способ измерения практического пикового напряжения

Формула изобретения

Способ измерения практического пикового напряжения, заключающийся в том, что измеряют радиационный контраст фильтра, сопоставленный значениям практического пикового напряжения посредством калибровочной кривой, отличающийся тем, что измерения радиационного контраста фильтров микродетекторов осуществляют по сигналам с самих микродетекторов, формирующих линейный дискретный полупроводниковый детектор, размещенный в поле рентгеновского излучения таким образом, что каждый предыдущий микродетектор является фильтром для последующего, а по полученным данным строят абсорбционную кривую, по наклону которой определяют скорость затухания излучения, по значению которой судят о величине практического пикового напряжения.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый способ измерения практического пикового напряжения предназначен для неинвазивного измерения напряжения генерирования тормозного излучения и может использоваться при контроле параметров рентгеновских излучателей.

Известны способы неинвазивного измерения напряжения генерирования тормозного излучения, основанные на регистрации позиционно-чувствительным детектором излучения, прошедшего сквозь ступенчатый фильтр [патент РФ № 2286654, опубл. 27.10.2006. Бюл. № 30; патент РФ № 2367122, опубл. 10.09.2009. Бюл. № 25].

Однако принцип измерения напряжения генерирования тормозного излучения по известной функциональной связи между потенциалом анода, толщиной фильтра и эффективной энергией или слоем половинного ослабления при непостоянном потенциале анода приводит к неоднозначности в результатах измерений. Согласно стандарту [Медицинское электрическое оборудование. Дозиметрические приборы, используемые для неинвазивного измерения напряжения на рентгеновской трубке в диагностической радиологии: ГОСТ Р МЭК 61676-2006. - М.: Стандартинформ, 2007. - 24 с.], измеряемым параметром при оценке напряжения генерирования тормозного излучения должно являться практическое пиковое напряжение, значение которого не зависит от величины пульсаций потенциала анода.

Наиболее близким по технической сущности является способ измерения практического пикового напряжения, описанный в работе [Baorong Y., Kramer H.-M., Selbach H.-J, Lange B. Experimental determination of practical peak voltage, Br. J. Radiol. 73 (2000), 641-649].

Этот способ заключается в том, что в поле рентгеновского пучка последовательно размещаются массивный фильтр из полиметилметакрилата, фильтр из пластины алюминия и воздушная ионизационная камера таким образом, что ионизационная камера находится в тени фильтра из пластины алюминия. В течение времени экспозиции измеряется количество электричества, производимое ионизационной камерой за фильтром из полиметилметакрилата, первый раз - при наличии фильтра из пластины алюминия и второй раз - при его отсутствии. Отношение найденных значений электрических зарядов определяет радиационный контраст фильтра из пластины алюминия C_k для анодного напряжения произвольной формы. Затем по известной зависимости радиационного контраста C_k от заданного постоянного анодного напряжения U_a, полученной при калибровке, находится значение практического пикового напряжения.

Данный способ определения практического пикового напряжения по контрасту воздушной кермы требует выполнения как минимум двух экспозиций и может быть реализован только в лабораторных условиях, поскольку является трудоемким и не удовлетворяет требованиям физической воспроизводимости метода измерений в условиях лечебно-профилактических учреждений, так как согласно рентгенооптической схеме [Baorong Y., Kramer H.-M., Selbach H.-J, Lange B. Experimental determination of practical peak voltage, Br. J. Radiol. 73 (2000), 641-649] расстояние между фокусом рентгеновской трубки и ионизационной камерой достигает трех метров.

Техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение погрешности прямого метода определения практического пикового напряжения, обусловленное измерением практического пикового напряжения за одну экспозицию, упрощение методики измерений и рентгенооптической схемы метода измерений за счет применения микродетекторов линейного дискретного полупроводникового детектора одновременно как в качестве фильтров, так и в качестве устройств, измеряющих их радиационный контраст.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, достигается тем, что в известном способе измерения практического пикового напряжения, заключающемся в измерении радиационного контраста фильтра, сопоставленного значениям практического пикового напряжения посредством калибровочной кривой, измерения радиационного контраста фильтров микродетекторов осуществляют по сигналам с самих микродетекторов, формирующих линейный дискретный полупроводниковый детектор, размещенный в поле рентгеновского излучения таким образом, что каждый предыдущий микродетектор является фильтром для последующего, а по полученным данным строят абсорбционную кривую, по наклону которой определяют скорость затухания излучения, по значению которой судят о величине практического пикового напряжения.

На фиг.1 изображены абсорбционные кривые, полученные с помощью линейного дискретного GaAs - детектора на рентгенодиагностическом комплексе, оборудованном среднечастотным питающим устройством и рентгеновской трубкой с вольфрамовым анодом при суммарной фильтрации 3,5 мм Al, в диапазоне анодных напряжений 50-110 кВ.

На фиг.2 изображена кривая, отражающая характер изменения скорости затухания рентгеновского излучения от приложенного постоянного анодного напряжения.

Способ измерения практического пикового напряжения осуществляют следующим образом: в поле излучения рентгеновской трубки размещается линейный дискретный полупроводниковый детектор таким образом, что каждый предыдущий микродетектор линейки играет роль фильтра для последующего и регистрирует сигнал, пропорциональный радиационному контрасту предыдущих микродетекторов. В результате воздействия рентгеновского пучка в линейном дискретном детекторе возникает распределение экспоненциально затухающих сигналов, формирующих абсорбционную кривую. Форма абсорбционной кривой зависит от спектрального состава излучения, воздействующего на линейный дискретный детектор. Для начального участка абсорбционной кривой строят касательную и определяют угловой коэффициент касательной, задающий скорость затухания излучения, сопоставленную величине практического пикового напряжения посредством калибровки, выполненной при постоянном потенциале на аноде рентгеновской трубки.

Экспериментальная установка для формирования абсорбционных кривых включала источник тормозного рентгеновского излучения, средства контроля радиационного выхода излучателя, линейный дискретный полупроводниковый детектор, интерфейсный блок и персональный компьютер с сервисным программным обеспечением.

В роли источника излучения использовался рентгенодиагностический комплекс, оборудованный среднечастотным питающим устройством и рентгеновской трубкой с вольфрамовым анодом. Качество пучка на выходе излучателя задавалось собственным фильтром, эквивалентным 3,5 мм Al.

Приемником излучения служил линейный дискретный GaAs детектор, включающий сто двадцать восемь микродетекторов, функционирующих в режиме накопления сигнала на емкости интегрирования.

Линейный дискретный GaAs детектор размещался на устройстве позиционирования вдоль рентгеновского пучка таким образом, что каждый предыдущий микродетектор в линейке служил фильтром для последующего. Устройство позиционирования обеспечивало перемещение детектора по двум координатам в плоскости пучка и вращение относительно вертикальной оси. Для коллимации пучка применялись ирис-диафрагма и свинцовая пластина с отверстием в форме прямоугольной щели, установленная непосредственно на входное окно линейного дискретного GaAs детектора. Ориентирование линейного дискретного GaAs детектора относительно пучка производилось по сигналам микродетекторов путем изменения угла поворота относительно вертикальной оси с помощью микрометрических винтов.

Экспериментальное исследование заключалось в последовательной регистрации рентгеновских изображений в прямом пучке при напряжениях на трубке от 50 до 110 кВ с шагом 10 кВ. В процессе измерений сигнал, пропорциональный числу квантов излучения, поглощенных в каждом микродетекторе, регистрировался и передавался в компьютер в виде строки изображения. По окончании времени набора кадра в памяти компьютера формировалась двумерная матрица чисел.

Далее по полученным данным строились абсорбционные кривые, представляющие собой зависимость приведенного к максимуму среднего значения зарегистрированного сигнала от порядкового номера микродетектора.

На абсорбционных кривых выделялась линейная область, соответствующая малым изменениям эффективного коэффициента ослабления. Скорость затухания рентгеновского пучка определяется как величина тангенса угла наклона абсорбционной кривой к оси абсцисс на линейном участке.

Согласно фигуре 2 скорость затухания тормозного излучения в веществе линейного дискретного полупроводникового детектора может служить критерием для оценки напряжения генерирования, а при соответствующей калибровке может быть сопоставлена значениям практического пикового напряжения.

Измерение радиационного контраста микродетекторов по сигналам с самих микродетекторов, формирующих линейный дискретный полупроводниковый детектор, и расчет скорости затухания излучения, сопоставленной значениям практического пикового напряжения посредством калибровки, выгодно отличают предлагаемый способ измерения практического пикового напряжения от указанного прототипа, так как измерение осуществляется за одну экспозицию, что уменьшает погрешность прямого метода определения практического пикового напряжения, упрощает методику измерений и рентгенооптическую схему метода измерений.