RU2171979C2 - Антирассеивающий рентгеновский растр (варианты) - Google Patents

Антирассеивающий рентгеновский растр (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2171979C2
RU2171979C2 RU99111272/28A RU99111272A RU2171979C2 RU 2171979 C2 RU2171979 C2 RU 2171979C2 RU 99111272/28 A RU99111272/28 A RU 99111272/28A RU 99111272 A RU99111272 A RU 99111272A RU 2171979 C2 RU2171979 C2 RU 2171979C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ray
channels
walls
raster
radiation
Prior art date
Application number
RU99111272/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU99111272A (ru
Inventor
М.А. Кумахов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Новая оптика"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Новая оптика" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Новая оптика"
Priority to RU99111272/28A priority Critical patent/RU2171979C2/ru
Priority to PCT/RU2000/000184 priority patent/WO2000073772A1/ru
Priority to US09/744,467 priority patent/US6678352B1/en
Priority to AU49606/00A priority patent/AU4960600A/en
Publication of RU99111272A publication Critical patent/RU99111272A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2171979C2 publication Critical patent/RU2171979C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03B—APPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B42/00—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means
    • G03B42/02—Obtaining records using waves other than optical waves; Visualisation of such records by using optical means using X-rays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/04—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and forming images of the material
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21K—TECHNIQUES FOR HANDLING PARTICLES OR IONISING RADIATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; IRRADIATION DEVICES; GAMMA RAY OR X-RAY MICROSCOPES
    • G21K1/00—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating
    • G21K1/02—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators
    • G21K1/025—Arrangements for handling particles or ionising radiation, e.g. focusing or moderating using diaphragms, collimators using multiple collimators, e.g. Bucky screens; other devices for eliminating undesired or dispersed radiation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Radiation-Therapy Devices (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)

Abstract

Антирассеивающий рентгеновский растр может быть использован в рентгенодиагностике и рентгеновской дефектоскопии. Все три варианта растра представляют собой ячеистую структуру, содержащую множество трубчатых каналов транспортировки рентгеновского излучения со стенками, выполненными из материала, способного поглощать рентгеновское излучение. Стенки соседних каналов сплавлены друг с другом. Наибольший поперечный размер каналов и их длина выбираются исходя из приведенного в формуле соотношения. В первом варианте стенки каналов имеют форму цилиндрической поверхности или боковой поверхности призмы, а их входы и выходы расположены в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных продольным осям каналов. Во втором и третьем вариантах стенки каналов имеют форму боковых поверхностей усеченных конусов или усеченных пирамид с общей вершиной. При этом во втором варианте входы и выходы каналов расположены на двух концентрических сферических поверхностях с центром, совпадающим с общей вершиной усеченных конусов или усеченных пирамид, а в третьем расположены в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных оси одного из каналов, размещенных в центральной зоне растра. Обеспечивается улучшение подавления вторичного рассеянного излучения, уменьшающего контрастность изображения. 3 с. и 27 з.п.ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретения относятся к рентгеноскопии, более конкретно к медицинской рентгенодиагностике и рентгеновской дефектоскопии, а именно к антирассеивающим растрам (решеткам)- устройствам, избирательно пропускающим прошедшее через исследуемый объект излучение в направлении средств детектирования и поглощающим рассеянное (комптоновское) вторичное излучение, возникающее при воздействии на исследуемый объект первичного рентгеновского излучения источника.
При рентгеновских исследованиях внутренней структуры объектов в медицине и технике путем наблюдения картины распределения интенсивности прошедшего через исследуемый объект рентгеновского излучения, воспринимаемого и фиксируемого средствами детектирования, наличие комптоновского излучения является существенным фактором, снижающим контрастность получаемого рентгеновского изображения и негативно сказывающимся на его информативности.
Для эффекта Комптона характерна высокая вероятность возникновения квантов рассеянного излучения: на каждый фотон падающего на исследуемый объект излучения, создаваемого первичным источником, может приходиться несколько фотонов вторичного рассеянного излучения. Для уменьшения влияния этого излучения на качество получаемого рентгеновского изображения применяют селекцию фотонов по направлению, используя то обстоятельство, что первичные фотоны, прошедшие через объект, продолжают движение в сторону средств детектирования в том же направлении, в котором они покинули источник, а вторичное комптоновское излучение имеет диффузный характер.
Задача такой селекции решается с помощью антирассеивающих растров, пропускающих в сторону средств детектирования фотоны прошедшего через исследуемый объект первичного излучения и только близкие к ним по направлению движения фотоны вторичного комптоновского излучения. Остальные фотоны вторичного комптоновского излучения, которые могли бы достигнуть средств детектирования, поглощаются материалом конструкции антирассеивающего растра.
Известные антирассеивающие растры представляют собой размещаемую между исследуемым объектом и средствами детектирования решетку, выполненную из полосок поглощающего вторичное комптоновское излучение материала, размер которых в направлении распространения прошедшего через объект излучения в несколько раз превышает расстояние между ними (см., например, работу Chan H. -P. , Frank Р.Н., Doi K., lida N., Higashida Y. Ultra-High-Strip-Density Radiographic Grids: A New Antiscatter Technique for Mammography. "Radiology", v. 154, N 3, March 1985, p. 807-815 [1]).
Благодаря ориентации плоскостей полосок параллельно преимущественному направлению распространения первичного рентгеновского излучения, прошедшего через объект, это излучение, в основном, беспрепятственно проходит через решетку. Интенсивность этого излучения ослабляется, главным образом, лишь вследствие ограниченной прозрачности решетки, обусловленной конечной толщиной полосок. Вторичное же комптоновское излучение лишь частично проходит через решетку, в значительной степени поглощаясь полосками.
Степень подавления вторичного комптоновского излучения, падающего на решетку, и, следовательно, достижимая степень повышения контрастности изображения, при прочих равных условиях (в частности, при одном и том же расстоянии между решеткой и анализируемым объектом) определяется таким ее параметром как аспектное отношение - отношение размера полосок в направлении распространения первичного излучения, прошедшего через исследуемый объект, к расстоянию между соседними полосками. От этого отношения зависит величина угла отклонения направления движения квантов вторичного рассеянного излучения от направления распространения первичного излучения, в пределах которого указанные кванты способны беспрепятственно пройти через решетку. Чем выше аспектное отношение, тем меньше упомянутый угол и тем меньшая доля квантов вторичного излучения попадает на детектирующее устройство. Соответственно в меньшей степени снижается контрастность изображения под влиянием этих квантов.
Вместе с тем при увеличении аспектного отношения уменьшаются яркость и контрастность периферийной части изображения, так как для полосок, расположенных ближе к краям решетки, не выполняется условие параллельности направления движения квантов плоскостям полосок. Для уменьшения влияния данной причины решетка может выполняться сфокусированной - ее полоски не параллельны друг другу, а по мере приближении к краям решетки устанавливаются под возрастающим углом по отношению к расположенным в середине решетки для того, чтобы обеспечить параллельность их плоскостей направлению движения квантов излучения, прошедшего через исследуемый объект. Сфокусированная решетка при ее использовании устанавливается так, чтобы плоскости всех полосок проходили через источник первичного излучения, который в задачах обсуждаемого вида достаточно мал и с некоторой степенью приближения может рассматриваться как точечный (см. , например, Физика визуализации изображений в медицине. Под ред. С. Уэбба. М.: Мир, 1991, т.1, с.131- 133 [2]).
Хотя в упомянутых источниках [1] и [2] непосредственно рассматривается только медицина как область практического использования антирассеивающих решеток, все сказанное в этих источниках о решетках как средствах, назначение которых - преодоление влияния рассеянного излучения при рентгеновских исследованиях внутренней структуры объектов, имеет самый общий характер.
Изготовление антирассеивающих растров описанной конструкции наталкивается на трудности размещения тонких полосок поглощающего материала на малом расстоянии друг от друга с соблюдением требований к точности ориентации их плоскостей. При данной толщине полосок уменьшение расстояния между ними понижает прозрачность решетки для первичного излучения, так как уменьшается доля площади поперечного сечения решетки, прозрачная для излучения, по отношению к общей площади этого сечения. Уменьшение прозрачности приходится компенсировать увеличением интенсивности первичного излучения или времени экспозиции, что особенно нежелательно в медицинских приложениях, так как приводит к увеличению дозы облучения пациента.
Использование в решетке более тонких полосок затрудняет изготовление антирассеивающего растра. Для обеспечения необходимой жесткости и механической прочности конструкции приходится размещать между поглощающими полосками разделительные прокладки из более прозрачного для рентгеновского излучения материала. Выполнение "сфокусированной" решетки с указанными прокладками дополнительно усложняется тем, что прокладки в этом случае должны иметь меняющуюся толщину в направлении распространения излучения, т.е. быть клиновидными.
Наличие прокладок приводит к дополнительным потерям интенсивности излучения, прошедшего к детектирующему устройству. Это, в свою очередь, вызывает отмеченные выше негативные последствия, связанные с необходимостью увеличения мощности источника первичного излучения или времени экспозиции, что приводит к увеличению дозы облучения исследуемого объекта (а также и обслуживающего персонала). Характеризующий это увеличение показатель - коэффициент Бакки (Bucky Factor) по данным, приводимым в [1], составляет 2-8; в [2] приводятся значения в пределах 2-4,5.
Реально достижимая величина расстояния между полосками, приводимая в [1] , имеет порядок 150 мкм, а использованных в расчетах, результаты которых приведены в [2] от 67 до 150 мкм.
Наконец, при выполнении антирассеивающего растра из полосок, каналы транспортировки первичного рентгеновского излучения, прошедшего через исследуемый объект (и вторичного излучения) к средству для детектирования являются щелевыми. Вследствие этого не обеспечивается подавление вторичного излучения, имеющего отклонение от направления распространения первичного излучения, прошедшего через исследуемый объект, в плоскостях, параллельным стенкам щелей (т. е. полоскам), или близких к ним. По этой причине соотношение между интенсивностями первичного и вторичного излучений, прошедших к детектирующему устройству, улучшается в недостаточной степени. Так, приводимые в источнике [2] предельные значения (Ideal Antiscatter Technique) коэффициента повышения контраста (Contrast Improvement Factor, CIF) не достигают 2.
Предлагаемые изобретения направлены на преодоление описанных противоречий, а именно на обеспечение возможности повышения аспектного отношения без ухудшения прозрачности антирассеивающего растра для первичного излучения. Еще более существенным в предлагаемых устройствах является обеспечение селекции квантов вторичного излучения, имеющих отклонение от направления первичного излучения (превышающее угол, определяемый аспектным отношением) в любой плоскости. Благодаря этому удовлетворительное ослабление интенсивности вторичного излучения, достигающего устройства детектирования, может быть получено даже при небольшом аспектном отношении. Это позволяет достигнуть приемлемых результатов и в не сфокусированном растре, более простом в изготовлении и имеющем эксплуатационное преимущество, заключающееся в отсутствии необходимости размещать его на строго определенном расстоянии от источника.
Предлагаемый антирассеивающий рентгеновский растр представлен тремя вариантами, первый из которых одинаково близок к описанным выше не сфокусированным антирассеивающим решеткам по источникам [1] и [2], а второй и третий - к сфокусированной антирассеивающей решетке, известной из источника [2] .
Общим признаком антирассеивающего растра по всем трем вариантам и известных из [1] и [2] устройств является наличие множества каналов транспортировки рентгеновского излучения, стенки которых выполнены из материала, способного поглощать рентгеновское излучение.
Первый вариант объединяет с не сфокусированными решетками по [1] и [2] также то, что ориентация стенок всех каналов в продольном направлении одинакова.
Второй и третий варианты имеют со сфокусированной решеткой по [2] общий признак, заключающийся в изменении ориентации стенок каналов по мере удаления от середины решетки к ее периферии.
Указанные виды технического результата достигаются в устройствах по трем предлагаемым вариантам путем выполнения антирассеивающего растра в виде ячеистой структуры (а не щелевой, что характерно для описанных выше известных растров). Реализация такой структуры становится возможной благодаря изготовлению антирассеивающего растра из множества трубчатых каналов транспортировки рентгеновского излучения, соприкасающиеся стенки которых сплавлены. При этом наибольший поперечный размер d отдельного канала транспортировки рентгеновского излучения и его длина H удовлетворяют соотношению 2d/H> θc, , где θc- критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от материала стенок каналов транспортировки рентгеновского излучения
Стенки трубчатых каналов транспортировки рентгеновского излучения во всех трех вариантах выполнены из материала, способного поглощать рентгеновское излучение, например, из свинцового стекла.
Они могут быть выполнены также из диэлектрика или металла.
При этом каналы могут быть как полыми, так и заполненными легким металлом или органическим материалом.
Каналы могут быть также образованы стеклянными моно- или поликапиллярами.
По первому варианту (относящемуся к не сфокусированному растру) каналы имеют параллельные продольные оси, а по второму и третьему (относящимся к сфокусированным растрам) - продольные оси, продолжения которых вне устройства сходятся в одной точке - фокусе, в котором должен находиться источник рентгеновского излучения при использовании антирассеивающего растра.
В первом варианте трубчатые каналы транспортировки рентгеновского излучения могут иметь форму цилиндрической поверхности (не обязательно с направляющей кривой в виде окружности) или боковой поверхности призмы (не обязательно правильной).
Поверхности, на которых расположены входы и выходы каналов транспортировки рентгеновского излучения в антирассеивающем растре по первому варианту, являются параллельными плоскостями. Эти плоскости перпендикулярны одновременно продольным осям всех каналов, параллельным друг другу.
Указанные второй и третий варианты различаются формой поверхностей, на которой расположены входы и выходы каналов транспортировки рентгеновского излучения.
Во втором варианте эти поверхности имеют вид концентрических сфер с центром в фокусе, т.е. в точке, в которой сходятся продолжения продольных осей каналов.
В третьем варианте эти поверхности являются параллельными друг другу плоскостями, перпендикулярными продольной оси одного из каналов, расположенных в центральной зоне антирассеивающего растра.
Как во втором, так и в третьем варианте, стенки каналов могут иметь вид боковой поверхности усеченного конуса или усеченной пирамиды, при этом вершины указанных фигур для всех каналов совпадают с фокусом. Упомянутые конусы не обязательно должны быть круговыми, а пирамиды - правильными.
Кроме названных выше, возможны другие частные случаи выполнения антирассеивающего растра, сходные для всех трех вариантов.
В одном из таких случаев антирассеивающий растр в проекции, соответствующей направлению продольной оси одного из его каналов, расположенных в центральной зоне растра (для растра по первому варианту эти направления одинаковы для всех каналов) имеет размер, соответствующий полному размеру исследуемого объекта или полному размеру подлежащей исследованию части этого объекта, и может иметь, в этой проекции, в частности, форму прямоугольника с сопоставимыми размерами сторон.
В другом частном случае антирассеивающий растр предназначен для использования в сканирующей системе, когда облучается узкая зона исследуемого объекта через перемещаемый относительно объекта щелевой коллиматор, а антирассеивающий растр, находящийся с другой стороны исследуемого объекта напротив щели коллиматора, перемещается синхронно с нею.
В этом случае антирассеивающий растр может иметь вид узкой линейки с большим числом ячеек в одном направлении (параллельном щели коллиматора) и малым - в другом, перпендикулярном первому направлении (т.е. в направлении перемещения щели коллиматора).
Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - антирассеивающий растр по первому варианту (вид сбоку с продольным разрезом части каналов);
на фиг. 2a и фиг. 2б - траектории фотонов вторичного рассеянного излучения, способных достигнуть детектирующего устройства, при использовании в известной щелевой решетки и предлагаемого антирассеивающего растра;
на фиг. 3 - антирассеивающий растр по второму варианту (вид сбоку с продольным разрезом части каналов);
на фиг. 4 - то же для антирассеивающего растра по третьему варианту;
на фиг. 5 - одинаковый для всех вариантов вид растра со стороны входов или выходов каналов при круглом или овальном их поперечном сечении;
на фиг. 6 - то же при поперечном сечении в виде шестиугольника;
на фиг. 7 - антирассеивающий растр по второму варианту в виде узкой линейки.
Антирассеивающий рентгеновский растр по первому варианту (фиг. 1) имеет множество параллельных трубчатых каналов 1 транспортировки рентгеновского излучения, ограниченных двумя параллельными плоскостями 2, 3, перпендикулярными продольным осям каналов 1. Каналы образуют ячеистую структуру. Их стенки имеют форму цилиндрической поверхности или боковой поверхности призмы. Вид упомянутой ячеистой структуры со стороны входов или выходов каналов показан на фиг. 5 и фиг. 6, иллюстрирующих случаи, когда каналы в поперечном сечении круглые или овальные и имеют вид правильного шестиугольника. В последнем случае промежутки между боковыми стенками соседних каналов отсутствуют. Однако промежутки, когда они имеются, сами могут выполнять функции каналов, и их наличие не сказывается отрицательно на прозрачности растра.
Антирассеивающий растр изготавливается по известной технологии изготовления монолитных рентгеновских линз (см., например: V.M. Andreevsky, M.V. Gubarev, P. I. Zhidkin, M.A. Kumakhov, A.V. Noshkin, I.Yu. Ponomarev, Kh.Z. Ustok. X-ray waveguide system with a variable cross-section of the sections. The IV-th All Union Conference on Interaction of radiation with Solids (May 15-19, 1990, Elbrus settlement, Kabardino-Balkarian ASSR, USSR). Book of abstracts. Moskow, 1990, p. 177-178 [3] ; патент США N 5570408, опубл. 29.10.96). Эта технология включает сборку комплекта трубчатых заготовок исходного диаметра, нагрев до температуры размягчения их материала и вытягивание с обжимом для получения требуемой формы поперечного сечения изделия. Стенки соседних каналов, поперечный размер которых в результате вытягивания значительно меньше исходного поперечного размера заготовок и может достигать субмикронного уровня, оказываются сплавленными.
Отмеченное сходство технологий изготовления антирассеивающего растра и монолитной рентгеновской линзы не означает близости их технической сущности. В рентгеновской линзе транспортировка излучения основана на использовании явления многократного полного внешнего отражения от внутренней стороны стенок каналов. Поэтому они проектируются с целью обеспечить возможность такого отражения. В предлагаемом же антирассеивающем растре, наоборот, идеальной является ситуация, когда полезная составляющая излучения непосредственно проходит со входа на выход канала, а отражение этого излучения от стенок канала является мешающим фактором, ухудшающим показатели растра. Для рассеянного излучения желательно его полное поглощение стенками каналов, без отражения от них. Отсутствие многократных отражений излучения при транспортировке его по каналу обеспечивается благодаря выполнению условия 2d/H> θc (при этом условии возможно не более одного отражения). В приведенном неравенстве критический угол полного внешнего отражения
θc= ℏωp/E,
где n - постоянная Планка,
ωp - плазменная частота для материала стенок каналов,
E - энергия квантов излучения
В частности, для стекла θc [радиан]=30/E [эВ].
При E = 17 кэВ θc имеет порядок 1,8•10-3 радиан.
Антирассеивающий растр при его использовании размещается между исследуемым объектом и устройством детектирования.
Данный антирассеивающий растр является не сфокусированным и не обеспечивает одинаковые условия прохождения полезной составляющей рентгеновского излучения для всех каналов. Для каналов, находящихся в центральной зоне, эти условия являются наилучшими, а по мере приближения каналов к периферии ухудшаются. Кванты первичного излучения, отклоненные от направления на геометрический центр апертуры растра на угол, превышающий величину, обратную аспектному отношению, не могут пройти через растр. Поэтому он должен располагаться на достаточно большом расстоянии от источника первичного излучения, при котором периферийная зона растра еще прозрачна для первичного излучения, прошедшего через исследуемый объект. С учетом сказанного при использовании антирассеивающего растра по первому варианту нецелесообразно стремиться к получению высоких значений аспектного отношения. Тем не менее выполнение антирассеивающего растра в виде ячеистой структуры (а не виде щелей) обеспечивает хорошую селекцию вторичного излучения.
Сказанное иллюстрируется чертежами фиг. 2a и фиг. 2б. На фиг 2a показаны возможные траектории фотонов вторичного рассеянного излучения от одной из точек исследуемого объекта, при которых они могут проходить через щелевой канал 1 к детектирующему устройству. Фиг. 2б соответствует выполнению растра, при котором щелевой канал заменен каналами-ячейками 1, имеющими такой же суммарный размер в плоскости чертежа. Траектории фотонов вторичного излучения, двигаясь по которым они могут достигнут детектирующего устройства, занимают значительно меньший угол, чем на фиг. 2a, т.е. вероятность попадания фотонов вторичного излучения на детектирующее устройство существенно снижена.
При поперечном размере каналов, равном ширине щелевого канала известных не сфокусированных решеток, выигрыш в подавлении вторичного излучения - одного порядка с отношением длины щелевого канала к его ширине, т.е. с количеством каналов в одном ряду ячеистой структуры предлагаемого растра.
В пределах величины, определяемой этим достижимым выигрышем, можно уменьшить аспектное отношение без ухудшения селекции вторичного излучения по сравнению с известными щелевыми антирассеивающими решетками. Благодаря этому может быть уменьшено расстояние между растром и источником первичного рентгеновского излучения, а при сохранении этого расстояния - увеличены прозрачность периферийных каналов для первичного излучения по сравнению с известными антирассеивающими решетками с такими же габаритами.
Рассмотренный антирассеивающий растр по первому варианту наиболее прост в изготовлении. Растр по второму варианту (фиг. 3) при изготовлении требует выполнения дополнительных операций формования, делающих его каналы 1 сужающимися с одновременным сужением всего растра по мере продвижения от входов к выходам каналов. Эти операции могут быть выполнены при использовании формующих приспособлений со сферическими поверхностями, между которыми зажимают "плоский" растр, изготовленный по первому варианту, с одновременным его нагревом до температуры размягчения материала. Этим обусловлена сферическая форма поверхностей 4 и 5, на которых расположены входы и выходы каналов. Стенки каналов имеют форму боковых поверхностей усеченных конусов или усеченных пирамид с общей вершиной, совпадающей с центром упомянутых концентрических сферических поверхностей 4 и 5.
Являясь сфокусированным, антирассеивающий растр по второму варианту обеспечивает хорошую селекцию вторичного излучения в сочетании с равномерной прозрачностью для первичного излучения по всей апертуре. Поэтому выбор аспектного отношения в нем не ограничен факторами, учитываемыми при проектировании растра по первому варианту, и может быть осуществлен с полным использованием возможностей, предоставляемых технологией изготовления, благодаря чему степень подавления вторичного излучения может быть очень высокой с соответствующим увеличением контрастности изображения. Поскольку в растре по второму варианту полностью могут быть реализованы преимущества, обеспечиваемые высоким аспектным отношением, возможна сборка его из предварительно изготовленных поликапилляров, размеры поперечного сечения отдельных каналов - капилляров которых уже весьма малы. В этом случае перед сборкой поликапиллярам может быть придана необходимая сужающаяся форма в продольном направлении, что позволит исключить операцию формования собранного растра в целом.
Некоторое неудобство при использовании (точнее, при хранении и транспортировании) антирассеивающего растра по второму варианту может быть обусловлено неплоским характером его входной и выходной апертур. Это неудобство устранено в конструкции растра по третьему варианту (фиг. 4), каналы 1 имеют такую же форму, как и в растре по второму варианту, но поверхности 6 и 7, на которых расположены их входы и выходы, - плоские. Получение таких поверхностей обеспечивается обрезкой с двух сторон растра по второму варианту, изготовленного с "запасом" по продольному размеру каналов. Для растра по третьему варианту характерны неодинаковые продольные размеры каналов, увеличивающиеся к периферии. Это может привести к неодинаковым потерям интенсивности излучения в каналах, находящихся на разном расстоянии от центральной зоны растра, особенно в случае, когда каналы не являются полыми. Однако при характерных для практических приложений размерах растра и фокусном расстоянии (т. е. расстоянии от входа каналов центральной зоны растра до источника первичного излучения) указанные различия обычно невелики.
Форма поперечного сечения каналов во втором и третьем вариантах может быть такой же, как в первом (фиг. 5 и фиг. 6). В обоих этих вариантах, как и в первом, соблюдается условие 2d/H> θc, благодаря чему отсутствуют многократные отражения излучения при транспортировке его по каналам.
Антирассеивающий растр, предназначенный для использования в сканирующей системе рентгенодиагностики или дефектоскопии, может быть выполнен в виде узкой линейки (фиг. 7) с количеством каналов 1 вдоль большей стороны, значительно превышающим таковое в перпендикулярном направлении (т.е. в направлении перемещения растра при сканировании).
При выполнении антирассеивающего растра в виде узкой линейки по первому варианту и прямолинейной траектории его перемещения с учетом приведенных выше соображений может оказаться нецелесообразной реализация высокого аспектного отношения. Поэтому такой растр может быть выполнен со сравнительно большим поперечным размером каналов, расположенных в один ряд по длине линейки.
При выполнении антирассеивающего растра в виде узкой линейки по второму и третьему вариантам для реализации преимуществ, обеспечиваемых благодаря их сфокусированности, перемещение линейки целесообразно осуществлять по дуге окружности с центром в фокусе, т.е. в точке размещения источника первичного рентгеновского излучения, для сохранения ориентации продольных осей каналов на этот источник. В этом случае целесообразно реализовать высокое аспектное отношение, и, поскольку поперечные размеры каналов малы, линейка может быть выполнена с несколькими рядами каналов.
При перемещении линейки каналов по дуге окружности могут быть улучшены и показатели растра в виде узкой линейки по первому варианту, так как условия прохождения первичного излучения через растр будут одинаковыми во всех точках траектории, по которой он перемещается. В этом случае тоже целесообразно использовать технологические возможности реализации большого аспектного отношения.
Каналы транспортировки излучения во всех трех предлагаемых вариантах могут быть выполнены из стекла, предпочтительно свинцового. Возможно также их выполнение из свинца и других тяжелых металлов. Преимуществом такого выполнения является то, что стенки каналов в этом случае могут быть весьма тонкими. Например, в растре, предназначенном для применения в маммографии, когда в качестве источника используется рентгеновская трубка с молибденовым анодом (энергия квантов E=17,4 кэВ), стенки могут иметь толщину порядка 10-20 микрон. Это повышает прозрачность растра и позволяет обойтись без его перемещения во время съемки, так как тени от таких тонких стенок практически не видны на фотопленке.
В ряде случаев, в зависимости от используемых энергий, может оказаться целесообразным выполнение стенок каналов из легких металлов (например, алюминия) или диэлектриков. Это бывает в том случае, когда попадание излучения на стенку из тяжелого металла вызывает жесткое вторичное излучение, которое может попасть на рентгеновскую пленку или на детектор. При использовании металлов или диэлектриков возникающее вторичное излучение является мягким и поглощается в слое воздуха толщиной несколько сантиметров.
В большинстве случаев каналы желательно делать полыми, например растр может быть выполнен из стеклянных моно- или поликапилляров. В этом случае прозрачность растра (отношение открытой площади поперечного сечения растра к полной площади) может достигать 80%. Такая высокая прозрачность способствует уменьшению дозы облучения пациента. Технология изготовления таких растров достаточно сложна. Поэтому в ряде случаев для упрощения изготовления можно делать растры с каналам, заполненными органическим материалом, например поливинилхлоридом, или легким металлом, слабо поглощающим первичное излучение, которое несет информацию об исследуемом объекте. Заполненные каналы в меньшей степени подвержены неконтролируемым деформациям при формовании растра.
Экспериментальные исследования растров, изготовленных в соответствии с предлагаемыми изобретениями, показывают, что вполне реально получение устройств с поперечными размерами 20х20 см2 и более. При изготовлении их из свинцового стекла достигнутый коэффициент прозрачности для полезной составляющей излучения имеет порядок 0,85. При аспектном отношении H/d порядка 60-100 ослабление рассеянного излучения на выходе растра достигает 100-1000 раз.
Таким показателям соответствует повышение контраста изображения, например в маммографических исследованиях, в 4-7 раз. При этом использование растра позволяет снизить дозу облучения в 3-5 раз.

Claims (30)

1. Антирассеивающий рентгеновский растр, предназначенный для размещения между средством для детектирования излучения, прошедшего через исследуемый объект, и этим объектом, представляющий собой ячеистую структуру, содержащую множество параллельных трубчатых каналов транспортировки рентгеновского излучения со стенками, выполненными из материала, способного поглощать рентгеновское излучение, и имеющими форму цилиндрической поверхности или боковой поверхности призмы, входы и выходы указанных каналов расположены в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных продольным осям указанных каналов, а стенки соседних каналов сплавлены друг с другом, при этом наибольший поперечный размер d отдельного канала транспортировки рентгеновского излучения и его длина Н удовлетворяют соотношению
2d/H > θc,
где θc= ℏωp/E - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от материала стенок каналов транспортировки рентгеновского излучения;
ℏ - - постоянная Планка;
ωp - плазменная частота для материала стенок каналов;
Е - энергия квантов излучения.
2. Растр по п.1, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из свинцового стекла.
3. Растр по п.1, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из тяжелого металла.
4. Растр по п.1, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из диэлектрика.
5. Растр по п.1, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из металла.
6. Растр по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения выполнены полыми.
7. Растр по любому из пп.l-5, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения заполнены легким металлом.
8. Растр по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения заполнены органическим материалом.
9. Растр по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения образованы стеклянными моно- или поликапиллярами.
10. Растр по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что он выполнен в виде узкой линейки ячеек, образованных каналами транспортировки рентгеновского излучения.
11. Антирассеивающий рентгеновский растр, предназначенный для размещения между средством для детектирования излучения, прошедшего через исследуемый объект, и этим объектом, представляющий собой ячеистую структуру, содержащую множество трубчатых каналов транспортировки рентгеновского излучения со стенками, выполненными из материала, способного поглощать рентгеновское излучение, и имеющими форму боковых поверхностей усеченных конусов или усеченных пирамид с общей вершиной, входы и выходы указанных каналов расположены на двух концентрических сферических поверхностях с центром, совпадающим с указанной общей вершиной усеченных конусов или усеченных пирамид, а стенки соседних каналов сплавлены друг с другом, при этом наибольший поперечный размер d отдельного канала транспортировки рентгеновского излучения и его длина Н удовлетворяют соотношению;
2d/H > θc,
где θc= ℏωp/E - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от материала стенок каналов транспортировки рентгеновского излучения;
ℏ - постоянная Планка;
ωp - плазменная частота для материала стенок каналов;
Е - энергия квантов излучения.
12. Растр по п.11, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из свинцового стекла.
13. Растр по п.11, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из тяжелого металла.
14. Растр по п.11, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из диэлектрика.
15. Растр по п.11, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из металла.
16. Растр по любому из пп.11-15, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения выполнены полыми.
17. Растр по любому из пп.11-15, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения заполнены легким металлом.
18. Растр по любому из пп.11-15, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения заполнены органическим материалом.
19. Растр по п.11 или 12, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения образованы стеклянными моно- или поликапиллярами.
20. Растр по любому из пп.11-19, отличающийся тем, что он выполнен в виде узкой линейки ячеек, образованных каналами транспортировки рентгеновского излучения.
21. Антирассеивающий рентгеновский растр, предназначенный для размещения между средством для детектирования излучения, прошедшего через исследуемый объект, и этим объектом, представляющий собой ячеистую структуру, содержащую множество трубчатых каналов транспортировки рентгеновского излучения со стенками, выполненными из материала, способного поглощать рентгеновское излучение, и имеющими форму боковых поверхностей усеченных конусов или усеченных пирамид с общей вершиной, входы и выходы указанных каналов расположены в двух параллельных плоскостях, перпендикулярных оси одного из каналов, размещенных в центральной зоне антирассеивающего растра, а стенки соседних каналов сплавлены друг с другом, при этом наибольший поперечный размер d отдельного канала транспортировки рентгеновского излучения и его длина Н удовлетворяют соотношению
2d/H > θc,
где θc= ℏωp/E - критический угол полного внешнего отражения рентгеновского излучения от материала стенок каналов транспортировки рентгеновского излучения;
ℏ - постоянная Планка;
ωp - плазменная частота для материала стенок каналов;
Е - энергия квантов излучения.
22. Растр по п.21, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из свинцового стекла.
23. Растр по п.21, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из тяжелого металла.
24. Растр по п.21, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из диэлектрика.
25. Растр по п.21, отличающийся тем, что стенки каналов транспортировки рентгеновского излучения выполнены из металла.
26. Растр по любому из пп.21-25, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения выполнены полыми.
27. Растр по любому из пп.21-25, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения заполнены легким металлом.
28. Растр по любому из пп.21-25, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения заполнены органическим материалом.
29. Растр по п.21 или 22, отличающийся тем, что каналы транспортировки рентгеновского излучения образованы стеклянными моно- или поликапиллярами.
30. Растр по любому из пп.21-29, отличающийся тем, что он выполнен в виде узкой линейки ячеек, образованных каналами транспортировки рентгеновского излучения.
RU99111272/28A 1999-05-28 1999-05-28 Антирассеивающий рентгеновский растр (варианты) RU2171979C2 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99111272/28A RU2171979C2 (ru) 1999-05-28 1999-05-28 Антирассеивающий рентгеновский растр (варианты)
PCT/RU2000/000184 WO2000073772A1 (fr) 1999-05-28 2000-05-19 Canevas a rayons x anti-diffusion
US09/744,467 US6678352B1 (en) 1999-05-28 2000-05-19 Anti-scattering x-ray raster
AU49606/00A AU4960600A (en) 1999-05-28 2000-05-19 Anti-scattering x-ray raster

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99111272/28A RU2171979C2 (ru) 1999-05-28 1999-05-28 Антирассеивающий рентгеновский растр (варианты)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99111272A RU99111272A (ru) 2001-02-27
RU2171979C2 true RU2171979C2 (ru) 2001-08-10

Family

ID=20220496

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99111272/28A RU2171979C2 (ru) 1999-05-28 1999-05-28 Антирассеивающий рентгеновский растр (варианты)

Country Status (4)

Country Link
US (1) US6678352B1 (ru)
AU (1) AU4960600A (ru)
RU (1) RU2171979C2 (ru)
WO (1) WO2000073772A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003075286A1 (fr) * 2002-03-05 2003-09-12 Muradin Abubekirovich Kumakhov Microscope a rayons x
RU2413317C2 (ru) * 2006-02-02 2011-02-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Антирассеивающее устройство, способ и система
RU2790441C1 (ru) * 2022-11-16 2023-02-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук (ИФВД РАН) Способ изготовления коллиматора рентгеновского излучения

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7127037B2 (en) * 2002-07-26 2006-10-24 Bede Scientific Instruments Ltd. Soller slit using low density materials
EP1680789B1 (en) * 2003-09-12 2011-11-16 Philips Intellectual Property & Standards GmbH Arrangement for collimating electromagnetic radiation
JP2008180731A (ja) * 2008-03-31 2008-08-07 Muradin Abubekirovich Kumakhov Ｘ線顕微鏡
US9213005B2 (en) * 2013-11-04 2015-12-15 Incom, Inc. X-ray anti-scatter grid
WO2016076824A1 (en) * 2014-11-10 2016-05-19 Halliburton Energy Services, Inc. Energy detection apparatus, methods, and systems
CN112378933B (zh) * 2020-10-30 2023-01-10 中建材光芯科技有限公司 三维聚焦玻璃基防散射滤线栅及其制造方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4414679A (en) 1982-03-01 1983-11-08 North American Philips Corporation X-Ray sensitive electrophoretic imagers
JPH0675570B2 (ja) 1985-09-11 1994-09-28 株式会社東芝 Ｘ線ｃｔ装置
NL8800679A (nl) 1988-03-18 1989-10-16 Philips Nv Roentgenonderzoekapparaat met een strooistralenrooster met antivignetterende werking.
US5231654A (en) 1991-12-06 1993-07-27 General Electric Company Radiation imager collimator
US5418833A (en) * 1993-04-23 1995-05-23 The Regents Of The University Of California High performance x-ray anti-scatter grid
RU2098798C1 (ru) 1994-12-08 1997-12-10 Алексей Владиславович Курбатов Способ получения изображения внутренней структуры объекта с помощью проникающего излучения
US5570408A (en) 1995-02-28 1996-10-29 X-Ray Optical Systems, Inc. High intensity, small diameter x-ray beam, capillary optic system
US5557650A (en) * 1995-03-10 1996-09-17 General Electric Company Method for fabricating an anti-scatter X-ray grid device for medical diagnostic radiography
US5712483A (en) 1996-06-28 1998-01-27 The Regents Of The University Of California X-ray grid-detector apparatus
US6252938B1 (en) * 1997-06-19 2001-06-26 Creatv Microtech, Inc. Two-dimensional, anti-scatter grid and collimator designs, and its motion, fabrication and assembly

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Radiology v.l54. Number 3, March 1985, p.p.807-815. Физика визуализации изображений в медицине. Под ред. С.Уэбба. -М.: Мир, 1991,т.1,с.131-133 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2003075286A1 (fr) * 2002-03-05 2003-09-12 Muradin Abubekirovich Kumakhov Microscope a rayons x
RU2413317C2 (ru) * 2006-02-02 2011-02-27 Конинклейке Филипс Электроникс Н.В. Антирассеивающее устройство, способ и система
RU2790441C1 (ru) * 2022-11-16 2023-02-21 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук (ИФВД РАН) Способ изготовления коллиматора рентгеновского излучения

Also Published As

Publication number Publication date
AU4960600A (en) 2000-12-18
WO2000073772A1 (fr) 2000-12-07
US6678352B1 (en) 2004-01-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3090471B2 (ja) 粒子、ｘ線およびガンマ線量子のビーム制御装置
US10153062B2 (en) Illumination and imaging device for high-resolution X-ray microscopy with high photon energy
RU2164361C1 (ru) Линза для управления излучением в виде потока нейтральных или заряженных частиц, способ изготовления таких линз и содержащее такие линзы аналитическое устройство, устройство для лучевой терапии и устройства для контактной и проекционной литографии
CN101413905B (zh) X射线微分干涉相衬成像系统
US5744813A (en) Method and device for controlling beams of neutral and charged particles
US8744048B2 (en) Integrated X-ray source having a multilayer total internal reflection optic device
US6271534B1 (en) Device for producing the image of an object using a flux of neutral or charged particles, and an integrated lens for converting such flux of neutral or charged particles
US8311184B2 (en) Fan-shaped X-ray beam imaging systems employing graded multilayer optic devices
CA2939811C (en) X-ray collimator
RU2171979C2 (ru) Антирассеивающий рентгеновский растр (варианты)
JP2007504881A (ja) 電磁放射線照射のための配列
GB2127173A (en) Thin fieldlight mirror for medical electron accelerators
EP3538879B1 (en) Grating-based phase contrast imaging
EP3322341B1 (en) Imaging with modulated x-ray radiation
AU2018309611A1 (en) Convergent x-ray imaging device and method
Kumakhov Status of x-ray capillary optics
Pantojas et al. A polycapillary-based X-ray optical system for diffraction applications
EP3322340A1 (en) Imaging with enhanced x-ray radiation
Padiyar Characterization of polycapillary x-ray optical systems with potential applications in digital imaging

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100529