Усилители рентгеновского изображения
Необходимость широкого внедрения усилителей рентгеновского изображения (УРИ) общеизвестна: во-первых, это увеличение примерно «а три порядка по сравнению с экраном яркости рентгеновского изображения и обеспечение тем самым оптимальных условий рассматривания изображений рентгенологом и возможности извлечения из изображения максимума диагностической информации. Во-вторых, внедрение УРИ позволяет снизить в 4–5 раз дозу облучения пациента и за счет дистанционного наблюдения вывести врача из зоны действия ионизирующего излучения. Вышеуказанные достоинства УРИ являются настолько важными, что они значительно компенсируют их основные недостатки – сложность и большую стоимость.
Большинство УРИ, выпускаемых в настоящее время в СССР и в других странах, построены по схеме: РЭОП – замкнутая телевизионная система (ЗТС) на передающей телевизионной трубке класса видикон. Принципиальным преимуществом этого класса УРИ является сведение к минимуму потерь на этапе преобразования и передачи изображения с флюоресцентного входного рентгеновского экрана на фотокатод, осуществляющий преобразование светового изображения в «электронное» и его усиление в последующих каскадах РЭОП.
Основными звеньями УРИ являются (рис. 87): РЭОП с высоковольтным источником питания, замкнутая телевизионная система, фотокамера и/или кинокамера. Теневое Рентгеновское изображение, формируемое на входном экране РЭОП, превращается на его выходном экране в усиленное в тысячи раз световое изображение.
Рис. 87. Усилитель рентгеновского изображения с РЭОП (УРИ-М2). 1 – блок УРИ; 2 – РЭОП; 3 – блок питания; 4 – пульт управления; 5 – телевизионная камера; 6 – видикон; 7 – предварительный усилитель; 8, 9 – генераторы строчной и кадровой разверток; 10 – генератор компенсирующих сигналов; 11 – блок питания телевизионного канала; 12 – синхрогенератор; 13 – генератор строчной и кадровой разверток; 14 – блок формирования растра круглой формы; 15 – усилитель канала- 16 – блок телевизионного канала; 17 - кино-фотокамера; 18 - основное и выносное ВКУ.
Фотокамеры обеспечивают регистрацию изображения на фотопленку непосредственно с выходного экрана РЭОП. При этом в параллельный пучок лучей между объективами устанавливается светоделительное зеркало. Замкнутая телевизионная система состоит из телевизионной камеры, блока канала, основного и выносного видеоконтрольных устройств. Телевизионная камера предназначена для преобразования изображения в электрический видеосигнал. В ней, как правило, размещается блок передающей трубки, включающий в себя фокусирующе-отклоняющую систему (ФОС) и саму трубку, предварительный видеоусилитель и генератор строчной развертки. В последних моделях ЗТС в передающих камерах располагают и высоковольтный источник питания электродов передающей трубки. Видеосигнал с камеры по кабелю поступает в блок канала, в котором размещены видеоусилитель, обеспечивающий усиление видеосигнала и замешивание в него строчных и кадровых синхронизирующих импульсов для формирования полного видеосигнала, а также вспомогательные блоки – синхрогенератор, генератор кадровой развертки, блок питания, генератор компенсирующих сигналов. Из блока канала сигнал по кабелю передается на основное а выносное ВКУ. Выносное ВКУ может быть расположено от блока канала на расстоянии до 50–100 м.
Отечественная промышленность выпускает два основных типа УРИ, построенных на использовании РЭОП: УРИ-М2(–01) и УРИ «Вега-ЗОКС». В последнем используется РЭОП «ЗОКС-270», поставляемый ЧССР.
Рассмотрим более подробно конструктивную схему построения УРИ на примере УРИ-М2 (рис. 88). В металлическом корпусе УРИ с гетинаксовой входной панелью расположены РЭОП 1, основной объектив 2, светораспределительное плоское полупрозрачное зеркало 3. В гнезда корпуса с помощью байонетных замков вставляются передающая телевизионная камера 4 с телевизионным объективом 5, фотокамера 6 с фотообъективом 7, либо кинокамера 8, с кинообъективом 9.
В УРИ-М2 используется РЭОП типа РЭП-1, представляющий собой крупногабаритный электровакуумный прибор с остаточным давлением 1–5X10-7 мм рт. ст. В непосредственной близости от входного стекла 10 колбы РЭОП расположен экранно-катодный узел, состоящий из флюоресцентного входного экрана 11, обеспечивающего превращение рентгеновских квантов в световые и находящегося с ним в оптическом контакте фотокатода 12. Оптический контакт экрана с фотокатодом обеспечивается тонкой (200 мкм) стеклянной пленкойна которую с внешней стороны наносят флюоресцентный слой из люминофора, а с внутренней – напыляют фотокатод. Световые фотоны, излучаемые входным экраном под воздействием рентгеновских квантов, бомбардируют фотокатод, который в свою очередь образует световые электроны. Электронное облако под воздействием электростатического поля превращается в направленный электронный поток, переносящийся на выходной экран 16. В РЭОП РЭП-1 электростатическое поле создается 4 электродами: катодом, которым служит экранно-катодный узел, подфокусирующим электродом 13, состоящим из слоя аммония, напыленного на внутреннюю поверхность колбы, дополнительным 14 и основным 15 электродами анода. Энергия электронного потока, выходящего из фотокатода, увеличивается за счет прилагаемых к электродам высоких напряжений. Одновременно увеличивается плотность электронного потока за счет его сжатия электростатическими линзами. Сжатый поток бомбардирует выходной экран 16 РЭОП, представляющий собой мелкозернистый люминофор, напыленный на внутреннюю сторону выходного окна колбы. Размер выходного экрана примерно в 10 раз меньше входного.
Рис. 88. Поперечный разрез УРИ-М2
Эффективность преобразования рентгеновского излучения в видимое изображение характеризуется коэффициентом преобразования, который равен отношению яркости выходного экрана к мощности дозы рентгеновского излучения во входной плоскости РЭОП.
В последних моделях УРИ-М2 происходит замена РЭОП ЭП-9 на более совершенный преобразователь РЭП-1, По отношению к ЭП-9 последняя модель РЭОП имеет более высокую разрешающую способность и повышенный коэффициент сохранения контраста входного изображения.
В настоящее время за рубежом просвечивание проводится в основном с применением усилителей рентгеновского изображения. Однако сложность, недостаточная надежность, большой вес и габариты, высокая стоимость рентгенотелевизионных УРИ не позволяют оснащать ими все выпускаемые рентгенодиагностические комплексы. Особую остроту эта проблема приобретает в детской рентгенологии, в которой переоблучение больных и низкое качество рентгеновского изображения вообще недопустимы.
Во многом эта проблема решается благодаря появившимся в последнее время так называемым плоским усилителям рентгеновского изображения с непосредственным наблюдением, например УРИ «Planikon» фирмы «Siemens». Конструкция простейшего однокаскадного плоского (бипланарного) РЭОП представлена на рис. 89. Рентгеновское излучение после прохождения объекта исследования попадает на входной экран из рентгено-люминофора CsI(Na) и вызывает на нем световое изображение, которое попадает на фотокатод, находящийся в оптическом контакте с входным экраном.
Рис. 89. Плоский однокаскадный РЭОП. 1 – входное окно из стальной фольги; 2 – основание для крепления подложки входного экрана; 3 -входной люминесцентный экран с фотокатодом; 4 – корпус; 5 – арматура встроенного в РЭОП магниторазрядного насоса; 6 Ш вывод для подачи высокого напряжения; 7 – выходное окно с напыленным катодолюминесцентным экраном; 8 –- защитная пластина из просвинцованного стекла.
В плоском РЭОП перенос изображения с фотокатода на выходной катодолюминесцентный экран осуществляется электронами под действием однородного электростатического поля. В секции переноса изображения электронам сообщается дополнительная энергия от источника питания, поэтому величина коэффициента преобразования РЭОП пропорциональна величине анодного напряжения. С другой стороны, от величины анодного напряжения зависит разрешающая способность РЭОП. В эмиссионной электронно-оптической системе с однородным электростатическим полем при переносе изображения происходит его расфокусировка, т. е. потеря разрешающей способности в изображении, так как имеется разброс начальных скоростей электронов как по углу вылета с фотокатода, так и по абсолютной величине скоростей. Поэтому для повышения коэффициента преобразования РЭОП и его разрешающей способности желательно увеличивать значение высокого напряжения и уменьшать межэлектродное расстояние, т. е. увеличивать напряженность электростатического поля. Предельное значение напряженности ограничивается двумя основными факторами: разрешением экрана, электростатическими силами, превышающими силы сцепления люминофора со стеклом и пленками алюминия с люминофором, и автоэлектронной эмиссией с фотокатода. Максимальный коэффициент преобразования лучших образцов однокаскадного РЭОП достигает величины 3 при напряжении между экранами 40 кВ.
У последних моделей плоских РЭОП применено дополнительное звено усиления изображения, в котором осуществляется преобразование разогнанных в 1-м звене электронов в видимое изображение и последующее преобразование световых фотонов в электроны на 2-м фотокатоде. Разогнанные электроны попадают на выходной экран, выполненный аналогично выходному экрану однокаскадного РЭОП. Коэффициент преобразования двухкаскадного РЭОП «Planikon» фирмы «Siemens» достигает 20 при разрешающей способности 1,6 мм. Такой коэффициент преобразования обеспечивает яркость свечения, достаточную для работы в слегка затемненном помещении без темновой адаптации врача.
