Применение фотодиодных линеек в рентгеновской сканирующей флюорографии

Применение фотодиодных линеек в рентгеновской сканирующей флюорографии

В настоящее время в медицинской диагностике широко используются цифровые рентгеновские аппараты. Они позволяют производить прямую цифровую регистрацию и обработку изображения с последующим выводом на экран компьютера.

Широко применяется способ регистрации рентгеновского изображения полным кадром, когда весь исследуемый объект облучают одновременно и регистрируют полученную проекцию рентгеночувствительным детектором соответствующей площади. Детектором служит люминесцентный экран, оптически связанный с фоточувствительной матрицей. Экран может находиться в непосредственном контакте с матрицей размером 43х43см², либо изображение с экрана проецируют через оптическую систему на матрицу небольших размеров. Сигнал с матрицы преобразуется в цифровой вид и передается в компьютер для обработки и хранения.

Существенное влияние на качество получаемой рентгенограммы оказывает комптоновское рассеяние квантов на атомах, образующих ткани организма. Комптоновские кванты создают паразитную засветку детектора, накладываясь и размывая изображение внутренней структуры объекта. Наиболее снижающим это влияние способом получения рентгеновского изображения является сканирующий, при котором исследуемая область зондируется узким веерным пучком рентгеновского излучения с шириной в сотни раз меньшей размеров изображения. Веерный пучок перемещается с постоянной скоростью вдоль объекта, а рентгеновское изображение построчно регистрируется линейным детектором и передается в компьютер. В этом случае количество рассеянного излучения, пропорциональное объему, охватываемому рентгеновским пучком, становится несущественным. Сканирующий метод регистрации позволяет получать высокое качество рентгеновского изображения при малых дозах.

Ниже показана упрощенная схема формирования веерного рентгеновского пучка в сканирующем аппарате. Щелевая диафрагма формирует из рентгеновского излучения узкий веерный пучок, который, после прохождения через объект исследования, воспринимается линейным рентгеновским детектором. Трубка, диафрагма и детектор механически связаны и в процессе съемки синхронно перемещаются, сканируя объект.

Среди производителей линейных рентгеновских детекторов стоит отметить компанию Detection Technology, которая разрабатывает и производит высококачественные фотодиодные линейки и фотодетекторы рентгеновского излучения, а также готовые рентгенодиагностические модули на основе этих компонентов для применения в медицине, досмотровой технике и неразрушающем контроле.

Примером такого детектора могут служить фотодиодные линейки серии X-Card производства Detection Technology, представляющие собой линейку фотодиодов со встроенной схемой обработки сигнала и сцинтиллятором, нанесенным на активную область кремниевых фотодиодов для детектирования рентгеновского излучения. Число фотодиодов в линейке может быть равным 64, 128 или 256 активных элементов. Рентгеновские лучи, проходя через слой сцинтиллятора, преобразуются в видимый свет, который детектируется фотодиодной линейкой. Электрический ток, протекающий через фотодиоды, считывается КМОП микропроцессором через усилитель сигнала (по одному на каждый пиксель). Выходное напряжение усилителя определяется одновременно для всех пикселей в последовательном режиме. Считывание сигнала контролируется через внутренний регистр сдвига внутри КМОП микропроцессора. В результате всех преобразований на выходе фотодетектора появляется аналоговый видеосигнал.

Особенности:

• 64, 128 или 256 фотодиодов на одной плате;
• стандартный шаг пикселя 0.2; 0.4 или 0.8 мм;
• люминофор GOS (оксисульфид гадолиния) толщиной 0.3 мм;
• детектируемая энергия 20-160 кэВ (GOS);
• встроенная схема обработки сигнала с усилителями;
• одновременное считывание сигнала со всех фотодиодов на плате.

В фотодиодных линейках серии X-Card используется люминофор, обладающий рядом важных свойств, необходимых для эффективной работы сканирующего рентгеновского приемника:

• эффективно работает в интервале напряжений трубки от 30 до 150 кВ;
• показатель абсорбционной эффективности один из наивысших среди известных люминофоров;
• имеет малую инерционность свечения, что необходимо для сканирующих систем, поскольку отсутствует смазывание снимка от движения детектора;
• имеет высокую эффективность светоотдачи, что важно для передачи информации на фотоприемник без потерь;
• обладает химической и радиационной стабильностью, что обеспечивает долговечность прибора.

Разместив в ряд несколько фотодиодных линеек, соединенных друг с другом краями активной области, можно получить узкий длинный детектор рентгеновского излучения. Формирование двухмерной матрицы цифрового изображения на мониторе ПК осуществляется следующим образом - одна координата, совпадающая с линейкой детекторов, определяется числом элементов в детекторе, а другая - числом шагов сканирования (числом сканирования). Прямое преобразование рентгеновского излучения и высокая эффективность регистрации позволяют получать прямой снимок всего при 100 мкР в плоскости пациента. Для сравнения, в сканирующих флюорографах использующих цифровую камеру с ПЗС матрицей, эта величина равна 1000 мкР.