CN1020140C - 射线象增强器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种关于X射线或伽马射线图象变换增强的射线象增强器。含有两级真空室及电子光学系统，和平面的输入窗与射线阴极层。多级增强，输出正象。具有高的增益(或转换因子)和清晰度、低的噪声和畸变。运用变倍电极后，更便于其在各类整机中的应用。是一种特别适用于携带式射线透视装置的器件。

Description

本发明是一种关于X射线或伽马射线图象变换、增强的器件。

已有技术中，有一种直径在150mm至350mm左右的大口径输入窗的X射线图象增强器。如中国专利CN86102865A、CN87106155A和美国专利3795531所描述的那种X射线图象增强管。其结构一般由将X射线转换成光电子的球面状阴极层（包括射线光电阴极，和射线转换屏与可见光光阴极的复合结构两种形式），聚焦并加速电子的阳极，及小直径的输出屏幕所组成。其优点是具有大有效面积的输入窗。适合运用于医院等部门的大型诊断装置上。

随着技术与射线象增强器应用领域的发展，上述形式的射线象增强器显示出以下的缺点和不足：

1.要求供电电压高，如35KV电压差。厚绝缘层、大玻璃或金属壳体，整管体积大，重量大。不能满足携带使用的要求。

2.这种增强器件的结构存在相对于大输入窗来说口径要小得多的输出窗，如18mm～25mm左右大小的直径。图象几何缩小倍率很大，输出图象分辨率较低，如2～41p/mm左右。

3.球面拱状阴极层，透视应用时边缘比中心离被透照物距离远，边缘象质不好。

4.大大缩小的图象不易放大到被透物原来的大小;输出图象是倒置象，不适合人眼直视观察习惯。

在已有技术中，美国专利4142101描述了另外一种X射线或伽马射线象增强装置，其特征是外加射线转换屏与可见光象增强器由光纤面板或光学纤维锥耦合。它克服了上述大输入窗X射线象增强管的某些不足。但是由于外加转换屏与可见光象增强器光阴极之间传递可见光的光纤面板（或光纤维），其制作工艺和成本的限制，这种形式的射线图象增强装置的有效输入窗较小。直径最大～80mm左右，一般只50mm或以下。在应用中，则显出透视视场较小的不足。

英国专利1393299所描述的一种用于X射线图象增强的象增强器;也存在与上述美国专利4142101类似的不足。即其核心部件一微通道板的制作工艺和成本限制了整管的有效输入窗，视场小。

此外，上述美国专利4142101和英国专利1393299所描述的射线象增强器，因为主要的图象增强功能部件都是微通道板，使其在具有整管体积小的优点的同时，还存在如下不足：

为使射线象增强器具有一定的增益或转换因子，这种象增强器只能采取的技术手段是增加微通道板的数量，或者增大微通道板电压，如加大到900～1100v左右，提高荧光屏电压，并相应增大微通道板-荧光屏间距以承受高的电压差。而微通道板又具有许多噪声因素，包括空间固定图案噪声、暗噪声、闪烁噪声和离子反馈等，在微通道板上所加电压高或多块微通道板时，尤其显著。因此，造成整管噪声大、信噪比低。而且，加大微通道板与荧光屏的间距，也使得整管分辨率降低。又因为通道具有饱和效应，限制了整管输出屏的输出图象亮度，在多电子轰击时，还会降低图象对比、降低整管传递函数。

本发明的目的是为了克服上述射线象增强器件的缺点，改进其不足，提供一种既可用于携带，又可用于固定使用式装置、具有高增益、低噪声、低畸变和高清晰度的X射线或伽马射线象增强器。

为实现上述目的采用的是如下所述的措施：

本发明的射线象增强器的整管采用前、后两个真空室组成，前级真空室中有一组成缩小倍率（倒）象的电子光学系统。包括输入射线阴极层，聚焦电极组，微通道板和过渡荧光屏。能将入射的X射线或伽马射线转变成电子的输入射线阴极层可以是单一材料的射线阴极，如Au或C_sl之类的，也可以是由射线-可见光转换屏与可见光阴极等的复合结构，如C_sl与Sb-C_s或La₂OS与Sb-C_s等之类的。聚焦电极组可以是一般加速电子并聚焦的阳极或聚焦极，也可以有调焦极、校正极，及中国专利CN1003102B所描述的可使成象几何倍率变化的变倍电极。微通道板采用一般直通道的就可以，也可以采用弯曲通道等其它形式的。过渡荧光屏所用的荧光材料，选用那些所发射光谱已有高灵敏度响应阴极的荧光粉。

后级真空室中也有一组电子光学系统。它包括光阴极、聚焦电极（组）和输出荧光屏。光阴极可以是各种材料的，所用材料最好采用其响应灵敏光谱能与前级真空室中的过渡荧光屏上荧光粉发射光谱很好匹配的。后级聚焦电极（组）可以只有一个独立的或与输出荧光屏电极连在一起的阳极，也可以有其它功能的电极，如可以使成象几何倍率连续或间断变化的变倍电极。输出荧光屏所用材料可以是任何具有各种发射光谱、余辉等性质的。如发黄绿光、中短余辉的P20（ZnCdS∶Ag材料）荧光粉。

整管前、后两级真空室由有相对较大面积的输入窗、过渡光学纤维器件、相对输入窗最大有效直径要小的输出窗及壳体密封组成。在其上可以在适当位置开有可密封的排气支管。壳体可以是陶瓷、玻璃或其它绝缘真空材料。输入窗可以是高强度的薄玻璃，或是钛片，可与壳体封接，又尽量少地散射入射的X射线或伽马射线。输出窗可以是玻璃的，也可以是光学纤维器件，如光纤面板的。过渡用的光学纤维器件的端面直径比输入窗的要小，甚至比输出窗直径也小，以降低其及上述微通道板的制作工艺难度。但过渡光学纤维器件与过渡荧光屏相连的端面有效直径在选取时，采用一个不太悬殊的比例，如80mm直径的输入窗，该过渡器件端面直径选25mm左右;对100mm的输入窗，则选30mm左右的端面直径，以避免图象分辨率降低。过渡光学纤维器件可以是光纤面板，也可以是光学纤维锥或有硬的和平整光滑端面的光纤束等形式，及上述几种光纤器件的耦合组合。前、后两级真空室中的各电极，由外加高压电源供电。电源形式可以是瓦片状小型电源或其它形式。

这种射线象增强器的前级作用主要是将入射的X射线或伽马射线图象准确地转变成电子图象，并增强。故采用平面的输入窗和阴极层;微通道板上加较低的电压，如600V左右。使透视应用时输入、输出图象边缘与中心象质一致，输出噪声低，有一个最佳的信噪比。后级作用主要是补偿因微通道板上所加电压低损失的增益、平滑噪声、并将前级电子光学系统所成倒象再倒成正象输出。

实现本发明的目的采用的有效输入窗直径在200mm以下，各电极的配置，使其整管长度尽量地短。光阴极材料可以是Sb-C_s（S-11）、Sb-K-N₈-C_s（S-20、S20R或S-25）及其他可见光阴极。过渡荧光屏与输出荧光屏可以用Z_nS∶A_g（P11）或Z_nCdS∶A_g（P20或P39）及其它发射光谱的材料。

本发明提供的射线象增强器具有如下优点：

1.由于含有两组电子光学系统，电子多次增强，整管前级部分相当于一个加了电子倍增增益为千倍左右的微通道板的、中国专利CN86102865A等所述的管子;后级部分最高可具有一百倍以上的增益;前级部分比美国专利4142101等所述的装置还多一个缩小倍率带来的增益因素，故本发明的射线象增强器具有高增益（或转换因子）。

2.由于后级真空室中的电子光学系统的增益补偿，整管各电极及微通道板只需加较低的电压，供电与绝缘要求较低;整管噪声小，输出图象对比较好，传递函数较高。

3.有效输入窗直径在200mm以下，可作到50mm以上有适中的探测视场和整管体积、重量。既可适用于一定视场要求的固定式装置，又很适用携带式装置。

4.平面的输入窗与射线阴极层，在用于透视成象时边缘象质好。

5.不用大面积的光纤面板或光纤维，不用大面积的微通道板，具有较好的工艺性与经济成本。

6.前级电子光学系统采用变倍电极时，可具有探测视场可调的特点，使用中具有搜索和细察的双重功能特点，适合变视场的应用要求。

7.后级电子光学系统采用放大、缩小或变倍电极等时，也具有前级加变倍极时的一些优点。另一种只变输出屏上图象大小，而不变视场的变倍电极的采用，还具有可兼用于人眼直视观察和仪器摄象接收的某些应用场合。

8.由于本发明的射线象增强器，输入、输出有效直径不很悬殊，故其成象分辨率可制作到10Lp/mm以上，在采用放大成象形式时，可更高。

下文将参照附图描述本发明的实施例，来进一步说明本发明。

本文唯一的附图是表示本发明的一种射线象增强器的结构示意图。

图中标记所指如下：

1-输入窗，2-射线阴极层，3-调焦极，4-阳极，5-校正极，6-微通道板，7-过渡屏光屏;8-过渡光纤面板，9-光阴极，10-后级阳极，11-输出荧光屏，12-输出窗，13-壳体，14-高压电源，15-前级真空室，16-后级真空室。

由高强度玻璃制成的输入窗1、光纤面板材料的输出窗12、陶瓷壳体13和过渡光纤面板8密封成两个真空室-前级真空室15和后级真空室16。输入窗1的有效直径是80mm，过渡光纤面板8和输出窗12的有效直径为25mm。当有X射线或伽马射线透射成象进入输入窗1后，由高压电源14供电驱动的射线象增强器，其C_sl与Sb-C₅等组成的射线阴极层2将射线图象转换成可见光、而后是光电子图象。由阳极4所加电场的吸引及包括调焦极3、校正极5等电极的聚焦，使其高速而准确地分布打在有效直径为25mm的微通道板6上。斜切角约12°、通道间距不大于12μm的微能道板6倍增电子后，在～4至5KV左右的电压差作用下，轰击由P11材料制成的过渡荧光屏7，产生增强过的可见光图象，由丝径在5μm左右的过渡光纤面板8传到后级真空室中的光阴极9上。光阴极9是由S-11阴极材料蒸镀而成，与过渡荧光屏7的发射光谱有很好的响应匹配。光阴极9的有效直径也是25mm。它以高灵敏度和量子效率将过渡荧光屏7上输出的可见光图象再次变成光电子，由与输出荧光屏11连在一起供电的后级阳极10加速和聚焦，轰击由P20荧光粉制成的输出荧光屏11，产生适于人眼观察或仪器记录的明亮的黄绿色的可见光图象，由输出窗12输出。

在上述实施例中，射线阴极层2上所加电压为-2.4～3.0KV，调焦级3电压为-2.2～-2.6KV，阳极4电压为11.0～16.0KV，校正极5电压为-2.7～-3.2KV，微通道板6输入面电压为-400～-800V，其输出面接地，过渡荧光屏7电压为3.6～4.8KV，光阴极9电压与过渡荧光屏7一致，后级阳极10与输出荧光屏11电压为15.0～20.0KV。整管总长～180mm，总外径～96至100mm，总重～820g左右。

上述实施例中的前级电子光学系统成一个几何放大率为0.31的倒象，后级电子光学系统成几何放大率为1的倒象，整管输出放大率为0.31的正象。该实施例可用于携带式射线透视装置中。

参照上述实施例，将过渡光纤面板8分成两块，一块相当于前级真空室系统的输出窗，一块相当于后级系统的输入窗。反之，。由分别相当于上述前级真空系统和后级系统功能的两个象增强器，经光纤面板等器件耦合形式组合，也是本发明的一个实施例。

本发明的另一个实施例是类似上述结构的射线象增强器，其变化在于：整管长度略增加，输出窗最大有效直径为50mm;前级真空室内有一变倍电极组，可使其视场在40～80mm直径之间变化;后级真空室中也有变倍电极组，以使其输出屏上图象直径可在18～50mm之间变化。整管几何放大率在0.23～1.25之间可调。

Claims (4)

1、一种X射线或伽马射线图象增强器，它包括一个输入窗、一个输出窗、由它们与壳体所密封成的真空系统，以及电源，真空系统中有射线转换阴极部件、电子倍增部件和输出荧光屏，本发明的特征是：

由前、后两级真空室组成其真空系统；前级真空室中有一组成缩小几何倍率倒象的电子光学系统，包括输入射线阴极层、聚焦电极组，微通道板和过渡荧光屏；后级真空室中有一组成倒象的电子光学系统，包括光阴极、聚焦电极(组)和输出荧光屏；输入射线阴极层是平面的；前、后级真空室是通过过渡荧光屏与光阴极之间的光学纤维器件连接的。

2、一种如权利要求1所述的射线象增器器，其特征是：前、后两级真空室部分是分离的、由光学纤维器件耦合的。

3、一种如权利要求1或2所述的射线象增强器，其特征是：前级真空室中的电子光学系统有使其成象几何倍率可变的变倍电极。

4、一种如权利要求1或2所述的射线象增强器，其特征是：后级真空室中的电子光学系统有使其成象几何倍率可变的变倍电极。