Усилитель рентгеновского изображения (XRII) — это усилитель изображения , который преобразует рентгеновские лучи в видимый свет с более высокой интенсивностью , чем более традиционные флуоресцентные экраны. Такие усилители используются в системах рентгеновской визуализации (например, флуороскопах ), чтобы позволить преобразовать рентгеновские лучи низкой интенсивности в удобный яркий видимый световой выход. Устройство содержит входное окно с низкой поглощающей способностью/рассеиванием, как правило, алюминиевое, входной флуоресцентный экран, фотокатод, электронную оптику, выходной флуоресцентный экран и выходное окно. Все эти части установлены в среде высокого вакуума внутри стекла или, в последнее время, металла/керамики. Благодаря своему усиливающему эффекту он позволяет наблюдателю легче видеть структуру отображаемого объекта, чем только флуоресцентные экраны, изображения которых тусклые. XRII требует меньших поглощенных доз из-за более эффективного преобразования рентгеновских квантов в видимый свет. Это устройство было первоначально представлено в 1948 году. [1]
Общая функция усилителя изображения заключается в преобразовании падающих рентгеновских фотонов в световые фотоны достаточной интенсивности для обеспечения видимого изображения. Это происходит в несколько этапов. Входное окно имеет выпуклую форму, изготовлено из алюминия для минимизации рассеяния рентгеновских лучей. Толщина окна составляет 1 мм. После того, как рентгеновские лучи проходят через алюминиевые окна, они сталкиваются с входным люминофором , который преобразует рентгеновские лучи в световые фотоны. Диапазон толщины входного люминофора от 300 до 450 микрометров достигает компромисса между эффективностью поглощения рентгеновских лучей и пространственным разрешением. Более толстый входной люминофор имеет более высокую эффективность поглощения, но плохое пространственное разрешение и наоборот. Активированный натрием йодид цезия обычно используется из-за его более высокой эффективности преобразования благодаря высокому атомному номеру и массовому коэффициенту ослабления по сравнению с сульфидом цинка-кадмия. Входной люминофор расположен в небольших трубках, чтобы позволить фотонам проходить через трубку без рассеивания, что улучшает пространственное разрешение. [2] Затем фотоны света преобразуются в электроны фотокатодом. Фотокатод состоит из сурьмяно-цезиевого сплава, который должен соответствовать фотонам, полученным от входного фосфора, таким образом, максимизируя эффективность производства фотоэлектронов. Фотокатод имеет толщину 20 нм с эффективностью поглощения от 10 до 15%. [2]
Разность потенциалов (25-35 киловольт), созданная между анодом и фотокатодом, затем ускоряет эти фотоэлектроны, в то время как электронные линзы фокусируют луч до размера выходного окна. Выходное окно обычно изготавливается из активированного серебром цинк-кадмиевого сульфида и преобразует падающие электроны обратно в фотоны видимого света. [2] На входном и выходном люминофорах число фотонов умножается на несколько тысяч, так что в целом наблюдается большой прирост яркости. Этот прирост делает усилители изображения высокочувствительными к рентгеновским лучам, так что относительно низкие дозы могут использоваться для флюороскопических процедур. [3] [4] [5] [6]
Усилители рентгеновского изображения стали доступны в начале 1950-х годов и рассматривались через микроскоп. [7]
Просмотр выходного сигнала осуществлялся с помощью зеркал и оптических систем до внедрения телевизионных систем в 1960-х годах. [8] Кроме того, выходной сигнал можно было захватить на системах с камерой для 100-миллиметровой пленки, используя импульсные выходы рентгеновской трубки, аналогичные обычной рентгенографической экспозиции; разница заключалась в том, что вместо кассеты с пленочным экраном изображение для записи на пленку поступало на экран II.
Входные экраны варьируются от 15 до 57 см, причем наиболее распространенными являются экраны 23 см, 33 см и 40 см. В каждом усилителе изображения фактический размер поля может быть изменен с помощью напряжений, подаваемых на внутреннюю электронную оптику, для достижения увеличения и уменьшения размера просмотра. Например, экран 23 см, обычно используемый в кардиологических приложениях, может быть установлен в формат 23, 17 и 13 см. Поскольку выходной экран остается фиксированного размера, выход, по-видимому, «увеличивает» входное изображение. Высокоскоростная оцифровка с аналоговым видеосигналом появилась в середине 1970-х годов, а импульсная флюороскопия была разработана в середине 1980-х годов с использованием низкодозовых быстропереключающихся рентгеновских трубок. В конце 1990-х годов усилители изображения начали заменяться плоскими панельными детекторами (FPD) на флюороскопических аппаратах, что составило конкуренцию усилителям изображения. [9]
Передвижные рентгеноскопические аппараты с «С-дугой» часто в разговорной речи называют усилителями изображения (ИИ) [10] , однако, строго говоря, усилитель изображения — это только одна часть аппарата (а именно детектор).
Флюороскопия, использующая рентгеновский аппарат с усилителем изображения, имеет применение во многих областях медицины. Флюороскопия позволяет просматривать живые изображения, что делает возможной хирургию под контролем изображения . Распространенные области применения включают ортопедию , гастроэнтерологию и кардиологию . [11] Менее распространенные области применения включают стоматологию . [12]
Система, содержащая усилитель изображения, может использоваться либо как стационарное оборудование в специальном помещении для скрининга, либо как мобильное оборудование для использования в операционной . Мобильный блок рентгеноскопии обычно состоит из двух блоков: рентгеновского генератора и детектора изображений (II) на подвижной С-образной дуге и отдельного блока рабочей станции, используемого для хранения и обработки изображений. [13] Пациент располагается между двумя руками, как правило, на рентгенопрозрачной кровати. Стационарные системы могут иметь С-образную дугу, закрепленную на потолочном гентри, с отдельной зоной управления. Большинство систем, организованных как С-образные дуги, могут иметь усилитель изображения, расположенный над или под пациентом (с рентгеновской трубкой ниже или выше соответственно), хотя некоторые статические системы в помещении могут иметь фиксированную ориентацию. [14] С точки зрения защиты от радиации предпочтительнее работа под кушеткой (с рентгеновской трубкой), поскольку это снижает количество рассеянного излучения на операторов и работников. [15] [16] Также доступны более мелкие «мини» мобильные С-дуги, в основном используемые для визуализации конечностей, например, для небольших операций на руке . [17]
Плоские детекторы являются альтернативой усилителям изображения. Преимущества этой технологии включают: меньшую дозу облучения пациента и повышенное качество изображения, поскольку рентгеновские лучи всегда импульсные, и отсутствие ухудшения качества изображения с течением времени. Несмотря на то, что FPD стоят дороже, чем системы II/TV, заметные изменения в физическом размере и доступности для пациентов того стоят, особенно при работе с детьми. [9]