Материал: Симонов Томографические измерителные информационные системы 2011

Максимальный ток в детекторе для одного кванта можно определить из выражения (3.60). Для входного потока из nx квантов ток единичного детектора будет

тов на окно детектора 1,56×16 мм при τи = 3,5 мс (105–1,6 108 кван-

средняя энергия ионизации ксенона (12,13 эВ). Для этих параметров и диапазона входного потока квантов диапазон выходного тока детектора будет 10 нА–1,6 10 мкА.

Система сбора данных с детекторов преобразует ток детектора ig в заряд на емкости интегратора за время 3,5 мс (3.94), который пропорционален количеству квантов, упавших в окно детектора за тот период времени (пропорционален дозе облучения единичного детектора):

где Qg – заряд, образованный на собирающем электроде детектора; Uc – напряжение на емкости интегратора системы сбора данных; C

– емкость интегратора.

Принимая, что ig(t) имеет форму, близкую к прямоугольному импульсу с длительностью τи = 3,5 мс, диапазон заряда на емкости интегратора будет Qg ≈ 3,5 10−11 – 5,6 10−8 Кл.

Чтобы обеспечить погрешность измерения заряда Qg ниже квантового шума 0,3 % (5.2) в указанном диапазоне необходимо применение, как это следует из гл. 3, АЦП с предварительным усилением входного сигнала и автоматическим выбором поддиапазонов измерения (3.97). Тогда характеристика относительной по-

386

грешности АЦП будет лежать в области меньших погрешностей, чем характеристика квантового шума (cм. рис. 3.53).

разбивается как минимум на три приблизительно равных поддиапазона. Разрядность АЦП определяется по формуле (3.103) для соответствующего поддиапазона, где коэффициент усиления Kус первого поддиапазона равен Kус1 = 64, второго Kус2 = 8 и третьего Kус3 = = 1, и равна п2 ≥ 12. В РКТ-01 разрядность АЦП выбрана с “запа-

кого тракта должны соответствовать поглощенной дозе объекта исследования D ≤ 3,5 рад. Формула (3.29) позволяет сделать оценку экспозиционной дозы Dx (в рентгенах) за один ракурс:

Dx ≈ 4,6 10-3 P, за 600 ракурсов Dx ≈ 3 P. Учитывая, что Dx ≈ 0,84D , тогда D ≈ 3,6 рад. Это немного превышает требуемое значение поглощенной дозы.

Для выполнения требования по поглощенной дозе необходимо повышать эффективность детектора, или уменьшать лучевую отдачу трубки, что может привести к увеличению квантового шума, или уменьшать расстояние от фокуса трубки до детектора, что может привести к изменению геометрии веерного пучка (к уменьшению размеров поля реконструкции и т. д.). Это потребует полного перерасчета физических параметров рентгенооптического тракта и их оптимизации.

Таким образом, методология расчета схемы сканирования и физических параметров рентгенооптического тракта заключается в следующем.

1. По требуемому времени получения томограммы выбирается схема сканирования; при времени менее 10 с целесообразно применение веерной схемы с большим количеством единичных детекторов.

387

2.Определяются основные геометрические параметры веерного пучка, взаимное расположение фокусного пятна источника, щели коллиматора, центра реконструкции, блока детекторов, количество единичных детекторов, их апертура, исходя из размеров объекта исследования, заданного пространственного разрешения. С целью уменьшения рассеянного излучения и афокальных погрешностей блок детекторов как можно ближе располагают к области реконструкции, а щель коллиматора как можно дальше от фокусного пятна источника.

3.По оптимальнму соотношению числа единичных детекторов

иракурсов определяется число ракурсов.

4.Определяется требуемая мощность дозы источника излучения, исходя из минимально допустимого уровня квантового шума излучения на выходе объекта исследования, эффективности выбранного детектора, толщины веерного пучка, апертуры детектора, расстояния от фокусного пятна источника до входного окна детектора, размера объекта исследования. По требуемой мощности дозы источника определяют режимы рентгеновской трубки: анодное напряжение и ток. Уровень стабилизации анодного напряжения и тока задается, исходя из требований на погрешность “сырых” проекционных данных.

5.Определяется динамический диапазон тока детектора (от луча, проходящего через центр объекта и по его периферии), исходя из мощности дозы источника и эффективности детектора.

6.Определяется динамический диапазон измерения заряда, создаваемого током детектора. Исходя из уровня квантового шума детектора, определяется способ измерения заряда и требуемая разрядность АЦП.

7.Определяется поглощенная доза объектом при снятии одной томограммы (600) ракурсов. Она не должна превышать заданную допустимую дозу. В случае превышения расчетной дозы допустимой проводится перерасчет рентгенооптического тракта с изменением геометрии сканирования и физических параметров узлов тракта.

388

5.4. Измерительно–информационная схема

По результатам исследования гл. 4 (см. рис. 4.6) и функциональной схеме томографа РКТ-01 (см. рис. 5.5) определено, что из- мерительно-информационная схема должна содержать:

-информационные потоки;

-входные и выходные параметры для различных этапов преобразования измерительно-информационного сигнала, их требуемую точность (погрешность).

На рис. 5.6. изображена измерительно-информационная схема томографа РКТ-01. На схеме показаны основные параметры РКТ01, сигналы, информационные потоки и их заданные точности, ко-

торые необходимы для достижения качества ( х, Δμ/μ, σш, Не) томографического изображения.

Рассмотрим более подробно организацию измерительно– информационных потоков.

При облучении объекта исследования (ОИ) веерным рентгеновским пучком n0 =109 квантов ±1,6 10−3 % длительностью τи = 3,5 мс в одном ракурсе в ксеноновой камере центрального единичного детектора образуется ток от рентгеновского пучка nх =105 квантов

±0,16 %.

Диапазон тока (начиная с периферийных – по краям блока и кончая центральным детектором) равен ig ≈ (1,6 10 мкА – 10 нА)±

±0,16% . Таких образований токов будет проведено М = 600 (1200)

раз.

Для учета систематической погрешности “нулевого” (темнового) тока детекторов в дальнейшем проводят при каждом сканировании их измерение для 64 ракурсов без рентгеновского потока. То есть за время снятия одной томограммы образуется матрица значений токов

390