Фотостимулированная люминесценция ( PSL ) — это высвобождение накопленной энергии внутри фосфора при стимуляции видимым светом для получения люминесцентного сигнала. Рентгеновские лучи могут вызывать такое накопление энергии. Пластина, основанная на этом механизме, называется фотостимулируемой фосфорной (PSP) пластиной (или пластиной визуализации ) и является одним из типов рентгеновских детекторов, используемых в проекционной радиографии . Создание изображения требует освещения пластины дважды: первое воздействие интересующим излучением «пишет» изображение, а позднее второе освещение (обычно лазером с видимой длиной волны ) «считывает» изображение. Устройство для считывания такой пластины известно как фосфоримиджер (иногда пишется как фосфоимиджер , возможно, отражая его общее применение в молекулярной биологии для обнаружения радиоактивно меченых фосфорилированных белков и нуклеиновых кислот ).
Проекционную рентгенографию, использующую фотостимулируемую фосфорную пластину в качестве детектора рентгеновского излучения, можно назвать « рентгенографией с фосфорной пластиной » [1] или « компьютерной рентгенографией » [2] (не путать с компьютерной томографией , которая использует компьютерную обработку для преобразования нескольких проекционных рентгенограмм в трехмерное изображение ).
На фотостимулируемых фосфорных пластинах (PSP) слой фосфора обычно имеет толщину от 0,1 до 0,3 мм. После первоначального воздействия коротковолнового ( обычно рентгеновского ) электромагнитного излучения возбужденные электроны в фосфорном материале остаются «захваченными» в «цветовых центрах» («F-центрах») в кристаллической решетке до тех пор, пока не будут стимулированы вторым освещением. Например, фотостимулируемый фосфор Fuji наносится на гибкую полиэфирную пленочную подложку с размером зерна около 5 микрометров и описывается как «фторбромид бария, содержащий следовое количество двухвалентного европия в качестве центра люминесценции». [3] Европий — это двухвалентный катион, который заменяет барий, создавая твердый раствор . Когда ионы Eu2 + подвергаются воздействию ионизирующего излучения, они теряют дополнительный электрон, становясь ионами Eu3 + . Эти электроны попадают в зону проводимости кристалла и захватываются пустой решеткой ионов брома кристалла, что приводит к метастабильному состоянию , которое имеет более высокую энергию, чем исходное состояние.
Источник света с более низкой частотой, энергия которого недостаточна для создания большего количества ионов Eu3 + , может вернуть захваченные электроны в зону проводимости. Когда эти мобилизованные электроны сталкиваются с ионами Eu3 + , они испускают сине-фиолетовую люминесценцию 400 нм. [4] Этот свет производится пропорционально количеству захваченных электронов и, таким образом, пропорционально исходному рентгеновскому сигналу. Его часто можно собрать с помощью фотоумножительной трубки , которая тактируется с определенным разрешением или частотой захвата пикселей. Таким образом, свет преобразуется в электронный сигнал и значительно усиливается. Затем электронный сигнал квантуется с помощью АЦП в дискретные (цифровые) значения для каждого пикселя и помещается в карту пикселей процессора изображений.
После этого пластины можно «стирать», подвергая пластину воздействию белого света комнатной интенсивности . Таким образом, пластину можно использовать снова и снова. Пластины для визуализации теоретически можно повторно использовать тысячи раз, если с ними обращаться осторожно и при определенных условиях воздействия радиации. Обработка пластин PSP в промышленных условиях часто приводит к повреждению после нескольких сотен использований. Механические повреждения, такие как царапины и ссадины, являются обычным явлением, а также усталость от излучения или отпечатки из-за высокоэнергетических приложений. Изображение можно стереть, просто подвергая пластину воздействию флуоресцентного света комнатной интенсивности, но требуется более эффективное, полное стирание, чтобы избежать переноса сигнала и артефактов. Большинство лазерных сканеров автоматически стирают пластину (современная технология использует красное светодиодное освещение) после завершения лазерного сканирования. Затем пластину для визуализации можно использовать повторно.
Многоразовые фосфорные пластины безопасны для окружающей среды, но их необходимо утилизировать в соответствии с местными правилами из-за состава фосфора, который содержит тяжелый металл барий.
Компьютерная радиография используется как для промышленной радиографии , так и для медицинской проекционной радиографии . Детекторы с пластинами изображений также использовались в многочисленных исследованиях кристаллографии . [5]
В рентгенографии с использованием фосфорной пластины пластина изображения помещается в специальную кассету и помещается под часть тела или объект, который необходимо исследовать, и производится рентгеновское облучение. Затем пластина изображения пропускается через специальный лазерный сканер или считыватель CR, который считывает и преобразует изображение в цифровую рентгенограмму . Затем цифровое изображение можно просматривать и улучшать с помощью программного обеспечения, которое имеет функции, очень похожие на функции другого обычного программного обеспечения для цифровой обработки изображений, такие как контрастность, яркость, фильтрация и масштабирование. Пластины изображения CR (IP) можно модернизировать для существующих смотровых кабинетов и использовать в нескольких рентгеновских кабинетах, поскольку IP обрабатываются с помощью считывателя CR (сканера), который может использоваться совместно несколькими смотровыми кабинетами. [6]
Рентгенография пластин PSP часто отличается от прямой радиографии (DR). Прямая радиография обычно относится к захвату изображения на аморфный кремниевый или селеновый плоский детектор (FPD), данные напрямую передаются в электронном виде на обрабатывающий компьютер. Рентгенография пластин PSP вместо этого использует кассету, содержащую пластину изображения, которая хранит изображение до тех пор, пока оно не будет считано и загружено в компьютер. Этот дополнительный шаг, от экспонирования детектора до видимого цифрового изображения, является основным различием между двумя методами. [7]
Пластины PSP и DR FPD обычно используются для проекционной радиографии . Это не следует путать с флюороскопией , где есть непрерывный луч излучения и изображения появляются на экране в реальном времени, для чего пластины PSP не могут быть использованы. [8]
Пластины PSP обычно используются в качестве рентгеновских детекторов для измерений в физике высокой плотности энергии. Примерами служат визуализация самоизлучения имплозии инерционного термоядерного синтеза , [9] подсвеченная рентгеновская микроскопия, [9] и пространственно-разрешенная эмиссионная спектроскопия квантовых точек . [10]
Впервые пластины для визуализации были использованы в коммерческих медицинских целях компанией Fuji в 1980-х годах. [11]