт с входным окном электронно-оптического преобразователя, находится вне вакуумного объема электронно-оптического преобразователя, являясь сменным элементом конструкции, преобразует рентгеновское изображение в видимое, усиливаемое посредством электронно-оптического преобразователя и формируемое видеокамерой в видеосигнал.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3