Цифровые системы обработки рентгеновских изображений

В настоящее время в рентгенологии применяются несколько типов цифровых систем, это:

• CR система (Computed Radiography)
• CCD матрица (сокр. от англ. CCD, «Charge-Coupled Device») или PSA модули (Photo-diode Sensors Array/ Multi-CCD Detector Method)
• DR детектор (сокр. от англ. DR, «Digital Radiography»)

Каждая из этих систем и технологий имеет собственные достоинства и недостатки. Разберём их подробно.

I.

Для быстрого считывания изображения постоянная времени люминофора должна быть менее 10мкс. Хорошо удовлетворяет этим требованиям фторид бария, активированный европием, который является основой для выпускаемых промышленностью приёмников с вынужденной люминесценцией.

Экран (пластина), покрытый запоминающим люминофором, внешне похож на обычный усиливающий экран. Скрытое изображение на таком экране способно сохраняться, в зависимости от вида люминофора, от нескольких минут до нескольких дней, прежде чем качество его упадёт ниже приемлемого уровня. Это скрытое изображение может быть считано с экрана сканирующей системой и воспроизведено электронно-лучевой трубкой.

Считывание скрытого изображения производится инфракрасным лазером, который стимулирует люминофор, и он отдаёт накопленную энергию в виде видимого света (рис. 8-3). Этот феномен называется фотостимулированной люминесценцией. Она, как и свечение обычных усиливающих экранов, пропорциональна числу рентгеновских фотонов, поглощённых запоминающим люминофором.

Процесс считывания изображения осуществляется сканирующим лазером, световой поток которого сканирует поверхность экрана в растровой последовательности, подобно электронному пучку телевизионного кинескопа. Лазерный пучок имеет размер пятна приблизительно 0,1 мм, поэтому разрешение в изображении достигает 5-10 элементов/мм. Возбуждаемый в люминофоре лазером свет из каждой точки экрана фокусируется и трансформируется в электрический сигнал с помощью специальной оптической системы и фотоумножителя. Перед фотоумножителем располагается фильтр, ослабляющий стимулированный свет, так как его интенсивность на несколько порядков выше, чем у света, эмитируемого обычным усиливающим экраном.

Фотоумножитель, обладающий широким динамическим диапазоном, конвертирует варьирующийся по интенсивности световой поток с экрана в изменяющийся электрический сигнал, который усиливается, измеряется и проходит через аналого-цифровой преобразователь, чтобы сформировать бинарную (цифровую) матрицу, отражающую яркостные показатели каждого пикселя. 12-битная система представляет эти показатели в диапазоне от 0 до 4095 (2№І = 4096). Сигнал, переведённый в цифровую форму, передаётся в процессор (буфер) изображения. Таблицы перекодировки процессора обеспечивают преобразование содержимого памяти изображения в требуемый диапазон яркости и контраста.

II.

Принцип всех приборов с зарядной связью (ПЗС) основан на фотоэлектрическом эффекте — испускании электронов веществом под действием электромагнитных излучений (видимого света, инфракрасного, ультрафиолетового, рентгеновского излучений и других типов электромагнитных волн). Электроны, вылетающие из вещества при внешнем фотоэффекте, называются фотоэлектронами, а электрический ток, образуемый ими при упорядоченном движении во внешнем электрическом поле, называется фототоком.

ПЗС матрица (CCD) - специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию приборов с зарядовой связью (ПЗС). В оптическом блоке приёмника входящие рентгеновские лучи преобразуются усиливающим экраном в видимый свет, который одновременно накапливается в видео сенсорах.

III.

Принцип работы DR детектора (сокр. от англ. DR, «Digital Radiography»).

В настоящее время производство плоскопанельных DR детекторов развивается по двум технологиям: (Thin-film transistor) TFT и  (Complementary metal–oxide–semiconductor) (КМОП).

TFT основана на использовании разновидности полевого транзистора, при которой как металлические контакты, так и полупроводниковый канал проводимости изготавливаются в виде тонких плёнок (от 1/10 до 1/100 микрона).

CMOS технология производства светочувствительных матриц из полевых транзисторов с изолированными затворами и каналами разной проводимости.

Сравнительный анализ этих технологий показывает, что у каждой из них есть преимущества и недостатки. Например, TFT–фотоприемники более радиационностойкие и по этой технологии легче изготовить панели больших размеров. У CMOS -фотоприемников меньше аддитивные шумы, они позволяют обеспечить высокое быстродействие, что особенно важно в интервенционной рентгенологии. Важным преимуществом КМОП–фотопреобразователей является возможность выполнения цепей управления, усилителей и аналогово-цифровых преобразователей на том же кристалле.