專利名稱：X射線透視儀、攝片裝置以及成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及醫(yī)療和工業(yè)無損探傷應(yīng)用的Ⅹ射線透視儀等設(shè)備和系統(tǒng)，特別是采用平板型Ⅹ射線像增強器的Ⅹ射線透視儀，Ⅹ射線透視攝片裝置以及Ⅹ射線透視成像系統(tǒng)。
目前廣泛應(yīng)用的Ⅹ射線透視儀等設(shè)備均采用靜電聚焦倒像式Ⅹ射線像增強器。這種Ⅹ射線像增強器如圖4所示，包括一具有Ⅹ射線輸入窗402的真空管殼401。真空管殼401的內(nèi)部，與輸入窗402相對配置彎曲基板403。在彎曲基板403與輸入窗相反的另一側(cè)表面上依次淀積著輸入熒光屏404以及光電面405。還在真空管殼的輸出側(cè)配置了陽極406以及輸出熒光屏407，并沿真空管殼內(nèi)部的側(cè)壁設(shè)置了聚焦電極408。這種增強器采用間接轉(zhuǎn)換工作方式，即透過被照體的Ⅹ光子首先由輸入熒光屏吸收，轉(zhuǎn)換成可見光光子輸出，此微弱的可見光光子流再經(jīng)過可見光光電面轉(zhuǎn)換成光電子。光電子在聚焦電極與陽極所構(gòu)成的電子透鏡的加速聚焦作用下，轟擊輸出熒光屏，在輸出熒光屏上獲得相對于Ⅹ射線透射像亮度增強5000-10000倍的可見光像。對于這種Ⅹ射線像增強器，其亮度增益來自于對光電子的加速和所輸出的可見光像的縮小。這種輸出圖像是光電子像通過靜電聚焦方式倒像轉(zhuǎn)移到輸出熒光屏上的，因而一般縮小100倍。這種圖像大小，通常無法直接觀察，其輸出需用電視攝像管接收，在電視監(jiān)視器上顯示。因而，這類Ⅹ射線透視儀等設(shè)備缺點在于(1)體積龐大，相當笨重，運用不便;(2)邊緣圖像像差較大，邊緣畸變大于6%;分辨率較低，即使是中心處分辨率最好也僅為3-4lp/mm左右，通常只有2lp/mm左右;(3)制造極為復(fù)雜，成本高;(4)因下面提到的原因，Ⅹ射線攝片仍需另外的機構(gòu)，不能直接對輸出熒光屏的輸出圖像拍攝來實現(xiàn)攝片功能，因而無法用同一Ⅹ光機實現(xiàn)攝片和透視兩種功能。
本申請發(fā)明人佘永正等分析上述缺點產(chǎn)生的原因，認為主要是與采用靜電聚焦倒像式Ⅹ射線像增強器密切相關(guān)。而這種Ⅹ射線像增強器的低分辨率又是主要障礙。通常Ⅹ光底片的分辨率必須要達到8-10lp/mm才可以用于診斷依據(jù)。因此美國食品與藥物管理局(FDA)迄今未認可上面所述的Ⅹ射線透視儀的輸出圖像可作為診斷依據(jù)。也正是基于這種原因，透視儀后的各級應(yīng)用設(shè)備即使分辨率再高，也要受到其Ⅹ射線像增強器分辨率的“瓶頸”制約。例如，前面提及的攝片功能，盡管照相機以及所用的可見光底片分辨率遠高于8-10lp/mm，但拍攝出的底片仍然無法用于診斷，大大降低了其應(yīng)用價值。
本申請發(fā)明人佘永正等人發(fā)明的中國專利CN88102912中提出過一種平板型Ⅹ射線像增強器。這類Ⅹ射線像增強器在具有輸入窗的真空管殼中設(shè)有光電陰極、起電子倍增作用的微通道板、以及輸出熒光屏，微通道板與輸出熒光屏之間近貼聚焦。其中，光電陰極是將Ⅹ射線直接轉(zhuǎn)換成光電子的Ⅹ射線光陰極，Ⅹ射線光陰極與微通道板之間近貼聚焦。這類Ⅹ射線像增強器實現(xiàn)直接轉(zhuǎn)換的工作方式，即從Ⅹ光子直接轉(zhuǎn)換成光致電子，并且利用近貼聚焦，因而在保證有相當轉(zhuǎn)換效率的基礎(chǔ)上分辨率高，還具有體積小、工藝簡單、正品率高、成本低等優(yōu)點。
另外，本申請申請人在本申請同一天還提出了“平板型Ⅹ射線像增強器及其制造方法”的發(fā)明專利申請(發(fā)明專利申請?zhí)?41＿＿＿)，在此援引歸并于本文。在該申請中，為進一步提高Ⅹ射線轉(zhuǎn)換效率，抑制閃爍噪聲以減小其對空間分辨率的影響，平板型Ⅹ射線像增強器采用一種改進的Ⅹ射線光陰極。它是一種復(fù)合Ⅹ射線光陰極。包括陰極基底和發(fā)射體層，發(fā)射體層由作為Ⅹ射線吸收體和光電子發(fā)射體的重金屬層，透射次級電子發(fā)射體組成。此外，為了進一步提高Ⅹ射線尤其是高能Ⅹ射線的轉(zhuǎn)換效率，以擴大Ⅹ射線像增強器在硬Ⅹ射線波段的應(yīng)用，該發(fā)明還在微通道板輸入端面一體形成有輕金屬膜電極、細金屬絲柵網(wǎng)和透射次級電子發(fā)射層。
本發(fā)明的一個目的在于提供一種采用平板型Ⅹ射線像增強器，體積小、成本低、便于運用且透視分辨高的Ⅹ射線透視儀。
本發(fā)明的另一個目的在于提供一種采用平板型Ⅹ射線像增強器，可以同時實現(xiàn)透視和攝片功能的Ⅹ射線透視攝片裝置。
本發(fā)明還有一個目的在于提供一種采用平板型Ⅹ射線像增強器，可處理透視圖像以進一步擴展應(yīng)用功能的Ⅹ射線透視成像系統(tǒng)。
本發(fā)明的Ⅹ射線透視儀包括工作電源;向待照體照射Ⅹ射線的Ⅹ光源，使透過被照體的Ⅹ射線透視圖像變換為經(jīng)增強的可見光圖像的Ⅹ射線像增強器，其中上述Ⅹ射線像增強器是平板型Ⅹ射線像增強器，該增強器在具有輸入窗的真空管殼中設(shè)有將Ⅹ射線直接轉(zhuǎn)換成光電子的Ⅹ射線光陰極、起電子倍增作用的微通道板、以及輸出熒光屏，微通道板與輸出熒光屏之間以及Ⅹ射線光陰極與微通道板之間均近貼聚焦。
本發(fā)明的Ⅹ射線透視攝片裝置包括工作電源;向待照體照射Ⅹ射線的Ⅹ光源;使透過被照體的Ⅹ射線透射圖像變換為經(jīng)增強的可見光圖像的Ⅹ射線像增強器;拍攝Ⅹ射線像增強器可見光圖像的相機，其中上述Ⅹ射線像增強器是平板型Ⅹ射線像增強器，在具有輸入窗的真空管殼中設(shè)有將Ⅹ射線直接轉(zhuǎn)換成光電子的Ⅹ射線光陰極、起電子倍增作用的微通道板、以及輸出熒光屏，微通道板與輸出熒光屏之間以及Ⅹ射線光陰極與微通道板之間均近貼聚焦。
本發(fā)明的Ⅹ射線透視成像系統(tǒng)包括工作電源;向待照體照射Ⅹ射線的Ⅹ光源;使透過被照體的Ⅹ射線透射圖像變換為經(jīng)增強的可見光圖像的Ⅹ射線像增強器;將Ⅹ射線像增強器的可見光圖像變換為圖像電信號的攝像元件;對攝像元件所輸出的圖像電信號進行處理的圖像處理電路，其中上述Ⅹ射線像增強器是平板型Ⅹ射線像增強器，在具有輸入窗的真空管殼中設(shè)有將Ⅹ射線直接轉(zhuǎn)換成光電子的Ⅹ射線光陰極、起電子倍增作用的微通道板、以及輸出熒光屏，微通道板與輸出熒光屏之間以及Ⅹ射線光陰極與微通道板之間均近貼聚焦。
根據(jù)本發(fā)明，Ⅹ射線透視儀由于采用平板型Ⅹ射線像增強器，入射圖像(Ⅹ射線透射圖像)與輸出圖像(輸出熒光屏顯示的可見光圖像)尺寸比為1∶1，因此輸出圖像大，可直接觀察輸出熒光屏上的圖像，無需象以往那樣經(jīng)電視攝像機轉(zhuǎn)換再在監(jiān)示器上將輸出圖像放大，所以這種Ⅹ射線透視儀價格遠低于目前應(yīng)用的透視儀。而且，Ⅹ射線像增強器采用近貼聚焦，因此無邊緣畸變。圖像分辨率可以做到與通常的Ⅹ光底片分辨率相近。Ⅹ射線透視攝片裝置由于采用平板型Ⅹ射線像增強器，可以由普通相機和可見光底片直接攝取該增強器的可見光圖像，從而達到Ⅹ光機同時具備透視和攝片兩種用途的目的。Ⅹ射線透視成像系統(tǒng)由于采用平板型Ⅹ射線增強器，其輸出圖像分辨率得到提高，而可以被進一步處理用于各種擴展的應(yīng)用功能。
本發(fā)明上述以及其它目的、特征和效果通過以下參照附圖對實施例的說明將更為清楚。


圖1是本發(fā)明第一實施例Ⅹ射線透視儀的樣機圖。
圖2是本發(fā)明第二實施例Ⅹ射線透視攝片裝置的局部結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明第三實施例Ⅹ射線透視成像系統(tǒng)的示意圖。
圖4是目前應(yīng)用的靜電聚焦倒像式Ⅹ射線像增強器的示意圖。
以下先說明本發(fā)明中應(yīng)用的平板型Ⅹ射線像增強器。
典型的平板型Ⅹ射線像增強器是一個采用Ⅹ射線光陰極、微通道板和顯示熒光屏的真空器件。Ⅹ射線光陰極和微通道板之間以及微通道板和顯示熒光屏之間電子都是近貼聚焦。
前面提及的同日提交的專利申請中，本申請發(fā)明人佘永正等對這類現(xiàn)有的平板型Ⅹ射線像增強器的進一步研究表明，顯示熒光屏所出現(xiàn)的閃爍噪聲來自微通道板內(nèi)電子增益的指數(shù)式脈沖幅度分布。這是因為在單個通道內(nèi)電子是在電場加速下通過與通道內(nèi)壁多次碰撞而獲得倍增的。若吸收一個Ⅹ光子只產(chǎn)生一個光電子并進入單根通道，由于倍增過程的統(tǒng)計特性，每次入射的單個光電子產(chǎn)生的電子增益不是常數(shù)，而是呈指數(shù)形式變化，因而在顯示熒光屏上顯現(xiàn)為亮度的變化，即閃爍噪聲。若同時入射于同一通道的光電子數(shù)不是一個而是多個，則指數(shù)分布形式將改變而趨于平緩，從而使閃爍噪聲降低。當代表吸收一個Ⅹ光子事件所產(chǎn)生的同時進入同一通道的光電子數(shù)(包括初光電子和次級電子)大于20時，微通道板的閃爍噪聲將被抑止。因此，為消除閃爍噪聲，需提供一種倍增機制使Ⅹ射線光陰極每吸收一個Ⅹ光子后產(chǎn)生的光電子數(shù)大于(或等于)20，也就是說，需要提高Ⅹ射線的電子轉(zhuǎn)換效率。
根據(jù)這一思想，對現(xiàn)有的平板型Ⅹ射線像增強器提出了改進，主要是在鋁箔支撐層(簡稱鋁層)上淀積了重金屬層，作為Ⅹ射線吸收體和初光電子發(fā)射體。在重金屬層上再淀積一透射次級發(fā)射體。重金屬層吸收Ⅹ光子產(chǎn)生的高能初光電子由透射次級電子發(fā)射體倍增，這樣將使同時進入微通道板同一通道的電子數(shù)增加，從而減小由于通道中電子增益呈指數(shù)式脈沖高度分布引起的閃爍噪聲，同時Ⅹ射線光陰極靈敏度增高，在高能Ⅹ光子范圍尤為明顯。
為了進一步增加進入微通道中的電子數(shù)，在微通道板的輸入端面增加輕金屬膜電極，細金屬柵網(wǎng)和透射次級電子發(fā)射層，其制作方法是在細金屬絲柵網(wǎng)上覆蓋一層薄金屬膜，在輕金屬膜上柵網(wǎng)一側(cè)淀積透射次級電子發(fā)射層。該透射次級電子發(fā)射層既是重金屬層和透射次級電子發(fā)射體產(chǎn)生的光電子及次級電子的透射次級電子發(fā)射倍增極，還可以進一步作為入射Ⅹ射線的吸收體，并在其中產(chǎn)生高能初光電子及次級電子。透射次級電子發(fā)射體和輕金屬膜間距小于0.4毫米，使之近貼聚焦。因而使進入同一通道的電子數(shù)進一步增加，有利于進一步降低微通道板的閃爍噪聲，同時進一步提高Ⅹ射線光陰極靈敏度。制備于微通道板輸入端通道內(nèi)壁的密度從內(nèi)壁到外表面逐漸降低的次級電子發(fā)射層將進一步提高Ⅹ射線像增強器的靈敏度。
改進的平板型Ⅹ射線像增強器經(jīng)實驗證明，可以直接將Ⅹ射線圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像，在寬的Ⅹ射線波段內(nèi)均具有更高的靈敏度，而且閃爍噪聲明顯抑止，同時具有良好的空間和時間分辨率。
下面將說明應(yīng)用上述平板型Ⅹ射線像增強器的Ⅹ射線透視設(shè)備或系統(tǒng)。從以下說明不難知道，正是上述平板型Ⅹ射線像增強器在分辨率、Ⅹ射線電子轉(zhuǎn)換效率、靈敏度等諸方面性能得到了充分提高，才得以使這些應(yīng)用成為可能和更為廣泛。
圖1是本發(fā)明第一實施例Ⅹ射線透視儀的樣機圖。110是樣機機架，可以在地面上移動，并且能夠?qū)崿F(xiàn)Ⅹ光源116和Ⅹ射線像增強器114的前后、升降運動。112是C臂，用于固定Ⅹ光源116和Ⅹ射線像增強器114，并可使它們同時作360°旋轉(zhuǎn)運動。Ⅹ光源116可以是Ⅹ光管或放射性同位素源。若采用同位素源就不再需要Ⅹ光源供電電源，有利于實現(xiàn)小型化。在這種情況下，通常同位素源劑量小，Ⅹ射線像增強器最好采用如上所述的改進的、Ⅹ射線電子轉(zhuǎn)換效率高的像增強器。111是向Ⅹ光源116(本實施例中采用的是小型Ⅹ光管)以及平板型Ⅹ射線像增強器114提供各種高低電壓的工作電源。115是觀察罩，人眼可以由此直接觀察透視圖像。觀察罩115端口上有螺紋，如后面將會提到的，可以與CCD攝像機或普通照相機配接。117是Ⅹ光源116出射處的準直器，在準直器內(nèi)端加有濾波器，即一種Ⅹ射線半值層厚度為3-7mm的鋁層，具體厚度視Ⅹ光管靶壓而定。Ⅹ光源116中具有雙層鉛防護罩，使出射的主射線只能通過準直器117落到像增強器114的有效視場范圍內(nèi)，使得泄漏的Ⅹ射線極低。這里所采用的平板型Ⅹ射線像增強器其有效直徑可以根據(jù)需要為4吋、6吋、8吋或更大。這種透視儀圖像面積大，畸變小，分辨率高，并且具有足夠的亮度，因而可以直接觀察像增強器顯示的較清晰的透視圖像。這一特點是現(xiàn)有透視儀無法做到的。另外，這種透視儀由于具備這些優(yōu)異性能，因而也為以下說明的應(yīng)用提供了良好的基礎(chǔ)。
圖2是本發(fā)明第二實施例Ⅹ射線透視攝片裝置的局部結(jié)構(gòu)圖。本實施例利用第一實施例中的Ⅹ射線透視儀，在Ⅹ射線像增強器214之后加裝一普通照像機231，該照相機231直接拍攝平板型Ⅹ射線像增強器214的可見光輸出圖像。由于平板型Ⅹ射線像增強器214具有高空間分辨率，輸出的可見光圖像分辨率與Ⅹ光底片相近，照相機及其所用的可見光底片分辨本領(lǐng)又遠高于Ⅹ光底片，因此拍出的縮小的照片仍十分清晰，與Ⅹ光底片相近。照相機231如圖2所示通過觀察罩內(nèi)壁的前述螺紋以及匹配的接圈232與像增強器214相接，而且接圈232長度為某一固定長度，以便兩者距離正好使像增強器上顯示的透視圖像清晰地成像于照相機231的可見光底片上。這樣，拆裝照相機就能很方便地使同一個透視儀可分別用于透視觀察和攝片。而且攝片后的底片處理過程方便，攝出的底片較Ⅹ光片小，容易保存，而且價格低廉。底片置于投影機上即可獲得得清晰放大的圖像，讀片相當簡便。
圖3是本發(fā)明第三實施例Ⅹ射線透視成像系統(tǒng)的示意圖。本實施例是在第一實施例中Ⅹ射線透視儀的基礎(chǔ)上加裝攝像元件，一般是CCD攝像機，也可以采用高分辨率電視攝象機。該攝像機按第二實施例所述方式配接在觀察罩上。攝像機320攝取像增強器(圖3中未圖示)所顯示的可見光圖像，將變換出的光電信號送至一圖像處理電路321。圖像經(jīng)它處理后，可以送給打印機(或激光打印機)322使之打印輸出透視圖像;或者送給顯示器325或監(jiān)視器324以連續(xù)顯示或定格顯示透視圖像;或者輸入微機顯示，或由光盤驅(qū)動器323將透視圖像存儲于光盤中加以保存;或者經(jīng)電話線326等通信設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)作遠距離傳輸。另外，圖像處理電路321還可以實現(xiàn)以下功能控制輸入圖像的對比度和亮度;對數(shù)幀電視圖像進行實時平均以消除噪音背景;自動或手動調(diào)節(jié)對比度;用彩色顯示器進行假彩色的顏色對比度增強;實時變焦直到細致地觀察單個像素;增強單個像素或線性輪廓;測定被檢物長度或面積;實時邊緣圖像增強;各種數(shù)字濾波以增強細節(jié);屏幕顯示字符等。這種透視成像系統(tǒng)大大擴展了應(yīng)用功能，尤其是可以實現(xiàn)無底片的Ⅹ射線圖像存儲、管理系統(tǒng)和準實時地遠距離傳輸Ⅹ射線圖像的功能，代表著Ⅹ射線透視成像系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。
以上敘述的僅是本發(fā)明示范性實施例，但本發(fā)明可以有多種變化均可加以實施，它們應(yīng)由后面所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種X射線透視系統(tǒng)包括工作電源；向待照體照射X射線的X光源；使透過被照體的X射線透射圖像變換為經(jīng)增強的可見光圖像的X射線像增強器，其特征在于所述X射線像增強器是平板型X射線像增強器，它在具有輸入窗的真空管殼中設(shè)有將X射線直接轉(zhuǎn)換成光電子的X射線光陰極、起電子倍增作用的微通道板、以及輸出熒光屏，微通道板與輸出熒光屏之間以及X射線光陰極與微通道板之間均為近貼聚焦。
2.一種Ⅹ射線透視系統(tǒng)包括工作電源;向待照體照射Ⅹ射線的Ⅹ光源;使透過被照體的Ⅹ射線透射圖像變換為經(jīng)增強的可見光圖像的Ⅹ射線像增強器，其特征在于還包括拍攝Ⅹ射線像增強器可見光圖像的相機，其中所述Ⅹ射線像增強器是平板型Ⅹ射線像增強器，它在具有輸入窗的真空管殼中設(shè)有將Ⅹ射線直接轉(zhuǎn)換成光電子的Ⅹ射線光阻極、起電子倍增作用的微通道板、以及輸出熒光屏，微通道板與輸出熒光屏之間以及Ⅹ射線光陰極與微通道板之間均為近貼聚焦。
3.一種Ⅹ射線透視系統(tǒng)包括工作電源;向待照體照射Ⅹ射線的Ⅹ光源;使透過被照體的Ⅹ射線透射圖像變換為經(jīng)增強的可見光圖像的Ⅹ射線像增強器，其特征在于還包括將Ⅹ射線像增強器的可見光圖像變換為圖像電信號的攝像元件;對攝像元件所輸出的圖像電信號進行處理的圖像處理電路，其中所述Ⅹ射線像增強器是平板型Ⅹ射線像增強器，它在具有輸入窗的真空管殼中設(shè)有將Ⅹ射線直接轉(zhuǎn)換成光電子的Ⅹ射線光陰極、起電子倍增作用的微通道板、以及輸出熒光屏，微通道板與輸出熒光屏之間以及Ⅹ射線光陰極與微通道板之間均為近貼聚焦。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的Ⅹ射線透視系統(tǒng)，其特征在于Ⅹ射線光陰極可直接制備于微通道板輸入面上。
5.如權(quán)利要求1-3任一項所述的Ⅹ射線透視系統(tǒng)，其特征在于Ⅹ射線陰極是一種復(fù)合Ⅹ射線光陰極，包括陰極基底和發(fā)射體層，發(fā)射體層由作為Ⅹ射線吸收體和光電子發(fā)射體的重金屬層，透射次級電子發(fā)射體組成。
6.如權(quán)利要求1-3任一項所述的Ⅹ射線透視系統(tǒng)，其特征在于所述微通道板在其輸入端面一體地形成有輕金屬膜電極、細金屬絲柵網(wǎng)和透射次級電子發(fā)射層。
7.如權(quán)利要求1-3任一項所述的Ⅹ射線透視系統(tǒng)，其特征在于所述微通道板輸入端的通道內(nèi)壁形成有密度自內(nèi)壁向其表面逐漸降低的次級電子發(fā)射層。
8.如權(quán)利要求1-3任一項所述的Ⅹ射線透視系統(tǒng)，其特征在于所述輸入窗為鈦箔、鋁箔、可伐合金箔和平面玻璃中的任意一種。
9.如權(quán)利要求3所述的Ⅹ射線透視系統(tǒng)，其特征在于所述圖像處理電路是包含模數(shù)變換器和圖像存儲器的微機，所述系統(tǒng)還至少包括與該微機相連的以下任意一種外設(shè)用于打印輸出透視圖像的打印機;用于實時連續(xù)顯示或定格顯示透視圖像的顯示器;用于保存透視圖像的外部存儲器;用于遠距離傳輸透視圖像的通信裝置。
10.如權(quán)利要求3所述的Ⅹ射線透視系統(tǒng)，其特征在于所述圖像處理電路至少包括以下任意一種模塊;對圖像的對比度和亮度進行控制的對比度和亮度運算模塊;對數(shù)幀圖像進行實時平均以消除噪音背景的實時平均運算模塊;對圖像數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波以增強細節(jié)的數(shù)字濾波模塊;對圖像進行假彩色的顏色對比度增強模塊。
全文摘要
本發(fā)明的X射線透視儀、攝片裝置和成像系統(tǒng)，包括一種發(fā)明人提出的采用X射線光陰極的平板型X射線像增強器。這種透視儀顯示的透視圖像面積大、畸變小、分辨率高，并具有足夠高的亮度，因而可以直接觀察，而不必采用電視攝像機轉(zhuǎn)換，由電視監(jiān)示器顯示。加裝上普通照相機可以由可見光底片實現(xiàn)攝片功能。還可包括CCD攝像機、圖像處理器、激光打印機或計算機顯示系統(tǒng)，進一步擴大應(yīng)用功能。這些設(shè)備或系統(tǒng)可廣泛用于醫(yī)療、工業(yè)無損探傷以及安全透視檢查等。
文檔編號G03B42/02GK1092877SQ9410175
公開日1994年9月28日 申請日期1994年2月8日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月8日
發(fā)明者佘永正, 曹渭樓, 陳世正, 史硯華, 嵇鳳蘭, 徐根元 申請人:上海華科電子顯象有限公司