HISTORIA RADIOGRAFII CYFROWEJ Grzegorz Jezierski Promieniowanie rentgenowskie X

HISTORIA RADIOGRAFII CYFROWEJ Grzegorz Jezierski

Promieniowanie rentgenowskie (X) Typowe energie od 1 ke. V do 10 Me. V Światło widzialne Energie 1, 6 – 3, 3 e. V (780 -380 nm)

► Po raz pierwszy (W. Röntgen) promieniowanie X zostało zarejestrowane na szklanych płytach fotograficznych. Pierwszym producentem takich płyt wyłącznie do zdjęć rentgenowskich był Carl Schleussner (1868 -1952); ciężkie narażone na pęknięcia oraz bardzo drogie. ► 1913 r. George Eastman (późniejszy Eastman Kodak Company) wprowadził błony elastyczne na podłożu azotanu celulozy (celuloid), ale łatwo palne. ► W 1918 r. firma Kodak wprowadziła błony dwustronnie kryte emulsją. ► W 1923 r. firma Kodak wprowadziła błony na podłożu octanu celulozy (ulegały wilgoci). ► W 1960 r. firma Du. Pont wprowadziła błony na podłożu poliestrowym (stosowane do dzisiaj) ►

Właściwości błony a) niska absorpcja (1÷ 4%) → niska efektywność → duże dawki, b) integracja promieniowania, nie rozróżnia energii, odpowiedź nieliniowa (patrz krzywa charakterystyczna błon), ograniczona dynamika, c) bardzo wysoka zdolność rozdzielcza (dla błon rtg. 20÷ 50 lp/mm), d) niski poziom szumu, e) nie ma ograniczeń wymiarowych, ] f) elastyczność, g) niski koszt.

Rozwój technologii obrazowania 1980 – radiografia CR (Computed radiography) 1990 – radiografia bezpośrednia DR (Direct radiography) wykorzystująca technologię CCD 1995 – płaski panel z amorficznym krzemem i scyntylatorem Cs. I 1997 – płaski panel z amorficznym selenem 2001 – przenośny płaski panel ze scyntylatorem na bazie gadolinu 2009 – bezprzewodowy płaski panel DR

► ponieważ obecnie możemy (jeszcze w praktyce) ogniskować (skupiać) promieniowania X, detektor musi obejmować badany obszar – stąd wyzwaniem jest wytwarzanie detektorów o stosunkowo dużej powierzchni (obejmującej badany obszar) ► nie punktowe źródło promieniowania X ► konsekwencje rzutowania obiektu trójwymiarowego (wady) na płaski detektor – nie można rozdzielić na obrazie (np. radiogramie) struktur przestrzennych wzdłuż kierunku rozchodzenia się promieniowania ► obecność promieniowania rozproszonego w badanym obiekcie (oraz poza nim), co powoduje, że uzyskany obraz jest zdegradowany ► trudności obserwowania struktur charakteryzujących się małymi różnicami w wartościach μ w stosunku do otaczającej materii

Rodzaj Detektory gazowe • komory jonizacyjne • liczniki proporcjonalne • wielodrutowe liczniki proporcj. • liczniki Geigera-Müllera • GEM (Gas Electron Multiplier) Zjawisko fizyczne Informacja pierwotna Zastosowania jonizacja gazu impulsy elektryczne lub prąd - monitoring środowiska naturalnego i środowiska pracy - dyfraktometria Scyntylatory • Na. I(Tl), Cs. I(Na) • Cd. WO 4 [CWO] • Bi 4 Ge 3 O 12 [BGO] • La. Br 3 (Ce) La. Cl 3 (Ce) • Lu 2 Si. O 5: Tb (Ce) [LSO] Ekrany fluorescencyjne • Zn. S(Ag), Zn. Te, Zn. Se • Ba. Pt(CN)4 • Ca. WO 4, Zn. WO 4 • Gd 2 O 2 S(Tb) (Eu, Pr) [GOS, DRZ lub Gadox] • Y 2 O 2 S(Tb) (Eu, Pr), • La. OBr(Tb) Pamięciowe luminoforowe płyty obrazowe [IP] • Ba. FBr: Eu 2+ - spektrometria - dyfraktometria luminescencja impulsy świetlne - obrazowanie

Rodzaj Detektory półprzewodnikowe • Si(Li)*, Ge(Li)* • Si–PIN [PIN] • Si-SDD [SDD] • CCD/CMOS • Ga. As • Cd. Te, (Cd. Zn)Te [CZT] • hybrydowy detektor pikselowy • a-Si, a-Se • diament Dozymetry termoluminescencyjne [TLD] • Li. F(Mg, Ti); Li. F(Mg, Cu, P) Emulsje fotograficzne • Ag. Br +(Ag. I) Samowywołujące błony Radiochromic film/Gafchromic mikro-kryształki diacetylu Zjawisko fizyczne generacja par elektron - dziura Informacja pierwotna impulsy elektryczne lub prąd Zastosowania - spektrometria - dyfraktometria - dozymetria indywidualna - obrazowanie termoluminescencja emisja światła - dozymetria indywidualna - monitoring środowiska naturalnego przemiany chemiczne liczba cząsteczek, które uległy transformacji - dozymetria indywidualna - dyfraktometria - obrazowanie proces polimeryzacji liczba cząsteczek, które uległy polimeryzacji - dozymetria indywidualna - obrazowanie

Detektory aktywne umożliwiają pomiar sygnału w czasie rzeczywistym; urządzenia te wymagają zasilania (komory jonizacyjne, liczniki proporcjonalne, liczniki Geigera-Mullera, detektory scyntylacyjne, detektory półprzewodnikowe. Detektory pasywne dostarczają informacji po dokonaniu ekspozycji (pomiaru); nie wymagają zasilania podczas pomiaru (emulsje fotograficzne, płyty luminoforowe, ekrany fluorescencyjne, detektory termoluminescencyjne

Podział detektorów ze względu na zastosowania: - detektory do obrazowania (medycyna, tomografia, PET, NDT, security, przemysł i in. ) - detektory zliczające impulsy (XRD, pomiary grubości, dozymetria) - detektory mierzące energię impulsów (XRF)

Ze względu na postać informacji: - detektory analogowe - detektory cyfrowe Ze względu na wielkość rejestrowanego obszaru: - detektory punktowe - detektory liniowe - detektory powierzchniowe, Ze względu na czas rejestracji: - detektory statyczne - detektory dynamiczne

Ze względu na użytkowanie: - detektory stacjonarne - detektory przenośne Detektory przenośne nie są dedykowane: - dla dużych wydajności badań, - wysokich energii - powtarzalnych zastosowań. Oprócz niewielkiej masy, winny natomiast mieć możliwość przesyłania informacji poprzez Wi. Fi.

Podstawowe parametry detektora: - zakres energii i odporność na promieniowanie, - wydajność detektora (w odniesieniu do detektorów służących do obrazowania kwantowa wydajność detekcji DQE (ang. Detective Quantum Efficiency). - rozdzielczość energetyczna, - rozdzielczość czasowa, - wielkość powierzchni czynnej detektora (rozmiary matrycy), - tło detektora czyli szum własny, a właściwie stosunek sygnału do szumu SNR (ang. Signal-to-Noise Ratio)

Detektory stosowane do obrazowania charakteryzują jeszcze dodatkowo inne parametry jak np: - rozdzielczość przestrzenna, (ang. spatial resolution) zwana też krótko rozdzielczością, związana z ostrością obrazu, - rozdzielczość kontrastu, (ang. contrast resolution) zwana też krótko kontrastem czyli rozróżnialność niewielkich różnic w intensywności rejestrowanego promieniowania, - zakres dynamiczny, - funkcja przenoszenia modulacji MTF (ang. Modulation Transfer Function),

Dodatkowe wymagania dedykowane dla detektorów PET - wysoka wydajność detekcji promieniowania jonizującego o energii 511 ke. V (>85%) - wysoka gęstość materiału, związana z efektywną liczbą atomową, co bezpośrednio przekłada się na możliwość zastosowania cieńszych kryształów - wysoka rozdzielczość przestrzenna <4 mm FWHM - wysoka rozdzielczość czasowa <5 ns - wysoka rozdzielczość energetyczna <20% FWHM dla energii 511 ke. V - krótki czas martwy - zakres emisji fotonów 380÷ 500 nm - odporność na uszkodzenia radiacyjne Przykładowo: Na. I(Tl) BGO (Bi 4 Ge 3 O 12) i LSO (Lu 2 Si. O 5: Ce)

Czynniki wpływające na DQE

Radiografia komputerowa Radiografia cyfrowa elastyczne płyty obrazowe sztywne płyty obrazowe (wymagają zasilania: baterie) niski koszt wymiany płyty bardzo wysoki koszt wymiany płyty dostarczane w różnych formatach ograniczone wielkości formatów niska wydajność wysoka wydajność wymagany cykl skanowania i wymazywania szybki czas uzyskiwania obrazu (nie ma skanowania) wysoka rozdzielczość może być osiągnięta dla specjalnych płyt wymiar piksela ogranicza rozdzielczość SNR ograniczony przez szum strukturalny (FPN) wysoki SNR- kalibracja usuwa FPN

Detektory liniowe firmy X-Scan Imaging Corp. USA

Użytkownicy CR w przemyśle 1. Technic Control – Szczecin (B. Piekarczyk) 2. WSK Rzeszów (K. Bauer) 3. Wojskowe Zakłady Lotnicze Nr 4 – Warszawa (płyty Kodak) Użytkownicy DR w przemyśle/urządzenia przenośne 1. CLDT Poznań, (S. Iwaszkiewicz); panel XRpad 4336 firmy Perkin. Elmer 2. Air Res – Jasionka, ( P. Zembrzycki ); panel DXR 250 C-W firmy GE 3. Navitest Gdańsk – panel NOVO 22 Discovery firmy NOVO 4. NDT Test – Warszawa (M. Śliwowski); - panel Pax. Scan 1515 DX T firmy Varian )

Dziękuję za uwagę