Научный руководитель: Грошев Владимир Романович, к.ф.-м.н.

Прошедшие через тело пациента гамма-кванты вызывают образование ионизации в рабочем объеме детектора. Атом ксенона в результате фотоэффекта поглощает рентгеновский фотон с испусканием фотоэлектрона и остается в возбужденном состоянии. Возбуждение снимается испусканием флуоресцентных фотонов и оже-электронов. Образованные первичными электронами ионы дрейфуют к сигнальным электродам. В процессе сканирования заряд, накопленный за время 10 мс на каждом стрипе, последовательно считывается. В результате в памяти компьютера формируется изображение в виде матрицы. Полученное изображение выводится на монитор с использованием 256 градаций серого цвета. Цифровая установка имеет существенные преимущества перед традиционными экрано-пленочными системами: использование компьютеров для цифровой обработки изображений, хранения и обмена снимками между специалистами по компьютерным сетям. Несмотря на то, что существующее пространственное разрешение МИК при ширине канала 400 мкм является удовлетворительным для многих задач, для улучшения диагностических возможностей и соответствия рекомендованным международным стандартам необходимо уменьшить ширину канала до 200 мкм.

В данной работе изучалось пространственное разрешение МИК в горизонтальном направлении. Пространственное разрешение детектора характеризуется частотно-контрастной характеристикой (ЧКХ) детектора. ЧКХ – это зависимость амплитуды, с которой детектор передает пространственные частоты, от частоты. Для канальных детекторов регистрируемый сигнал в i-м канале g(x_i), представляет собой свертку исходного распределения числа входных гамма-квантов f(x) с формой канала детектора h(x) (x_i – координата центра i-го канала).

(1)

, (2)

где G, F, H - фурье-преобразования g, f и h соответственно. По определению

. (3)

ЧКХ уменьшается с увеличением частоты и для многоканальных детекторов обращается в ноль на частоте обратной удвоенной ширине канала (частота Найквиста). Пространственное разрешение детектора принято характеризовать значением частоты, для которой ЧКХ равно 0.1 (далее обозначается как k_0.1). ЧКХ для нескольких значений ширины канала и давления ксенона были построены с помощью моделирования методом Монте-Карло физических процессов в рабочем объеме детектора. Моделирование было проведено с использованием специализированного пакета симуляции работы детекторов GEANT-4. Было получено распределение ионизации на считывающей плоскости МИК в горизонтальном направлении при попадании в рабочий объем точечного пучка рентгеновских фотонов. Свертка этого распределения с прямоугольным распределением (шириной равной шагу считывающей структуры детектора) дает форму канала детектора. Для использующихся в настоящее время значений шага стриповой структуры и давления в МИК (400 мкм, 11 атм) форма канала была получена экспериментально. Сравнение экспериментальной и полученной моделированием формы канала (рис. 1) позволяет заключить, что проведенное моделирование вполне пригодно для поставленной задачи. Значения k_0.1 для ЧКХ, построенных по этим двум кривым, практически не отличаются. На рис.2 приведены расчетные ЧКХ детектора МИК при различных параметрах. Видно, что существующее значение k_0.1 (1 пара лин./мм) не сильно отличается от предельной частоты Найквиста (1.25 пар лин./мм). Поэтому увеличивать давление до 20 атм при 400 мкм канале (k_0.1=1.06 пар лин./мм), учитывая техническую сложность такого перехода, не имеет особого смысла. Если рассматривать уменьшение шага до 200 мкм, то желательно, чтобы при этом значение k_0.1 также приближалось к значению предельной частоты (2.5 пар лин./мм). Для этого давление в камере нужно увеличить до 20 атм (k_0.1=1.95 пар лин./мм). При давлении 11 атм значение k_0.1 увеличивается только до 1.63 пар лин./мм

Рис.2 Частотно-контрастные характеристики МИК при напряжении 80 кВ на рентгеновской трубке для следующих значений ширины канала и давления ксенона (моделирование):
1. 400 мкм, 11 атм, 2. 400 мкм, 20 атм 3. 200 мкм, 11 атм, 4. 200 мкм, 20 атм