Под действием рентгеновских лучей соли некоторых металлов флюоресцируют голубым (синим) свечением. Эмульсии пленок под действием синего света чернеют сильнее, чем под действием рентгеновских лучей. Это и составляет физическую основу применения усилительных экранов. Для изготовления усилительных экранов наиболее часто используются вольфрамат кальция(CaWO4), вольфрамат кадмия (CdWO4), сернистокислый цинк, активированный серебром, сернистокислый кадмий. Флюоресцентные кристаллы смешаны с желатиной или синтетическими смолами. Для защиты от механических повреждений и изоляции от жидкостей на светящийся слой наносится защитный слой.
Применение усилительных экранов существенно сокращает выдержку снимка. Рентгеновская пленка обычно покрыта эмульсией с обеих сторон. Под действием рентгеновских лучей эмульсия чернеет. Степень почернения эмульсии увеличивается действием флюоресцентного света. Усилительные экраны расположены с обеих сторон пленки. Поскольку часть рентгеновских лучей поглощается усилительным экраном, расположенным со стороны рентгеновской трубки, на другой экран попадает менее интенсивное излучение. Таким образом, применение одинаковых усилительных экранов не обеспечивает получение одинакового почернения пленки с обеих сторон. Поэтому экран, дальше расположенный от источника рентгеновских лучей, более чувствительный.
Рис. 16.3 Почернение пленки
1. один слой эмульсии с одним усилительным экраном; 2. два слоя эмульсии с двумя одинаковыми усилительными экранами; 3. два эмульсионных слоя с комбинированной парой усилительных экранов
На рис. 16.3 показано распределение почернения пленки с одним слоем эмульсии и пленки, снабженной эмульсией с обеих сторон, в случае комбинированной пары усилительных экранов. Работа усилительного экрана определяется следующими факторами:
Флюоресцирующий слой. Цвет и интенсивность свечения, а также послесвечение зависят от химической чистоты флюоресцирующего слоя. Небольшое загрязнение уже приводит к послесвечению, ухудшающему качество снимка ввиду неточности экспозиционного времени. Кроме того, при быстрой замене пленки следующий кадр может стать серым из-за послесвечения усилительных экранов.
Усилительный экран не должен обладать послесвечением. Четкость изображения зависит от величины флюоресцирующих кристаллов и толщины их слоя. При увеличении яркости резкость изображения ухудшается. Усилительные экраны, применяемые в настоящее время, можно разделить на три группы: усилительные экраны с большой четкостью изображения и малой яркостью (мелкозернистые экраны); универсальные усилительные экраны; экраны с большой яркостью и малой четкостью изображения (крупнозернистые усилительные экраны).
Если коэффициент усиления универсальных усилительных экранов мы произвольно принимаем за 100, то коэффициент усиления экранов с большой яркостью и малой четкостью изображения составит 130 - 150, а у экранов с большой четкостью изображения 50 - 70.
Толщина флюоресцирующего слоя. Яркость усилительного экрана зависит от толщины флюоресцирующего слоя. Равномерную яркость можно получать только при гомогенном флюоресцирующем слое.
Механическая прочность. Слои усилительного экрана должны быть хорошо прикреплены друг к другу. При изменении температуры окружающей среды флюоресцирующий слой не должен отклеиваться от основы и становиться хрупким.
Коэффициент усиления усилительного экрана показывает, во сколько раз сокращается выдержка при применении усилительного экрана по сравнению с экспозицией без него: е = Т1/Т2, где е - коэффициент усиления, Т1 - выдержка без усилительного экрана, Т2 - выдержка в случае применения усилительного экрана.
Коэффициент усиления экрана зависит от интенсивности рентгеновских лучей (рис. 16.4). На рисунке по вертикальной оси показано измерение почернения рентгеновской пленки, а по горизонтальной оси - интенсивность рентгеновских лучей в логарифмическом масштабе. Если бы коэффициент усиления экрана был постоянным, то мы получили бы две одинаковые кривые, смещенные относительно друг друга, однако, как видно по рис. 16.4, е2 > е1.
Рис. 16.4. Зависимость коэффициента почернения пленки от интенсивности рентгеновских лучей
1. без усилительного экрана; 2. с усилительным экраном
Нельзя сравнивать усилительные экраны с разным коэффициентом усиления только на основе этого коэффициента. При сравнении экранов необходимо знать и другие их характеристики.
Для большого коэффициента усиления необходимо, чтобы максимумы кривых спектральной чувствительности рентгеновской пленки и спектрального распределения интенсивности светоиспускания усилительного экрана приблизительно совпадали. На рис. 16.5 показаны кривые спектральной чувствительности рентгеновской пленки и светоиспускания вольфрамата кальция.
Рис. 16.5. Кривая спектральной чувствительности
1. рентгеновская пленка; 2. вольфрамат кальция
Рис. 16.6. Влияние усилительного экрана на контрастность
а) с усилительным экраном; б) без усилительного экрана
Комбинирование усилительных экранов и контрастность изображения. Усилительный экран, с одной стороны, уменьшает длительность экспозиции, а с другой - влияет на процесс почернения. Если на кривых рис. 16.4 отметить равные промежутки времени и соответствующие им значения, то получим ступенчатую кривую (рис. 16.6). Кривая 2 значительно более крутая, чем кривая 1. Контрастность изображения в случае применения усилительных экранов значительно больше, чем контрастность снимков, произведенных без них. Усилительные экраны нашли широкое применение по двум причинам: из-за сокращения экспозиции и увеличения контрастности изображения, а вследствие этого и разрешающей способности снимка. Большая контрастность в некоторой мере компенсирует нерезкость, обусловленную зернистостью усилительного экрана.
Четкость изображения. На снимках, произведенных с помощью усилительных экранов, четкость изображения ухудшается из-за величины кристаллов флюоресцирующего слоя и рассеивания люминесцентного света в светящемся слое. Чем крупнее зернистость, тем хуже четкость изображения. В случае бесцветного флюоресцирующего слоя имеет место значительное рассеивание собственного света, которое при увеличении толщины слоя увеличивается. Чтобы воспрепятствовать распространению рассеянных световых лучей в светящемся слое, его связующее вещество окрашивают.
Во время использования усилительные экраны загрязняются, поэтому их необходимо регулярно очищать. Единый способ очистки усилительных экранов ввиду различия защитных слоев выпускающими фирмами не дается. Грязь и пыль удаляются с поверхности экрана с помощью кисти или же, если это невозможно, то путем протирания мягким сукном. Путем отмывания чистой водой можно удалить пятна проявителя и закрепителя. После отмывания экраны следует протереть сухой мягкой тряпкой и сушить в течение часа. Для очистки усилительных экранов допускается применение специальных средств, однако их можно использовать только в том случае, если имеются предписания выпускающей фирмы.
В практике для диагностических целей наиболее распространены ниже рассматриваемые усилительные экраны. Усилительный экран с большой четкостью изображения и малым коэффициентом усиления «Siemens - Rubin». Он применяется при съемке с тонким фокусом, когда требуется большая резкость изображения. Универсальный усилительный экран «Siemens - Saphir» и универсальный усилительный экран производства ГДР. Коэффициент усиления и четкость изображения позволяют применять их на практике очень широко. Четкость изображения усилительного экрана «Siemens - Diamant» несколько хуже, однако он обладает большим коэффициентом усиления, позволяющим применять его для получения снимков с очень малой выдержкой. Его коэффициент усиления увеличивается с увеличением жесткости рентгеновских лучей, что очень выгодно при съемке жесткими рентгеновскими лучами. Для удобства обращения передняя и задняя стороны усилительных экранов маркируются.
Кассеты. Кассеты заряжаются пленкой в затемненной комнате фотолаборатории. Пленка помещается между двумя усилительными экранами, потом кассета закрывается. Подготовленная и запертая кассета передается в светлое помещение. Для получения качественного снимка необходимо иметь хорошую кассету, которая предохраняет пленку от дневного света. Слой войлока, приклеенный к крышке кассеты, обеспечивает хороший контакт между усилительным экраном и рентгеновской пленкой. В случае плохого контакта часть снимка будет нечеткой. За пленкой может возникнуть рассеянное излучение, ухудшающее качество снимка. Оно может быть поглощено с помощью свинцовой пластинки, помещенной между задней стенкой и пленкой. Поэтому задняя стенка кассеты либо облицована свинцом, либо кассету располагают на лучепоглощающей основе. Размеры применяемых кассет: 9х12, 13х18, 15х40, 20х40, 20х80, 24х30, 30х40 и 35х35 см.
Сама кассета должна быть изготовлена из материала с низким коэффициентом поглощения. Она чаще всего изготовляется из алюминиевой пластинки толщиной 0,8 - 1 мм. При всевозможных механических воздействиях кассета может повреждаться. Характерные неисправности кассеты: пропускание света и нерезкость изображения, связанная с недостаточным прижатием усилительных экранов к пленке.
