10. Hệ bản phẳng Flat-panel systems
10.2 Hệ tĩnh điện trạng thái rắn Solid state electrostatic systems
Có rất nhiều ưu điểm khi sử dụng các hệ tĩnh điến trạng thái rắn như chất quang dẫn, selen vô định hình (a-Se) hoặc chất bán dẫn, silic, độ tinh khiết cao, mẫu đơn tinh thể chứ không phải các chất lân quang. Cơ sở của hầu hết các hệ tạo ảnh X quang y tế là một lớp lân quang hoặc màn hình (hình 7a).
Như đã đề cập trước đó, các tia X hấp thụ tại màn hình phát ra ánh sáng mà phải thoát lên bề mặt để tạo ảnh và ánh sáng lây lan bên được xác định bằng cách khuếch tán. Như vậy đường kính mờ là so sánh với bề dày màn hình. Phần mờ này gây mất thông tin ảnh tần số cao là phần nền tảng (Sandrik and Wagner 1982) và và phần lớn là không phục hồi được. Sự suy giảm có thể được giảm bằng cách sử dụng một chất lân quang như CsI mà có thể phát sinh trong các mẫu gợi nhớ của sợi quang (hình 7(b)). Tuy nhiên, sự tách biệt giữa các sợi được tạo ra bởi bẻ gãy và kết quả là kênh ánh sáng không hoàn hảo
(Spekowius và cộng sự 1995). Một phương pháp khác có thể thích hợp hơn là sử dụng một lớp tĩnh điện (Brodie and Gutcheck 1982) như hình 7(c). Tương tác các tia X trong chất dẫn quang tạo ra các điện tử và lỗ trống, bởi vì chúng mang điện, có thể được hướng trực tiếp tới bề mặt của chất dẫn quang bởi một điện trường được đặt vào. Ảnh điện tích ngầm trên bề mặt chất dẫn quang, do đó, không bị mờ đáng kể ngay cả khi tấm được làm đủ dày để hấp thụ hầu hết các tia X tới (Que and Rowlands 1995).
Hình 22. (a) Nguyên lý máy dò silic vô định hình (xem mặt cắt ngang) biểu thị tranzitor phim mỏng (TFT) và mặt cắt một diode quang Si:H với điện cực dẫn trong suốt indium tin oxide (ITO) được kết nối với một thế hiệu dịch chung ~ 5V. Các điện cực khác của diode quang được kết nối với cực máng (D) của TFT đóng vai trò như một công tắc, được điều khiển bởi điện thế treen cực cửa (G), để kết nối một diode quang với cực nguồn (S). (b) Mảng ma trận ghi silic vô định hình của các thành phần điểm ảnh (các diode quang) và các chuyển mạch tranzitor phim mỏng có thể được sử dụng để tạo ra máy dò kích thước lớn. Điều khiển quét địa chỉ mảng từng dòng và các tín hiệu được ghi dọc theo các cột của thiết bị được kết nối với bộ khuếch đại điện tích.
Selen vô định hình (a-Se) là chất dẫn quang được phát triển cao nhất trong các ứng dụng X quang. Trạng thái vô định hình của nó có thể làm duy trì các đặc tính không thay đổi của hình ảnh tới các nguyên tử trên kích thước lớn. Chức năng chính của lớp a-Se là làm yếu (giảm bớt) các tia X, tạo ra các cặp điện tử- lỗ trống tự do (theo tỷ lệ cường độ tia X tới) và thu chúng ở điện cực. Để đạt được giá trị ƞ cao, các đầu dò phải có độ dày vừa đủ (hình 4). Hiệu suất cao trong việc chuyển đổi năng lượng hấp thụ tia X thành cặp điện tử - lỗ trống tự do đòi hỏi điện trường cao. Cuối cùng, số traps lớn trên lớp phải nhỏ vì vậy tất cả các vật mang tự do tiếp cận với điện cực thích hợp của chúng. Mỗi bề mặt phải có 1 điện cực được gắn để cho phép thu điện tích từ a-Se trong khi ngăn chặn điện tích đi từ điện cực vào trong a-Se. Đó được gọi là chặn tiếp xúc (block contact), mà phải được duyt trì ngay dưới điện trường rất cao (Schaffert 1980). Bề mặt cuối cùng của một a-Se ở đó hình ảnh được hình thành phải có độ dẫn ngang rất nhỏ, nếu không thì điện tích ảnh có thể di chuyển sang hai bên phá hủy độ phân giải. Độ dẫn ngang nhỏ được thực hiện bằng cách cho vào mật độ cao các trap trong a-Se rất gần với giao diện ảnh (Pai and Springett 1993).
Các ứng dụng y tế đầu tiên của a-Se, chụp X quang tĩnh điện (Boag 1973) - ở đây một ảnh điện tích trên bề mặt tấm a-Se được hiển thị màu – một thành công trong kỹ thuật và thương mại ngày đó. Dù chụp X quang tĩnh điện (xem Jeromin 1988) không còn tính cạnh tranh, điều này có lẽ là do các phương pháp hiển thị màu được dùng thời điểm đó, chứ không phải thuộc tính cơ bản của a-Se (Brodie and Gutcheck 1985). Như vậy, bằng cách sử dụng màn hình điện tử, a-Se lại trở nên khả thi như là cơ sở của một hệ tạo ảnh lâm sàng.
Neitzel và cộng sự (1994) đã mô tả một bộ quét màng nhĩ a-Se có lợi ích thương mại cho chụp X quang vú. Điều này như việc làm trước đây của Xerox (Jeromin and Klynn 1979) và Philips tại phòng nghiên cứu của họ ở Aachen (Hillen và cộng sự 1988), trong đó ghi được thực hiện bằng cách quét một mảng điện kế nhỏ tuyến tính trên ảnh điện trường trên bề mặt selen. May and Lubinski (1993) đã mô tả một phương pháp để ghi trên tấm selen với phủ mực lân quang và máy quét laze. Họ đã biểu diễn hình ảnh rất chi tiết mà được
cho là phù hợp với chụp X quang vú. Cook và cộng sự (1994) đã công bố giới thiệu sơ bộ về nghiên cứu gần đây của họ trên chùm laze xả trên tấm a-Se. Nghiên cứu này có liên quan đến công bố trước đó của Korn và cộng sự (1978), Zermeno và cộng sự (1979), and DeMonts and Beaumont (1989) cũng như phương pháp khoảng hở (air-gap) (Rowlands và cộng sự 1991), và được ghi (readout-màn hình) với một chất điện môi trạng thái đặc (Rowlands and Hunter 1995).
Lee và cộng sự (1996) đã mô tả một phương pháp màn hình phẳng cho chụp X quang, dựa trên việc sử dụng phương pháp hiển thị ma trận tích cực cho a-Se và một cách tiếp cận tương tự cũng được ủng hộ bởi Zhao and Rowlands (1992, 1995) cho chụp và chiếu X quang. Các tính năng tiềm năng của phương pháp này là: chất lượng hình ảnh cao, hiển thị thời gian thực và kích thước nhỏ gọn. Các khái niệm cơ bản được thể hiện trong hình 23.Trong khi chiếu tia X, năng lượng được hấp thụ bởi lớp a-Se và điện tích được tạo ra bởi điện trường bên trong ESe tới các bề mặt. Ảnh điện tích được thu bởi các điện cực điểm ảnh và tích lũy vào điểm ảnh điện dung (tức là điện dung của chính nó và một tụ điện lưu trữ tích hợp). Các điện cực điểm ảnh và tụ điện lưu trữ được kết nối đến TFT chuyển mạch của mỗi điểm ảnh, thiết bị hiển thị có thể giống nhau được sử dụng với silic vô định hình (hình 22(b)). Các mạch tạo xung điều khiển quét bên ngoài để bật tất cả TFT chuyển mạch trên một hàng của mảng và chuyển điện tích từ các tụ điện điểm ảnh ra các đường hiển thị (các cột). Điện tích sau đó được thu và khuếch đại bởi các bộ khuếch đại trên mỗi đường và dữ liệu cho toàn bộ hang được trộn. (Các bộ khuếch đại và bộ trộn là một mạch IC silic đơn tinh thể được liên kết với mảng). Trình tự này được lặp lại cho mỗi hàng của mảng. Hiển thị trong thời gian thực, do đó phương pháp này có thể dùng cho cả chụp và chiếu X quang. Fahrig và cộng sự (1995) đã phân tích các yếu tố ảnh hưởng DQE trong a-Se các đầu dò tia X.