PL B1. NARODOWE CENTRUM BADAŃ JĄDROWYCH, Otwock, PL BUP 16/17

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (13) B1 (51) Int.Cl. G01T 1/20 ( ) G01T 1/164 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (62) Numer zgłoszenia, z którego nastąpiło wydzielenie: (54) Obrazujący detektor promieniowania rentgenowskiego (73) Uprawniony z patentu: NARODOWE CENTRUM BADAŃ JĄDROWYCH, Otwock, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 16/17 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 12/18 (72) Twórca(y) wynalazku: WOJCIECH DZIEWIECKI, Warszawa, PL TOMASZ LOTZ, Warszawa, PL MICHAŁ MATUSIAK, Czerwonka, PL KRZYSZTOF MEISSNER, Warszawa, PL SŁAWOMIR WRONKA, Warszawa, PL (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Danuta Jankowska PL B1

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest obrazujący detektor promieniowania rentgenowskiego przeznaczony do wykonywania zdjęć rentgenowskich cyfrowym zapisem obrazu, znajdujący zastosowanie w dziedzinie diagnostyki przemysłowej oraz radiografii medycznej. Znane obrazujące detektory promieniowania rentgenowskiego przetwarzają pochłonięte promieniowanie rentgenowskie na światło widzialne, które po wzmocnieniu na przykład w fotopowielaczach są rejestrowane przez światłoczułe sensory półprzewodnikowe. Najczęściej, obrazujące detektory promieniowania rentgenowskiego posiadają scyntylacyjny przetwornik promieniowania rentgenowskiego na światło widzialne, który konwertuje promieniowanie rentgenowskie światło widzialne po czym światło widzialne jest przekazywane za pomocą układu optycznego w postaci światłowodów lub obiektywów do obrazującego sensora światłoczułego, najczęściej w postaci matrycy CCD lub płyty TFT z krzemem amorficznym a-si. W niektórych konstrukcjach obrazujących detektorów promieniowania rentgenowskiego na przykład w obiektach typu Fiat. Panel FP, sensor światłoczuły rejestrujący obraz znajduje się bezpośrednio za lub w bardzo małej odległości od scyntylacyjnego przetwornika promieniowania rentgenowskiego na światło widzialne, co sprawia że jest narażony na niszczące działanie promieniowania rentgenowskiego. Na przykład w amerykańskim opisie patentowym US opisany jest detektor promieniowania rentgenowskiego wykorzystujący scyntylacyjny przetwornik promieniowania rentgenowskiego na światło widzialne złożony z dwóch warstw scyntylacyjnych, z których jedną dolną warstwę, na którą pada promieniowanie rentgenowskie stanowi jednolity blok materiału scyntylacyjnego w postaci tlenosiarczku gadolinu aktywowanego terbem Gd2O2S:Tb na którym ułożone są równoległe światłowody wypełnione tym samym materiałem scyntylacyjnym Gd2O2S:Tb. Rejestracja obrazu odbywa się przy zbliżeniu matrycy światłoczułych sensorów półprzewodnikowych do scyntylacyjnego przetwornika promieniowania X, narażającym półprzewodnikowe sensory na zniszczenie przez naruszenie ich dyskretnej struktury molekularnej w wyniku bezpośredniego działania promieniowania X, co w efekcie prowadzi do uszkodzenia detektora promieniowania X. Znane są rozwiązania zmierzające do poprawy niezawodności działania oraz eliminacji uszkodzeń obrazujących detektorów promieniowania rentgenowskiego polegające na zapewnieniu ochrony światłoczułego sensora półprzewodnikowego przez zastosowanie układu optycznego w postaci lustra przenoszącego obraz umieszczonego naprzeciw scyntylacyjnego przetwornika promieniowania rentgenowskiego na światło widzialne oraz soczewkowego układu optycznego w postaci obiektywów na przykład aparatu fotograficznego. Celem wynalazku jest opracowanie obrazującego detektora promieniowania rentgenowskiego wykorzystującego pikselizowany scyntylacyjny przetwornik promieniowania rentgenowskiego na światło widzialne zapewniającego uzyskanie radiogramów wysokiej jakości o dużych rozmiarach z wyraźnie zobrazowanymi detalami prześwietlonego obiektu oraz charakteryzującego się wydłużonym czasem niezawodnego działania. Istota obrazującego detektora promieniowania rentgenowskiego zawierającego scyntylacyjny pikselizowany przetwornik promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne w postaci metalowej płytki z mikrootworami wypełnionymi materiałem scyntylacyjnym, światłoczułe sensory półprzewodnikowe, lustro, soczewkowy układ optyczny według wynalazku polega na tym, że płytka scyntylacyjnego pikselizowanego przetwornika promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne, wykonana z miedzi lub folii kapłonowej pokrytej obustronnie warstwą miedzi, z mikrootworami o średnicy 0,05 mm 0,1 mm ułożonymi heksagonalnie w odstępach 0,08 mm 0,14 mm, wypełnionymi materiałem scyntylacyjnym korzystnie w postaci tlenu siarczku gadolinu aktywowanego terbem Gd2O2S:Tb jest usytuowana w górnej, poziomej płaszczyźnie obudowy, prostopadle do źródła promieniowania rentgenowskiego oraz jest osadzona przesuwnie swoimi krawędziami poziomymi w prowadnicach poziomych i swoimi krawędziami pionowymi w prowadnicach pionowych, sprzężonych z układem napędowym silnika krokowego połączonym ponadto z wyjściem sterującym komputera, przy czym pod płytką scyntylacyjnego przetwornika promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne, jest umieszczone lustro w postaci szklanej tafli z napyloną jednostronnie warstwą aluminium, którego płaszczyzna czołowa tworzy z płaszczyzną płytki scyntylacyjnego pikselizowanego przetwornika promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne, kąt o wartości zawartej w przedziale korzystnie 45, a środek geometryczny płaszczyzny lustra jest usytuowany przeciwlegle do obiektywu cyfrowej kamery umieszczonej w metalowej osłonie, przy czym wyjście cyfrowej kamery jest połączone przez układ transmisji danych z komputerem.

3 PL B1 3 Zastosowanie według wynalazku sterowanego, kontrolowanego za pomocą programu komputerowego mikroprzesuwu płytki scyntylacyjnego pikselizowanego przetwornika promieniowania rentgenowskiego na światło widzialne w osi poziomej i w osi pionowej, zapewnia równomierne rozłożenie wytwarzanego światła widzialnego przyczyniając się do eliminacji martwych obszarów między pikselami scyntylacyjnego przetwornika, a w konsekwencji do poprawy jakości radiogramu pozbawionego ciemnych plam w obrazie prześwietlanego obiektu. Poza tym zastosowana geometria budowy obrazującego detektora promieniowania rentgenowskiego zapewnia zmniejszenie niszczącego oddziaływania promieniowania rentgenowskiego na obiektyw cyfrowej kamery, co znacznie wydłuża czas niezawodnego działania obrazującego detektora promieniowania rentgenowskiego. Wynalazek został uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym widok ogólny obrazującego detektora promieniowania rentgenowskiego przeznaczonego do wykonywania radiogramów prześwietlanego promieniowaniem rentgenowskim badanego obiektu. Obrazujący detektor promieniowania rentgenowskiego według wynalazku, pokazany schematycznie na rysunku posiada sztywną, prostopadłościenną obudowę 8 spełniającą kryterium światłoszczelności, wykonaną z blachy stalowej zabezpieczonej od wewnątrz lakierem silikonowym oraz czarną farbą, o wymiarach przykładowo 69,6 cm x 52 cm x 57,7 cm. W górnej poziomej płaszczyźnie obudowy 8 prostopadle do źródła promieniowania rentgenowskiego niepokazanego na rysunku, usytuowanego na zewnątrz obrazującego detektora promieniowania rentgenowskiego znajduje się scyntylacyjny pikselizolowany przetwornik 1 promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne w postaci przykładowo kwadratowej płytki o wymiarach 40 cm x 40 cm, przewyższających wymiary geometryczne znanych pikselizowanych scyntylacyjnych przetworników promieniowania rentgenowskiego na światło widzialne dostępnych na rynku radiometrii medycznej. Płytka jest wykonana z miedzi lub z folii kaptonowej pokrytej obustronnie warstwą miedzi i posiada mikrootwory o średnicy 50 m przy odległości między otworami 80 m i grubości ścianek 30 m, ułożone heksagonalnie, wypełnione materiałem scyntylacyjnym w postaci tlenosiarczku gadolinu Gd2O2S aktywowanego terbem Tb. Według wynalazku, płytka pikselizowanego scyntylacyjnego przetwornika 1 promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne, jest osadzona przesuwnie swymi krawędziami poziomymi w prowadnicach poziomych 3 i swymi krawędziami pionowymi w prowadnicach pionowych 4, równoległych odpowiednio do krawędzi poziomych i pionowych górnej płaszczyzny sztywnej, prostopadłościennej obudowy 8, sprzężonych mechanicznie z układem napędowym silnika krokowego 2. Jednoczesny przesuw poziomy i pionowy płytki scyntylacyjnego pikselizowanego przetwornika 1 promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne jest realizowane w zakresie 0,2 mm za pomocą silnika krokowego 2, którego układ napędowy jest połączony z wyjściem sterującym komputera 10. Pod płytką scyntylacyjnego piskselizowanego przetwornika 1 promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne, w odległości przykładowo 40,5 cm, jest umieszczona tafla szklanego lustra 5 o grubości 5 mm, o wymiarach 27 cm x 25 cm z napyloną jednostronnie warstwą aluminium. Według wynalazku płaszczyzna czołowa tafli lustra 5 tworzy z płaszczyzną poziomą płytki scyntylacyjnego pikselizowanego przetwornika 1 promieniowania rentgenowskiego, kąt zawarty w przedziale przykładowo o wartości 45. Ponadto środek geometryczny płaszczyzny czołowej szklanej tafli lustra 5 jest usytuowany przeciwlegle, centrycznie przykładowo w odległości 31,5 cm od obiektywu cyfrowej kamery 6, umieszczonej w metalowej obudowie o grubości 7 mm chroniącej ją przed promieniowaniem rentgenowskim. Wyjście cyfrowej kamery 6 jest połączone przez układ transmisji danych 9 z komputerem 10. Promieniowanie rentgenowskie prześwietlające badany obiekt emitowane z niepokazanego na rysunku zewnętrznego źródła promieniowania X, usytuowanego prostopadle do płaszczyzny płytki przetwornika 1, uderzając w płytkę scyntylacyjnego pikselizowanego przetwornika 1 promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne, powoduje powstanie obrazu utworzonego z punktów świetlnych powstałych w wyniku przechodzenia promieniowania rentgenowskiego przez materiał scyntylacyjny w postaci siarczku gadolinu aktywowanego terbem Gd2O2S:Tb w mikrootworach płytki przetwornika 1. Obraz w świetle widzialnym jako cień obiektu prześwietlanego jest odbijany w szklanej tafli lustra 5, a po odbiciu od powierzchni lustra 5 jest rejestrowany przez obiektyw wysokorozdzielczej cyfrowej kamery 6, która wykonuje co 5 sekund ekspozycję o czasie trwania dłuższym od czasu przesuwu płytki scyntylacyjnego pikselizowanego przetwornika 1, w prowadnicy poziomej 3 i prowadnicy pionowej 4, napędzanego silnikiem krokowym 2 sterowanym przez komputer 10 zgodnie z programem komputerowym. Powstający obraz w świetle zielonym stanowiący cień prześwietlanego

4 4 PL B1 badanego obiektu jest odbijany w lustrze 5 rejestrowany przez cyfrową kamerę 6. Następnie zarejestrowany obraz jest transmitowany z cyfrowej kamery 6 do komputera 10 przez układ transmisji danych 9 i zapisany w pamięci komputera 10 oraz wyświetlany na jego monitorze. Budowa obrazującego detektora promieniowania rentgenowskiego według wynalazku zapewnia uzyskanie dużych powierzchni aktywnych od rzędu 50 cm x 50 cm do rzędu 100 cm x 100 cm w zależności od ilości zastosowanych wysokorozdzielczych kamer cyfrowych 6 dzięki czemu uzyskuje się radiogramy pozwalające na zobrazowanie detali o rozmiarach rzędu kilkudziesięciu m. Zastrzeżenie patentowe 1. Obrazujący detektor promieniowania rentgenowskiego, zawierający scyntylacyjny pikselizowany przetwornik promieniowania rentgenowskiego na światło widzialne, w postaci płytki metalowej z mikrootworami wypełnionymi materiałem scyntylacyjnym, światłoczułe sensory półprzewodnikowe, lustro, soczewkowy układ optyczny, znamienne tym, że płytka scyntylacyjnego pikselizowanego przetwornika (1) promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne wykonana z miedzi lub folii kaptonowej pokrytej obustronnie warstwą miedzi, z mikrootworami o średnicy 0,05 mm 0,1 mm tworzącymi strukturę heksagonalną o odstępach 0,08 mm 0,14 mm wypełnionymi materiałem scyntylacyjnym korzystnie w postaci tlenosiarczku gadolinu aktywowanego terbem Gd2O2S:Tb jest usytuowana w górnej, poziomej płaszczyźnie obudowy (8) usytuowanej prostopadle do zewnętrznego źródła promieniowania rentgenowskiego oraz jest osadzona przesuwnie swoimi krawędziami poziomymi w prowadnicach poziomych (3) i swoimi krawędziami pionowymi w prowadnicach pionowych (4) sprzężonych z układem napędowym silnika krokowego (2) połączonym ponadto z wyjściem sterującym komputera (10), przy czym pod płytką scyntylacyjnego pikselizowanego przetwornika (1) promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne jest umieszczone lustro (5) w postaci szklanej tafli z napyloną jednostronnie warstwą aluminium, którego płaszczyzna czołowa tworzy z płaszczyzną płytki scyntylacyjnego pikselizowanego przetwornika (1) promieniowania rentgenowskiego na zielone światło widzialne kąt ( ) o wartości zawartej w przedziale korzystnie 45, a środek geometryczny płaszczyzny czołowej lustra (5) jest usytuowany przeciwlegle, centrycznie do obiektywu cyfrowej kamery (6) umieszczonej w metalowej osłonie (7), przy czym cyfrowa kamera (6) jest połączona przez układ transmisji danych (9) z komputerem (10).

5 PL B1 5 Rysunek

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UPRP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)