Начало >> Статьи >> Архивы >> Рентгеновские аппараты

Световозбуждающее и фотографическое действия рентгеновских лучей - Рентгеновские аппараты

Оглавление
Рентгеновские аппараты
Введение
Генерирование рентгеновских лучей
Ослабление рентгеновских лучей веществом
Световозбуждающее и фотографическое действия рентгеновских лучей
Количественная и качественная оценка рентгеновского излучения
Защита от рентгеновских лучей
Применение - рентгенодиагностика
Применение - рентгенотерапия
Применение - рентгенодефектоскопия
Применение - рентгеноструктурный анализ
Применение - рентгеноспектральный анализ
Применение - облучение в технологических целях
Рентгеновские трубки
Электрические характеристики рентгеновских трубок
Рентгеновские излучатели
Высоковольтный рентгеновский кабель
Рентгеновские питающие устройства
Главные трансформаторы
Параметры R, L и С главного трансформатора
Представление о расчете главного трансформатора
Главные трансформаторы с переменным коэффициентом трансформации
Высоковольтные вентили
Высоковольтные генераторы
Регулировка напряжения на трубке и тока трубки
Включение и отключение питающего устройства
Автоматика в рентгеновских питающих устройствах
Стабилизация работы питающего устройства
Контроль напряжения на трубке и ее анодного тока
Выпрямительные схемы рентгеновских питающих устройств
Однополупериодная безвентильная схема
Однополупериодная вентильная схема
Двухполупериодная схема
Схема удваивания с пульсирующим напряжением
Схема удваивания со сглаженным напряжением
Падение напряжения в главной цепи питающего устройства
Перенапряжения в питающих устройствах
Импульсное питание рентгеновской трубки
Рентгенодиагностические аппараты
Рентгенодиагностические исследования
Рентгенодиагностические трубки
Системы регулировок рентгенодиагностического аппарата
Регулировка выдержки
Защита трубки от перегрузки
Реле экспозиции
Падающая нагрузка
Передвижные аппараты
Стационарные аппараты
Усилитель яркости рентгеновского изображения
Рентгенокиносъемка
Рентгенотелевидение
Флюорографические аппараты
Хирургические аппараты
Аппараты для ангиокардиографии
Аппараты для близкофокусной и внутриполостной терапии
Аппараты для глубокой терапии
Рентгенодефектоскопические аппараты
Рентгеновские микроскопы
Рентгеновские аппараты для структурного анализа
Рентгеновские аппараты для спектрального анализа
Рентгеновские аппараты для облучения в технологических целях

Рентгеновские лучи вызывают видимое свечение некоторых веществ; под действием рентгеновских лучей в эмульсии фотопленки, так же как под действием видимых и ультрафиолетовых лучей, протекает фотохимический процесс, в результате которого после проявления происходит почернение пленки. Световозбуждающее и фотографическое действия рентгеновских лучей нашли широкое применение в первую очередь в рентгенодиагностике и рентгенодефектоскопии. Свечение под действием рентгеновских лучей рентгеновского экрана позволяет производить рентгеновское визуальное просвечивание. На основе фотографического действия производятся рентгеновские снимки.
При рентгеновских просвечиваниях и снимках используется различное поглощение рентгеновских лучей веществами с различными плотностями и различными атомными номерами. В итоге па экране или пленке возникает теневое рентгеновское изображение, причем те части, которые больше ослабляют лучи, дают на экране более темные, а па пленке, наоборот, более светлые тени.
У современных рентгеновских экранов для просвечивания в качестве флуоресцирующего вещества (светосостава или люминофора) служит смесь кристаллических сульфида цинка и сульфида кадмия (ZnCd)SAg с некоторой примесью серебра в качестве активатора, кристаллы которого, нарушая строгую периодичность основной кристаллической решетки, служат центрами возбуждения видимого света. Такие экраны светятся зеленоватым светом, т. с. их свечение лежит в той области видимого спектра, к которой наиболее чувствителен человеческий глаз.
Основой или подложкой для рентгеновского экрана, придающей ему механическую прочность, служит картон (рис. 1-9). Далее идет рефлектирующий слой, состоящий из окиси магния (MgO) или углекислого магния (MgCO3) и обладающий высоким коэффициентом отражения в данной области видимого спектра. Затем располагается собственно экранная пленка, представляющая собой светосостав, связанный прозрачной клеящей органической массой. В таком виде экраны выпускаются заводом-изготовителем .

Рис. 1-9. Схематический разрез рентгеновского экрана для визуального просвечивания.
1 — экранная пленка; 2 — рефлектирующий слой; 3 — картонная подложка.
При практическом использовании такого экрана он помещается в специальную раму (часто называемую экранодержателем) вместе со специальным свинцовым стеклом, назначение которого — поглощать  рентгеновские лучи, проходящие сквозь экран, и тем самым защищать от них персонал, ведущий визуальное просвечивание. Объект исследования располагается между источником излучения и экраном.
Экраны характеризуются чувствительностью, разрешающей способностью и послесвечением. Чем выше чувствительность, тем выше яркость свечения экрана. При определенной чувствительности яркость свечения можно считать пропорциональной интенсивности падающего рентгеновского излучения. Даже у самых чувствительных экранов яркость свечения относительно невелика.
Чем выше разрешающая способность, тем выше резкость рентгеновского изображения. Разрешающая способность определяется с помощью специальных тест- объектов (рис. 1-10). Тест-объекты представляют собой растры сравнительно небольшой величины, в которых щели чередуются с ребрами из материала, сильно поглощающего рентгеновские лучи (свинец, вольфрам). Разрешающая способность оценивается числом линий или числом периодов на миллиметр (пер/мм), которое можно различить при рассматривании тест-объекта на светящемся экране; при этом под линией обычно понимаются как щель, так и ребро, под периодом же — звено, состоящее из щели и ребра. Таким образом, число линий на 1 мм в 2 раза больше числа периодов.
Тест-объекты для определений разрешающей способности рентгеновских экранов
Рис. 1-10. Тест-объекты для определений разрешающей способности рентгеновских экранов и пленок.
а—с неизменным числом периодов на миллиметр; б —с переменным числом периодов на миллиметр.
Чем меньше величина зерен флуоресцирующего вещества и толщина его слоя, тем выше разрешающая способность, по и тем ниже чувствительность. Разрешающая способность экранов для просвечивания имеет сравнительно малую величину 1—1,5 пер/мм.
В экранах для просвечивания следует стремиться к возможно меньшему послесвечению. Современные экраны обеспечивают спад свечения до 0,01 начальной яркости через 0,1 с после прекращения облучения, что считается вполне достаточным [Л. 61].
Рентгеновская пленка подобна обычной фотопленке и отличается от нее составом фоточувствительного слоя и двусторонним поливом. Чувствительность рентгеновской пленки характеризуется особыми единицами — обратными рентгенами.             

Не останавливаясь на определении этой единицы, укажем, что чувствительность современных отечественных пленок равна 300 — 500 обратных рентгенов. Разрешающая способность пленки высока—15 пер/мм и более. Помимо указанных параметров пленка характеризуется также контрастностью (см. далее).
Фотографическое действие рентгеновских лучей может быть значительно усилено световозбуждающим действием рентгеновских усиливающих экранов, которые вкладываются в кассету вместе с пленкой. Усиливающие экраны используются главным образом в рентгенодиагностике. Они подобны экранам для просвечивания, однако флуоресцирующим веществом здесь является вольфрамат кальция (CaWO4), дающий фиолетовые и ультрафиолетовые лучи, воздействующие на пленку наряду с рентгеновскими лучами и усиливающие действие последних в 10—20 раз.
Разрешающая способность усиливающих экранов высока и достигает 5—7 пер/мм. Однако она ниже, чем у пленки, а потому разрешающая способность системы экран — пленка определяется разрешающей способностью экрана. Отсюда следует, что использование усиливающих экранов, повышая чувствительность, снижает резкость рентгеновского изображения. Как и в случае экранов для просвечивания, разрешающая способность тем выше, чем ниже чувствительность экрана; для усиливающих экранов это свойство используется в широких пределах.
Послесвечение не является здесь столь отрицательным явлением, как в случае экранов для просвечивания. Высказывались даже предположения, что с возрастанием послесвечения общая светоотдача экрана повышается, что должно приводить к уменьшению необходимой энергии рентгеновского излучения. Произведенные исследования [Л. 62] дали, однако, отрицательный ответ.
Материалом для рентгеновских кассет служит топкий листовой алюминий. При использовании усиливающих экранов в кассету вкладываются обычно два экрана: передний и задний. Объект помещается между источником излучения и кассетой, причем кассета для получения большей резкости изображения должна вплотную прилегать к объекту.
В рентгенодефектоскопии вместо усиливающих экранов чаще применяют тонкие свинцовые фольги (толщиной порядка 0,1 мм). Фотоэлектроны, выбиваемые из фольги рентгеновскими фотонами, действуют па пленку и усиливают изображение в 2—3 раза, не ухудшая заметно его резкости.
Техника обработки экспонированных рентгеновских пленок в общем аналогична фототехнике при обычной фотографии. Конечным результатом рентгенографического процесса является обработанная и высушенная пленка, т. с. рентгеновский негатив, в котором, как уже указывалось, более светлыми будут те части пленки, которые подвергались меньшему воздействию лучей. Для рассматривания рентгеновских снимков применяется негатоскоп — ящик с матовым стеклом, освещаемым изнутри источниками видимого света.
Остановимся вкратце на некоторых вопросах, связанных с качеством рентгеновского изображения на экране для просвечивания или на рентгенограмме (рентгеновском снимке). Ограничимся случаями, когда объект исследования неподвижен и будем оценивать качество рентгеновского изображения размерами мелких деталей, которые еще можно обнаружить на этом изображении. Это качество зависит от яркости свечения— экрана при просвечиваниях, матового стекла негатоскопа при снимках, резкости рентгеновского изображения и его контрастности.
Яркость свечения экрана зависит от напряжения на трубке и ее анодного тока; яркость свечения негатоскопа — от его освещенности и плотности почернения пленки (см. далее). Резкость изображения определяется при просвечиваниях разрешающей способностью экрана, при снимках разрешающей способностью системы экран — пленка и в обоих случаях, кроме того, размерами фокусного пятна трубки и фокусным расстоянием.
Понятием контрастности (контраста) пользуются для сравнения яркости свечения двух участков рентгеновского изображения, соответствующих, например, двум смежным деталям. При просвечиваниях имеются в виду, естественно, яркости свечения участков на экране, при снимках — яркости свечения участков рентгенограммы при ее рассматривании на просвет на негатоскопе. Обозначим отношение яркостей через В1:В2, где В1, — яркость одного участка и В2 — яркость соседнего, и примем В1>В2. Указанное соотношение может быть принято за меру контраста.

Однако зрительное восприятие подчиняется логарифмическому (или близкому) закону. Это означает, что глаз воспринимает изменение яркости не пропорционально самой яркости, а в значительно уменьшенной степени. Поэтому в качестве меры контраста обычно берут или десятичный логарифм отношения яркостей или другие, сравнительно близкие по численным значениям, соотношения (табл. 1-3).

Таблица 1-3
Основные соотношения, используемые в качестве меры контраста [Л. 52]

Наименьший контраст, который человеческий глаз различает еще достаточно надежно, равен (при использовании логарифмического соотношения) 0,01. В то же время для лучшей восприимчивости глаза нужно, чтобы контраст (разность логарифмов яркостей) двух любых (не обязательно смежных) участков изображения не превышал 1 —1,2. Таким образом, физиологические особенности человеческого зрения ограничивают как наименьший, так и наибольший допустимый контраст*.

* В рентгенодиагностике для повышения контраста непосредственно объекта исследования иногда применяются специальные контрастные вещества, которые вводятся внутрь, например, при желудочных исследованиях или при ангиокардиографии. В рентгенодефектоскопии в случае объекта исследования, имеющего сильно различающиеся толщины (например, литье сложной формы), иногда применяют, наоборот, наполнители, выравнивающие контраст.

Контраст изображения зависит от напряжения на трубке, а именно — уменьшается с увеличением напряжения, поскольку при этом: а) уменьшается ослабление пучка лучей всеми частями объекта и б) увеличивается относительная доля рассеянного излучения.
Рассеянное излучение снижает контраст изображения благодаря тому, что при просвечиваниях создает дополнительное равномерное свечение экрана, при снимках оно, равномерно воздействуя на пленку, приводит к появлению вуали. Действие рассеянного излучения тем сильнее, чем толще и плотнее объект исследования. Для уменьшения рассеянного излучения следует прежде всего ограничивать пучок первичных лучей действительно необходимыми размерами, для чего используются тубусы и диафрагмы (§ 2-3). В рентгенодиагностике для уменьшения рассеянного излучения, воздействующего на экран для просвечивания или пленку, широкое применение получили рентгеновские отсеивающие решетки, неподвижные и подвижные.

Рис. 1-11. Схематический разрез направленного растра рентгеновской отсеивающей решетки.
Главной частью рентгеновской отсеивающей решетки является растр, состоящих из тонких (0,04—0,1 мм) полос свинцовой фольги, перемежающихся прокладками из материала, незначительно ослабляющего рентгеновское излучение. Отношение ширины прокладок к толщине растра берется в пределах от 1:5 до 1:15 при толщине растра в несколько миллиметров. Обычно свинцовые полосы ориентированы по прямым, проходящим через фокус рентгеновской трубки (рис. 1-11); иногда растр выполняют ненаправленным, т. е. свинцовые полосы располагают параллельно друг другу.
Неподвижная решетка представляет собой просто облицованный растр. Подвижная решетка содержит в общем корпусе с растром механизм, приводящий растр в движение.
Неподвижные решетки имеют тонкий и частый, обычно ненаправленный растр. Изображение такого растра мало заметно на экране или пленке. В подвижных решетках растру для уничтожения его изображения сообщается поступательное движение в направлении, перпендикулярном свинцовым полосам.
Решетка помещается между объектом исследования и экраном (при просвечиваниях) или кассетой (при снимках). Рассеянные лучи имеют всевозможные направления, а потому в значительной мере поглощаются свинцом, в то время как прямой пучок, ввиду того что свинцовые полосы очень тонки, ослабляется незначительно.
Рассеянное излучение, уменьшая в отсутствие решетки контраст изображения, в то же самое время активно участвует в образовании этого изображения. Другими словами, интенсивность излучения, падающего на экран для просвечивания или пленку (при тех же значениях напряжения па трубке Uа.макс и мощности, воспринимаемой анодом трубки Ра), при использовании решетки будет значительно меньше, чем в отсутствие решетки*. Это заставляет для получения той же яркости на экране для просвечивания увеличивать напряжение на трубке или ток трубки. Для получения той же плотности почернения- пленки при снимках можно также увеличить выдержку.

* В зависимости от отношения ширины прокладок к толщине растра и величины облучаемого поля (размеров кассеты) интенсивность снижается в 2—6 раз.

Прошедшее сквозь объект излучение имеет пульсации, величина которых зависит от формы кривой напряжения на трубке. При неизменной скорости растра может возникать стробоскопический эффект: тени, периодически возникающие от движущихся свинцовых полос, налагаются друг на друга, и на пленке появляется изображение растра, как и в случае неподвижной решетки. Для предотвращения стробоскопического эффекта растр должен перемещаться с изменяющейся скоростью. В вибрационных решетках это достигается тем, что растру придается колебательное движение. Такие решетки применяются как при снимках, так и при просвечиваниях. При снимках достаточно сообщить растру лишь пусковой импульс, согласованный по времени с включением высокого напряжения, после чего колебания растра будут погасать. Обычно пружина, сообщающая растру колебательное движение, заранее напряжена притяжением электромагнита и импульс осуществляется отключением последнего.
В решетках с «падающей» скоростью механизм придает растру за очень короткое время и на очень коротком участке пути большую скорость, которая затем постепенно спадает на остальном пути (без возвратного движения во время снимка).

Включение высокого напряжения должно быть согласовано с моментом наибольшей скорости растра. Такие подвижные  решетки используются, естественно, только при снимках.
Свинцовые фольги, применяемые в рентгенодефектоскопии для усиления действия рентгеновского излучения, одновременно в заметной степени уменьшают и влияние рассеянных лучей: те лучи, которые сильно отклоняются от направления первичного пучка, пронизывают большую толщину фольги и ослабляются в большей степени.
Рентгеновское изображение на экране для просвечивания обладает, как правило, сравнительно малыми яркостью и контрастностью. В то же время для снимков имеется возможность изменять в широких пределах яркость свечения на негатоскопе, плотность почернения пленки и контраст изображения. Эти обстоятельства наряду с малой разрешающей способностью экранов для просвечивания являются причиной тому, что обнаруживаемость деталей (т. е. чувствительность метода) при снимках значительно выше, чем при просвечиваниях*.

* С целью повышения чувствительности визуального просвечивания были разработаны усилители яркости рентгеновского изображения. Добавление к таким усилителям телевизионных устройств позволяет получить новые возможности путем регулирования контрастности телевизионного изображения.

Для рассмотрения некоторых закономерностей, свойственных рентгеновской пленке, обратимся к основным понятиям из фотографии. Плотность почернения D определяется как десятичный логарифм отношения плотности потока падающего на негатив видимого света (при рассматривании на просвет) к плотности потока света, прошедшего через негатив:
(1-21)
В применении к рентгенограммам речь идет об их рассматривании на негатоскопе. Плотность почернения какого-либо участка рентгеновской пленки зависит от интенсивности J рентгеновского излучения, падавшего на этот участок, и выдержки t, причем принимается, что изменение в широких пределах интенсивности и выдержки при неизменной величине их произведения, называемого экспозицией H, оставляет плотность почернения также неизменной.
Разность двух плотностей почернения называется интервалом плотностей
0-22) и может согласно сказанному ранее характеризовать контраст изображения смежных деталей.
По аналогии с интервалом плотностей можно говорить об интервале логарифмов экспозиций:

который при неизменной выдержке может быть приравнен разности логарифмов интенсивностей рентгеновского излучения

Рис. 1-12. Характеристическая кривая рентгеновской пленки.
ОА — область недодержек; АВ — рабочая область; ВС — область передержек; А'В' — широта пленки.
и может характеризовать контраст излучения, обусловленный контрастом объекта (но не равен ему из-за действия на пленку рассеянного излучения)*.

* На практике вместо экспозиции Н и интенсивности излучения J чаще имеют дело с экспозиционной дозой и мощностью экспозиционной дозы (§ 1-4), которые при неизменной жесткости излучения соответственно пропорциональны Н и J.

Характеристической кривой называется зависимость плотности почернения пленки от логарифма экспозиции: D=f(lgH).
Характеристическая кривая (рис. 1-12) состоит из трех участков: области недодержек, рабочей области и области передержек. Рабочую область в первом приближении  можно считать прямолинейной и преобразующей контраст излучения в контраст изображения без искажений. Две остальные области криволинейны и вносят искажения в передачу контраста. Рабочая область охватывает интервал плотностей почернения примерно в пределах 0,5— 1,5. Отношение относящееся к рабочей области, называется коэффициентом контрастности и показывает во сколько раз контраст излучения пропорционально усиливается пленкой.
Для современной рентгеновской пленки γ = 2,5:4.
Сказанное выше относилось к воздействию на пленку лучей неизменной жесткости, т. е. с неизменным распределением энергии по спектру. При повышении жесткости излучения (повышении напряжения на трубке) плотность почернения пленки при той же величине Н сильно уменьшается. Как говорят, чувствительность пленки имеет значительный «ход с жесткостью». Чувствительность усиливающих экранов с повышением жесткости, наоборот, увеличивается, т. е. имеет ход с жесткостью обратного знака, как правило, перекрывающий снижение чувствительности пленки.
Согласно формуле (1-20) интенсивность излучения, падающего на пленку за объектом исследования, зависит от напряжения в столь сильной степени, что эта зависимость во много раз сильнее хода с жесткостью. Другими словами при неизменных значениях Ρа и t плотность почернения пленки с увеличением U а.макс всегда резко возрастает. Это позволяет для получения неизменной плотности почернения сокращать а или t. В то же время, как мы знаем, увеличение Uа.макс ведет к уменьшению контраста изображения. Поэтому правильный выбор напряжения на трубке имеет весьма существенное значение.
Казалось бы, с точки зрения лучшей различаемости деталей на снимке, следует работать па возможно более низком напряжении, которое еще не слишком увеличивает выдержку. Однако при чрезмерном понижении напряжения интервал плотностей почернения снимка может выйти за пределы рабочей области характеристической кривой и исказить передачу контраста. Поэтому напряжение должно быть тем выше, чем больше охват объекта [Л. 63], характеризуемый наибольшим интервалом плотностей на снимке. Увеличение γ при заданном охвате объекта позволяет повышать напряжение и понижать выдержку. Таким образом, увеличение контрастности пленки в какой-то мере равнозначно увеличению ее чувствительности [Л. 64].
Подводя итоги рассмотренным рентгенографическим вопросам, подчеркнем, что на пути передачи контраста объекта лежат: 1) превращение контраста объекта в контраст излучения, которое может нарушить пропорциональность контрастов из-за рассеяния и 2) превращение контраста излучения в контраст изображения, которое может нарушить пропорциональность контрастов из-за выхода плотности почернения из рабочей области характеристической кривой. Последнее может объясняться неправильным выбором условий облучения пленки, а также ее неправильным проявлением*.

* Имеются электронные устройства, позволяющие копировать рентгеновский снимок с изменением контраста всего изображения или его чисти. Подобное устройство под названием «Элькоп» выпускается заводом «Карл Цейс, Иена» (ГДР).

Помимо прямых рентгеновских снимков в рентгенодиагностике нашел себе применение также метод фотоснимков рентгеновского изображения с экрана для просвечивания, получивший название флюорографии. Флюорографические снимки делаются в уменьшенном масштабе, что дает существенную экономию пленки, однако чувствительность метода ниже, чем при прямых рентгеновских снимках. При флюорографии обычно используются специальная флюорографическая пленка.
Вместе с тем в практику начинают проникать новые методы рентгенографии, в том числе фотопроцесс, известный под названием «поляроид» [Л. 70—73]. Этот процесс отличается высокой чувствительностью и быстротой обработки экспонированных снимков, однако он в несколько раз дороже обычного фотопроцесса, что препятствует его широкому распространению.
Другим методом, который уже длительное время подвергается совершенствованию, является метод электрорентгенографии [Л. 68—69], называемый также ксерорадиографией. Сущность этого метода состоит в том, что вместо рентгеновской пленки экспонированию подвергается электрически заряженный слой фотопроводящего материала (аморфный селен на алюминиевой подложке). Равномерное распределение заряда в процессе экспонирования меняется благодаря неодинаковой интенсивности излучения, падающего па различные точки этого слоя. Такое скрытое электрическое изображение можно проявить, посыпав пластинку мелким порошком, имеющим заряд того же знака. Порошок прочнее пристает к тем местам, где заряд мал. После стряхивания излишнего порошка полученное изображение закрепляется нагреванием и оплавлением порошка. Изображение получается позитивным. Основное преимущество этого метода — быстрота обработки и низкая стоимость.



 
« Религия и психические болезни   Рентгенодиагностика заболеваний костей и суставов »