Сцинтиляційний позиційно-чутливий детектор

1 Сцинтиляционный позиционно-чувствительный детектор, содержащий коллиматор, сцинтиляционный кристалл с проточками, световоды и систему обработки сигналов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что в него введены обьектив, зеркало с осью вращения и приводом, фоконы, при этом проточки в двумерном сцинтиляционном кристалле выполнены над центрами металлизированных входных торцов световодов, расположенных в кристалле выходные торцы которых образуют упорядоченную матрицу, оптически связанную с объективом, ось вращения зеркала расположена в фокальной плоскости объектива, параллельна пло скости матрицы выходных торцов световодов и одной из ее сторон, выходные концы фоконов расположены в линию, параллельную оси вращения зеркала и под углом 90° к оси объектива, а выходные концы соединены с соответствующими входами системы обработки сигналов. 2 Детектор по п.1, о т л и ч агощ и и с я тем, что профиль проточек в сцинтилпяционном кристалле выполнен в виде тела вращения в соответствии с выражением Предлагаемое изобретение относится к приборам для регистрации тонизирующих излучений и может быть использовано в медицинской радиодиагностической аппаратуре, где должны быть достигнуты такие параметры как высокая чувствительность возможность получения двумерного изображения с высокой разрешающей способностью Известно гибридное сцинтиляционное сканирующее устройство по патенту США № 3978336, 250-366, 1976. Это устройство, как и заявляемое, содержит коллиматор, сцинтиляционный кристалл, световод и систему обработки сигналов Кроме того, известное устройство содержит матрицу фотоэлектронных умножителей, расположенных в ряд І_ = ДІ2-ЧІ2 ~Aii)cos где L - толщина кристалла в точке х; х - расстояние от центра световода; ДІ2 - минимальная толщина кристалла между световодами; І2 - толщина кристалла; h - шаг световодов; ДІ1-І2-И її - длина погружения световодов в кристалл 00 24378 вдоль длины кристалла и сопряженных с одной из плоскостей кристалла. Данное устройство не обеспечивает достаточного пространственного разрешения для кристалла полуцилиндрической формы 5 без профилирования. Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому техническому решению является сцинтилляционный позиционно-чувствительный детектор по 10 авт.св. № 1200695, кл. G 01 Т 1/202, 1990. Данное устройство, как и предлагаемое содержит коллиматор, сцинтиляционный кристалл с проточками, световоды и систему обработки сигналов. Кроме того, известный 15 детектор содержит матрицу фотоэлектронных умножителей (ФЭУ), расположенных в ряд вдоль длины кристалла и сопряженных с одной из плоскостей кристалла, выходы которых соединены с системой обработки 20 сигналов. Протяженный сцинтиляционный кристалл выполнен таким образом, что его боковые поверхности вдоль длины кристалла представляют плоскости, а поверхность кристалла, противоположная сопряженной 25 с фотокатодами ФЭУ, имеет цилиндрическую форму, причем поперек цилиндрической формы кристалла под центрами ФЭУ выполнены проточки. Известное устройство отличается невысоким» чувствительностью, 30 разрешающей способностью и невозможностью получения двумерных изображений. Задача заявляемого изобретения направлена на повышение эффективности сцинтиляционного кристалла за счет увели- 35 чения длины взаимодействия рентгеновского излучения с материалом кристалла. Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в повыше- 40 нии чувствительности, разрешающей способности и в получении двумерного изображения. Существенными признаками, влияющими на достигаемый технический результат, и 45 достаточными во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны, являются следующие: Признаки, общие с прототипом: Коллиматор, сцинтиляционный кри- 50 сталл с проточками, световоды и система обработки сигналов. Признаки, отличные от прототипа: Объектив, зеркало с осью вращения и приводом, фоконы. При этом проточки в дву- 55 мерном сцинтиляционном кристалле выполнены над центрами металлизированных входных торцов световодов, расположенных в кристалле, выходные торцы которых образуют упорядоченную матрицу оптиче ски связанную с объективом, ось вращения зеркала расположена в фокальной плоскости обьективэ, параллельна плоскости матрицы выходных торцов световодов и одной из ее сторон, входные концы фоконов расположены в линию, параллельную оси вращения зеркала и под углом 90° к оси объектива, а выходные концы соединены с соответствующими входамисистемы обработки сигналов. Признаком, характеризующим заявляемое изобретение в частном случае, является выполнение проточек в сцинтиляционном кристалле. Профиль проточек выполнен в виде тела вращения в соответствии с выражением L = /M2+{l2-Ah)cos где L - толщина кристалла, в точке ; х - расстояние от центров световода; ДІ2 - минимальная толщина кристалла между световодами; І2 - толщина кристалла; h - шаг световодов; ДІ1-І2-І1 И - длина погружения световодов в кристалле. Указанная совокупность известных и отличительных признаков заявляемого изоность сцинтиляционного кристалла за счет увеличения длины взаимодействия рентгеновского излучения с материалом кристалла. Технический результат заключается в повышении чувствительности на 2-3 порядка; разрешающей способности, которая может быть доведена до длины свободного пробега фотона в кристалле или до 3-4 диаметров световода; в получении двумерной картины изображения. На фиг.1 представлена блок-схема сцинтиляционного позиционно чувствительного детектора; фиг.2, 3 иллюстрируют расположение световодов в кристалле; фиг.4 иллюстрирует выполнение проточек в кристалле; фиг.5, 6 - повышение эффективности кристалла. Сцинтиляционный позиционно-чувствительный детектор (СПЧД) содержит коллиматор 1, протяженный двумерный сцинтиляционный кристалл 2, световоды 3, обьектив 4, зеркало 3 с осью 6 вращения и приводом 7, фоконы 8, систему 9 обработки сигналов. Световоды 3 имеют металлизацию на торцах (фиг.2), которые погружены на длину И в кристалл 2, и расположены по ходу распространения рентгеновского излучения 2437(3 (РИ), формируемого коллиматором 1, а втопадает на кристалл 2, Под действием РИ в рые торцы образуют упорядоченную матрикристалле 2 возбуждаются фотоны, которые цу, по ходу излучения светового потока (СП) имеют длину свободного пробега Із, и они которой расположен объектив 4. В двумерпопадают в ближайшие световод 3. Из объном сцинтиляционном кристалле 2 выполне- 5 ема области кристалла 2, отстоящей меньны проточки над центрами ше, чем на Із от поверхности световода 3, металлизированных входных торцов светопогруженной в кристалл 2. водов 3, профиль проточек выполнен в виде Если фотон попадает в световод 3 так. тела вращения в соответствии с выраженичто движется к торцу, погруженному в крием; 10 сталл 2, то достигая этого торца он отражается от металлизации (таких фотонов ^ 50%) и попадает на матрицу выходных торцов. где L - толщина кристалла в точке х; х - расстояние от центра световода; Таким образом, на матрице выходных ДІ2 - минимальная толщина кристалла 15 торцов световодов 2 образуется картина между световодами; распределения плотности РИ, которая несет информацию о плотности объекта исследоІ2 ~ толщина кристалла; ваний. Объектив 4 проецирует через зеркало h - шаг световодов; 5 изображение матрицы выходных торцов Д)і = і2-Н; h -длина погружения световодов в кри- 20 световодов 2 в плоскость, в которой лежит линейка входов фоконов 8, параллельная сталл. оси вращения 6 зеркала 5 так, что при враВблизи фокальной плоскости объектива 4 щении зеркала 5 изображение матрицы вырасположено зеркало 5 на оси б вращения, чодных торцов световодов 3 пробегает над параллельной плоскости матрицы выходных торцов световодов 3 и одной из ее сторон с 25 входами фоконов 8 и по ним попадает на соответствующие входы системы 9 обработприводом 7 вращения зеркала 5. ки сигналов, которая формирует изображеНа расстоянии f (фиг.1) от фокальной ние, соответствующее распределению плоскости объектива 4 под углом 90° к оси плотности РИ, прошедшего через объект исобъектива 4 расположены входные концы следований. фоконов 8 в линию, параллельную оси 6 вра- 30 В результате погружения световодов 3 в щения зеркала 5, а выходные концы фоконов кристалл 2 на глубину И значительно боль8 соединены с соответствующими входами шую длины свободного пробега фотонов Із. системы 9 обработки сигналов. Фоконы 8 служат для согласования разИ» Із решения матрицы выходных торцов свето- 35 удается повысить эффективность сцинтиляводов 3 с входами системы 9 обработки ционного кристалла 2 за счет увеличения сигналов. длины взаимодействия РИ с материалом Если сцинтиляционный кристалл 2 имекристалла 2, так как она ограничивается длиет малую длину Із свободного пробега возной свободного пробега фотона Із (фиг.5). бужденных рентгеновским излучением 40 В случае, еспи световоды 3 не погружефотонов, то шаг h (фиг.З) световодов 3 в ны в тело кристалла 2 его утолщение Из не кристалле 2 выбирается больше длины Із приводит к увеличению выхода фотонов, так свободного пробега фотона h ^ Із. и проточкак все фотоны, возбужденные в кристалле ка не выполняется. 2 дальше Із от плоскости выхода, поглощаЕсли кристалл толщины 1г>И имеет ма- 45 ются. лое затухание в видимом диапазоне, то При введении в тело кристалла 2 светокристалл 2 выполнен с проточкой на глубивод 3 увеличивается площадь выхода фотону І2~ Ліг. обеспечивающую минимальную нов и увеличивается разрешение, которое сптическую связь между отдельными световодами 3. 50 равно h, что приводит к увеличению яркости изображения, пропорциональному увеличеСцинтиляционный позиционно-чувствинию площади выхода фотонов. тельный детектор работает следующим образом. Если принять площадь выхода фотонов Рентгеновское излучение (РИ) пройдя объект исследования, модулируется в1 дву- 55 без световода 3 (фиг.б) d , то с металлизиромерной плоскости в соответствии с распреванным входным торцом световода 3 она делением его плотности, коллимируется равна лай, где d - диаметр световода 3, И коллиматором 1, который поглощает рассеглубина погружения световода 3 в кристалл янные на объекте рентгеновские лучи, и по2. 8 2437В Коэффициент увеличений яркости равен dh при d = 0,1 мм, U = 50 мм, ki = 500 ~ 1570, 12 = 10мм, k2 =314; при Із = 1 мм разрешение h может быть не хуже 1 мм, Объект іїпїпїпиіУ' Фиг. і 24378 Фиъ.2 і о о о fl Фиг. З А-А Фиг1* 24378 І f. 1 2 3-d. фаг. Фаг. Упорядник Замовлення 4587 Техред М.Келемеш Коректор М.Керецман Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул.ГагарІна, 101