Комбінований детектор для рентгенівської обчислювальної томографії

ОС 0 0 7 1 ДЛЯ СЛУЖЕБНОГО ПОЛЬЗОВАНИЯ ЭКЗ N* СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН f s m G 01 Т 1 /202 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНА К 1 (21) 4706071/25 (22) 14.06.89 (72) О.П.Вербицкий, Ф.Е.Гуляев, В.Д. Рыжиков и В.И.Силин (53) 621.387.424(088.8) (56) Рыжиков В.Д. и др. О послесвечении сцинтилляционных матернанов, используемых в, рентгеновской томогра- ' фии. - Приборы и техника эксперимента, № 4, 1986, с. 155-157. Патент Великобритании 4 20054 05, ° кл. G 01 Т 1/202, 1978. (54) КОМБИНИРОВАННЫЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ РЕНТГЕНОВСКОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТОМОГРАФИИ (57) Изобретение относится к регистрации рентгеновского излучения, применяемого в сканирующих системах, компьютерных томографах. Цель изобретения - улучшение разрешения изображения по контрасту за счет уменьшения Изобретение относится к регистрации ионизирующих излучений и может быть использовано в рентгеновских томографах. Целью изобретения является улучшение разрешения изображения по контрасту за счет уменьшения зависимости амплитуды сигнала детектора от спеьтрального состава излучения при сохранении высокой эффективности рентгенопреобразования и малом послесвечении. Согласно данному решению в качестве чувствительного элемента детекто12-91 зависимости амплитуды сигнала детектора от спектрапьного состава изпучения при сохранении высокой эффективности рентгенопреобразования и малом послесвечении. Цель достигается тем, что в качестве чувствительного элемента детектора использован сцинтиллятор на основе ZnSe. В качестве активаторов при этом использованы изовапентные активаторы Те или Mg в концентрации 3-Ю" 2 - 3 моль Л либо донорный А1 или акцепторный Си в концентрации 3 10" 3 - 2 10~2моль.%. Благодаря высокой эффективности рентгенопреобразования при низком энергетическом разрешении детектора достигнуто улучшение качества изображения томограмм по сравнению с использованием традиционных детекторов на основе щелочногалоидных сцинтилляторов. 1 з.п. ф-лы, 2 табп. pa использован сцинтиллятор - активированный селенид цинка. В качестве активаторов использованы активаторы Те или Mg в концентрации 3'10~г- 3 моль.%, пибо донорные А1 или акцепторные - Си в концентра5 2 ции 3-Ю" - 2-1С~ моль.%. Несмотря на высокий световыход, прозрачность и кинетические характеристики, эти сцинтилляторы не являются спектрометрическими, т.е. практически не обладают энергетическим разрешением. РПФ tO ГО Это свойство сцинтилляторов из селенида цинка, которое препятствует их применению для спектрометрии, существенно улучшает разрешение изобра- 5 жения по контрасту при их использовании в качестве детекторов для рентгеновской вычислительной томографии. На чертеже изображен комбинированный детектор для рентгеновской вычис- IQ лительной томографии. Детектор содержит сцинтиллятор 1, оптическое соединение 2, фотодиод 3. Сцинтиллятор 1 через оптическое соединение 2 связан с фотодиодом 3. Оп- (5 тическая связь осуществляется с помощью материала, прозрачного для излучения сцинтиллятора 1 и имеющего показатель преломления, промежуточный между показателями преломления мате- 20 риалов сцинтиллятора 1 и фотодиода 3 (в частности, эпоксидная смола, силиконовый клей и т.д.). І Отражающее покрытие наносится на всю поверхность сцинтиллятора 1, за 25 исключением плоскости, соединенной с фотодиодом 3. Детектор работает следующим образом. Рентгеновское излучение поглоща- 20 ется сцинтиллятором 1 и преобразуется им в световое. Световой сигнал через оптическое соединение 2 попадает на фотодиод 3, в котором преобразуется в электрический. Электрический ,5 сигнал фотодиода 3 усиливается электронными блоками и анализируется компьютером (на чертеже не представлены). В табл. 1 представлены основные параметры сцинтилляторов, используе- до мых в томографии в сочетании с фотодиодом . В табл. 2 приведены аналогичные параметры предлагаемых сцинтилляторов из активированного селенида цинка в Д5 зависимости от типа активатора и его концентрации. Из сопоставления данных табл. 1 и 2 можно сделать следующие выводы. Энергетическое разрешение предло- ^п женных сцинтилляторов намного ниже (в 4-7) раз, чем у известных, а разрешение по контрасту у сцинтилляторов из активированного селенида цинка намного выше (в 2-5) раз. При всех, указанных в табл. 2, типах активаторов сцинтиллятъры на основе селенида цинка мало отличаются по временным характеристикам, по мак симуму спектра излучения, радиолюминесценции, энергетическому разрешению и обладают высоким разрешением по контрасту. Величина световыхода активированного селенида цинка существенно зависит от типа, и концентрации активатора и в пределах предложенных концентраций активатора находится на уров'не, позволяющем практическое использование данного материала в рентгеновской вычислительной томографии. Увеличение концентрации вводимых в крьсталлы активаторов выше указанных в табл. 2 значений (пример № 6 для всех типов активаторов), приводит к нарушению однофазности в кристаллах, растрескиванию, снижению прозрачности и, как следствие, к резкому уменьшению световыхода. Введение изовалентных активаторов в концентрации менее 3-10~2моль.% и неизовалентных активаторов в концентрации менее 3 - С моль. % существен1 но снижает световыход сцинтилляторов, что делает их непригодными для использования . Оптимальными концентрациями активаторов с учетом величины световыхода являются для Те и Mg - 3-1 Тг3 молъ.Уо для А1 и Си - 3 • 19 ~ 3 — 2 -Ю^моль.%. Таким образом, по совокупности свойств предлагаемый детектор имеет улучшенное пространственное разрешение изображения в томографических устройствах. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Комбинированный детектор для рентгеновской вычислительной томографии, с эдержащий чувствительный элемент, сцинтиллятор с отражающим покрытием, оптически связанный с фотодиодом, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения разрешения изображения по контрасту за счет уменьшения зависимости амплитуды сигнала детектора от спектрального состава излучения при сохранении высокой эффективности рентгенопреобразования и малого послесвечения, в качестве чувствительного элемента использован активированный селенид цинка. 2. Детектор по п. 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что в качестве акти 5 1639272 * 3 ватора использован элемент из ряда 3 моль.% для Те и Mg, 3-10* г 2 Те, M g , А 1 , Си в концентрации 3 - 1 0 ~ 2-10" моль.% для А 1 , Си. Т а б л и ц а Параметр сцинтиллятора Световыход Относительно Nal(Tl) * Послесвечение, % через 20 мс Максимум спектра иэлучения,нм Энергетическое разрешение по 7 " Cs,% Разрешение по контрасту, число линий на 1 мм CsI(Tl) BGO 100 не 0,5-5 CdWO, CsP 20 10 0,5-1,5 0,005 1 CdS 100 0,2 0,01 0,5-5 415 550 480 540 390 730 7 9 12 12 18 15 1 1 \ 1 Т а б л и ц а Тип п/п Конценакти- трация , вато- моль.% ра в Световыход CsI(Tl) отн.% После Максимум свечение, спектра % через излуче20 мс ния, нм Энергети ческое разрешение на |И Сз,л 2 Разрешение по контрасту, ЧИСЛО ЛИНИЙ на 1,мм ZnSe 1 2 3 ю- 2 Те 45 б 1 2 3 Mg кг* зио~г JO" 1 1 3 3,5 _ 1С 30 70 150 100 3D 5 30 35 80 50 3 -ТО"3 А1 20 20 30 2-Ю"2 50 3'1о"г 1 2 4 5 6 ю 3 3,5 4 5 6 3 1 1 4 5 б 1 2 3 3 И О"2 Си 5 -10"2 1О' Э 3 • 10~ 3 10~г 21 Тг 1 3.10" 2 5И0" г 75 20 15 10 40 65 40 10 5 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05 0,05-0,1 -"-"_'•_ 0,1 _"_ _"_ -"-"_"_ 0,05 640 640 640 640 640 640 >50 >50 >50 >50 >50 >50 5 630-650 Отсутствует -"-"_»_ _»_ -" -" 3-5 -"-"-" 600-62С Отсутствует " -" -"-"-"-" -"-"-" -"-"_ _'•_ 640-650 -м -"-"-"-" —" — "— Отсутствует -" ~~ ~ 5 5 5 5 5 -•' -"5-Ю -"-"-"— -"-"2-5 -"-"-"— — 1639272 Редактор Н.Коляда Составитель Е.Набатова Техред М.Дидык Корректор С.Черни Заказ 1I76/ДСП Тираж 179 Подписное ВНИИПИ Гоеударстэечного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101