WO2017213555A1 - Устройство и способ облучения рентгенолюминофоров рентгеновизиализирующих устройств - Google Patents

Устройство и способ облучения рентгенолюминофоров рентгеновизиализирующих устройств Download PDF

Info

Publication number
WO2017213555A1
WO2017213555A1 PCT/RU2017/000384 RU2017000384W WO2017213555A1 WO 2017213555 A1 WO2017213555 A1 WO 2017213555A1 RU 2017000384 W RU2017000384 W RU 2017000384W WO 2017213555 A1 WO2017213555 A1 WO 2017213555A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ray
pulses
phosphor
radiation
nanosecond
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000384
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Марк Яковлевич ГРИН
Михаил Алексеевич ДВОРЦОВ
Сергей Романович КОРЖЕНЕВСКИЙ
Николай Сергеевич КОРЖЕНЕВСКИЙ
Александр Александрович КОМАРСКИЙ
Дмитрий Леонидович СОЛОДОВ
Александр Сергеевич ЧЕПУСОВ
Владимир Николаевич ТИТОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Субмикроволновая Диагностическая Аппаратура"
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 "Субмикроволновая Диагностическая Аппаратура" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Субмикроволновая Диагностическая Аппаратура"
Priority to EP17810630.8A priority Critical patent/EP3467486A4/de
Publication of WO2017213555A1 publication Critical patent/WO2017213555A1/ru

Links

Classifications

    • 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
    • G01N23/22—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 measuring secondary emission from the material
    • G01N23/223—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 measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/62—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing gallium, indium or thallium
    • C09K11/626—Halogenides
    • C09K11/628—Halogenides with alkali or alkaline earth metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7766—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals containing two or more rare earth metals
    • C09K11/7767—Chalcogenides
    • C09K11/7769—Oxides
    • 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
    • G01N23/22—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 measuring secondary emission from 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
    • G21K4/00—Conversion screens for the conversion of the spatial distribution of X-rays or particle radiation into visible images, e.g. fluoroscopic screens
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/64—Circuit arrangements for X-ray apparatus incorporating image intensifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2235/00—X-ray tubes
    • H01J2235/20—Arrangements for controlling gases within the X-ray tube
    • H01J2235/205—Gettering
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05G—X-RAY TECHNIQUE
    • H05G1/00—X-ray apparatus involving X-ray tubes; Circuits therefor
    • H05G1/08—Electrical details
    • H05G1/10—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube
    • H05G1/20—Power supply arrangements for feeding the X-ray tube with high-frequency ac; with pulse trains

Definitions

  • the invention relates to methods and devices for obtaining an X-ray image and to X-ray apparatuses, in particular to fluoroscopic and radiographic apparatuses for medical and industrial applications, in particular, to X-ray diagnostic devices for medical research and introscopy.
  • X-ray apparatuses in particular to fluoroscopic and radiographic apparatuses for medical and industrial applications, in particular, to X-ray diagnostic devices for medical research and introscopy.
  • X-ray introscopy uses various types of X-ray analyzing devices that differ from each other in the principles of converting the energy of the X-ray photons incident on the detector.
  • amplifying X-ray phosphors layers are included in the composition of the X-ray analyzing devices.
  • radiographic cassettes with amplifying x-ray phosphor screens are: radiographic cassettes with amplifying x-ray phosphor screens; X-ray image amplifiers with an X-ray electron-optical converter, on the input window of which an X-ray phosphor screen is applied; systems X-ray phosphor screen-CCD-matrix; digital systems using photodiode arrays (rulers) of amorphous silicon in optical contact with the X-ray phosphor screen.
  • X-ray luminescence of most materials consists of two components: fast (tens of nanoseconds) and slow (tens, hundreds of microseconds).
  • fast component tens of nanoseconds
  • slow tens, hundreds of microseconds
  • the fast component is used, and when creating x-ray analyzing devices, they use the slow component, which carries about 80% of the radiation energy.
  • the known method and diagnostic x-ray apparatus that implements the receipt of x-ray images [RF patent 2153848, A61B6 / 00, H05G1 / 20, publ. 08/10/2000], by irradiating a packet of powerful pulses of X-ray radiation of nanosecond duration, a converter standing behind the object under investigation that converts X-ray radiation into visible. Capturing a captured image lead a video camera synchronously controlled with the moment of arrival of the packet of pulses of x-ray radiation.
  • the irradiation of the object occurs synchronously with the frame scan of the camera during the reverse beam of the camera. Since the human eye gets used to the image in a time of ⁇ 0.2 s, an image change frequency of no more than 5 Hz is used, which is 10 times lower than the frame rate of the video camera.
  • the disadvantage of this method is its applicability only to X-ray devices using a video camera (CCD).
  • the camcorder registers not only a useful signal, but also radiation and intrinsic noises. This in turn greatly reduces the signal-to-noise ratio.
  • the duration of radiation accumulation is limited by the frame duration of the applied video device, which limits the application of the method for transmission of objects with a large radiation thickness.
  • a known method of pulsed microdose x-ray diagnostics [RF patent JV » 2273844, G01N 23/04, publ. 04/10/2006], including the transmission of the object by pulsed x-ray radiation, the conversion of the transmitted radiation object by an X-ray luminescent converter, the registration of an optical image by a photoelectronic device synchronized in time with an x-ray source, the conversion of signals from an analog form to a digital one, storing, processing and broadcasting an image the fact that the irradiation of the object and registration of its optical image is performed in the time interval between radiation space mpulsami.
  • a known method of obtaining x-ray images [RF patent JVe 2206886, G01N 23/04, publ. June 20, 2003], characterized in that the time of irradiation and registration of the optical image is less than or equal to the radiative time of the X-ray luminescent converter, and the beginning of the exposure of the photoelectron devices synchronize in time in the interval of the radiation pulse of the x-ray luminescent converter.
  • a charge-coupled photoelectronic matrix analog-to-digital device CCD
  • the disadvantage of this method is the inapplicability to film registration systems, low resolution, narrow dynamic range of image registration.
  • the disadvantage of this method is the continuous generation of x-ray radiation, while the peak power of the tube does not exceed 0.1 MW, and the exposure time is at least 1 ms.
  • the luminosity of the phosphor is linearly proportional to the intensity of the x-ray radiation [Kazankin ON, Markovsky L Ya, Mironov IA, Pekerman FM, Petroshina LN "Inorganic phosphors" ed. "Chemistry” 1975].
  • the closest analogue of the proposed method is a method of irradiating X-ray phosphors with a packet of pulses of nanosecond duration with a pulse repetition rate of up to 5 kHz [Application of pulsed frequency nanosecond X-ray apparatus for diagnosis. / Bayankin S.N., Mozharova I.E., Korzhenevsky SR. Kuznetsov V.L., Komarsky A.A. // Bulletin of radiology and radiology. - 2015. - 2. - S. 42 - 46].
  • the image formation of the studied object occurs by registering the light sum of the x-ray converted by the phosphor in the pauses between the x-ray pulses.
  • the disadvantage of this method is the increased level of image noise when using X-ray phosphor CsLTl, widely used in electronic X-ray devices.
  • the afterglow of traditional X-ray phosphors such as Gd 2 0 5 : Tb, CaW0 4, Y 2 0 2 S: Tb, ZnCdS: Ag, LaOBnTb is 1 ms [RF patent JV 2420763, G01T 1/20, publ. 06/20/2011].
  • the intensity of the afterglow of CsI: Tl which is often used to create flat-panel and linear digital X-ray receivers with high resolution, decreases to the level of 0.13 from the luminescence intensity at the moment the luminescence excitation ceases in just 0.1 ms [Meleshko A A. Time-resolved optical
  • the closest analogue of the claimed device is a pulsed nanosecond 130 x-ray apparatus YaSEN-01 [Korzhenevsky SR. High-frequency nanosecond generators for introscopy and selective destruction of micron-sized solids: Dis. Ph.D. Yekaterinburg. Institute of Electrophysics, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences.
  • the inventive device differs from the closest analogue in the design of the x-ray explosive emission tube, which made it possible to increase both the peak power of the pulse exciting x-ray radiation in the electron beam by 3.5 times to 35 MW and to increase the repetition rate of x-ray pulses by 3 times, to 15 kHz .
  • the technical result of the claimed invention consists in obtaining high-quality x-ray images while maintaining a given signal to noise ratio and in reducing the dose of x-ray radiation required to obtain
  • the essence of the proposed method lies in the fact that the X-ray phosphors of the X-ray analyzing devices are irradiated with an X-ray pulse packet
  • nanosecond radiation emissions excited by high-voltage nanosecond pulses with a peak power of more than 30 MW in an electron beam, with kilohertz pulse repetition rates, while the luminescence excitation duration, determined by the X-ray pulse duration, is more than 10 times less than the duration of the afterglow of the X-ray phosphor after
  • the pulse repetition rate is selected from the condition that the pause duration between pulses is not more than the duration of the decrease in the intensity of the slow afterglow component of the used X-ray phosphor to a level of not less than 0.1 from the luminosity at the time the luminescence excitation ceases.
  • the method is implemented in a device including a nanosecond high-voltage pulse generator with an inductive energy storage device and a high-voltage semiconductor current chopper, an X-ray explosion-emission tube with getter elements (getters) mounted directly on cathode, anode, or simultaneously on both electrodes at a distance of no more than 20 mm from the 195 interelectrode gap, generating X-ray pulses excited by high-voltage nanosecond pulses with a peak power of 35 MW in an electron beam with a pulse repetition rate of up to 15 kHz and an X-ray system containing X-ray phosphor.
  • a nanosecond high-voltage pulse generator with an inductive energy storage device and a high-voltage semiconductor current chopper
  • an X-ray explosion-emission tube with getter elements (getters) mounted directly on cathode, anode, or simultaneously on both electrodes at a distance of no more than 20 mm from the 195 interelectrode gap
  • the pulse repetition rate is determined taking into account the duration of the decrease in the intensity of 200 afterglow of the used X-ray phosphor to a level of not less than 0, 1 from the intensity of the glow at the time the luminescence excitation ceases. So, when using Gd 2 0 5 : Tb, CaW0 4, the pulse repetition rate reaches 4 kHz, and when using CsLTl, the pulse repetition rate is selected to 15 kHz.
  • Figure 1 schematically shows the inventive device, where: 1 - generator of nanosecond high-voltage pulses; 2 - inductive energy storage; 3 - semiconductor current chopper; 4 - explosive emission x-ray tube; 5 - getters (getter elements); 6 - x-ray radiation; 7 - object of study; 8 - x-ray phosphor; 9 - x-ray system.
  • Figure 2 shows the electrode assembly of the x-ray explosive emission tube of the claimed device, where: 5 - getters (getter elements); 10 - cathode; 1 1 - anode.
  • Fig. 3 shows the image of the weld of steel parts obtained using pulsed X-ray generators with capacitive and inductive 215 energy storage devices operating at a frequency of 10 Hz using a PerkinElmer Dexela 1512NDT flat panel detector with Gd205: Tb X-ray phosphor.
  • Figure 4 presents the image of the weld of steel parts obtained using pulsed X-ray generators with capacitive and inductive energy storage, operating at a frequency of 4 kHz using a 220 flat panel detector PerkinElmer Dexela 1512NDT with X-ray phosphor Gd 2 0 5 : Tb
  • Figure 5 presents the image of a biological object obtained using a pulsed x-ray generator with inductive storage energy operating at a frequency of 4 kHz using a flat panel detector PerkinElmer XRpad 4343F with X-ray phosphor CsI: Tl.
  • Figure 6 presents the image of a biological object obtained using a pulsed X-ray generator with an inductive energy storage device operating at a frequency of 15 kHz using a flat panel detector PerkinElmer XRpad 4343F with X-ray phosphor CsITl.
  • Fig. 7 shows an image of a defect in a composite material part obtained using a pulsed X-ray generator with an inductive energy storage of 35 MW peak power operating at a frequency of 4 kHz using a Carestream DRX-1 flat panel detector with a Gd205 X-ray phosphor: Tb
  • X-ray luminescence of most materials consists of two components: fast (tens of nanoseconds) and slow (tens, hundreds of microseconds).
  • fast component tens of nanoseconds
  • slow component tens, hundreds of microseconds
  • a specific feature of the excitation of phosphors by X-ray radiation is that the luminescence of the phosphors is caused not by the direct action of the X-ray photons themselves, but by the action of electrons torn from the atoms or ions of the phosphor base by X-rays. As a result of this, X-ray luminescence
  • the intensity of the glow of X-ray phosphors is the effect of pulsed X-ray radiation on them, excited by high-voltage pulses of nanosecond duration with a peak power of more than 30 MW in the electron beam.
  • the ZOO-electron beam is limited to 10 MW, and the pulse repetition rate does not exceed 5 kHz, which ensures the operation of the anode in the optimal temperature range, reduces the evaporation of the anode material, and, as a result, ensures the removal of plasma from the interelectrode gap in the pauses between pulses. Therefore, to apply this method of irradiation of x-ray devices using
  • X-ray phosphors with an afterglow duration of 0.1 ms for example, CsI: Tl with a pulse repetition rate of more than 10 kHz
  • X-ray machines with an explosive emission X-ray tube having gas absorption elements in the region 80 mm away from the interelectrode gap are not suitable.
  • nanosecond frequency X-ray machines including a nanosecond high-voltage pulse generator 1 with an inductive energy storage 2, a high-voltage semiconductor current chopper 3, an X-ray tube 4 containing gas absorbing elements 5 at a distance of no more than 20 mm from 5 mm at most the interelectrode gap between the cathode 31510 and the anode 11.
  • the generator of the inventive device operates as follows. When connecting a generator of nanosecond high-voltage pulses 1 to the network
  • 325 power is the accumulation of magnetic field energy in the inductive storage 2.
  • the magnetic field energy is converted into electric field energy, which leads to the formation of a nanosecond high voltage pulse.
  • This pulse is applied to the X-ray explosion tube 4 connected to the generator
  • ⁇ nanosecond high-voltage pulses 1 which causes the process of explosive emission of electrons from the cathode 10 and the bombardment of the anode 11 by an electron beam with a peak power of 35 MW.
  • x-ray radiation is generated 6.
  • the repetition rate of the x-ray pulses in the packet is determined by the duration of the slow intensity decrease
  • Example 1 The claimed pulse installation with a peak power of 35 MW in an electron beam, a pulse repetition rate of 4 kHz, and a Definium AMX 700 direct current installation using x-ray pulses up to 15 kHz, which ensures the duration of the pause between pulses is not more than the duration of the decrease in the intensity of the afterglow of the X-ray phosphor to a level of not less than 0, 1 from the intensity of the glow
  • a tube with a thermionic cathode with a peak power in the electron beam of 12.5 kW is used to study chest organs. Image registration is carried out using the Carestream DRX-1 flat panel detector (amorphous photodiode array
  • a 375 electron beam leads to a decrease in the dose load on the patient, compared with direct current complexes with a peak power of the kilowatt range in the electron beam, by more than an order of magnitude, which is many times greater than the error in dose measurements, and cannot be explained by the inaccuracy of the measurements.
  • Example 2 The claimed pulse installation with inductive energy storage, 380 solid-state pulse shaping system, pulse repetition rate of 4 kHz and pulse installation ARINA-3 with capacitive energy storage and high-pressure gas surge arrester, pulse repetition rate of 10 Hz. Both installations operate in the megawatt peak power range of the electron beam.
  • Radiation receiver PerkinElmer Dexela 1512NDT flat panel detector with 385 X-ray phosphor Gd 2 0 5 : Tb. Comparison of the systems was made according to a subjective assessment of the quality of the obtained diagnostic images of the weld seam of the steel pipe with a wall thickness of 16.5 mm, provided that the dose was the same in the plane of the input window of the x-ray device.
  • the image obtained using the claimed installation meets all the requirements of normative documentation on 390 radiographic control methods.
  • the image obtained using the installation operating at a frequency of 10 Hz (Fig.Z) is characterized by lower contrast, the presence of alternating black bars, occupying 20% of the image field, was deemed unsuitable for defectoscopy.
  • Example 3 The claimed pulse installation with inductive energy storage, 395 solid-state pulse formation system.
  • the pulse repetition rate varied discretely from 4 kHz to 15 kHz.
  • Radiation receiver PerkinElmer XRpad 4343F flat panel detector with X-ray phosphor CsI: Tl.
  • the dose in the receiver plane was monitored by the DKS-AT 1 123 wide-range dosimeter. Comparative photographs of a biological object are made under the condition of the same dose of 400 in the plane of the input window of the x-ray device.
  • the image obtained during operation of the installation with a frequency of 4 kHz is characterized by lower contrast, increased noise, lower diagnostic value, in comparison with the image obtained at a pulse repetition rate of 15 kHz ( Figure 5).
  • Example 4 The claimed pulse installation with a peak power of 35 MW in an electron beam and the YaSEN-01 installation (prototype) with a peak power of 10 MW in an electron beam are used to obtain an image of a defect in a composite material, the quality of the image was evaluated subjectively, by three expert flaw detectors independently apart from each other. Pulse repetition rate for both

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Measurement Of Radiation (AREA)
  • X-Ray Techniques (AREA)

Abstract

Использование: для получения рентгеновского изображения. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют облучение рентгенолюминофоров рентгеновизиализирующих устройств пакетом импульсов рентгеновского излучения наносекундной длительности, при котором формирование изображения рентгеновизиализирующим устройством происходит путем регистрации как конвертированного рентгенолюминофором рентгеновского излучения непосредственно во время воздействия рентгеновского излучения, так и светосуммы конвертированного рентгенолюминофором рентгеновского излучения в паузах между импульсами рентгеновского излучения. Для генерации рентгеновского излучения используют импульсы высокого напряжения наносекундной длительности, пиковой мощностью более 30 МВт в электронном пучке, положительной полярности, с частотой следования импульсов до 15 кГц, при этом частоту следования импульсов определяют с учетом длительности затухания используемого рентгенолюминофора. Длительность паузы между импульсами выбирается не более длительности снижения интенсивности послесвечения рентгенолюминофора до уровня не меньше 0,1 от интенсивности свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции. Обеспечивается возможность получения качественного рентгеновского изображения при сохранении заданного отношения сигнал/шум, а также снижение дозы рентгеновского излучения.

Description

УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОБЛУЧЕНИЯ РЕНТГЕНОЛЮМИНОФОРОВ
РЕНТГЕНОВИЗИАЛИЗИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ
Область техники Изобретение относится к способам и устройствам для получения рентгеновского изображения и к рентгеновским аппаратам, а именно к рентгеноскопическим и рентгенографическим аппаратам для медицинского и промышленного применения, в частности, к рентгеновским диагностическим устройствам для медицинских исследований и интроскопии. Предшествующий уровень техники
В настоящее время в рентгеновской интроскопии используются рентгеновизиализирующие устройства различных типов, отличающихся друг от друга принципами преобразования энергии падающих на детектор рентгеновских фотонов. В случаях, когда ограничение дозы облучения важнее потери мелких деталей в изображении, в состав рентгеновизиализирующих устройств включают усиливающие рентгенолюминофорные экраны (слои). Примерами таких устройств являются: рентгенографические кассеты с усиливающими рентгенолюминофорными экранами; усилители рентгеновского изображения с рентгеновским электронно-оптическим преобразователем, на входное окно которого наносится рентгенолюминофорный экран; системы рентгенолюминофорный экран-ПЗС-матрица; цифровые системы с использованием фотодиодных матриц (линеек) из аморфного кремния, находящихся в оптическом контакте с рентенолюминофорным экраном.
Известно, что рентгенолюминесценция большинства материалов состоит из двух компонент: быстрой (десятки наносекунд) и медленной (десятки, сотни микросекунд). При этом при создании сцинтилляционных дозиметров используют быструю компоненту, а при создании рентгеновизиализирующих устройств - медленную, несущую около 80% энергии излучения.
Известен способ и диагностический рентгеновский аппарат, реализующий получение рентгеновского изображения [патент РФ 2153848, А61В6/00, H05G1/20, опубл. 10.08.2000 г.], путем облучения пакетом мощных импульсов рентгеновского излучения наносекундной длительности стоящий за исследуемым объектом конвертер, преобразующий рентгеновское излучение в видимое. Съемку полученного изображения ведут видеокамерой, синхронно управляемой с моментом прихода пакета импульсов рентгеновского излучения. Количество импульсов в пакете определяют по соотношению 1 = N =— , где N - количество импульсов рентгеновского излучения в пакете; t - время обратного хода луча кадровой развертки видеокамеры; Ί\ - период следования импульсов рентгеновского излучения в пакете. Облучение объекта происходит синхронно с кадровой разверткой видеокамеры во время обратного хода луча видеокамеры. Поскольку привыкание глаза человека к изображению происходит за время ~ 0,2 с, то используется частота смены изображения не более 5 Гц, что в 10 раз ниже частоты кадровой развертки видеокамеры.
Недостатком данного способа является применимость его только к рентгеновизиализирующим устройствам, использующим видеокамеру (ПЗС-матрицу). При этом видеокамера регистрирует не только полезный сигнал, а также радиационные и собственные шумы. Это в свою очередь сильно снижает соотношение сигнал-шум. Длительность накопления излучения ограничена длительностью кадра применяемого видеоустройства, что ограничивает применение способа для просвечивания объектов с большой радиационной толщиной.
Известен способ импульсной микродозовой рентгеновской диагностики [патент РФ JV» 2273844, G01N 23/04, опубл. 10.04.2006 г.], включающий просвечивание объекта импульсным рентгеновским излучением, преобразование прошедшего объект излучения рентгенолюминесцентным конвертором, регистрацию оптического изображения фотоэлектронным устройством, синхронизованным во времени с рентгеновским источником, преобразование сигналов из аналоговой формы в цифровую, запоминание, обработку и трансляцию изображения, отличающийся тем, что облучение объекта и регистрацию его оптического изображения производят в интервале времени между радиационными космическими импульсами.
Недостатком данного способа является обязательное использование фотоэлектронных устройств (ПЗС-матрицы, ЭОП, ФЭУ), не применимость к пленочным системам регистрации.
Известен способ получения рентгеновского изображения [патент РФ JVe 2206886, G01N 23/04, опубл. 20.06.2003 г.], характеризующийся тем, что время облучения и регистрации оптического изображения меньше или равно излучательному времени рентгенолюминесцентного преобразователя, а начало экспозиции фотоэлектронного устройства синхронизуют по времени в интервале импульса излучения рентгенолюминесцентного преобразователя. Для регистрации оптического изображения используют импульсный фотоэлектронный матричный аналого-цифровой прибор с зарядовой связью (ПЗС матрица), время экспозиции которого равно или меньше излучательного времени рентгенолюминесцентного преобразователя. Недостатком данного способа является не применимость к пленочным системам регистрации, низкая разрешающая способность, узкий динамический диапазон регистрации изображений.
Известен способ облучения рентгеновизиализирующих устройств рентгеновским излучением с помощью рентгеновских аппаратов, использующих рентгеновскую трубку с термоэмиссионным катодом [Рентгенотехника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В.Клюева - М. : Машиностроение, 1980].
Недостатком данного способа является непрерывная генерация рентгеновского излучения, при этом пиковая мощность трубки не превышает 0, 1 МВт, а длительность экспозиции не менее 1 мс. В этом случае интенсивность свечения люминофора линейно пропорциональна интенсивности рентгеновского излучения [Казанкин О.Н., Марковский Л Я , Миронов И.А., Пекерман Ф.М., Петрошина Л.Н. «Неорганические люминофоры» изд. «Химия» 1975г]. В тоже время известно, что облучение люминофоров мощными наносекундными импульсами с энергией электронов до 200 кэВ и плотностью тока 100- 1000 А/см2 возбуждает люминесценцию, пиковая интенсивность которой на 4-6 порядков выше интенсивности традиционной стационарной люминесценции [Соломонов В. И. Импульсная катодолюминесценция конденсированных сред: Дис. д. ф.-м.н. Екатеринбург. Институт электрофизики УО РАН. 1996. 267с]. Таким образом, не используется возможность нелинейного увеличения пиковой интенсивности свечения люминофора, за счет увеличения пиковой мощности рентгеновского излучения, путем использования сильноточных импульсов наносекундной длительности.
Наиболее близким аналогом заявляемого способа является способ облучения рентгенолюминофоров пакетом импульсов наносекундной длительности с частотой следования импульсов до 5 кГц [Применение импульсных частотных наносекундных рентгеновских аппаратов для диагностики. / Баянкин С.Н., Можарова И.Э., Корженевский СР. Кузнецов В. Л., Комарский А.А. // Вестник рентгенологии и радиологии. - 2015. - 2. - С. 42 - 46]. При данном способе формирование изображения исследуемого объекта происходит путем регистрации светосуммы конвертированного люминофором рентгеновского излучения в паузах между импульсами рентгеновского излучения.
100 Недостатком данного способа является повышенный уровень шумов изображения при использовании рентгенолюминофора CsLTl, широко применяемого в электронных рентгеновизиализирующих устройствах. Длительность послесвечения традиционных рентгенолюминофоров, таких как Gd205:Tb, CaW04, Y202S:Tb, ZnCdS:Ag, LaOBnTb составляет 1 мс [патент РФ JV 2420763, G01T 1/20, опубл. 20.06.2011 г.]. При этом
105 интенсивность свечения усиливающих рентгенолюминесцентных экранов (Kodak lanex, Ренэкс ЭУ-ГЗ, Ренэкс ЭУ-Г300, Ренэкс ЭУ-И4), изготовленных их этих люминофоров, снижается до уровня 0, 1 от интенсивности свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции за 1.0-1,35 мс [Применение импульсных частотных наносекундных рентгеновских аппаратов для диагностики. [Текст] / Баянкин С.Н., Можарова И.Э.,
110 Корженевский СР. Кузнецов В.Л., Комарский А.А. // Вестник рентгенологии и радиологии. - 2015. - J4°2. - С. 42-46]. Таким образом, облучение вышеописанных рентгенолюминофоров наносекундными импульсами рентгеновского излучения в диапазоне частот от 1 кГц до 5 кГц позволяет работать в режиме постоянного свечения люминофоров, тем самым сохраняя высокое отношение сигнал/шум, что обеспечивает
115 получение качественного изображения. В то же время, интенсивность послесвечения CsI:Tl, часто используемого при создании плоскопанельных и линейных цифровых приемников рентгеновского излучения с повышенной разрешающей способностью, снижается до уровня 0, 13 от интенсивности свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции всего за 0,1 мс [Мелешко А. А. Время-разрешенная оптическая
120 спектроскопия сцинтилляционных кристаллов CsI(Tl): дис. к.ф.-м.н. Томск. ГОУ ВПО «Томский политехнический университет». 2009 г.]. Таким образом, облучение рентгеновизиализирующих устройств, использующих CsI:Tl, наносекундными импульсами рентгеновского излучения с частотой следования (менее 10 кГц) не обеспечивает непрерывного свечения люминофора. Это приводит к тому, что
125 значительную часть времени регистрируется не только полезный сигнал в момент прихода рентгеновских импульсов и свечения люминофора, а и собственные, аппаратные шумы системы регистрации. Это в свою очередь сильно снижает соотношение сигнал- шум, снижает качество изображения. Ближайшим аналогом заявляемого устройства является импульсный наносекундный 130 рентгеновский аппарат ЯСЕНЬ-01 [Корженевский СР. Высокочастотные наносекундные генераторы для интроскопии и селективного разрушения твердых тел микронных размеров: Дис. к.т.н. Екатеринбург. Институт электрофизики УрО РАН. 2008], формирующий импульсы рентгеновского излучения с частотой следования до 5 кГц с помощью взрывоэмиссионной рентгеновской трубки и высоковольтного генератора 135 наносекундных импульсов с индуктивным накопителем энергии и полупроводниковым прерывателем, формирующего высоковольтные импульсы с пиковой мощностью в электронном пучке до 10 МВт. Для регистрации используется фотографический приемник излучения.
Сущность изобретения
140 Заявляемое устройство отличается от ближайшего аналога конструкцией взрывоэмиссионной рентгеновской трубки, что позволило увеличить как пиковую мощность импульса, возбуждающего рентгеновское излучение в электронном пучке в 3,5 раза до 35 МВт, так и увеличить частоту следования импульсов рентгеновского излучения в 3 раза, до 15 кГц. Данные отличительные особенности обеспечивают получение
145 длительности паузы между импульсами излучения не более длительности снижения интенсивности медленной компоненты послесвечения любого рентгенолюминофора, в том числе CsI:Tl, до уровня не меньше 0,1 от интенсивности свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции, а также возбуждением свечения рентгенолюминофоров в режиме нелинейного повышения квантового выхода,
150 нелинейного увеличения пиковой интенсивности свечения люминофоров от интенсивности рентгеновского излучения.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении качественного рентгеновского изображения при сохранении заданного отношения сигнал/шум и в снижении дозы рентгеновского излучения, требующейся для получения
155 данного изображения, за счет нелинейного повышения квантового выхода, нелинейного увеличения пиковой интенсивности свечения рентгенолюминофоров от интенсивности рентгеновского излучения при любых видах интроскопии с использованием рентгеновизиализирующих устройств, работающих как в режиме рентгенографии, так и рентгеноскопии, использующих рентгенолюминофоры с длительностью послесвечения от
160 0, 1 мс, определяемой как длительность снижения интенсивности послесвечения рентгенолюминофора до уровня 0,1 от интенсивности свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции.
Сущность заявляемого способа заключается в том, что рентгенолюминофоры рентгеновизиализирующих устройств облучают пакетом импульсов рентгеновского
165 излучения наносекундной длительности, возбуждаемых высоковольтными импульсами наносекундной длительности, пиковой мощностью более 30 МВт в электронном пучке, с килогерцовыми частотами следования импульсов, при этом длительность возбуждения люминесценции, определяемая длительностью импульса рентгеновского излучения, более чем в 10 раз меньше длительности послесвечения рентгенолюминофора по окончании
170 воздействия рентгеновского излучения, а формирование изображения происходит путем регистрации как конвертированного рентгенолюминофором рентгеновского излучения во время воздействия рентгеновского излучения, так и светосуммы конвертированного люминофором рентгеновского излучения в паузах между импульсами рентгеновского излучения. В отличие от ближайшего аналога генерация импульсов рентгеновского
175 излучения, возбуждаемых высоковольтными импульсами наносекундной длительности, пиковой мощностью более 30 МВт в электронном пучке, приводит к нелинейному повышению квантового выхода и пиковой интенсивности свечения рентгенолюминофоров от интенсивности рентгеновского излучения, что позволяет снизить дозу, требующуюся для получения необходимой светосуммы конвертированного
180 люминофором рентгеновского излучения для получения качественного рентгеновского изображения с высоким отношением сигнал/шум, а частота следования импульсов более 10 кГц обеспечивает получение качественного рентгеновского изображения с рентгеновизиализирующими устройствами, использующими рентгенолюминофоры с длительностью послесвечения от 0,1 мс, включая широко применяемый в цифровых
185 приемниках излучения CsI:Tl, при этом частота следования импульсов выбирается из условия обеспечения длительности паузы между импульсами не более, чем длительность снижения интенсивности медленной компоненты послесвечения используемого рентгенолюминофора до уровня не меньше 0, 1 от интенсивности свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции.
190 Способ реализован в устройстве, включающем в себя генератор наносекундных высоковольтных импульсов с индуктивным накопителем энергии и высоковольтным полупроводниковым прерывателем тока, взрывоэмиссионную рентгеновскую трубку с газопоглотительными элементами (геттерами), установленными непосредственно на катоде, аноде или одновременно на обоих электродах на расстоянии не более 20 мм от 195 межэлектродного промежутка, генерирующую импульсы рентгеновского излучения, возбуждаемые высоковольтными импульсами наносекундной длительности с пиковой мощностью 35 МВт в электронном пучке, с частотой следования импульсов до 15 кГц и рентгеновизиализирующую систему, содержащую рентгенолюминофор. Частота следования импульсов определяется с учетом длительности снижения интенсивности 200 послесвечения используемого рентгенолюминофора до уровня не меньше 0, 1 от интенсивности свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции. Так, при использовании Gd205:Tb, CaW04 частота следования импульсов достигает 4 кГц, а при использовании CsLTl частота следования импульсов выбирается 15 кГц.
Краткое описание чертежей
205 На Фиг.1 схематично представлено заявляемое устройство, где: 1 - генератор наносекундных высоковольтных импульсов; 2 - индуктивный накопитель энергии; 3 - полупроводниковый прерыватель тока; 4 - взрывоэмиссионная рентгеновская трубка; 5 - геттеры (газопоглотительные элементы); 6 - рентгеновское излучение; 7 - объект исследования; 8 - рентгенолюминофор; 9 - рентгеновизиализирующая система.
210 На Фиг.2 представлен электродный узел взрывоэмиссионной рентгеновской трубки заявляемого устройства, где: 5 - геттеры (газопоглотительные элементы); 10 - катод; 1 1 - анод.
На Фиг.З представлено изображение сварного шва стальных деталей, полученное при использовании импульсных рентгеновских генераторов с емкостным и индуктивным 215 накопителем энергии, работающих на частоте 10 Гц с использованием плоскопанельного детектора PerkinElmer Dexela 1512NDT с рентгенолюминофором Gd205:Tb.
На Фиг.4 представлено изображение сварного шва стальных деталей, полученное при использовании импульсных рентгеновских генераторов с емкостным и индуктивным накопителем энергии, работающих на частоте и 4 кГц с использованием 220 плоско панельного детектора PerkinElmer Dexela 1512NDT с рентгенолюминофором Gd205:Tb
На Фиг.5 представлено изображение биологического объекта, полученное при использовании импульсного рентгеновского генератора с индуктивным накопителем энергии, работающего на частоте 4 кГц с использованием плоскопанельного детектора PerkinElmer XRpad 4343F с рентгенолюминофором CsI:Tl.
На Фиг.6 представлено изображение биологического объекта, полученное при использовании импульсного рентгеновского генератора с индуктивным накопителем энергии, работающего на частоте 15 кГц с использованием плоскопанельного детектора PerkinElmer XRpad 4343F с рентгенолюминофором CsITl.
230 На Фиг.7 представлено изображение дефекта детали из композитного материала, полученное при использовании импульсного рентгеновского генератора с индуктивным накопителем энергии пиковой мощностью 35 МВт, работающего на частоте 4 кГц с использованием плоскопанельного детектора Carestream DRX-1 с рентгенолюминофором Gd205:Tb
235 Осуществление изобретения
Известно, что рентгенолюминесценция большинства материалов состоит из двух компонент: быстрой (десятки наносекунд) и медленной (десятки, сотни микросекунд). При этом при создании сцинтилляционных дозиметров используют быструю компоненту, а при создании рентгеновизиализирующих устройств - медленную, несущую около 80% энергии 240излучения.
Специфика возбуждения люминофоров рентгеновским излучением заключается в том, что свечение люминофоров вызывается не непосредственным действием самих рентгеновских фотонов, а воздействием электронов, вырываемых из атомов или ионов основы люминофора рентгеновскими лучами. Вследствие этого рентгенолюминесценция
245имеет много общих черт с катодолюминесценцией. Экспериментально доказано, что облучение люминофоров мощными наносекундными импульсами с плотностью тока 100- 1000 А/см возбуждает люминесценцию, пиковая интенсивность которой на 4-6 порядков выше интенсивности традиционной стационарной люминесценции [Соломонов В. И. Импульсная катодолюминесценция конденсированных сред: Дис. д. ф.-м.н. Екатеринбург.
250Институт электрофизики УО РАН. 1996 г.]. Схожий эффект обнаружен при облучении рентгенолюминофоров мощными наносекундными импульсами рентгеновского излучения, возбуждаемых высоковольтными импульсами наносекундной длительности с пиковой мощностью более 30 МВт в электронном пучке, когда при получении изображения требующегося качества с использованием рентгеновизиализирующих устройств с
255рентгенолюминофорными слоями (экранами), наблюдается многократное снижение дозы во входной плоскости приемного устройства, что не может быть объяснено недостоверностью проведенных дозиметрических измерений.
Объяснить данный эффект только тем, что приемник излучения накапливает светосумму конвертированного люминофором рентгеновского излучения, а большая
260разница длительностей наносекундного импульса рентгеновского излучения и микросекундного спада послесвечения люминофора позволяет снижать дозу в несколько раз при эксплуатации частотных импульсных аппаратов вместо аппаратов постоянного тока [Анализ принципов работы импульсных рентгеновских аппаратов. [Текст] / Можарова И.Э., Корженевский СР. Кузнецов В. Л. // Медицинский бизнес. - 2012. - jY°12. - С. 40-42],
265недостаточно, поскольку, светосумма конвертированного люминофором рентгеновского излучения по окончании возбуждения люминесценции высвечивает энергию запасенную, но не излученную люминофором во время воздействия рентгеновского излучения, и не может быть больше поглощенной энергии рентгеновского импульса с учетом коэффициента энергетического выхода. В то же время, известно, что природа возникновения
270рентгенолюминесценции схожа с катодолюминесценцией. Следовательно, эффекты, обнаруженные при исследовании импульсной катодолюминесценции под воздействием мощных импульсов тока наносекундной длительности, могут иметь место и при импульсной рентгенолюминесценции при облучении мощным рентгеновским излучением, что, и подтверждено экспериментально. Решающим фактором нелинейного роста пиковой
275интенсивности свечения рентгенолюминофоров является воздействие на них импульсным рентгеновским излучением, возбуждаемым высоковольтными импульсами наносекундной длительности с пиковой мощностью более 30 МВт в электронном пучке.
Кроме того, бомбардировка анода рентгеновской трубки электронным пучком мегаваттной пиковой мощности в процессе генерации рентгеновского излучения вызывает
280интенсивный разогрев материала анода и, как следствие, испарение материала анода в межэлектродный промежуток. В свою очередь пары металла под воздействием высокого напряжения ионизируются, возникает плазма, это может привести к замыканию межэлектродного промежутка плазмой, что нарушает работу трубки, вызывает завершении генерации рентгеновского излучения и даже может вывести рентгеновскую трубку из
285строя. Во избежание этого, при создании трубок предусматриваются газопоглотительные элементы во внутренней полости трубки, а также снижается допустимая пиковая мощность и частота следования импульсов при эксплуатации изделия. В рассматриваемом прототипе используется трубка, также имеющая газопоглотительные элементы [патент РФ JV» 2174726, МПК Н 01 J 35/00, Н 05 G 1/02, опубл. 10.10.2001 г.], но эти элементы расположены в зоне, 290удаленной от межэлектродного промежутка на расстояние 80 мм, и закреплены на основании массивного анодного фланца, обладающего большой площадью соприкосновения с трансформаторным маслом высоковольтного блока, поэтому, возможно считать температуру газопоглотительных элементов равной температуре окружающей среды. В то же время известно, что эффективность газопоглощения геттерами
295увеличивается с ростом их температуры. Таким образом, подобное расположение газопоглотительных элементов снижает эффективность газопоглощения установленными геттерами, поскольку их температура равняется температуре окружающей среды, а нагревательных элементов, повышающих температуру геттера, конструкцией трубки не предусмотрено. В результате, у прототипа максимальная допустимая пиковая мощность в
ЗООэлектронном пучке ограничена значением 10 МВт, а частота следования импульсов не превышает 5 кГц, что обеспечивает работу анода в оптимальном температурном диапазоне, уменьшает испарение материала анода, и, как следствие, обеспечивает удаление плазмы из межэлектродного промежутка в паузах между импульсами. Следовательно, для применения данного способа облучения рентгеновизиализирующих устройств, использующих
305рентгенолюминофоры с длительностью послесвечения на уровне 0,1 мс, например, CsI:Tl с частотой следования импульсов более 10 кГц, рентгеновские аппараты с взрывоэмиссионной рентгеновской трубкой, имеющей газопоглотительные элементы в области удаленной от межэлектродного промежутка на 80 мм, не подходят.
Практическая реализация данного способа облучения рентгенолюминофоров ЗЮвозможна только с помощью импульсных наносекундных частотных рентгеновских аппаратов, включающих генератор наносекундных высоковольтных импульсов 1 с индуктивным накопителем энергии 2, высоковольтным полупроводниковым прерывателем тока 3, взрывоэмиссионной рентгеновской трубкой 4, содержащей газопоглотительные элементы 5 на расстоянии не более 20 мм от межэлектродного промежутка между катодом 31510 и анодом 11. Поскольку более 90% энергии электронного пучка конвертируется в тепловую энергию, разогревающую электроды, то установка геттеров 5 на таком расстоянии от межэлектродного промежутка, и закрепление их непосредственно на электродах, приводит к разогреву газопоглотительных элементов при работе трубки, и, как следствие, ведет к повышению эффективности поглощения паров материала электродов 320геттером. При этом увеличение пиковой мощности электронного пучка, эмитируеммого взрывоэмиссионным катодом и бомбардирующего анод трубки, приводит к увеличению температуры геттера и повышению эффективности газопоглощения.
В результате генератор заявляемое устройство работает следующим образом. При подключении генератора наносекундных высоковольтных импульсов 1 к сети
325питания происходит накопление энергии магнитного поля в индуктивном накопителе 2.
Далее, с помощью высоковольтного полупроводникового прерывателя 3 происходит конвертация энергии магнитного поля в энергию электрического поля, что приводит к формированию наносекундного импульса высокого напряжения. Этот импульс прикладывается к взрывоэмиссионной рентгеновской трубке 4, подключенной к генератору
ЗЗОнаносекундных высоковольтных импульсов 1, что вызывает процесс взрывной эмиссии электронов из катода 10 и бомбардировку анода 11 электронным пучком пиковой мощностью 35 МВт. В результате торможения анодом электронов, бомбардирующих его, генерируется рентгеновское излучение 6. Частота следования импульсов рентгеновского излучения в пакете определяется длительностью снижения интенсивности медленной
335компоненты послесвечения рентгенолюминофора 8 до уровня не меньше 0, 1 от интенсивности свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции. Рентгеновское излучение 6, после прохождения через объект исследования 7, облучает рентгенолюминофор 8 рентгеновизиализирующего устройства 9. Это приводит к формированию изображения исследуемого объекта рентгеновизиализирующим
340устройством 9 путем регистрации как конвертированного рентгенолюминофором 8 рентгеновского излучения во время непосредственного воздействия рентгеновского излучения 6, так и светосуммы конвертированного рентгенолюминофором 8 рентгеновского излучения 6 в паузах между импульсами рентгеновского излучения. При этом благодаря использованию импульсов высокого напряжения наносекундной длительности пиковой
345мощностью более 30 МВт в электронном пучке для получения рентгеновского излучения, наблюдается нелинейное повышение квантового выхода, нелинейное увеличение пиковой интенсивности свечения рентгенолюминофоров 8 от интенсивности рентгеновского излучения 6, что приводит к снижению дозы рентгеновского излучения, требующейся для получения изображения требующегося качества. Установка газопоглотительных элементов
3505 на расстоянии не более 20 мм от межэлектродного промежутка приводит к повышению температуры геттеров от электродов, разогревающихся в процессе эмиссии электронного пучка и генерации рентгеновского излучения, что, соответственно, увеличивает эффективность поглощения паров материалов электродов. Это позволяет формировать пакет импульсов рентгеновского излучения с частотой следования
355 Пример 1. Заявленная импульсная установка пиковой мощностью 35 МВт в электронном пучке, частота следования импульсов 4 кГц и установка постоянного тока Definium АМХ 700, использующая рентгеновскую импульсов до 15 кГц, что обеспечивает длительность паузы между импульсами не более длительности снижения интенсивности послесвечения рентгенолюминофора до уровня не меньше 0, 1 от интенсивности свечения
360 в момент прекращения возбуждения люминесценции, что повышает с соотношение сигнал-шум, повышает качество изображения.трубку с термоэмиссионным катодом пиковой мощностью в электронном пучке 12,5 кВт, применяются для исследования органов грудной клетки. Регистрация изображения осуществляется с помощью плоскопанельного детектора Carestream DRX-1 (фотодиодная матрица из аморфного
365 кремния и рентгенолюминофором Gd205:Tb). Сравнение диагностических систем произведено по субъективной оценке качества получаемых диагностических изображений органов грудной клетки, а также по измеренным эквивалентным дозам. Для дозиметрических измерений использован широко диапазонный дозиметр «ДКС-АТ 1123». Эквивалентная доза при использовании заявленной установки равна 0,027 мкЗв, при
370 использовании установки с термоэмиссионной рентгеновской трубки 0,569 мкЗв. Таким образом, дозиметрические измерения, проведенные в ходе исследования, подтвердили, что использование импульсных рентгеновских аппаратов формирующих пакет наносекундных рентгеновских импульсов, формирующихся с помощью импульсов высокого напряжения наносекундной длительности, мегаваттной пиковой мощностью в
375 электронном пучке ведет к снижению дозовой нагрузки на пациента, по сравнению с комплексами постоянного тока с пиковой мощностью киловаттного диапазона в электронном пучке, более чем на порядок, что многократно превышает погрешность измерений дозы, и не может быть объяснено недостоверностью проведенных измерений.
Пример 2. Заявленная импульсная установка с индуктивным накопителем энергии, 380 твердотельной системой формирования импульсов, частота следования импульсов 4 кГц и импульсная установка АРИНА-3 с емкостным накопителем энергии и газовым разрядником-обострителем высокого давления, частота следования импульсов 10 Гц. Обе установки работают в мегаваттном диапазоне пиковой мощности электронного пучка. Приемник излучения: плоскопанельный детектор PerkinElmer Dexela 1512NDT с 385 рентгенолюминофором Gd205:Tb. Сравнение систем произведено по субъективной оценке качества получаемых диагностических изображений сварного шва стальной трубы с толщиной стенки 16,5 мм, при условии одинаковой дозы в плоскости входного окна рентгеновизиализирующего устройства. Изображение, полученное с помощью заявленной установки, соответствует всем требованиям нормативной документации по 390 радиографическим методам контроля. Изображение, полученное с помощью установки, работающей на частоте 10 Гц (Фиг.З), характеризуется более низким контрастом, наличием чередующихся черных полос, занимающих 20% поля изображения, признано негодным для проведения дефектоскопии.
Пример 3. Заявленная импульсная установка с индуктивным накопителем энергии, 395 твердотельной системой формирования импульсов. Частота следования импульсов дискретно изменялась от 4 кГц до 15 кГц. Приемник излучения: плоскопанельный детектор PerkinElmer XRpad 4343F с рентгенолюминофором CsI:Tl. Доза в плоскости приемника контролировалась широкодиапазонным дозиметром «ДКС-АТ 1 123». Выполнены сравнительные снимки биологического объекта при условии одинаковой дозы 400 в плоскости входного окна рентгеновизиализирующего устройства. Изображение, полученное при работе установки с частотой 4 кГц, характеризуется меньшей контрастностью, повышенным уровнем шумов, меньшей диагностической ценностью, в сравнении с изображением, полученным при частоте следования импульсов 15 кГц (Фиг.5).
405 Пример 4. Заявленная импульсная установка пиковой мощностью 35 МВт в электронном пучке и установка ЯСЕНЬ-01 (прототип) с пиковой мощностью 10 МВт в электронном пучке используются для получения изображения дефекта детали из композитного материала, качество снимка оценивалось субъективно, тремя экспертами- дефектоскопистами независимо друг от друга. Частота следования импульсов для обеих
410 установок выбрана одинаковой и равняется 4 кГц. Регистрация изображения осуществляется с помощью плоскопанельного детектора Carestream DRX-1 (фото диодная матрица из аморфного кремния и рентгенолюминофором Gd205:Tb). Для дозиметрических измерений был использован широкодиапазонный дозиметр «ДКС-АТ 1 123». Доза при использовании заявленной установки пиковой мощностью 35 МВт в электронном пучке
415 составляет 0,006 мкГр, а при использовании установки с пиковой мощностью 10 МВт в электронном пучке доза равна 0,01 мкГр. Таким образом, дозиметрические измерения, проведенные в ходе исследования, подтвердили, что повышение пиковой мощности импульсных рентгеновских аппаратов ведет к снижению дозы, требующееся для получения изображения сопоставимого качества (Фиг.7).
420

Claims

Формула изобретения
1. Способ облучения рентгенолюминофоров рентгеновизиализирующих устройств 425 пакетом импульсов рентгеновского излучения наносекундной длительности, при котором формирование изображения рентгеновизиализирующим устройством происходит путем регистрации как конвертированного рентгенолюминофором рентгеновского излучения непосредственно во время воздействия рентгеновского излучения, так и светосуммы конвертированного рентгенолюминофором
430 рентгеновского излучения в паузах между импульсами рентгеновского излучения, отличающийся тем, что для генерации рентгеновского излучения используют импульсы высокого напряжения наносекундной длительности, пиковой мощностью более 30 МВт в электронном пучке, с частотой следования импульсов до 15 кГц, при этом частоту следования импульсов определяют с учетом
435 длительности затухания используемого рентгенолюминофора, причем длительность паузы между импульсами не более длительности снижения интенсивности послесвечения рентгенолюминофора до уровня не меньше 0, 1 от интенсивности свечения в момент прекращения возбуждения люминесценции.
2. Устройство для реализации способа по п.1, включающее генератор наносекундных 440 высоковольтных импульсов, индуктивный накопитель энергии, высоковольтный полупроводниковый прерыватель тока, взрывоэмиссионную рентгеновскую трубку и рентгеновизиализирующую систему, содержащую рентгенолюминофор, отличающееся тем, что взрывоэмиссионная рентгеновская трубка имеет газопоглотительные элементы, установленные на расстоянии не более 20 мм от 445 межэлектродного промежутка.
450
455
PCT/RU2017/000384 2016-06-06 2017-06-02 Устройство и способ облучения рентгенолюминофоров рентгеновизиализирующих устройств WO2017213555A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17810630.8A EP3467486A4 (de) 2016-06-06 2017-06-02 Vorrichtung und verfahren zur bestrahlung von röntgenphosphoren von röntgenbildgebungsvorrichtungen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016122265A RU2623691C1 (ru) 2016-06-06 2016-06-06 Устройство и способ облучения рентгенолюминофоров рентгеновизиализирующих устройств, работающих как в режиме рентгенографии, так и рентгеноскопии
RU2016122265 2016-06-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017213555A1 true WO2017213555A1 (ru) 2017-12-14

Family

ID=59312405

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000384 WO2017213555A1 (ru) 2016-06-06 2017-06-02 Устройство и способ облучения рентгенолюминофоров рентгеновизиализирующих устройств

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3467486A4 (ru)
RU (1) RU2623691C1 (ru)
WO (1) WO2017213555A1 (ru)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4274536A (en) * 1978-04-04 1981-06-23 Voest-Alpine Aktiengesellschaft Shielded roller chain
RU2153848C2 (ru) * 1997-08-11 2000-08-10 Институт электрофизики Уральского отделения РАН Способ получения рентгеновского изображения и диагностический рентгеновский аппарат
RU2206886C2 (ru) * 2001-07-30 2003-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Восточно-Сибирская железная дорога МПС Способ получения рентгеновского изображения
CN103122484A (zh) * 2013-01-10 2013-05-29 华北电力大学 一种调控CsI(Na)晶体发光特性的方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2174726C1 (ru) * 2000-08-22 2001-10-10 Институт электрофизики Уральского отделения РАН Острофокусная двухэлектродная импульсная рентгеновская трубка
RU2384912C1 (ru) * 2008-12-01 2010-03-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт газоразрядных приборов "Плазма" (ОАО "Плазма") Импульсная рентгеновская трубка
RU2479883C1 (ru) * 2011-10-13 2013-04-20 Общество с ограниченной ответственностью "Субмикроволновая Диагностическая Аппаратура" (ООО "СДА") Острофокусная двухэлектродная импульсная рентгеновская трубка

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4274536A (en) * 1978-04-04 1981-06-23 Voest-Alpine Aktiengesellschaft Shielded roller chain
RU2153848C2 (ru) * 1997-08-11 2000-08-10 Институт электрофизики Уральского отделения РАН Способ получения рентгеновского изображения и диагностический рентгеновский аппарат
RU2206886C2 (ru) * 2001-07-30 2003-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Восточно-Сибирская железная дорога МПС Способ получения рентгеновского изображения
CN103122484A (zh) * 2013-01-10 2013-05-29 华北电力大学 一种调控CsI(Na)晶体发光特性的方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BAYANKIN, S. N: "Use of diagnostic nanosecond X-ray pulse apparatuses = Primenenie impulsnykh chastotnykh nanosekundnykh rentgenovskikh apparatov dlia diagnostiki", JOURNAL OF RADIOLOGY AND NUCLEAR MEDICINE = VESTNIK RENTGENOLOGII I RADIOLOGII, no. 2, 2015, pages 42 - 46, XP009518283, DOI: 10.20862/0042-4676-2015-0-2-42-46 *
KORZHENEVSKII S.R.: "Vysokochastotnye nanosekundnye generatory dlia introskopii i selektivnogo razrusheniia tverdykh tel mikronnykh razmerov, Avtoreferat dissertatsii na soiskanie uchenoi stepeni kandidata tekhnicheskikh nauk", AVTOREFERAT DISSERTATSII NA SOISKANIYE UCHENOY STEPENI KANDIDATA TEKHNICHESKIKH NAUK [ABSTRACT OF DISSERTATION FOR THE DEGREE OF CANDIDATE OF TECHNICAL SCIENCES], 2008, pages 1 - 27, XP009518586 *
See also references of EP3467486A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3467486A1 (de) 2019-04-10
RU2623691C1 (ru) 2017-06-28
EP3467486A4 (de) 2020-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Glinec et al. High-resolution γ-ray radiography produced by a laser-plasma driven electron source
Park et al. High-resolution 17–75keV backlighters for high energy density experiments
US8189893B2 (en) Methods, systems, and computer program products for binary multiplexing x-ray radiography
Herrlin et al. Generation of x rays for medical imaging by high-power lasers: preliminary results.
Sato et al. Quasi-monochromatic flash x-ray generator utilizing weakly ionized linear copper plasma
WO2017091989A1 (en) Packaging methods of semiconductor x-ray detectors
Li et al. Developments toward hard X-ray radiography on heavy-ion heated dense plasmas
RU2623691C1 (ru) Устройство и способ облучения рентгенолюминофоров рентгеновизиализирующих устройств, работающих как в режиме рентгенографии, так и рентгеноскопии
Schwinkendorf et al. Charge calibration of DRZ scintillation phosphor screens
Komarskiy et al. Pulsed X-ray source with the pulse duration of 50 ns and the peak power of 70 MW for capturing moving objects
Kishimoto et al. Properties of a YAP: Ce detector for high-energy X-ray counting experiments
Khan et al. Characterization of the x-ray sensitivity of a streak camera used at the National Ignition Facility (NIF)
Carrigan Jr et al. Electron channeling radiation experiments at very high electron bunch charges
Budil et al. Point projection radiography with the flexible x-ray imager
Zakaullah et al. X-ray emission from 30 J Blumlein operated compact diode
Fujiwara et al. First result of large size Scintillating Glass GEM imager
Kashine et al. Development and Characteristics of Pulsed Radiation Source Generated by Electron Beam Irradiation using Intense Pulsed Power Generator
Panyi et al. A Compact Robust Laser Driven X-ray Source for Phase Contrast Imaging
JPH05333158A (ja) 放射線検出装置
Xie et al. Evaluation of Major Factors Affecting Spatial Resolution of Gamma-Rays Camera
Trotsenko et al. X-ray emission from laser-plasma acceleration experiments
King et al. X-ray Calibration and Characterization at the Nevada National Security Site/Livermore Operations
Suzuki et al. Novel large aperture EBCCD
Burdonov et al. Calibration of the scintillation of cerium-doped yttrium aluminum garnet crystals irradiated by monoenergetic 4 MeV energy electrons
Chaurasia et al. Effect of the laser focus position on characteristics of X-ray and ion emission from gold plasmas generated by a sub-nanosecond laser

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17810630

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017810630

Country of ref document: EP

Effective date: 20190107