Войти
Получение проекционной радиографии с генератором рентгеновского излучения и детектор изображения. Детекторы рентгеновского излучения - это устройства, используемые для измерения потока, пространственного распределения, спектра и / или других свойств Рентгеновские лучи.
Детекторы можно разделить на две основные категории: детекторы изображений (например, фотопластинки и рентгеновская пленка (фотопленка ), в настоящее время в основном заменяемые с помощью различных оцифровывающих устройств, таких как электронные матрицы или плоские детекторы ) и устройств измерения дозы (таких как ионизационные камеры, Гейгера счетчики и дозиметры, используемые для измерения местного радиационного облучения, дозы и / или мощности дозы, например, для проверки того, что радиационная защита оборудование и процедуры эффективны на постоянной основе).
Рыбья кость пронзена в верхнем отделе пищевода. Правое изображение без контрастного вещества, левое изображение при проглатывании с контрастным веществом. Для получения изображения с помощью любого типа детектора изображения часть пациента, подлежащего рентгеновскому облучению, помещается между источником рентгеновского излучения и приемником изображения для создают тень от внутренней структуры этой конкретной части тела. Рентгеновские лучи частично блокируются («ослабляются») плотными тканями, такими как кость, и легче проходят через мягкие ткани. Области, куда попадают рентгеновские лучи, при проявлении темнеют, в результате чего кости кажутся светлее окружающих мягких тканей.
Контрастные соединения, содержащие барий или йод, которые рентгеноконтрастны, могут попадать в желудочно-кишечный тракт (барий) или вводиться в артерию или вены, чтобы выделить эти сосуды. Контрастные соединения содержат элементы с высокими атомными номерами, которые (например, кость) по существу блокируют рентгеновские лучи, и, следовательно, когда-то полый орган или сосуд становится более заметным. В поисках нетоксичных контрастных материалов были оценены многие типы элементов с высоким атомным номером. К сожалению, некоторые выбранные элементы оказались вредными - например, торий когда-то использовался в качестве контрастного вещества (Thorotrast ), - который оказался токсичным, что привело к очень высокой частоте рак спустя десятилетия после использования. Современные контрастные материалы улучшены, и, хотя нет возможности определить, кто может иметь чувствительность к контрасту, частота серьезных аллергических реакций низкая.
Типичная рентгеновская пленка содержит кристаллические «зерна» галогенида серебра, обычно в основном бромида серебра. Размер и состав зерна можно регулировать, чтобы повлиять на свойства пленки, например, для улучшения разрешения проявленного изображения. Когда пленка подвергается облучению, галогенид ионизируется, и свободные электроны захватываются кристаллическими дефектами (образуя скрытое изображение ). Ионы серебра притягиваются к этим дефектам и восстанавливаются, создавая кластеры прозрачных атомов серебра . В процессе проявления они преобразуются в непрозрачные атомы серебра, которые формируют видимое изображение, самое темное там, где было обнаружено наибольшее излучение. Дальнейшие шаги по разработке стабилизируют сенсибилизированные зерна и удаляют нечувствительные зерна, чтобы предотвратить дальнейшее воздействие (например, от видимого света ).
Воспроизвести медиа Видео, в котором обсуждается исследование, которое показало, что цифровые рентгеновские лучи были одинаково эффективны при выявлении профессиональных заболеваний легких с помощью пленочного рентгеновского снимка. Первые рентгеновские снимки (рентгеновские изображения) были сделаны путем воздействия рентгеновских лучей на сенсибилизированные стеклянные фотопластинки. Рентгеновская пленка (фотографическая пленка) вскоре заменила стеклянные пластины, и пленка десятилетиями использовалась для получения (и отображения) медицинских и промышленных изображений. Постепенно цифровые компьютеры получили возможность хранить и отображать достаточно данных, чтобы сделать возможным создание цифровых изображений.. С 1990-х годов компьютерная радиография и цифровая радиография заменяют фотопленку в медицине и стоматологии, хотя пленочная технология остается широко распространенной в промышленных радиографических процессах (например, для проверки сварных швов). Металл серебро (ранее необходимый для радиографической и фотографической промышленности) является невозобновляемым ресурсом, хотя серебро можно легко восстановить из использованной рентгеновской пленки. Там, где рентгеновские пленки требуют оборудования для влажной обработки, новые цифровые технологии этого не делают. Цифровое архивирование изображений также экономит физическое место для хранения.
Поскольку фотопластинки чувствительны к рентгеновским лучам, они предоставляют средства записи изображения, но они также требуют значительного рентгеновского воздействия (на пациента). Добавление флуоресцентного усиливающего экрана (или экранов) в тесном контакте с пленкой позволяет снизить дозу облучения пациента, поскольку экран (ы) повышают эффективность обнаружения рентгеновских лучей, увеличивая активацию пленки при том же количестве рентгеновских лучей, или такая же активация пленки меньшим количеством рентгеновских лучей.
Рентгенография с люминесцентной пластиной - это метод регистрации рентгеновских лучей с использованием фотостимулированной люминесценции (PSL), впервые примененный Fuji в 1980-х годах.. Фотостимулируемая люминофорная пластинка (PSP) используется вместо фотографической пластины. После рентгеновского облучения пластины возбужденные электроны в материале люминофора остаются «захваченными» в «центрах окраски » в кристаллической решетке до тех пор, пока не будут стимулированы лазерным лучом, проходящим по поверхности пластины. свет, испускаемый во время лазерной стимуляции, улавливается фотоэлектронным умножителем, и полученный сигнал преобразуется в цифровое изображение с помощью компьютерных технологий. Пластину PSP можно использовать повторно, и существующее рентгеновское оборудование не требует модификации для его использования. Этот метод также может быть известен как компьютерная рентгенография (КР).
рентгенограмма, полученная во время холецистэктомии Рентгеновские лучи также используются в процедурах «в реальном времени» такие как ангиография или контрастные исследования полых органов (например, бариевая клизма тонкой или толстой кишки) с использованием рентгеноскопии. Ангиопластика, медицинское вмешательство в артериальную систему, в значительной степени зависит от чувствительного к рентгеновскому излучению контрастного вещества для выявления потенциально поддающихся лечению поражений.
Твердотельные детекторы используют полупроводники для обнаружения рентгеновских лучей. Прямые цифровые детекторы называются так потому, что они напрямую преобразуют рентгеновские фотоны в электрический заряд и, следовательно, в цифровое изображение. Непрямые системы могут иметь промежуточные этапы, например, сначала преобразование рентгеновских фотонов в видимый свет, а затем в электронный сигнал. Обе системы обычно используют тонкопленочные транзисторы для считывания и преобразования электронного сигнала в цифровое изображение. В отличие от пленки или CR не требуется ручное сканирование или проявка для получения цифрового изображения, и поэтому в этом смысле обе системы являются «прямыми». Оба типа систем имеют значительно более высокую квантовую эффективность, чем CR.
С 1970-х годов кремний или германий легированные литием (Si (Li) или Ge (Li)) полупроводниковые детекторы. Рентгеновские фотоны преобразуются в электронно-дырочные пары в полупроводнике и собираются для регистрации рентгеновских лучей. Когда температура достаточно низкая (детектор охлаждается с помощью эффекта Пельтье или даже более холодного жидкого азота ), можно напрямую определить энергетический спектр рентгеновского излучения; этот метод называется энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией (EDX или EDS); он часто используется в небольших рентгенофлуоресцентных спектрометрах. Кремниевые детекторы дрейфа (SDD), производимые обычным производством полупроводников, обеспечивают экономичное измерение излучения с высокой разрешающей способностью. В отличие от обычных детекторов рентгеновского излучения, таких как Si (Li), их не нужно охлаждать жидким азотом. Эти детекторы редко используются для визуализации и эффективны только при низких энергиях.
Практическое применение в медицинской визуализации началось в начале 2000-х годов. Аморфный селен используется в коммерческих плоскопанельных рентгеновских детекторах большой площади для маммографии и общей радиографии благодаря его высокому пространственному разрешению и свойствам поглощения рентгеновских лучей. Однако низкий атомный номер селена означает, что для достижения достаточной чувствительности требуется толстый слой.
теллурид кадмия (Cd Te ), и его сплав с цинком, теллуридом кадмия и цинка считается один из наиболее многообещающих полупроводниковых материалов для регистрации рентгеновских лучей благодаря широкой запрещенной зоне и высокому квантовому числу, что позволяет работать при комнатной температуре с высокой эффективностью. Текущие приложения включают денситометрию кости и ОФЭКТ, но плоские детекторы, подходящие для радиографической визуализации, еще не производятся. Текущие исследования и разработки сосредоточены на разрешающих пиксельных детекторах, таких как детектор Medipix от CERN и Совет по науке и технологиям s HEXITEC детектор.
Обычные полупроводниковые диоды, такие как PIN-фотодиоды или 1N4007, будет производить небольшой ток в фотоэлектрическом режиме при помещении в рентгеновский луч.
Непрямые детекторы состоят из сцинтиллятор для преобразования рентгеновских лучей в видимый свет, который считывается матрицей TFT. Это может обеспечить преимущества в чувствительности по сравнению с текущими детекторами прямого действия (аморфный селен), хотя и с потенциальным компромиссом в разрешающей способности. Непрямые плоские детекторы (FPD) сегодня широко используются в медицине, стоматологии, ветеринарии и промышленности.
Матрица TFT состоит из листа стекла, покрытого тонким слоем кремния, находящегося в аморфном или неупорядоченном состоянии. В микроскопическом масштабе кремний запечатлен миллионами транзисторов, расположенных в виде упорядоченного массива, как сетка на миллиметровой бумаге. Каждый из этих тонкопленочных транзисторов (TFT) присоединен к светопоглощающему фотодиоду, составляющему отдельный пиксель (элемент изображения). Фотоны, падающие на фотодиод, преобразуются в два носителя электрического заряда, называемых электронно-дырочными парами. Поскольку количество производимых носителей заряда будет изменяться в зависимости от интенсивности поступающих фотонов света, создается электрический рисунок, который можно быстро преобразовать в напряжение, а затем в цифровой сигнал, который интерпретируется компьютером для создания цифрового изображения. Хотя кремний обладает выдающимися электронными свойствами, он не особенно хорошо поглощает рентгеновские фотоны. По этой причине рентгеновские лучи сначала попадают на сцинтилляторы, изготовленные из таких материалов, как оксисульфид гадолиния или иодид цезия. Сцинтиллятор поглощает рентгеновские лучи и преобразует их в фотоны видимого света, которые затем проходят на матрицу фотодиодов.
График зависимости ионного тока от приложенного напряжения для детектора газового излучения с проволочным цилиндром. Рентгеновские лучи, проходящие через газ будет ионизировать его, образуя положительные ионы и свободные электроны. Поступающий фотон создаст количество таких ионных пар , пропорциональное его энергии. Если существует электрическое поле в газовой камере, ионы и электроны будут двигаться в разных направлениях и тем самым вызвать обнаруживаемый ток. Поведение газа будет зависеть от приложенного напряжения и геометрии камеры. Это дает начало нескольким различным типам детекторов газа, описанным ниже.
Ионизационные камеры используют относительно низкое электрическое поле около 100 В / см для извлечения всех ионов и электронов перед их рекомбинацией. Это дает устойчивый ток, пропорциональный мощности дозы , которой подвергается газ. Ионные камеры широко используются в качестве переносных радиометров дозиметров для проверки уровней доз радиации.
Пропорциональные счетчики используют геометрию с тонким положительно заряженным анодным проводом в центре цилиндрической камеры. Большая часть объема газа будет действовать как ионизационная камера, но в области, ближайшей к проводу, электрическое поле достаточно велико, чтобы заставить электроны ионизировать молекулы газа. Это создаст лавинный эффект, значительно увеличив выходной сигнал. Поскольку каждый электрон вызывает лавину примерно одинакового размера, накопленный заряд пропорционален количеству ионных пар, созданных поглощенным рентгеновским излучением. Это позволяет измерить энергию каждого падающего фотона.
Счетчики Гейгера – Мюллера используют еще более сильное электрическое поле, так что создаются УФ-фотоны. Они вызывают новые лавины, что в конечном итоге приводит к полной ионизации газа вокруг анодной проволоки. Это делает сигнал очень сильным, но вызывает мертвое время после каждого события и делает невозможным измерение энергии рентгеновского излучения.
Детекторы газа обычно представляют собой однопиксельные детекторы, измеряющие только среднюю мощность дозы по объему газа или количество взаимодействующих фотонов, как объяснено выше, но они могут быть пространственно разрешены за счет наличия большого количества перекрещенных проводов в проволочной камере.
В 1960-х годах было продемонстрировано, что кремниевые Солнечные элементы PN подходят для обнаружения всех форм ионизирующего излучения, включая ультрафиолетовое излучение, мягкое и жесткое рентгеновское излучение. Эта форма обнаружения работает с помощью фотоионизации, процесса, при котором ионизирующее излучение поражает атом и высвобождает свободный электрон. Для этого типа широкополосного датчика ионизирующего излучения требуется солнечный элемент, амперметр и фильтр видимого света в верхней части солнечного элемента, который позволяет ионизирующему излучению попадать на солнечный элемент, блокируя нежелательные длины волн.
Саморазвивающаяся радиохромная пленка может обеспечивать измерения с очень высоким разрешением для целей дозиметрии и профилирования, особенно в физике радиотерапии.
