Введение к работе
Актуальность проблемы. Медицинские рентгенологические исследования создают большую часть надфоновой антропогенной составляю-, щей облучения населения: 280 дополнительно к естественному фоновому облучению.
В России находится около 20 тысяч рентгенодиагностических комплексов (РДЮ. из которых около половины не оснащены усилителями яркости рентгеновского изображения (УРИ). В последних для визуализации рентгеновского изображения по-прежнему используются традиционные флхэороскопические экраны с присущими им высокими радиационными нагрузками на пациента и врача и низкой диагностической информативностью изображения,
В большинстве развитых стран законодательно запрещена рентге- . носкопия без УРИ. В соответствии с принятым в декабре 1995г. Федеральным законом "0 радиационной безопасности населения" аналогичное запрещение будет введено в России с 2000г., а по Приказу Департамента здравоохранения №180 от 26.03.96г. это запрещение по Москве введено уже сейчас.
В связи со всем этим важнейшей задачей развития технических средств медицинской рентгенодиагностики является разработка, производство и внедрение в медицинскую практику во всех медучреждениях России усилителей яркости рентгеновского изображения и исключение тем самым морально устаревиего низкоэффективного флюороскопи-ческого экрана.
Применение телевизионных усилителей яркости рентгеновского изображения (ТВ-УРИ), производимых кан фирмами зарубежных стран» так и отечественными фирмами, позволяют решить указанную проблему.
Однако, сложность конструкции, высокая стоимость этих УРИ. сдерживает в настоящее время широкое применение их во всех медицинских учреждениях России.
- г -
Диссертационная работа посвящена исследованиям и разработке технологии изготовления бипланарного плоского рентгеновского электронно-оптического преобразователя и плоского УРИ на его осно-.ре, позволяющего увеличить яркость рентгеноиского изображения и 100-200 раз и вывести тек самый зрительный анализатор рентгенолога из условий темнового зрения при стоимости плоского УРИ в 2-3 раза более низкой, чем ТВ-УРИ.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ Целью работы являлось обоснование и разработка технологии создания бипланарного рентгеновского электронно-оптического преобразователя и УРИ на его основе применительно к условиям медицинской рентгеноскопии, т.е. при ограниченной дозе на пациента и подвижных малоконтрастных объектах наблюдения.
Для достижения цели работы основными задачами исследований являлись:
анализ физических процессов, произходяїцих в звеньях бипланарного РЗОП при многоступенчатой преобразовании рентгеновского изображения о видимое;
анализ влияния параметров звеньев бипланарного РЗОП на параметры качества выходного изображения (коэФ&нциснт преобразования, частотно-контрастная характеристика, коэффициент сохранения контраста и др.);
разработка основных требований к звеньям крупноформатных бипланарных РЗОП и выбор конкретных технических решений с учетом технологических и экономических возможностей изготовления этих звеньев;
создание передовых технологий, в том числе вакуумной для изготовления важнейших элементов и РЗОП в целом и внедрение в серийное производство.
Методы исследований включают в себя достаточно широкий арсенал применяемых средств: метод математического моделирования, d той числе на основе Фурье-преобразования, теории электронной оптики» спектральных характеристик излучения и др.
Экспериментальные исследования проводились по общетехническим методикам, применяемым в кристаллографии и микроструктурном анализе, электронной микроскопии, оптике, измерении качества УРИ по ГОСТ 26141-84 и др.
Научная новизна и основные научные положения, выносимые на защиту:
Создан уточненный метод расчета ослабления и поглощения рентгеновского излучения во входных окнах и в рентгенолшинесцент-ном экране РЗОП, отличающийся от известных методов учетом зависимости спектрального распределения энергии тормозного рентгеновского излучения от напряжений на рентгеновской трубке.
Оптимизированы требования к основным функциональным элементам РЭОП (входному окну, рентгенолюминесцентному экрану, фотокатоду, электронной оптике, катодолшинесцентному экрану) с целью получения наилучшего качества выходного изображения, определяемого многими взаимосвязанными параметрами: коэффициентом преобразования. ЧКХ, коэффициентом сохранения контраста и др.
Получены соотношения, позволяющие рассчитать коэффициент преобразования и сквозную ЧКХ РЭОП в зависимости от характеристик входного окна, экранов, фотокатода и электронно-оптической системы.
На основе проведенных исследований усовершенствована технология изготовления высокоэффективных рентгенолюминесцентных экранов из квазиволоконного поликристаллического слоя йодистого цезия, активированного натрием, за счет механической и химической обработки подложки, строгого геометрического соотношения между подложкой и испарителем йодистого цезия и их температурных режимов, что обеспечивает высокую энергоотдачу и высокую разрешающую способность экранов.
На основе проведенных исследований показано, что технология получения высокоэффективного фотокатода на слое йодистого цезия должна содержать операцию восстановления окисленного слоя сурьмы
- і -
прогреоом в среде водорода, давление которого существенно выше давления паров воды, при одновременной облучении восстанавливаемого слоя ультрафиолетовым излучением.
- Доказана высокая эффективность технологии "вакуумной сбор
ки" РЗОП в вакуумной камере с герметичным соединением узлов через
легкоплавкий металл-уплотнитель с использованием вязкостного тре
ния между уплотняемыми деталями и расплавленным металлом-уплотни
телем.
Практическая ценность. На основе разработанных d диссертационной работе методов расчета основных звеньев РЭОП и технологии их изготовления обеспечено:
Создание на "МЗЛЗ" технологических линий для изготовления бипланарных РЭОП типа РЗП-2 в количестве до 100 шт. в год с возможностью наращивания объема выпуска:
Совместно с НПО "Экран" и СКТБ завода "Мосрснтгон" разработаны два типа плоских УРИ на базе бипланарных РЗОП РЭП-2 (УРИ "Круиз" и "Зскоп");
Получена рекомендация Минздрава РФ на серийный выпуск этих УРИ и применение их в медицинской практике;
Доказана эффективность применения УРИ на основе бипланарных РЗОП типа РЗП-2 в медицинской практике;
Внедрены усовершенствования в технологию изготовления се-рийно-вылускаемых на "МЗЛЗ" РЗОП с электронной линзой и сжатием изображения типа РЗП-1, обеспечившие увеличение коэффициента сохранения контраста с 0,9 до 0.96. что соответствует лучшим зарубежным образцам РЭОП.
Научное и практическое решение поставленной в диссертации цели позволяет реиить серьезную социально-значимую задачу снижения радиационной нагрузки на население при медицинской рентгенодиагностике и увеличение ее диагностической информативности за счет оснащения определенной части рентгенодиагностических комплексов
- 5 —
бестслози.-иокіїьіми плоскими УРН, обладай'чимй рядим существенных преимуществ по сразнснню с Т8-УРИ, а также создание основ для улучшения серийно выпускаемых РЭОП с .электронной линзой и сжатием изображения длч ТВ-УРИ.
Следует отметить, что несмотря на то. что разработку и выпуск ІТИ для медицинской рентгенодиагностики осуществляют десятки фирм з Европе и Америке, разработку и выпуск РЭОП для УРИ осуществляет только три фирмы в Европе - Томсон, Филипс и Сименс, обладающие секретами тонкой технологии и большим опытом в этой области. При этой технология изготовления ключевых узлов РЭОП (рентгеновский экран, выходной экран, входное окно) тщательно оберегаются. Более того, фириы Сименс и Филипс практически не продают РЭОП. поставляя их только в уэлах УРИ или в аппаратуре в целом.
В США разработку РЭОП проводила фирма Вариан. однако з последнее время рЕзуль-тгы работ по РЭОП переданы фирме Томсон (Фран-. ция). которая осуществляет выпуск РЭОП.
В Японии в последние годы начат выпуск РЗОП и УРИ фирмой То-шиба.
Отечественные разработки РЗОП были начаты еще в начале 60-х годов, однако промышленный выпуск РЭСП для медицинской рентгенодиагностики типа РЗП-1 был начат только к 80-му году на заводе "МЗЛЗ" поело окончания разработки РЭОП с цезий-йодным экраном в металлостеклянной оболочке силами коллективов НИИЗПр (в то время НИИПФ) совместно с ОКБ "КЗЛЗ".
Разработка и освоение в производстве бипланарного РЗОП является по существу только вторым шагом после разработки и освоения РЭП-1.
Апробация работы. Основные положения работы и отдельные ее. результаты были доложены и обсуждены на :
-.Совещании экспертов стран-членов СЭВ "Рентгенодиагностичез-кая техника", сентябрь 1990г..г.Смоленск.
Всесоюзной .конференции по электронно-лучевым и фотоэлект--ронным приборах, октябрь 1988г., г.Ленинград.
V Всесоюзной конференции *Физика и техника внеокгго и сверхвысокого вакуума". 1935г. г. Ленинград.
III Всесошиом научно-техническом совещании по уплотннтель-ной технике, 1982г.. г. Суш.
- Н Российской конференции "Неразрушащий контроль и диаг- -ностика", июнь 1996г.. Москва.
Публикация результатов исследований. По материалам выполнен
ной работы автором опубликовано 15 печатных работ и получено 5 ав
торских свидетельства на изобретения (си.перечень о конце авторе
ферата). '>
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 34 рисунков, 7 таблиц и-состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 107 наименований и Приложения.