CN1042774C - 一种x射线像增强器 - Google Patents

Abstract

一种X射线像增强器，本发明的特征是把光电阴极制作在球面轻金属衬底上，在X射线辐照下光电阴极发出的光电子，经等位面成同心球分布的静电聚焦系统聚焦，成像在小尺寸微通道板的输入面上，再经增强后轰击荧光屏，输出可见光图象，其聚焦系统具有变倍功能，整管去气采用了高温预去气工艺，使得本发明具有视场大、清晰度高，剂量率低，可变倍、制作简单、成本低、寿命长的优点。

Description

一种X射线像增强器

本发明是对X射线像增强器的改进，属于X射线诊断技术领域。

现有的X射线像增强器有两种类型，参见我国CN87207274.6。CN88217599.8、CN89221880.0、CN91227072.1专利申请文件。

第一种类型是利用X射线转换屏将X射线转换成可见光图像后再进行图像增强。附图1和附图2分别是带有X射线转换屏的二种X射线像增强器的结构示意图。图1中所示结构其X射线转换屏靠近可见光像增强器的光电阴极，为了减少X射线剂量，其聚焦系统采用低放大倍率和高阳极电压。图2中所示结构是利用光学透镜将X射线转换屏输出的图像成像在可见光像增强器的光电阴极上，为了减少X射线剂量，在像增强器内装有微通道板。这两种结构的缺点是：(1)需要制做大视场的X射线转换屏，图1中的结构因为转换屏和光电阴极之间有一间隙，空间分辨率会降低，图2中的结构由于采用光学透镜耦合，虽然空间分辨率能较好保持，但因转换屏是面发光体，而光学透镜相对孔径有限，光能损失较大，(2)需要制作可见光光电阴极，其制作工艺复杂，导致整管成品率降低，尤其是图1中所示的大视场可见光光电阴极需在像增强器内现场制备，很难保证大面积阴极灵敏度的均匀性，且因在管壁和其它电极上也会有光电发射层和碱金属的污染，而引起背景变坏；(3)图像清晰度差，图1中结构由于视场大，电子光学系统设计质量不佳，空间分辨率低，边缘像质更差，图2中结构虽然像增强器具有较高的空间分辨率，但由于转换屏视场大，像增强器视场小，而要求光学系统具有低的放大倍率，从而导致对目标的分辨本领降低；(4)所需X射线剂量较高，尽管已采取图像增强措施，但因图1结构的光电阴极量子效率低，未采用微通道板，图2的结构虽采用微通道板但由于转换屏和像增强器之间采用了光能耦合效率极低的光学系统，其总的增益不高，所需X射线的剂量率虽较用胶卷拍照要低，但对人体仍有危害。

另一种类型是近贴聚焦像增强器，其X射线光电阴极可制做在衬底上或者是微通道板的输入面上，发出的光电子经微通道板倍增后打在荧光屏上得到可见光图像，由于其电极结构为近贴聚焦系统，放大倍率为1，虽然这种类型结构较第一种类型的结构要紧凑得多，并采用了微通道板，但其也存在有缺点：(1)由于微通道板的尺寸决定了视场的大小，因而其视场小，目前通常为φ50mm，最大也不过φ100mm，即便如此，随着视场的增大，微通道板的制作成本将大幅度提高，而且制作难度也将更大；(2)其空间分辨率的提高则要求电极间的距离尽可能的小，这往往引起极间放电，因而对制管工艺要求更严格，使得成品率降低，所以常常以牺牲空间分辨率以求得低成本，而导致清晰度降低；(3)虽然该增强器在最大增益状态下工作时的增益较第一种类型结构的要高；但与此同时其噪声增大，图像清晰度相应地变坏，这就产生了增益与噪声的矛盾，通常为提高清晰度而不使其在最大增益状态下工作，但这时其所需的X射线剂量率则与第一类型相当。

本发明的目的就是解决现有X射线像增强器上述的缺点，设计一种大视场，可变倍、寿命长、清晰度高、低剂量率和低成本的X射线像增强器。

本发明的特征在于：把对X射线敏感的光电阴极制作在能透射X射线的轻金属制成的大视场衬底上，由该阴极发出的光电子经静电聚焦系统聚焦，电子图像缩小后成像在小尺寸微通道板的输入面上，经微通道板增强后，通过近贴区加速轰击荧光屏，输出可见光图像；为防止大气压力使阴极衬底变形，采用轻金属钛或铍制作保护窗隔离大气；阴极衬底制成外凸球面状，可选用铝或铍为材料，静电聚焦系统由光电阴极、聚焦电极、变倍电极和阳极组成，其等位面成同心球分布；调整变倍电极的电压，系统的放大倍率可以变化，以实现阴极变倍；调整聚焦电极的电压可改变图像的聚焦状态，以获得清晰的图像输出；荧光屏选用长余辉、高转换效率的；上述的保护窗、阴极衬底、静电聚焦系统及长余辉、高转换效率的荧光屏，其制作技术均为已有技术。本发明的特征还在于所设计的X射线像增强器采用整管高温预去气工艺，其方法是在装入预制的光电阴极之前，把整管先在400℃下真空去气，再装入阴极后在较低温度下真空去气。

附图1是一种带有X射线转换屏的X射线像增强器的结构示意图，附图2是另一种带有X射线转换屏的X射线像增强器的结构示意图，附图3是本发明所设计的X射线像增强器的结构示意图。图中1为转换屏，2为可见光光电阴极，3为荧光屏，4为光学系统，5为可见光像增强器，6为微通道板，7为保护窗，8为衬底，9为X射线光电阴极，10为聚焦电极，11为变倍电极，12为阳极，13为陶瓷管壳，14为金属管壳。通过附图的比较和上述特征的说明，本发明所设计的X射线像增强器具有以下优点：

(1)象近贴(焦聚)X射线像增强器一样不用转换屏，而用X射线光电阴极将X射线直接转换成光电子，但与其的不同在于阴极是制作在大视场球面衬底上，克服了视场小的缺点；而X射线光电阴极与可见光光电阴极相比较，其制作工艺简单、成品率高，且量子效率高。

(2)为了使从大视场光电阴极发出的光电子聚焦成像在小尺寸平面微通道板的输入面上，所设计的静电聚焦系统具有低的放大倍率，从而获得缩小的电子图像，并且静电聚焦系统的等位面成同心球分布，使得在整个大视场范围内获得清晰的图像；由于聚焦系统具有低的工作电压，从而防止了由于电极间的放电造成的成品率下降；为了使被诊断的某些感兴趣的局部细节具有更高的清晰度，所设计的聚焦系统具有变倍功能。

(3)由于采用小尺寸的微通道板，其通道直径可以减小使图像的清晰度提高，并且成本大幅度降低；更重要的是现有的X射线像增强器或者是利用聚焦系统缩小图像，或者是利用微通道板来提高输入图像的亮度，而本发明采用上述的双重措施来提高输出图像的亮度，使所需的X射线剂量率成数量级下降，解决了现有结构中剂量率大的问题。

(4)由于选用了长余辉、高转换效率的荧光屏，使低X射线剂量率下降所产生的散弹噪声得以平滑和减小，进一步改善了输出图像的清晰度。

(5)由于X射线光电阴极烘烤温度应低于300℃，使得整管去气时间长、生产效率下降，而且去气不彻底，从而影响管子的寿命，而本发明采用了整管高温预去气工艺，使管子的生产效率提高，也延长了其寿命。

根据本发明设计制作的X射线像增强器样机，其X射线光电阴极视场φ200mm，放大倍率-0.2，输出屏直径φ40mm，最高工作电压15KV，对X射线目标空间分辨率5对线/mm，光子增益1.25×10⁹(入射一个X射线光子输出的可见光光电子数)，变倍后放大倍率-0.45，空间分辨率9对线/mm。

由于本发明较已有的X射线像增强器比较，工作面积要大得多，所以可构成多种X射线诊断仪，用于无损检测、医疗、工业探伤、海关、公安、邮电、安全检查及微电子工业等方面。

Claims (2)

1．一种X射线像增强器，是把X射线光电阴极制作在能透射X射线的轻金属制成的衬底上，由阴极发出的光电子经静电聚焦系统聚焦能成像在微通道板的输入面上，经微通道板增强后通过近贴区加速轰击荧光屏，输出可见光图像；其特征在于，把所述的阴极衬底制成外凸球面状，为大视场衬底；所述的静电聚焦系统依次由X射线光电阴极、聚焦电极、变倍电极和阳极组成，其等位面成同心球分布，并有变倍功能；采用小尺寸的微通道板。

2．根据权利要求1所述的增强器，其特征在于，所述的荧光屏采用长余辉、高转换效率的荧光屏；并在阴极衬底外设置有能透射X射线的轻金属制作的保护窗。

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