การพัฒนาตัวรับภาพ

  ติดต่อ

  Detector  

การพัฒนาตัวรับภาพ  

Detector Development

วาทิต คุ้มฉายา                  วท.บ.รังสีเทคนิค
ปฏิยุทธ ศรีวิลาศ                วท.บ.รังสีเทคนิค
เอนก สุวรรณบัณฑิต           วท.บ.รังสีเทคนิค

ภาควิชารังสีวิทยา คณะแพทยศาสตร์ศิริราชพยาบาล มหาวิทยาลัยมหิดล

 

วาฑิต คุ้มฉายา, ปฏิยุทธ ศรีวิลาศ, เอนก สุวรรบัณฑิต. การพัฒนาตัวรับภาพ. วารสารชมรมรังสีเทคนิคและพยาบาลเฉพาะทางรังสีวิทยาหลอดเลือดและรังสีร่วมรักษาไทย, 2553;4(1):  1-5

 

ตัวรับภาพรังสีสำหรับงานฟลูออโรสโคปี มีหน้าที่หลักในการขยายสัญญาณ (intensifier) โดยการรับสัญญาณเอกซเรย์และแปลงสัญญาณเป็นไฟฟ้าเพื่อแสดงภาพเอกซเรย์ต่อเนื่องผ่านจอมอนิเตอร์ โดยมีองค์ประกอบที่สำคัญได้แก่ input window, input phosphor, photocathode, vacuum and electron optics, output phosphor and output window ด้วยความสามารถ ในการเรืองแสงของสารเรืองแสงทำให้สามารถใช้เอกซเรย์พลังงานต่ำในการสร้างภาพที่ยังสามารถมองเห็นได้อย่างชัดเจน โดยได้มีการนำเสนอครั้งแรกโดยบริษัทฟิลิปส์ ในปีด ค.ศ. 1955  โดยชั้นแรกแผ่นเรืองแสงจะมีสารประกอบหลักเป็น calcium tungsten

การเรืองแสงจากเอกซเรย์ต้องใช้ตัวกลางที่เรียกว่าแผ่นเรืองแสง (luminescent screen, scintillators) ซึ่งอาจทำจากสารประกอบบางอย่างเช่น โซเดียมไอโอไดด์ (sodium iodide; NaI) เป็นระบบ Image intensifier พัฒนาในราวปี 1950 โดยจะแปลงโฟตอนเอกซเรย์ให้เป็นโฟตอนที่ที่มองเห็นได้ ตัวรับภาพอิเล็กทรอนิกส์ทำโดยการสร้างเป็นตัวเพิ่มสัญญาณภาพ (photomultiplier) สัญญาณที่ได้มีการขยายความสว่างถึง 100,000 เท่า การเรืองแสงจากเอกซเรย์มีหลายชื่อตามแต่ละวิวัฒนาการ ได้แก่ ระบบฟิล์ม-แผ่นเรืองแสง (filmscreen) ระบบแผ่นเรืองแสง (image intensifier) ระบบตัวรับภาพผลึก (flat panel detector) ซึ่งระบบต่างๆ จะช่วยให้ได้ภาพที่เหมาะสมในขณะที่ใช้พลังงานเอกซเรย์ที่ต่ำลง  ระบบ image intensifier มีขนาดได้กว้างถึง 45 ซม. และมีความละเอียด (resolution) ประมาณ 2-3 line pair/mm.

หลักการทำงานของตัวรับภาพ คือ เมื่อโฟตอนของเอกซเรย์กระทบกับชั้นเรืองแสง(scintillating layer) ของ input screen ซึ่งจะทำการแปลงโฟตอนไปเป็นพลังงานแสงที่มองเห็นได้  (optically visible rays of light) กระบวนการภายในคือโฟตอนที่ปลดปล่อยออกมาจะกระทบกับ  photocathode ซึ่งจะเปลี่ยนโฟตอนไปเป็นอิเล็คตรอน อิเล็คตรอนจะวิ่งกระทบกับแผ่นเรืองแสง (phosphorus screen) ซึ่งจะขยายสัญญาณอิเล็คตรอนไปเป็นสัญญาณแสงที่มองเห็นได้ ซึ่งพลังงานแสงจะมีขนาดเล็กกว่าและสว่างกว่าและวิ่งผ่านออกทาง output window ซึ่งอยู่หลังต่อ output screen และจะมี digital CCD camera จะจับสัญญาณไปสร้างเป็นภาพเพื่อนำออกทางมอนิเตอร์  ดังภาพ

 

ช่วงค่าปริมาณเอกซเรย์ในการถ่ายภาพ โดยระบบดิจิตอลจะมีแหล่งกำเนินรังสีที่มีความถี่ 20 kHz โดยจะให้ค่าพลังงานระหว่าง 40kV ถึง 110 kV โดยที่จะใช้พลังงานกระแสไฟฟ้าระหว่าง 0.1 mA ถึง 6 mA ในระหว่างการฟลูออโรสโคปี หากเป็นการใช้เพื่อการถ่ายภาพรังสี (spot) จะใช้พลังงานกระแสไฟฟ้าระหว่าง 20mA ถึง 200mA

คุณสมบัติของ image intensifier ที่สำคัญคือ มีความละเอียด 44 line pair/mm. และมี anti-scatter grid ขนาด 10:1 ที่ระยะโฟกัส 90 cm.

การพัฒนาตัวรับภาพชนิด flat detector เพื่อทดแทน image intensifier เริ่มโดย Ziehm Imaging และ Philips Medical Philips Medical ข้อดีของ Flat Detector คือใช้พลังงานเอกซเรย์ที่ต่ำกว่า ซึ่งจะทำให้ผู้ป่วยได้รับปริมาณรังสีลดลง ในขณะที่ได้ภาพการตรวจที่มีคุณภาพสูงขึ้น เนื่องจากเอกซเรย์ให้ค่าเป็นช่วงคลื่น (pulse fluoroscopy) และไม่มีการลดลงของคุณภาพภาพเนื่องจากเวลา (no deterioration of the image quality over time)

ตัวรับภาพชนิด flat detector ได้มีการพัฒนาเป็น 2 รูปแบบ ได้แก่ direct semiconductor detector และ indirect detector ซึ่งเป็นการพัฒนาร่วมระหว่าง scintillator กับ semiconductor detector  โดยมีรายละเอียด ได้แก่

  1. Direct semiconductor detectors ซึ่งพัฒนาในช่วง 1970 โดย semiconductor เกิดจากการผสมระหว่าง siliconกับ lithium เป็น Si(Li) หรือgermanium กับ lithium เป็น Ge(Li) ซึ่งมีคุณสมบัติใกล้เคียงกัน โฟตอนเอกซเรย์จะแปลงผ่าน electron hole pair ใน semiconductor โดยจะเกิดกระบวนการ energy dispersive x-ray spectroscopy หากแต่กระบวนการนี้ต้องเกิดในสภาพที่มีอุณหภูมิเย็นเพียงพอ โดยปกติระบบหล่อเย็นจะใช้ peltier effect หรือ liquid nitrogen ตัวรับภาพนี้อาจเรียกในชื่อ solid state detector ซึ่งมีองค์ประกอบหลักเป็น cadmium telluride (CdTe) และ สารอัลลอยด์กลุ่ม zinc เกิดเป็น cadmium zinc telluride ซึ่งจะมีความไว (sensitivity) สูง ทำให้สามารถรับสัญญาณจากเอกซเรย์พลังงานต่ำได้  การประยุกต์ใช้เริ่มพัฒนาเข้าสู่การใช้รังสีทางการแพทย์ในปี ค.ศ.1990 และเมื่อ selenium ได้รับการใช้ในทางการค้าอย่างกว้างขวาง ระบบ direct semiconductor detector ได้พัฒนามาเป็น flat panel x-ray detector  ซึ่งมีความไวต่อรังสีที่สูงขึ้นกว่าระบบ image intensifier  โดยมี high temporal resolution ซึ่งช่วยลด motion blurring , improve contrast ration สูงถึง 35:1 ขณะที่ spatial resolution ยังคงเทียบเท่า image intensifier อยู่ ปัจจุบันได้มีการวิจัยถึง silicon drift detector ซึ่งผลิตจาก semiconductor fabrication เนื่องจากไม่ต้องใช้ระบบหล่อเย็นร่วมด้วย
  2. Indirect detector เมื่อมีการใช้ semiconductor array detector อย่างกว้างขวาง จึงได้มีการออกแบบระบบตัวรับสัญญาณเอกซเรย์ให้เกิดการทำงานร่วมกับตัวแผ่นเรืองแสง scintillator screen โดยมีหลักการคือ scintillator screen ทำการแปลง

การพัฒนาแผ่นเรืองแสงและระบบกล้องโทรทัศน์ในช่วงปี 1950 นั้นทำให้ระบบฟลูโอโรสโคปีได้พัฒนาเพิ่มขึ้น จนสามารถทำการตรวจในห้องปกติได้ และระบบกล้องทำให้สามารถเห็นภาพของการตรวจผ่านทางจอคอมพิวเตอร์ได้ในทันที และเมื่อพัฒนาแผ่นเรืองแสงที่ทำจากซีเซียมไอโอไดด์ (CsI) ซึ่งช่วยลดสิ่งรบกวนในภาพ ทำให้สามารถใช้ปริมาณรังสีที่ให้แก่ผู้ป่วยลดลงแต่ได้ภาพที่มีคุณภาพดียิ่งขึ้น ปี 1988 การผลิตเชิงตลาดของ flat panel detector ได้เข้ามาทดแทนการใช้ image intensifier โดยมีข้อดีในหลายๆ ประการ

 

บรรณานุกรม

  1. Hatakiyama Y, Kakeda K, Ohnari N, Moriya J. et al. Reduction of Radiation Dose for Cerebral Angiography Using Flat Panel Detector of Direct Conversion Type: A Vascular Phantom Study. American Journal of Neuroradiology, 2007; 28:645-650
  2. Schueler AB. The AAPM/RSNA Physics Tutorial for Residents General Overview of Fluoroscopic Imaging1. http://radiographics.rsna.org/content/20/4/1115.figures-only
  3. Ewert U. New Trends in Industrial Radiology. http://www.ndt.net/article/v07n02/ewert/ewert.htm
  4. _______________________.
    X-ray. http://en.wikipedia.org
    /wiki/X-ray
  5. _______________________.GE Technology fundamental. http://www.phoenix-xray.com
    /en/company/technology/principles_of_operation/principle_050.html
  6. _______________________.
    X-ray_image_intensifier http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_image_intensifier

 

บันทึกนี้เขียนที่ GotoKnow โดย  ใน KENA in IR life

หมายเลขบันทึก: 418895, เขียน: , แก้ไข, 2012-06-20 23:29:26+07:00 +07 Asia/Bangkok, สัญญาอนุญาต: สงวนสิทธิ์ทุกประการ, อ่าน: คลิก

คำสำคัญ (Tags) #detector#fluoroscopy

บันทึกล่าสุด 

ความเห็น (0)