RU2672253C1

RU2672253C1 - Device for measuring anode voltage and determining total x-ray filtration

Info

Publication number: RU2672253C1
Application number: RU2018108487A
Authority: RU
Inventors: Александр Сергеевич Лелюхин; Дмитрий Алексеевич Муслимов; Татьяна Ивановна Пискарёва; Лариса Владимировна Межуева; Андрей Владимирович Татаров; Сергей Константинович Яловой; Александр Сергеевич Стуров
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2018-03-07
Publication date: 2018-11-13

Abstract

SUBSTANCE: invention relates to a device for measuring anode voltage and determining the total X-ray filtration, relates to X-ray technology and can be used to determine the conditions for the excitation of X-rays by the contactless method when implementing the procedure for monitoring the parameters of X-ray diagnostic devices. In a device for measuring anode voltage and determining the total X-ray filtration, containing a scattering body and radiation detectors, mounted on the scattering body, radiation detectors are ordered on the side surface of the scattering body on the side of scattered radiation output from the scattering body, and the scattering body is made as a group of parallel scattering plates made of materials with different effective atomic numbers, separated from each other by absorbing plates of a material with an effective atomic number larger than that of the scattering plates, perpendicular to the detector placement surface.EFFECT: technical result is the expansion of the measurement range by registering radiation only in the area of the formation of scattered radiation in the vicinity of a scattering body made of separate plates of different materials.1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемое устройство для измерения анодного напряжения и определения суммарной фильтрации рентгеновского излучения относится к рентгенотехнике и может применяться для определения условий возбуждения рентгеновского излучения бесконтактным способом при осуществлении процедуры контроля параметров рентгеновских диагностических аппаратов.The proposed device for measuring the anode voltage and determining the total filtration of x-ray radiation relates to x-ray technology and can be used to determine the conditions for the excitation of x-ray radiation in a non-contact way during the procedure for monitoring the parameters of x-ray diagnostic devices.

Известно устройство для определения высокого напряжения на рентгеновской трубке, реализованное по схеме с рассеивающим фантомом и детекторами, установленными в областях формирования полей рассеянного и ослабленного излучений [Авторское свидетельство СССР, SU №1536525 опубл. 15.01.1990].A device for determining high voltage on an x-ray tube, implemented according to the scheme with a scattering phantom and detectors installed in the field of formation of fields of scattered and attenuated radiation [USSR Author's Certificate, SU No. 1536525 publ. 01/15/1990].

Однако конструктивные особенности этого устройства не позволяют учитывать характер пространственного распределения полей вторичного излучения для повышения достоверности измерений и однозначной оценки суммарной фильтрации излучения.However, the design features of this device do not allow taking into account the nature of the spatial distribution of the secondary radiation fields in order to increase the reliability of measurements and unambiguous assessment of the total radiation filtering.

Наиболее близким по технической сущности является устройство для определения высокого напряжения на рентгеновской трубке, описанное в работе [Патент на изобретение РФ, RU №2633801 опубл. 19.10.2017].The closest in technical essence is a device for determining high voltage on an x-ray tube, described in [Patent for the invention of the Russian Federation, RU No. 2633801 publ. 10/19/2017].

Данное устройство содержит рассеивающее тело, на котором установлены детекторы излучения в области формирования ослабленного и рассеянного излучений со стороны одного из оснований рассеивающего тела за рассеивающим телом и в области формирования рассеянного излучения вдоль всей образующей боковой поверхности рассеивающего тела.This device comprises a scattering body on which radiation detectors are mounted in the region of formation of attenuated and scattered radiation from one of the bases of the scattering body behind the scattering body and in the region of formation of scattered radiation along the entire generatrix of the side surface of the scattering body.

Использование детектора излучения, установленного за рассеивающим телом в области формирования ослабленного и рассеянного излучений, ограничивает рабочий диапазон устройства, поскольку проникающая способность излучения меняется в диапазоне анодных напряжений и может быть неприемлемой для формирования адекватных уровней сигнала в детекторе на нижней и верхней границах измерений при априорно неизвестных плотностях потока квантов рентгеновского излучения. В то же время использование монолитного рассеивающего тела, выполненного из однородного вещества, не позволяет получить дополнительные измерительные критерии для одновременного определения анодного напряжения и суммарной фильтрации излучения без использования сигнала детектора, установленного за рассеивающим телом в области формирования ослабленного и рассеянного излучений.The use of a radiation detector mounted behind a scattering body in the region of formation of attenuated and scattered radiation limits the operating range of the device, since the radiation penetrating power varies in the range of anode voltages and may be unacceptable for the formation of adequate signal levels in the detector at the lower and upper limits of measurements for a priori unknown flux densities of x-ray quanta. At the same time, the use of a monolithic scattering body made of a homogeneous substance does not allow obtaining additional measuring criteria for simultaneously determining the anode voltage and the total radiation filtering without using a detector signal installed behind the scattering body in the region of the formation of attenuated and scattered radiation.

Техническим результатом настоящего изобретения является расширение диапазона измерений путем регистрации излучения только в области формирования рассеянного излучения в окрестности рассеивающего тела, выполненного из отдельных пластин из разных материалов.The technical result of the present invention is to expand the measurement range by detecting radiation only in the area of formation of scattered radiation in the vicinity of the scattering body made of individual plates of different materials.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, достигается тем, что в устройстве для измерения анодного напряжения и определения суммарной фильтрации рентгеновского излучения, содержащем рассеивающее тело и детекторы излучения, установленных на рассеивающем теле, детекторы излучения упорядочение распределены по боковой поверхности рассеивающего тела со стороны выхода рассеянного излучения из рассеивающего тела, а рассеивающее тело выполнено в виде группы параллельных рассеивающих пластин из материалов с разными эффективными атомными номерами, отделенных друг от друга поглощающими пластинами из материала с эффективным атомным номером большим, чем у рассеивающих пластин, перпендикулярными поверхности размещения детекторов.The problem to which the claimed invention is directed, is achieved by the fact that in the device for measuring the anode voltage and determining the total filtering of x-ray radiation containing the scattering body and radiation detectors mounted on the scattering body, the radiation detectors are distributed on the side surface of the scattering body from the output side scattered radiation from the scattering body, and the scattering body is made in the form of a group of parallel scattering plates of materials with different effects effective atomic numbers separated by absorbing plates of material with an effective atomic number greater than scattering plates perpendicular to the detector placement surface.

На фиг. 1 изображена схема устройства для измерения анодного напряжения и определения суммарной фильтрации рентгеновского излучения. На фиг. 2 даны диаграммы, отражающие характер изменения приведенных интенсивностей рассеянного излучения вдоль боковой поверхности рассеивающих пластин из селенита (I_CaSO4)>рутила (I_TiO2) и титана (I_Ti), рассчитанные при заданных условиях возбуждения излучения (анодное напряжение: 150 кВ; суммарная фильтрация 3 мм в алюминиевом эквиваленте).In FIG. 1 shows a diagram of a device for measuring the anode voltage and determining the total filtering of x-ray radiation. In FIG. Figure 2 shows diagrams reflecting the nature of the change in the reduced intensities of scattered radiation along the side surface of scattering plates of selenite (I _CaSO4 )> rutile (I _TiO2 ) and titanium (I _Ti ), calculated under given conditions of radiation excitation (anode voltage: 150 kV; total filtration 3 mm in aluminum equivalent).

Устройство для измерения анодного напряжения и определения суммарной фильтрации рентгеновского излучения на рентгеновском диагностическом аппарате 1 содержит рассеивающее тело 2, включающее рассеивающие пластины 3 и поглощающие пластины 4, детекторы рентгеновского излучения 5, интерфейсное устройство 6, персональный компьютер 7.A device for measuring the anode voltage and determining the total filtering of x-ray radiation on an x-ray diagnostic apparatus 1 comprises a scattering body 2, including scattering plates 3 and absorbing plates 4, x-ray detectors 5, an interface device 6, a personal computer 7.

Устройство работает следующим образом. Рентгеновское излучение, возбуждаемое при заданных значениях анодного напряжения и суммарной фильтрации на рентгеновском диагностическом аппарате 1, поступает на рассеивающее тело 2. В качестве рассеивающего тела 2 можно использовать, например, группу параллельных рассеивающих пластин 3 из селенита, рутила и титана, отделенных друг от друга поглощающими пластинами 4 из свинца. В результате процессов фотопоглощения и комптоновского рассеяния в окрестности рассеивающего тела 2 формируются поля ослабленного и рассеянного излучений. Поглощающие пластины 4 исключают взаимное влияние полей вторичного излучения рассеивающих пластин 3. Детекторы рентгеновского излучения 5 упорядоченно расположены со стороны боковой поверхности рассеивающего тела 2 в области формирования рассеянного излучения и вырабатывают сигналы, отражающие характер пространственного изменения интенсивности излучения, рассеянного каждой из рассеивающих пластин 3. В качестве детекторов рентгеновского излучения 5 могут быть использованы, например, многоэлементные пиксельные детекторы на основе арсенида галлия, описанные в работе [Толбанов О.П. Детекторы ионизирующих излучений на основе компенсированного арсенида галлия // Вестник Томского государственного университета. 2005. №285. С. 155-163]. Совокупность сигналов, сформированных детекторами рентгеновского излучения 5, преобразуется в кадр изображения и транслируется интерфейсным устройством 6 в персональный компьютер 7. В персональном компьютере 7 реализована вычислительная процедура, выполняющая формирование профилей сигналов вдоль каждой из рассеивающих пластин 3 рассеивающего тела 2. По профилю полученных распределений, по значениям коэффициентов формы (например, коэффициента асимметрии) и положения (например, верхней квартили) судят об условиях возбуждения рентгеновского излучения. Для этого строят калибровочные зависимости, отражающие изменения коэффициентов формы и положения экспериментально регистрируемых распределений как функции анодного напряжения и суммарной фильтрации излучения. Причем, для повышения достоверности измерений и расширения рабочего диапазона на нижней границе измерений результаты калибровки, полученные для рассеивающих пластин 3, выполненных из материалов с меньшими эффективными атомными номерам]!, используют совместно с результатами калибровки, полученными для рассеивающих пластин 3, выполненных из материалов со средними эффективными атомными номерами, а на верхней границе измерений результаты калибровки, полученные для рассеивающих пластин 3, выполненных из материалов с большими эффективными атомными номерами, используют совместно с результатами калибровки, полученными для рассеивающих пластин 3, выполненных из материалов со средними эффективными атомными номерами.The device operates as follows. X-ray radiation, excited at predetermined values of the anode voltage and the total filtering on the X-ray diagnostic apparatus 1, enters the scattering body 2. As a scattering body 2, for example, a group of parallel scattering plates 3 of selenite, rutile and titanium, separated from each other, can be used. 4 absorbing plates of lead. As a result of the processes of photoabsorption and Compton scattering in the vicinity of the scattering body 2, the fields of attenuated and scattered radiation are formed. The absorbing plates 4 exclude the mutual influence of the secondary radiation fields of the scattering plates 3. The X-ray detectors 5 are arranged orderly from the side of the scattering body 2 in the region of scattered radiation formation and generate signals reflecting the nature of the spatial change in the radiation intensity scattered by each of the scattering plates 3. B As x-ray detectors 5, for example, multi-element pixel detectors based on ar gallium senide described in the work [Tolbanov O.P. Detectors of ionizing radiation based on compensated gallium arsenide // Bulletin of Tomsk State University. 2005. No. 285. S. 155-163]. The set of signals generated by x-ray detectors 5 is converted into an image frame and transmitted by an interface device 6 to a personal computer 7. A personal computer 7 implements a computational procedure that generates signal profiles along each of the scattering plates 3 of the scattering body 2. According to the profile of the obtained distributions, the values of the shape factors (for example, the asymmetry coefficient) and position (for example, the upper quartile) judge the conditions for the excitation of x-rays whom radiation. For this, calibration dependencies are constructed that reflect changes in the shape coefficients and the positions of experimentally recorded distributions as a function of the anode voltage and the total radiation filtering. Moreover, to increase the reliability of measurements and expand the operating range at the lower boundary of the measurements, the calibration results obtained for scattering plates 3 made of materials with lower effective atomic numbers]! Are used together with the calibration results obtained for scattering plates 3 made of materials with average effective atomic numbers, and on the upper boundary of the measurements, the calibration results obtained for scattering plates 3 made of materials with large effective atomic numbers are used in conjunction with calibration results obtained for scattering plates 3 made of materials with average effective atomic numbers.

Использование детекторов рентгеновского излучения 5, установленных упорядочено в области формирования рассеянного излучения, и рассеивающего тела 2 в виде группы параллельных рассеивающих пластин 3 из материалов с разными эффективными атомными номерами, разделенных поглощающими пластинами 4 из материала с эффективным атомным номером большим, чем у рассеивающих пластин, выгодно отличает предлагаемое устройство для измерения анодного напряжения и определения суммарной фильтрации рентгеновского излучения от указанного прототипа, так как не требует осуществления измерений при априорно неизвестных плотностях потока квантов рентгеновского излучения в области формирования ослабленного и рассеянного излучений за рассеивающим телом и позволяет учитывать пространственные распределения излучения, рассеянного одновременно несколькими рассеивающими пластинами, для калибровки устройства, что в совокупности приводит к расширению диапазона измерений.The use of X-ray detectors 5 mounted in order in the region of scattered radiation formation, and a scattering body 2 in the form of a group of parallel scattering plates 3 of materials with different effective atomic numbers, separated by absorbing plates 4 of a material with an effective atomic number greater than that of scattering plates, favorably distinguishes the proposed device for measuring the anode voltage and determining the total filtration of x-ray radiation from the specified prototype, so ak does not require making measurements at a priori unknown flux densities X-ray quanta in the formation attenuated and scattered radiation behind the scattering body and allows to take into account the spatial distribution of the radiation scattered simultaneously by multiple scattering plates for calibration of the device, which together lead to the expansion of the measuring range.

Claims

A device for measuring the anode voltage and determining the total filtration of x-ray radiation, comprising a scattering body and radiation detectors mounted on a scattering body, characterized in that the radiation detectors are orderedly distributed on the side surface of the scattering body from the side of the scattered radiation exit from the scattering body, and the scattering body is made in the form of a group of parallel scattering plates of materials with different effective atomic numbers, separated from each other, I absorb plates made of a material with an effective atomic number greater than that of scattering plates, perpendicular to the detector placement surface.