HISTORIA RADIOGRAFII CYFROWEJ Grzegorz Jezierski 1

Promieniowanie rentgenowskie (X) Typowe energie od 1 keV do 10 MeV Światło widzialne Energie 1,6 – 3,3 eV (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 DuPont wprowadziła błony na podłożu poliestrowym (stosowane do dzisiaj) ► 5

niska absorpcja (1÷4%) → niska efektywność → duże dawki, Właściwości błony 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 CsI 1997 – płaski panel z amorficznym selenem 2001 – przenośny płaski panel ze scyntylatorem na bazie gadolinu 2009 – bezprzewodowy płaski panel DR 7

► ponieważ obecnie nie 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

12

- monitoring środowiska Rodzaj Zjawisko fizyczne Informacja pierwotna Zastosowania Detektory gazowe • komory jonizacyjne • liczniki proporcjonalne • wielodrutowe liczniki proporcj. • liczniki Geigera-Müllera • GEM (Gas Electron Multiplier) jonizacja gazu impulsy elektryczne lub prąd - monitoring środowiska naturalnego i środowiska pracy - dyfraktometria Scyntylatory • NaI(Tl), CsI(Tl), CsI(Na) • CdWO4 [CWO] • Bi4Ge3O12 [BGO] • LaBr3 (Ce) LaCl3 (Ce) • Lu2SiO5:Tb (Ce) [LSO] luminescencja impulsy świetlne - spektrometria Ekrany fluorescencyjne • ZnS(Ag), ZnTe, ZnSe • BaPt(CN)4 • CaWO4, ZnWO4 • Gd2O2S(Tb) (Eu, Pr) [GOS, DRZ lub Gadox] • Y2O2S(Tb) (Eu, Pr), • LaOBr(Tb) - obrazowanie Pamięciowe luminoforowe płyty obrazowe [IP] • BaFBr:Eu2+

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

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 WiFi.

- zakres energii i odporność na promieniowanie, 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 keV (>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 keV krótki czas martwy zakres emisji fotonów 380÷500 nm odporność na uszkodzenia radiacyjne Przykładowo: NaI(Tl) BGO (Bi4Ge3O12) i LSO (Lu2SiO5: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 PerkinElmer 2. Air Res – Jasionka, ( P. Zembrzycki ); panel DXR250C-W firmy GE 3. Navitest Gdańsk – panel NOVO 22 Discovery firmy NOVO 4. NDT Test – Warszawa (M. Śliwowski); - panel PaxScan 1515DX T firmy Varian )

Dziękuję za uwagę