УСИЛИВАЮЩИЕ ЭКРАНЫ

Как уже было сказано выше, на 95% конечное изображение на рентгенограмме обязано усиливающим экранам, которые пре­ вращают рентгеновское излучение в световое.

Люминесценция, флюоресценция и фосфоресценция

Эти три термина часто путают. В рентгенографии люминесцен­ ция может быть определена как способность вещества преоб­ разовывать рентгеновское излучение (с короткой волной) в ви­ димый свет (с длинной волной).

Люминесценция включает в себя два эффекта:

•Флюоресценция;

•Фосфоресценция.

О материале говорят, что он флюоресцирует, если он светится под воздействием (в нашем случае) рентгеновского излучения и свечение мгновенно (10-8 сек) прекращается после выключения экспозиции.

Фосфоресценция или послесвечение — это продолжитель­ ное (более 10-8 сек) свечение материала после выключения эк­ спозиции. Послесвечение — нежелательный эффект для усили­ вающего экрана, так как оно приводит к большой нечеткости снимка.

Сцинтилляторы (люминофоры) для усиливающих экранов

Само люминесцентное вещество называют сцинтиллятором (или люминофором). На рис. А-8 приведено сравнение двух лю­ минофоров, один из которых пригоден для усиливающего экра­ на, а другой — нет, из-за длительного послесвечения.

Основными люминофорами для усиливающих экранов слу­ жат: вольфрамат кальция (CaWO4) и оксисульфиды редкозе­ мельных элементов (в основном иттрия и гадолиния).

Вольфрамат кальция долгое время считался базовым люми­ нофором для усиливающих экранов. Спектр его свечения при­ веден на рис. А-9. Как мы видим, он идеально подходит для пленок, чувствительных в синей области спектра.

Оксисульфиды редкоземельных элементов до последнего времени использовались только для экранов высокой чувстви­ тельности, которые было рекомендовано применять в педи­ атрии. Переход на пленку, чувствительную в зеленой области спектра, расширил область их применения. На рис. А-10 приве­ ден спектр свечения экрана из оксисульфида гадолиния и спек­ тральная чувствительность «зеленой» пленки.

Если внимательно рассмотреть графики свечения экранов на рис. А-9 и рис. А-10, то видно, что «синий» экран на 80% светит­ ся в синей области и на 20% в зеленой, обратное утверждение верно для «зеленых» экранов. Из этого следуют два вывода:

1. Распространенной ошибкой является использование «синей» пленки с «зелеными» экранами и наоборот. При этом можно получить хорошую рентгенограмму, увеличив экспозицию в

5 раз от нормы, что недопустимо.

2.Если один экран в кассете «зеленый», а другой — «синий», то получается универсальная кассета. Эту идею первой в мире реализовала фирма РЕНЕКС, г. Новосибирск (см. ниже).

Флюоресценция Фосфоресценция

10-8 с

100%

1

2

Рис. А-8. Определение пригодности сцинтиллятора (люминофора) для усиливающего экрана: 1 — пригоден; 2 — не пригоден

Рис. А-9. Спектр свечения вольфрамата кальция и спектральная чувствительность «синей пленки»

Рис. А-10. Спектр свечения оксисульфида гадолиния и спектральная чувствительность «зеленой пленки»

Строение усиливающего экрана

На рис. А-11 приведена схема строения усиливающего экрана. Для основания экрана чаще всего используют полиэстер, тот же, что для основы пленки.

В зависимости от того, какие характеристики требуются про­ изводителю, на основание наносят отражающий (чаще всего диоксид титана TiO2) или поглощающий слой. Отражающий слой увеличивает светоотдачу (чувствительность) экрана, но уменьшает четкость конечного изображения.

Слой люминофора, смешанного с наполнителем, имеет тол­ щину около 150 мкм. Соотношение объёма наполнителя к объ­ ему люминофора составляет примерно 1:9. Увеличение толщи­ ны этого слоя ведет к увеличению чувствительности экрана. На самом деле ситуация несколько сложнее, особенно если к на­ полнителю добавляют краситель (см. ниже).

Защитный слой не только предохраняет экран от царапин, но и защищает от накопления электростатического заряда. Сте­ пeнь шероховатости защитного слоя тщательно контролирует­ ся, так как обе крайности: чрезмерная гладкость или чрезмер­ ная шеpоxoватость имеют свои недостатки. Так, гладкая повер­ xность имеет свойство прилипать к пленке и образовывать воз­ душные пузыри.

Коэффициент усиления

Коэффициент усиления — это отношение величины экспози­ ции, которая необходима для получения оптической плотности снимка = 1,0 без экранов к экспозиции, которая потребуется для получения такой же оптической плотности с усиливающи­ ми экранами. То есть коэффициент усиления говорит о том, по сколько раз можно уменьшить экспозицию при съемке с экра­ нами.

Коэффициент усиления зависит от энергии квантов рентге­ новского пучка, потому что от энергии гамма-квантов зависит их степень поглощения веществом.

Взаимодействие рентгеновского излучения с веществом про­ исходит в основном за счет фотоэффекта — выбивания элект­ рона с оболочки за пределы атома. В областях энергий, соот­ ветствующей ионизации электронных оболочек наблюдается скачок степени поглощения гамма-квантов.

На рис. А-12 показана зависимость поглощения рентгеновс­ ких квантов вольфраматом кальция. Мы видим К-скачок в об­ ласти 69,5 кэВ1 соответствующей потенциалу ионизации К-обо­ лочки атома вольфрама.

Большинство рентгенолаборантов знают, что для вольфра­ матных экранов в диапазоне рабочих напряжении 60-90 кВ уве­ личение напряжения на 10 кВ позволяет в два раза уменьшить экспозицию. То есть плотность снимка будет одинаковой для следующих сочетаний параметров экспозиции: 50 мАс и 70 кВ; или 25 мАс и 80 кВ.

На рис. А-13 приведен график изменения чувствитель­ ности редкоземельных усиливающих экранов в зависимости от высокого напряжения на трубке. Например, экраны (гра­ фик 2) имеют максимальную чувствительность в области 90 кВ (класс 240), при значениях кВ, близких к 60 кВ, их чувствитель­ ность падает до 130.

Чувствительность вольфраматного экрана в сравнительных целях представлена прямой линией, хотя, как мы уже указа­ ли выше, это не совсем так. Но зависимость чувствительности вольфраматных экранов от кВ существенно ниже, чем у редко­ земельных экранов.

Основание

Рис. А-11. Поперечное сечение усиливающего экрана

К-скачок для вольфрама при 69,5 кэВ

Рис. А-12. Зависимость степени поглощения рентгеновского излуче­ ния вольфраматом кальция. (К-скачок для иттрия — 17 кэВ, для гадо­ линия — 50 кэВ)

4

1

3

3

1

Рис. А-13. Чувствительность экранов Сd2O2S. Tb: 1 — класс чувстви­ тельности 350-400; 2 — класс чувствительности 130-240; 3 — для сравнения приведена чувствительность экрана из CaWO4 в упрощен­ ном виде без К-скачка, класс чувствительности 100