II. Rentgenski aparat - F9

II.Rentgenski aparat1

Rentgenska cev je evakuirana, da elektroni na svoji poti medelektrodama ne trkajo z molekulami plina.4

KatodaKatoda je negativno naelektrena elektroda in služi kot vir elektronov.Elektrone dobimo s segrevanjem v spiralo zvite volframove žice.Katodo grejemo z močnim električnim tokom (nekaj amperov) prinizki napetosti (10 V - 12 V).1: dolga volframova žička2: kratka volframova žička3: katoda v rentgenski ceviProcesu izhlapevanja elektronoviz katode rečemo termičnaemisija.S posebno obliko vdolbine vkateri je spirala dosežemo, da seelektroni ne razpršijo po celotnicevi ampak se fokusirajonaravnost proti izbrani točki naanodi.Površina kamor zadevajoelektroni je zelo majhna in jirečemo žarišče.5

vdolbina zausmerjanjeelektronovmalo goriščeveliko goriščevdolbina s spiralama izvolframovih žičkvdolbina s spiralama izvolframovih žičknapetost 10 Vtok 3-7 A6

porazdelitevelektronov vžariščuPriključitev vdolbine na negativen vir napetosti zmanjšaraztros elektronov v žarišču7

tok med katodo in anodo (A) Skice iz knjige str103…105tok skozi katodno navitje (A)V primerih, ko je tok skozi katodno navitje višji od 5A se prinapetostih med katodo in anodo, ki so manjše od 40 kV okolikatode ustvari oblak elektronov, ki pomembno zasenči vplivelektričnega polja med katodo in anodo.Pri napetostih nad 60kV je senčenja manj, še vedno pa je pri istemtoku skozi katodno navitje tok med katodo in anodo višji pri višjih8napetostih med katodo in anodo.

Anoda Anoda je pozitivno naelektrena elektroda, ki pritegneelektrone iz katode in jih zaustavi. Debela kovinska anoda ima proti katodi visoko pozitivnonapetost U. Električno polje med anodo in katodo pospeši elektrone inti dosežejo kinetično energijo eU, ko udarijo na anodo. Žarišče (površina kamor zadevajo elektroni) je običajno izvolframa (Z=74), ki ima visoko tališče in visoko vrstnoštevilo, kar je pomembno pri izkoristku nastajanjarentgenske svetlobe. V mamografiji se uporabljajo anode iz molibdena (Z = 42)ali rodija (Z = 45). V anodi se sprošča velika količina toplote, ki jo je potrebnoodvesti, da se zaradi pregrevanja ne poškoduje9

katodaanodažariščeelektronifotoni rentgenskesvetlobegorišče10

Manjše gorišče omogoča večjo prostorsko ločljivost na sliki,vendar predstavlja tudi precej večjo toplotno obremenitev anode.Večje gorišče omogoča izbiro daljših ekspozicijskih časov.Z vrtenjem dosežemo, da elektroni zadevajo cel pas anodenamesto le določeno točko. Tudi z nagibom spreminjamo velikostpovršine kamor zadevajo elektroni.1,2 - žarišče3-goriščeanoda s pasovoma zrazličnima naklonoma11

Različni nagib anodne površineφtg φ = b/aφ 1aca c 1bmanjši kot φ pomenimanjše gorišče (b) pridani dolžini žičke ab 112

Različni nagib anodne površine in dolžine spiralnežičkedolžina spiralne žičke- katodegoriščegoriščeKombinacija različnih nagibov anodnihpovršin in dolžin spiralnih žičk katode lahkopomeni enako velikost gorišča13

Velikost gorišča lahko določimo s ploščo z vrezanim zvezdastim vzorcem, ki jo položimo nanosilec, tako da poznano razdaljo do sprejemnika. Iz radiogramadoločimo razdaljo od srede zvezde do mesta, kjer so črte razmazane.z uporabo pinhole kamere,Pripomočki za izvedbo meritevvelikosti fokusne točke inločljivosti1 – plošče z vrezanim zvezdastimvzorcem različnih ločljivosti2 - testni objekti za meritev ločljivosti3 – pinhole kamera14

Prostorska porazdelitev jakosti rentgenske svetlobekotnaodvisnostjakost rentgenske svetlobeUčinek anodnega roba(heel effect) strm padecjakosti rentgenske svetlobe na anodni strani1 – novarentgenska cev2 – stararentgenska cev15

NapajanjeOmrežna napetost nima primerne oblike za neposredno uporabo vrentgenskem aparatu.Generator rentgenskega aparata zato omrežno napetost najprejustrezno transformira in nato še usmeri.Generator rentgenskega aparata je sestavljen iz dvehtransformatorjev.Transformator za nizke napetosti spreminja omrežno napetost vnizko napetost velikosti okoli deset voltov (V) za gretje inrazžaritev katodnega navitja, medtem ko transformator za visokonapetost spreminja omrežno napetost v izbrano visoko napetostveč deset kilovoltov (kV).16

V rentgenski cevi je potrebno zagotoviti, da potujejo elektroni lev smeri od katode proti anodi. Zato je potrebno izmeničnoomrežno napetost, preden jo priključimo na elektrodi rentgenskecevi poleg tega, da jo transformator spremeni v visoko napetostše usmeriti.Usmernik spremeni oziroma usmeri izmenično napetost venosmerno. Poznamo več načinov usmerjanja, ki se razlikujejopo obliki izhodne napetosti.Visokofrekvenčni generatorji omogočajo preoblikovanje omrežnenapetosti v skoraj konstantno napetost, ki zagotavljanajstabilnejše delovanje rentgenske cevi in s tem rentgenskegaaparata17

Upolovično usmerjeni sin(ωt)Dvopulzni usmerjenit18

Upolno usmerjeni sin(ωt)t19

Trifazna napetostPri trifazni napetosti govorimo o štirih vodnikih ( ničelnem) tertreh faznih z oznakami R,S, T.Med ničelnim in posameznimi faznimi vodniki so fazne napetosti,ki jih lahko zapišemoU R0 = U 0 sin(ωt –120 o )U S0 = U 0 sin(ωt +120 o )U T0 = U 0 sin(ωt)U 0t-U 0sin(ωt)sin(ωt+120 o ) sin(ωt -120 o )20

Med faznimi vodniki so medfazne napetosti, ki jihzapišemo z uporabo adicijskega teoremaU SR = U S0 -U R0 = U 0 sin(ωt +120 o ) - U 0 sin(ωt -120 o )U RT = U R0 -U T0 =U 0 sin(ωt -120 o ) - U 0 sin(ωt)U TS = U T0 -U S0 = U 0 sin(ωt) - U 0 sin(ωt +120 o )U SR = √3 U 0 sin(ωt +90 o )U RT =√3 U 0 sin(ωt +210 o )U TS =√3 U 0 sin(ωt +330 o )21

U√3 U 0U 0t-U 0sin(ωt)sin(ωt t +90 o )sin(ωt+120o )sin(ωt t +210 o )sin(ωt -120o )sin(ωt t +330 o )22

Generator rentgenskega aparata vrednosti večpulznih trifaznihusmerjenih napetosti ne sešteva, ampak kot izhodno napetostizbere vedno tisto, ki je v danem trenutku največja.Tako se pri 6 pulzni usmerjeni napetost, vrednost spreminja le za13,6 %, (en pulz prispeva k 1/6 nihaja) pri 12 pulzni pa le za 3,4%(en pulz prispeva k 1/12 nihaja).Novejši aparati uporabljajo visokofrekvenčne generatorje (več kot12 pulzov) pri katerih je anodna napetost praktično konstantna.23

UU 013,6%usmerjena (6pulzna) trifazna napetosttsin(ωt)sin(ωt+120 o ) sin(ωt -120 o )24

UU 03,4%usmerjena (12 pulzna) trifazna napetostt25

Nastavitve parametrov rentgenskega aparataPosamezno ekspozicijo, ki pomeni izvedbo slikanja alipresvetljevanja z virom sevanja oziroma načrtovano obsevanje,opredeljujejo naslednji parametri :napetost U ( ponavadi jo podajamo v enotah kV),tok I v enotah (mA) terekspozicijski čas t v enotah (s),včasih podajamo tudi vrednost produkta toka inekspozicijskega časa v enotah (mAs).26

Za optimalno počrnitev radiograma skrbi sistem za samodejninadzor osvetlitve sprejemnika (AEC Automatic Exposure Control)Sistem samodejno prekine ekspozicijo, ko merjena količina doseževnaprej določeno vrednost, ki zagotavlja, da je sprejemnik obsevans takšno dozo, da bo njegova počrnitev v optimalnem območju.Pri analognih sistemih vsebuje merilnike sevanja (ionizacijske celiceali scintilator), ki so nameščeni pod kaseto s filmom in merijosevanje, ki je prišlo skozi film.Pri digitalnih sistemih pa se uporabijo kar podatki iz sprejemnika27

Pri uporabi sistema lahko nastavimo vrednost napetosti, pri nekaterih aparatih izberemo še tok I (mA) ali produkt toka inekspozicijskega časa (mAs), ki ga ekspozicija ne sme preseči.Pri povsem avtomatiziranem delovanju sistema nadzora osvetlitvena podlagi izmerjene ionizacije po kratki 100 ms trajajočipredekspoziciji sistem ugotovi lastnosti slikanega objekta in izbereustrezno nastavitev napetosti na rentgenski cevi, filter in v nekaterihprimerih celo snov iz katere je primernejše gorišče na anodi.Pri uporabi avtomatske kontrole trajanja ekspozicije moramoposebno pozornost posvetiti namestitvi pacienta glede na položajmerilnih točk. Te so navadno tri, uporabljamo pa jih lahko posamičali vse skupaj- v tem primeru sistem povprečuje preko izmerjenihvrednosti vseh detektorjev.28

Segrevanje rentgenske ceviV rentgenski cevi se večji del ( 99%) električne energije pretvoriv toplotno le ostanek v rentgensko svetlobo. To pa je glavnaomejitev pri uporabi rentgenskih cevi.Prenos toplote povzroči dvig temperature sestavnih delov cevi.Če je le ta previsoka lahko pride do poškodb sestavnih delovrentgenske cevi.Diagrami dovoljenih vrednosti parametrovDiagram, krivulje, ki opisujejo največje dovoljene ekspozicijskečase, pri dani napetosti in toku na rentgenski cevi (tube rating chart)Poznamo stacionarne in rotirajoče anode s hitrostjo od 3000 obratovna minuto do 10000 obratov na minutoDiagrami dovoljenih vrednosti parametrov pri polno usmerjenisinusni napetosti za dve velikosti gorišč in dveh hitrosti vrtenjaanode :29

največja napetost U(kV)tok (mA)ekspozicijski čas (s)gorišče : 0,3 mmvisoka hitrost vrtenja anode30

največja napetost U(kV)tok (mA)ekspozicijski čas (s)gorišče: 0,3 mmnizka hitrost vrtenja anode31

največja napetost U(kV)tok (mA)ekspozicijski čas (s)gorišče: 1,0 mmvisoka hitrost vrtenja anode32

največja napetost U(kV)tok (mA)ekspozicijski čas (s)gorišče: 1,0 mmnizka hitrost vrtenja anode33

Ohišje rentgenske cevi inzaslonke za omejevanje snopasevanja morajo biti zgrajenitako, da prepuščajo samo vsmeri, v kateri iz cevi izhajakoristen snop sevanja.ZaslonkeVsako izhajanje sevanja vneželeni smeri imenujemopuščanje.Obsevalno polje prilagajamo velikosti področja, ki gapresevamo. Zato so v ohišju rentgenskega aparata vgrajenesvinčene zaslonke.34

Svetlobni indikator velikosti poljaPred zaslonkami je še svetlobni indikator velikosti polja, kiosvetljuje objekt in s tem označuje področje obsevalnega polja.Pomembno je, da se svetlobno polje ujema z dejanskim sevalnimpoljem, saj s tem dosežemo obsevanost le tistega dela , ki gapresevamo in minimalno obsevanost sosednjih tkiv.Ujemanje svetlobnega in sevalnega polja imenujemo kongruenca35

Snop rentgenske svetlobe gre preden pade na objekt še skozi steklenoohišje cevi in skozi dodatne filtre (Al ali Cu).S filtracijo se znebimo nizkoenergijskih fotonov rentgenske svetlobe,ki jih drugače zaustavijo že zgornje plasti tkiva in ne dosežejo tkiva.Nizkoenergijski fotoni prispevajo k prejeti dozi ne pa tudi kizboljšanju radiograma.Spekter sevanja, ki ga prepustifilter, vsebuje relativno večvisokoenergijskih fotonov zatopostaja trši.Z dodajanjem filtrov se zmanjšujejakost rentgenske svetlobe, zato jepotrebno ustrezno podaljševatitrajanje ekspozicije.Pri nekaterih aparatih lahko filtremenjavamo in tako poiščemoidealno filtracijo za izbranopreiskavo.FiltracijaAl filter,2 mm36

Slikovni sprejemnikiSlikovni sprejemnik v rentgenografiji je medij oziroma naprava,kjer nastane slika.Namen sprejemnika je zaznavanje oziroma merjenje rentgenskesvetlobe, ki pride skozi slikan objekt in pretvorba v obliko primernoza prikaz.Ko homogen snop rentgenske svetlobe, ki nastane v rentgenski cevi,zadane slikani objekt (pacienta), pride v njem do različnih oslabitev.Za pacientom sevalni snop ni več homogen ampak ima različnejakosti. Prav različne jakosti v izstopnem snopu so nosilecinformacij o tem, kako je objekt sestavljen.37

Slikovni sprejemnik prepuščeno rentgensko svetlobo zazna in pretvoriv signal. Ta je lahko analogen (počrnitev, električni tok) – v temprimeru govorimo o analognih (klasičnih) slikovnih sprejemnikih, alipa sam sprejemnik signal še digitalizira – tedaj govorimo o digitalnihslikovnih sprejemnikih.Med klasične slikovne sprejemnike sodijo rentgenski filmi inojačevalniki slike.Digitalne sprejemnike pa razdelimo v tri skupine in sicerslikovne plošče (načinu rečemo tudi računalniška radiografija (CR– Computed Radiography),neposredne (direktne) digitalne sprejemnike, ki rentgenskosvetlobo pretvorijo neposredno v električni signal in tegadigitalizirajo in posredne digitalne sprejemnike, ki rentgensko svetlobo najprejspremenijo v vidno svetlobo, to pa potem v digitalni električnisignal.38

entgenskosevanjeNastaneksignalaSignalAktivni delsprejemnikaZbiranjesignalaSprejemni delsprejemnikaProces sprejema slike in sam sprejemnik lahko razdelimo v dvadela.V prvem delu procesa se fotoni rentgenske svetlobe absorbirajo vaktivni plasti sprejemnika in pretvorijo v signal (lahko je to npr.električni naboj ali svetloba),signal pa se potem zbere v drugem, sprejemnem delu sprejemnika.39

Rentgenski filmRentgenski film je še vedno pogost rentgenografski slikovnisprejemnik.Prednost in obenem tudi slabost je, da opravlja več funkcij.Deluje kot sprejemnik slike, kot medij za prikaz nastale slike in tudi kot medij za arhiviranje.Prednost tega je predvsem praktičnost uporabe filmov in cena.Slabost pa je dejstvo, da ni mogoče hkrati optimizirati vseh trehnjegovih funkcij.40

Aktivna komponenta filma je fotografska emulzija, ki jesestavljena iz kristalov srebrovih halogenidov, pomešanih vposebni želatini.Emulzija je v tanki plasti nanešena na prozorno plastičnoosnovo-bazo.Slika nastane v dveh korakih: v prvem absorbirana svetloba(rentgenska ali vidna) v emulziji povzroči kemičnespremembe, ki pa še niso vidne.Takšni sliki rečemo latentna. Latentno sliko potem spostopkom razvijanja spremenimo v vidno, nato pa film šefiksiramo s čemer zagotovimo trajnost nastale slike.41

ojačevalna plastbazaojačevalna plastemulzijaRentgenski film je vstavljen in stisnjen v kaseto med eno ali dveojačevalni plasti.Ojačevalne plasti so tanki nanosi fluorescenčnega materiala (včasih seje uporabljal kalcijev volframat, v zadnjem obdobju pa so to soliredkih zemelj – npr. Gd 2 O 2 S),Ojačevalne plasti veliko bolje absorbirajo rentgensko svetlobo kotsam film. Pri tem ob pojavu fluorescence nastane vidna svetloba, nakatero je emulzija filma zelo občutljiva.Pomembno je, da kombiniramo film z ojačevalno plastjo, kifluorescira v tistem delu spektra v katerem je film najobčutljivejšiIzkoristek takšnega sestavljenega sistema (film / ojačevalna plast) 42 jeokrog 10%.

filmrentgenskasvetlobakasetakaseta43

Lastnosti ojačevalnih plastiRelativna občutljivost filmaobčutljivost klasičnega filmaBaSO 4 :Eu,SrYTaOBaSO 4 :Pb4 :NbCaWO 4250 300 350 400 450 500 550 600UV modra zelenavalovna dolžina (nm) Emisijski spektri ojačevalnih plasti (fluorescenca)in spektralna občutljivost klasičnega filma44

175ojačevalni količnik150125100755025LaOBrGd 2 O 2 SCaWO 4050 60 70 80 90 100 110 120napetost (kV)ojačevalni količnik osvetljenosti, podaja razmerje medosvetljenostjo filma, ob uporabi ojačevalne plasti in brez njeneuporabe uporabe za tri ojačevalne plasti LaOBr, Gd 2 O 2 S in CaWo 445

Počrnitev filmaSliko na filmu predstavljajo področja z različnimi počrnitvami.Bolj osvetljena področja na filmu so temnejša, manj osvetljena pasvetlejša.Počrnitev filma (včasih jo imenujemo tudi optična gostota) merimo sprepustnostjo za vidno svetlobo.Optična gostota (OD) je določenakot desetiški logaritem prepustnosti(P) OD = − log10PPočrnitev0 1 23100% 10% 1%0,1%Prepustnost za vidno svetlobočrnitevčrnitevpoložaj46položaj

Lastnosti posamezne vrsteslikovnega sprejemnika opišeodzivna krivulja sprejemnika.Odzivna krivulja pove, kako jeodziv (signal) sprejemnikaodvisen od količine nasprejemnik vpadle rentgenskesvetlobe.Območje v katerem je sprejemnikuporaben imenujemo tudidinamično območje sprejemnika.Odzivna krivulja filmaPočrnitev (OD)3,532,521,510,501/32 1/16 1/8 1/4 1/2 1 2 4 8 16 32Relativna ekspozicijaOdzivno funkcijo rentgenskega filma sestavljenega iz sistema filmain ojačevalne plasti, imenujemo po avtorjih, ki sta jo prva opisala,Hurter-Driffieldova (HD) krivulja.47

Posebnost filma je, da njegov odziv ni sorazmeren osvetlitvi,ampak je odzivna krivulja močno nelinearna.Počrnitveno krivuljo dobimo z uporabo naprave, ki se imenujesenzitometer.Z napravo osvetlimo film z 21 različnimi ravnmi osvetlitve, kise med seboj razlikujejo za faktor √2 (oziroma dve stopnji napočrnjenem filmu pomenita osvetlitvi, ki se razlikujeta zafaktor 2).48

Digitalizacija filmovDigitalizacija poteka s posebnimi optičnimi čitalci, kipresvetlijo razviti film ter v digitalni obliki shranijo optičnogostoto filma v posameznih točkah.Dobljena slika v digitalni oblikiomogoča digitalno shranjevanje,prenos itd. Slabosti: Izguba kakovosti zaradi digitalizacije Razlike med filmi zaradi različnih nivojev ekspozicije alirazličnih kombinacij film/ojačevalna plast Slabši prikaz na digitalnih zaslonih, saj so nivoji sivineoptimizirani za prikaz na negatoskopu in ne na zaslonu.Zato je digitalizacija filmov le zasilna metoda.49

Ojačevalnik slikeOjačevalnik slike je elektronski sprejemnik slike, ki omogočaspremljanje dinamičnih procesov in njihovo opazovanje na zaslonupri dnevni svetlobiOjačevalnik rentgensko svetlobo prevede v vidno in jo hkrati ojači.Zaščitno ohišjeVakuumska posodaVstopnooknoUsmerjevalneelektrodeFluorescentnaplastAnodaFluorescentnizaslonIzstopnooknoFotokatoda50

Telo ojačevalnika je evakuirana steklena posoda z vstopnim inizstopnim oknom na vsaki strani.Vstopno okno ojačevalnika je običajno konveksne oblike in jenarejeno iz aluminija debeline okrog 1 mm. Konveksna oblika dajevakuumski posodi zadostno mehansko trdnost.Na notranji stranivstopnega okna je fluorescenčna plast ponavadi CsI na katero je preko vezivananešena fotokatoda.Premer vhodnega polja je med 10 cm in 40 cm, premer izhodnegapolja izhodno pa 3 cm.Največje vhodno polje je definirano z velikostjo fluorescenčne plastina vhodnem zaslonu, lahko pa je tudi manjše.Ojačanje svetlosti je kar razmerje površine vhodnega proti izhodnemuzaslonu oziroma razmerje med površinama vhodne latentne slike 51 inizhodne vidne slike.

V fluorescenčni plasti se absorbira rentgenska svetloba pri čemernastane vidna svetloba. Količina nastale svetlobe je odvisna odsnovi iz katere je fluorescenčna plast in od njene debeline. Nazačetku se je kot fluorescenčna snov uporabljal cink-kadmijevsulfid (ZnCdS), danes pa je to večinoma cezijev jodid (CsI:Na).Debelina fluorescenčne plasti je kompromis med izkoristkom inločljivostjo. Današnji ojačevalniki imajo fluorescenčno plastdebelo med 0,3 mm in 0,45 mm.Fotokatodna plast je običajno iz spojine antimona in cezija(SbCs 3 ). V fotokatodi svetloba iz fluorescenčne snovi povzročafotoefekt oziroma izbijanje elektronov. Pomembno je, da sespektralna občutljivost fotokatodne snovi čim bolje ujema sspektrom svetlobe, ki nastane v fluorescenčni plasti. Debelinafotokatodne plasti znaša okrog 20 nm , izkoristek pri izbijanjuelektronov pa je med 10 % in 15 %.52

Nastali elektroni imajo nizke kinetične energije.Elektronska optika ojačevalnikov slike je sistem elektrod, kielektrone, nastale na fotokatodi, pospešijo in usmerijo protianodi.V močnem električnem polju se pospešijo do izhodnega okna.Na izhodni strani ojačevalnika pred izhodnim oknom se nahajaanoda, prekrita s tanko aluminijasto plastjo.Elektroni se zaustavijo na izhodnem oknu, ki absorbira energijoelektronov in odda svetel blisk.Plast prepušča pospešene elektrone, preprečuje pa, da bi svetloba,ki nastane na zaslonu, prihajala nazaj v ojačevalnik oziroma protifotokatodi.53

Izhodni zaslon je iz stekla na katerega je nanesena fluorescenčnasnov. Navadno gre za cink-kadmijev sulfid aktiviran s srebrom(ZnCdS:Ag) debeline od 4 do 8 µm. Pomembna lastnostizhodnega zaslona je njegova hitrost oziroma čas, ki je potreben,da fluorescenca preneha, saj ta določa časovno ločljivostojačevalnika.Na izhodni zaslon je nameščena video kamera preko katere slikopošiljamo na diagnostični zaslon.Celoten ojačevalnik je v zaščitnem ohišju. Ohišje je sestavljeno izveč plasti z različnimi nalogami. svinčena plast zagotavlja ustrezno zaščito pred sipanorentgensko svetlobo, antimagnetna plast ščiti ojačevalnik pred magnetnimi motnjamiiz okolice, aluminijasta plast služi kot mehanska zaščita.54

izstopno oknoojačevalnik slikevstopno oknorentgenska svetloba55

Do ojačanja pride zaradi :pomanjšanja slike do katerega pride z usmerjanjemelektronov iz vhodne proti izhodni strani ojačevalnika.Slika na izhodnem zaslonu je glede na vstopno oknopomanjšana, zato se poveča svetlost enote njene površine.ojačitve signala s pospeševanjem elektronov. Elektroni,nastali na fotokatodi, se na poti proti anodi oziromaizstopnemu zaslonu pospešijo. Zato na fluorescenčnemzaslonu vsak elektron povzroči nastanek večjega številasvetlobnih fotonov in s tem večjo svetlost slike.56

Digitalni sistemiDigitalni slikovni sprejemniki, rentgensko svetlobo, ki pride skozipacienta, zaznajo in digitalizirajo.Digitalizacija pomeni razdelitev površine slike v matriko (mrežo)slikovnih elementov, v vsakega od teh elementov pa se shranivrednost digitaliziranega signala.Pri prikazu digitalne slike, vrednost posameznega slikovnegaelementa (imenujemo jo tudi piksel iz angleškega Pixel = PictureElement) spremenimo v določeno barvo ali sivino.Spomin, ki ga potrebujemo za shranjevanje slike je sorazmeren zvelikostjo matrike in obsegom informacije, ki jo nosi posameznielement oziroma številom bitov s katerim je zapisana višina signala– včasih temu rečemo tudi globina zapisa.57

Digitalna slikaVrednost signala je enakapovprečju signala preko celegaelementa58

globina 4 biti11 0 8 15 28 6 3 5 142 1 0 1179 4 6 2 130 10 12površinski element6 1vrstica1 bit (2 vrednosti)2 bita (4 vrednosti)stolpecSlika z matriko 1024 x 1024slikovnih elementov in globinozajema 8 bitov (1 byte) imavelikost 1 Mbyte.4 biti (16 vrednosti)8 bitov (256 vrednosti)59

Spominvelikostmatrikešt. ravničrnitve (biti)Velikost vhodne slike je v vseh primerih enakaZmanjševanje velikosti matrike, se veča dimenzija površinskega 60elementa in s tem postaja slika bolj razmazana.

Lastnosti sprejemnikovDimenzija slikovnega sprejemnika je pogojena z vrsto diagnostike(pri mamografiji je npr. 24 x 30 cm 2 , pri klasični rentgenografiji35 x 35 cm 2 ali celo 35 x 43 cm 2 ), zahteve glede prostorskeločljivosti slik pa pogojujejo velikost slikovnih elementov.RentgenografijaMamografijaDiaskopijaDimenzijadetektorja35 x 43 cm24 x 30 cm35 x 35 cmVelikost piksla0,1 mm do 0,2 mm< 0,1 mm0,2 mmSlikovna matrika1750 x 21503400 x 42002000 x 2000Hitrost odčitavanjanekaj sekundnekaj sekund1/25 s62

Pri digitalnih slikovnih sprejemnikih je odziv sprejemnikaobičajno linearen – dvakrat večja osvetlitev sprejemnikapovzroči dvakrat večji signal.V primerjavi s filmi imajo veliko večje dinamično območje.Značilno dinamično območje digitalnih sprejemnikovobičajno znaša 4 do 5 dekad (razmerje med najmanjšo innajvečjo vrednostjo signala, ki ga lahko zajamejo, je od 1:10.000 do 1:100.000), medtem ko dinamično območje nafilmu zavzema le nekaj več kot dve dekadi (razmerje jenajveč 1: nekaj 100).63

Raven sivine ni odvisna le odosvetlitve sprejemnika, ampakjo lahko spreminjamo tudi zizbiro različnih nastavitevslike. To je ena odpomembnejših razlik zanalogno rentgenografijo, kjerje večja osvetlitev pomenilatudi večjo raven črnitve, sajdodatne nastavitve slike nisomožne.Ker svetlost slike ne odražaveč le ravni osvetljenosti, jepotrebno še večjo pozornostposvetiti izpostavljenostipacientov.64

Pasivni in aktivni sprejemnikiProces nastanka slike razložimo v dveh korakih: absorpcijofotonov rentgenske svetlobe v aktivnem delu sprejemnika inodčitavanje shranjenega signala.Glede na to, kako si sledita oba koraka, delimo sprejemnike napasivne in aktivne.Pri pasivnih se signal shrani v obliki latentne slike vsprejemniku, ki ga je potem potrebno odčitati v čitalniku.Pri aktivnih sprejemnikih pa se signal odčita v času oziromatakoj po osvetlitvi.65

pasivni slikovne plošče ali računalniška radiografija(CR – Computed Radiography), aktivni neposredni (direktni) digitalni sprejemniki, ki rentgenskosvetlobo pretvorijo neposredno v električni signal in tegadigitalizirajo in posredni digitalni sprejemnike, ki rentgensko svetlobonajprej spremenijo v vidno svetlobo, to pa potem vdigitalni električni signal.66

Ploski (Flat Panel) detektorjiOsnova je dobro razvita tehnologija(TFT), ki se uporablja v LCD zaslonih:Sistem vertikalnih in horizontalnih linijz ustrezno čitalno logiko omogočabranje vseh posameznih elementov zmnogo manjšim številom izhodnihkanalov.Uporabljata se oba pristopaIndirektna konverzijaDirektna konverzija6767

Slikovne ploščeSlikovne plošče so nekakšen vmesni člen med analogno indigitalno rentgenografijo.Sama plošča je sicer analogni slikovni sprejemnik, zodčitavanjem pa shranjen analogni signal digitaliziramo.Slikovne plošče so se začele uporabljati v rentgenografiji vzačetku osemdesetih let prejšnjega stoletja. Prve slikovne plošče je patentiral Kodak leta 1975. Gre za snovi, ki del absorbirane energije sevanja shranijo v oblikilatentne slike.Uporabo slikovnih plošč opišemo v treh korakih: osvetlitev, odčitavanje in brisanje.68

V prvem koraku rentgenska svetloba, ki pride skozi slikani objektinteragira z aktivno plastjo slikovne plošče, pri čemer nastanelatentna slika, ki jo tvorijo vzbujeni elektroni, ki se ujamejo v pastiv snovi.Za slikovne plošče se uporabljajo fotoluminiscenčne snovi izdružine barijevih fluoro halidov(BaFX:Eu2+, pri čemer je X Cs, Br ali I).Latentna slika pri teh snoveh je razmeroma obstojna saj zbranisignal ostane uporaben nekaj ur do nekaj tednov, odvisno od snovi.69

Če takšno snov osvetlimo z vidno svetlobo ustrezne valovnedolžine (običajno rdeče barve), se ujeti elektroni vrnejo izvzbujenih stanj v osnovna, pri čemer razliko energije izsevajo vobliki vidne svetlobe (običajno modre barve).Količina izsevane svetlobe je merilo za dozo, ki jo je prejelaplošča.Prvi komercialno dostopen sistem na osnovi fotoluminiscenčnihslikovnih plošč je izdelal Fuji leta 1983.70

Odčitavanje in brisanje71

Odčitavanje plošče poteka tako, da v čitalniku laserski žareksistematično premikamo prek slikovne plošče.Pri tem se v točki, kjer laserski žarek zadane ploščo, sprostijoelektroni, ujeti v pasteh in izseva se vidna svetloba.Ta ima drugačno valovno dolžino (barvo) od laserske svetlobe injo izmerimo s fotopomnoževalko. Zaenkrat večino čitalnikovodčitava plošče točkovno (naenkrat se odčita le ena točka), vsakaodčitana točka predstavlja slikovni element na digitalni sliki.Hitrost odčitavanja je pogojena s časom, v katerem se izsevavečina vidne svetlobe, ki jo zbere fotopomnoževalka.Pri snoveh, ki se danes uporabljajo za izdelavo slikovnih plošč, ječas izsevanja 99% zbrane svetlobe okrog 4 µs.Tako je za odčitanje plošče dimenzije 35 x 43 cm z velikostjoroba slikovnega elementa 0,1 mm potrebnih okrog 60 s.72

Po brisanju plošče je ta pripravljena za ponovno uporabo.Slikovne plošče so uporabne več tisočkrat, njihova uporaba niomejena zaradi procesa fotoluminiscence ampak preprosto zaradimehanske obrabe. Ker se plošče uporabljajo na enak način kot rentgenski filmi (vradiografski kaseti), predstavljajo preprost prehod iz analogne vdigitalno radiografijo, saj zamenjava rentgenskega aparata nipotrebna.Zamenjamo le navadne radiografske kasete s kasetami sfotoluminiscenčnimi ploščami in razvijalno napravo s čitalnikomslikovnih plošč.73

Podobno kot drugi digitalni slikovni sprejemnikiimajo tudi CR sistemi razmeroma široko dinamičnoobmočje od 4 do 5 dekad za razliko od filmov, znajveč nekaj več kot dvema dekadama), karzmanjšuje verjetnost premajhnih in previsokihekspozicij. Odziv slikovnih plošč je sicer linearen, vendar sesignal iz fotopomnoževalke, ki meri izsevanosvetlobo običajno takoj logaritemsko obdela, zato jevrednost slikovnih točk na CR slikah logaritemskoodvisna od doze na sprejemnik.74

Aktivni digitalni sprejemnikiAktivni digitalni slikovni sprejemnik (flat panel) je sestavljen izmatrike detektorskih elementov.Vsak detektorski element je miniaturni merilnik sevanja, kivsebuje tako aktivni del, kjer nastane signal, kot tudi sprejemnidel, kjer se signal zbere in shrani.Za odčitavanje in shranjevanje signala se uporabljajo tanke plastitranzistorjev (TFT = Thin Film Transistor), ki so podobne tistim vzaslonih iz tekočih kristalov.Posamezni tranzistor deluje kot zbiralnik naboja, ki nastane medekspozicijo na aktivnem delu sprejemnika.75

Lastnosti aktivnih sprejemnikovZa aktivne digitalne slikovne sprejemnike je značilno, da jepotrebno odčitan signal pred prikazom še obdelati.Obdelava slike pred prikazom (preprocessing) je potrebnapredvsem zaradi različne občutljivosti posameznih detektorskihelementov in zaradi morebitnih nedelujočih detektorskihelementov.Zaradi različnih nehomogenosti (npr. neenakomerne debelineaktivne plasti sprejemnika) ima vsak detektorski elementsprejemnika svojo lastno občutljivost.76

Ravni odčitanih signalov je potrebno ustrezno utežiti in stem popraviti.Popravljanje se izvede na podlagi zadnje umeritvesprejemnika, ki je preprosta osvetlitev sprejemnika shomogenim poljem rentgenske svetlobe.Na ta način ugotovimo, koliko signal posameznihelementov odstopa od pričakovane vrednosti in toupoštevamo kot popravek pri slikanjih.Običajno je med detektorskimi elementi sprejemnika tudinekaj nedelujočih, ki jih poiščemo med umerjanjem.77

Običajno jih ni mogoče popraviti, manjše število takšnihelementov pa bistveno ne vpliva na kakovost diagnostike, vrednostsignala posameznega nedelujočega elementa sistemi nadomestijo spovprečno vrednostjo signala okoliških elementov.V primeru, da je takšnih elementov veliko in da se pojavljajo vgručah ali črtah, jih ni mogoče nadomestiti z vrednostjo signalaokoliških elementov, ne da bi s tem vplivali na diagnostičnovrednost slik. Zato je takšen sprejemnik potrebno zamenjati.Pri klasični rentgenografiji in mamografiji uporabljamo takopasivne kot aktivne slikovne sprejemnike, pri diaskopski uporabirentgenskih naprav pa so uporabni zgolj aktivni slikovnisprejemniki.78

Fotoprevodni digitalni slikovni sprejemnikiFotoprevodni slikovni sprejemniki izkoriščajo lastnostnekaterih snovi, da absorbirana rentgenska svetlobo v tehsnoveh povzroči nastanek električnega naboja.Takšna snov je na primer selen v amorfni obliki (a-Se).Plast selena obložimo z dvema elektrodama in nanjupriključimo visoko napetost.Naboj zaradi električnega polja v fotoprevodni plasti potujeproti zbiralnim elektrodam, kjer ga zberemo in shranimo v TFTmatriki.79

+rentgenskosevanjea-Senaboj-Signal(el)Fotoprevodni sprejemniki imajo zelo visok izkoristek, saj zberejopreko 95% nastalega naboja.Zaradi visoke napetosti preko (razmeroma) tanke plasti amorfnegaselena nastalo električno polje usmerja naboj premočrtno protisprejemnem tranzistorju, kar zagotavlja visoko prostorskoločljivost.80

Scintilatorski digitalni slikovni sprejemnikiAktivni slikovni sprejemniki, pri katerih električni signal dobimoposredno preko pretvorbe rentgenske svetlobe v vidno svetlobo, soobičajno scintilatorski.Scintilatorji so snovi, ki pri izpostavljenosti rentgenski svetlobi(takoj) oddajajo vidno svetlobo.Scintilatorski sprejemniki zberejo okrog 50% svetlobe, ki nastanev aktivni snovi.Njihov skupni izkoristek pa je povezan tudi z debelino aktivnesnovi, ki pogojuje absorpcijo rentgenske svetlobe.81

Pri starejših scintilatorskih sistemih je bilaaktivna snov nanešena v oblikiscintilatorskega prahu. Težava pri tem je,da je svetloba, nastala na nekem mestu,osvetlila določeno področje na sprejemnemdelu TFT matrike.Debelejša plast scintilatorja je tako resdapomenila večji izkoristek za rentgenskosvetlobo, vendar je, zaradi prehajanjasvetlobe k sosednjim fotodiodam, hkratipomenila tudi manjšo prostorsko ločljivost.Pri novejših scintilatorskih sprejemnikihje aktivna plast raščena v iglasti alistolpičasti obliki (CsI), ki deluje kotoptični vodnik, kar izboljša prostorskoločljivost sprejemnika.82

entgenskosevanjeSCINTILATORsvetlobaFOTODIODESignal(el)Matrika fotodiod iz amorfnega silicija (a-Si) pretvori vidno svetlobo velektrični signal, tega pa shranijo posamezni elementi TFT matrike.8383

Detektorski element poleg aktivnega dela vsebuje tudi miniaturnoelektroniko (stikala, podatkovne vodnike itd.), ki zmanjšujeizkoristek sprejemnika, saj zavzame nekaj prostora. Zato je aktivnapovršina posameznega detektorskega elementa manjša od celotnepovršine, ki jo zavzema.Delež aktivne površine proti celotni imenujemo zapolnitveni faktor(fill factor). Ker elektronika običajno zahteva določeno površino, jezapolnitveni faktor tem manjši, čim manjši so elementi.ElektronikaAktivni del84