Digitální detektory pro planární rentgenové zobrazování – DR

Obsahem předminulého článku (odkaz zde) byl přehled digitálních detektorů pro planární rentgenové (rtg) zobrazování. V minulém článku (odkaz zde) byla podrobněji rozebrána samotná technologie CR systémů. V dnešním článku bude rozebrána technologie DR systémů.

Digital radiography (DR) použitím flat panel detektorů se zabudovaným vyčítacím mechanismem se poprvé objevila na trhu na konci 90. let 20. století. Systémy pracující pomocí flat panel detektorů, jinak známých jako velkoformátové detektory, mají integrovanou vrstvu citlivou na rtg záření a taktéž elektronický vyčítací systém TFT arrays (thin-film tranzistorová matice).

Systémy, které využívají scintilační vrstvu pro převod energie rtg fotonů na energii fotonů viditelného světla, které jsou detekovány po dopadu na fotodiodu s TFT citlivou na viditelné světlo, se nazývají TFT detektory s nepřímou konverzí. Systémy, které využívají fotovodivou vrstvu a TFT pro sběr vzniklého náboje, se nazývají TFT detektory s přímou konverzí.

DR systém s nepřímou konverzí převyšuje svou konverzní účinností CR systémy, které mají konverzní účinnost 20-35%, ale i systém film-fólie, které mají konverzní účinnost 25%.

Velkoformátové detektory s přímou konverzí využívají jako polovodičový materiál amorfní selen (a-Se), který má velmi výhodné vlastnosti z hlediska absorpce záření a taktéž dokáže zachovat výborné prostorové rozlišení. Samotná rtg expozice generuje elektrony a díry v polovodičové vrstvě a-Se, kterou je veden elektrický proud. Vzniklé elektrony jsou přitahovány ke kladné elektrodě, kde je jejich energie transformována na elektrický náboj. Náboj je úměrný energii deponované z rtg záření. Volné elektrony si při migraci k elektrodě zachovávají svůj směr, čímž se zachovává prostorové rozlišení. Náboj na TFT je uchován, dokud není provedeno vyčtení signálu. Signál je poté zesílen a digitalizován a uchován pro každý pixel.

Detektory s přímou konverzí s amorfním selenem se v klasické skiagrafii nevyužívají kvůli nízkému protonovému číslu a tedy i nižší detekční kvantové účinnosti při vyšších energiích. V mamografii použití možné je, protože se používají nízkoenergetické rtg fotony.

Velkoformátové detektory s nepřímou konverzí využívají jodid cesný CsI nebo gadolinium oxisulfid Gd2O2S pro konverzi energie rtg záření na energii fotonů viditelného světla (v mamografii s použitím CsI(Tl) vznikne při absorpci 1 rtg fotonu cca 1000 nových fotonů viditelného světla). Konverzní vrstva může být tvořena strukturním nebo nestrukturním scintilátorem. U nestrukturního scintilátoru dochází k velkému rozptylu nově vzniklých fotonů viditelného světla, což zhoršuje prostorové rozlišení. Strukturní scintilátor se skládá z jehlovitých krystalů, které zamezují  velkému rozptylu fotonů viditelného světla, čímž se uchovává lepší prostorové rozlišení. Ukázka nestrukturního a strukturního scintilátoru je na obr. 1.

Nestrukturní a strukturní scintilátorObr. 1: Nestrukturní a strukturní scintilátor

Při interakci fotonů rtg záření s detektorem s nepřímou konverzí dochází k absorpci energie rtg fotonů ve scintilační vrstvě za vzniku fotonů viditelného světla, které dopadají na fotodiodu, kde jsou detekovány. Jejich energie je konvertována na elektrický náboj. Právě scintilační vrstva a fotodioda nahrazují polovodičovou vrstvu a-Se používanou u detektorů s přímou konverzí.

Mezi novinky v oblasti velkoformátových detektorů s nepřímou konverzí patří využití velmi citlivého pixel-strukturovaného scintilátoru s nanokrystaly Gd2O3:Eu, který umožňuje zachování výborného prostorového rozlišení.

Použitá literatura:
Lanca L, Silva A. Digital imaging systems for plain radiography. Springer Science+Business Media, New York, 2013

1 komentář u „Digitální detektory pro planární rentgenové zobrazování – DR

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *