Bóng tăng sáng hình ảnh hiện nay chỉ định lượng liều tia X hiệu dụng cái mà cho phép thời gian thực trực quan và tương tác. Kết quả là hình ảnh thời gian thực thường được hiển thị bằng cách sử dụng một hệ thống video (thường quy hoặc CCD) quang học ghép đôi với bóng tăng sáng tia X. Phim X quang hoặc chuỗi phim Xquang thu được trong suốt quy trình huỳnh quang bằng cách ghi lại đầu ra XRII bằng trung bình của định dạng nhỏ (chụp bằng huỳnh quang) hoặc máy quay phim cái mà tiếp nhận bóng tăng sáng qua một máy tách quang học. Gần đây hơn, chụp X quang ngay lập tức và quay phim ngay lập tức đã được thực hiện số hóa các tín hiệu video.
Hình 17. Bóng tăng sáng dựa trên hệ thống chụp X quang số
Một bóng tăng sáng (XRII) hệ thống X quang số được biểu diễn dưới dạng biểu đồ trong hình 17. Điều này tương tự như chuỗi hình ảnh được sử dụng trong chiếu X quang, với ngoại lệ mà các máy quay video có khả năng tích hợp tín hiệu, do đó tạo điều kiện cho việc số hóa các hình ảnh quang học từ XRII. Các XRII (DeGroot 1994)
hấp thụ ảnh tia X tới, khuếch đại nó trong một phương thức cơ bản không nhiễu và đầu ra nó như một hình ảnh quang học cái mà sau đó được phân phối bởi ống kính máy quay video (Rowlands 1994).
Tia X được chuyển thành ánh sáng trong màn hình phosphor đầu vào lớn thường là đường kính 12.5cm đến 40cm. Soi huỳnh qunag một catot quang làm bay hơi trực tiếp trên phosphor và giải phóng các electron. Các electron được gia tốc qua
một chênh lệch điện thế lớn (thường là 25kV) và tập trung tĩnh điện bởi một đầu ra phosphor nhỏ (đường kính 2.5cm)
Cửa sổ đầu vào là cần thiết để lưu trữ chân không trong bóng tăng sáng. Nó nên được trong suốt tới tia X như có thể tránh tổn hao các lượng tử tạo ảnh và giảm thiểu tán xạ trong cửa sổ, cái mà gây tổn hao tương phản do sự che độ chói. Ban đầu cửa sổ đầu vào được làm bằng thủy tinh nhưng bây giờ chúng thường là kim loại nói chung – nhôm 2 mặt lồi hoặc titan lõm.
Chức năng của phosphor đầu vào là để cung cấp một giá trị ƞ và g1 cao và truyền ánh sáng trong độ sắc nét một ảnh như có thể đến catot quang. CsI(Na) được sử dụng phổ biến cho mục đích này (DeGroot 1994). Thông thường độ dày 300–400 µm
được sử dụng. Số nguyên tử hiệu suất tương đối cao và mật độ nén cao của nó dẫn đến hiệu suất phát hiện lượng tử tốt trong phạm vi năng lượng chẩn đoán. Tuy nhiên, lợi thế duy nhất của CsI là nó có thể bị bốc hơi trong một cách mà nó hoạt động như một bộ điều lái ánh sáng sợi quang. Trong hình 3 và 4 chúng tôi so sánh ƞ cho CsI với màn hình được làm bằng chất lân quang (phosphor) khác nhau và tới đầu dò quang dẫn
(xem thêm Vosburg và những người khác 1977).
Mục đích của catot quang là để chuyển đổi các photon ánh sáng để electron có hiệu quả. Hiệu suất lớn nhất thu được khi độ nhạy quang phổ của catot quang là phù hợp với phổ phosphor. Các catot quang cực kỳ nhạy cảm với nhiễu vì vậy nó phải được thực hiện tại chỗ, trong XRII đầy đủ khác sau khi một độ chân không cao đã được thiết lập. Độ chân không phải được duy trì liên tục sau đó.
Một yếu tố quan trọng trong việc đạt được các độ lợi trong một XRII là 25 keV năng lượng mỗi electron phát ra từ catot quang, nhận được từ trường tĩnh điện trước khi đập vào phosphor đầu ra. Độ lợi cũng đạt được bằng cách thu nhỏ ảnh điện tử. Các yếu tố thu nhỏ của bất kỳ XRII có thể được thay đổi bằng cách thay đổi điện thế thích hợp đặt vào mỗi điện cực. Độ lợi có thể được giảm xuống, mà không thay đổi kích thước của trường, bằng cách làm giảm tất cả các điện áp đặt vào trong các tỷ lệ tương tự.
Chức năng của phosphor đầu ra là để chuyển đổi các hình ảnh điện tử tới thành một hình ảnh ánh sáng có thể nhìn thấy. Nó nên làm điều này với hiệu suất cao nhất có thể, và với độ nhòe ít nhất. Bề mặt bên trong của lớp phosphor được bọc bởi một lớp nhôm mỏng, mờ đục giúp duy trì điều kiện hoạt động tĩnh điện ổn đinh và ngăn chặn
ánh sáng từ đầu ra phosphor chiếu sáng lớp catot quang trên đầu vào phosphor. Một vấn đề lớn phát sinh trong đầu ra phosphor là sự che độ chói qua quầng sáng trên tấm ảnh, nơi mà ánh sáng dự định được phát xạ tới ống kính hình ảnh thay vì bị kẹt trong các chất nền thủy tinh của phosphor và có thể nhập lại lớp phosphor.
Ưu điểm lớn sẵn có trong thiết kế của XRII cái mà giúp đỡ để làm cho quá trình hoạt động của XRII dựa trên hệ thống hình ảnh lượng tử tia X giới hạn. Đầu tiên, các khớp nối mật thiết của phosphor và catot quang cung cấp hiệu suất thu của ánh sáng cao hơn ống kín hoặc phương pháp sợi quang. Thứ hai, như biểu diễn trong hình 12(c), các tập hợp và trung tâm của các điện tử phát ra bởi trường tĩnh điện cũng rất hiệu quả và hai yếu tố này ảnh hưởng hơn bất kì catot quang hiệu suất thấp. Thứ ba, sự gia tốc của các electron trong ống cung cấp một độ lợi cao hơn bù đắp cho những tổn thất tiếp theo trong hệ thống hình ảnh. Cuối cùng, sự thu nhỏ hình ảnh trong ống cho phép khớp nối ống kính hiệu quả trong giai đoạn tiếp theo, thường là một máy quay video.
7.1 Máy quay video
Các máy quay video được ghép nối quang học với đầu ra của XRII. Các đặc tính của máy quay video được chi phối bởi các đặc điểm của bộ cảm biến quang học được chọn. Ví dụ, đèn Vidicon sử dụng nhiều trong máy quay video huỳnh quang sử dụng một mục tiêu nhạy cảm ánh sáng làm từ antimony trisulphide (Sb2S3) mật độ thấp. Một chất quang dẫn khác với tính chất khác nhau cũng có sẵn. Đèn thu hình Plumbicon sử dụng một mục tiêu PbO, trong khi mục tiêu của Saticon gồm Selen vô định hình. Những máy ảnh đã giảm chậm trễ so với đèn Vidicon, làm cho chúng phù hợp hơn cho các ứng dụng đáp ứng thời gian tốt là quan trọng như chụp mạch kỹ thuật số. Một đánh giá toàn diện về thiết kế ống máy quay video và sự xuất hiện của đèn Vidicon như các loại chi phối được cung cấp bởi McGee (1979). Tất cả cửa hàng cảm biến video hiện đại đại diện cho hình ảnh tại mỗi điểm ảnh liên tục và trong toàn bộ khu vực hoạt động cùng một lúc (nghĩa là các điểm ảnh nhận biết ánh sáng đồng thời). Sự phát hiện đồng thời là cần thiết cho một máy ảnh nhạy cảm, nhưng một hệ thống thực tế thường được đọc theo hình thức nối tiếp điểm ảnh.
Hình 18. Nguyên tắc hoạt động của ống máy quay Vidicon.
Hình 18 mô tả hoạt động cơ sở của máy ảnh ống Vidicon. Vidicons là các thiết bị ống chân không trong đó một chùm tia điện tử quét các mục tiêu và tiếp tục phục hồi bề mặt tự do tới điện thế catot của súng điện tử, thông thường coi như đất
(Thompsett 1979). Mục tiêu bên được chiếu sáng được duy trì ở một điện thế Va thông qua một điện cực trong suốt. Do đó Va xuất hiện qua lớp mục tiêu, tạo ra điện trường
E. Mục tiêu là quang dẫn, tức là một chất cách điện rất tối trong bóng tối, nhưng dễ dàng cho phép sự di chuyển của các hạt mang điện (electron và lỗ trống) được giải phóng bởi tác động của ánh sáng. Điện trường E trong chất quang dẫn khiến electron trôi dạt vào điện cực trong suốt trong khi lỗ trống được kéo ra bề mặt tự do. Vì vậy, một hình thức hình ảnh điện tích dương tiềm ẩn trên bề mặt tự do của các mục tiêu được chiếu sáng.
Sự hiển thị hình ảnh tiềm ẩn được thực hiện bởi các chụp tia điện tử quét. Trong thời gian các chùm tia ở trên một điểm ảnh riêng, một điện tích bằng với điện tích ảnh tiềm ẩn tại điểm ảnh chảy từ chùm tia tới mục tiêu để khôi phục lại các mục tiêu trên điện thế đất. Một bộ tiền khuếch đại kết nối với mục tiêu hình thành các tín hiệu video từ dòng này. Các mô hình quét phải được đồng nhất cao để tránh sự biến dạng hình học và méo tín hiệu (bóng ).
Nhiễu tia X được tạo ra trong XRII và truyền quang học bởi cảm biến () được thay đổi bởi các MTF của ống XRII, các khớp nối quang học và cảm biến video. Tuy
nhiên, có các nguồn khác của nhiễu được tạo ra hơn nữa dọc theo chuỗi hình ảnh và do đó độc lập với các chức năng dịch chuyển. Trong thiết kế máy quay Vidicon loại nhiễu đáng kể duy nhất này là khuếch đại nhiễu một số trong đó xuất hiện trong giai đoạn đầu của bộ tiền khuếch đại. Quang phổ của khuếch đại nhiễu là ‘dạng tam giác’ hoặc đạt đỉnh ở tần số không gian cao hơn và do đó nhiễu tia X chiếm ưu thế ở tần số thấp và khuếch đại nhiễu ở tần số cao. Mức độ với điểm bị ảnh hưởng bởi các thiết lập khẩu độ quang học của máy quay video. Nhiễu trong một Vidicon xảy ra trong bộ tiền khuếch đại, không ống chính nó. Có một đóng góp thụ động từ điện dung xuống đất của mục tiêu nhưng điều này phụ thuộc hoàn toàn vào việc thiết kế ống và độc lập với loại chất quang dẫn. Arnold và Scheibe (1984) đã công bố kết quả của một cuộc điều tra nhiễu của hệ thống XRII với máy quay video cho các ứng dụng để chụp động mạch xóa nền kỹ thuật số.
Máy ảnh huỳnh quang phải được thay đổi để áp dụng cho chụp X quang kỹ thuật số. Nó được mong muốn rằng máy ảnh có một đáp ứng tuyến tính với ánh áng tới, ví dụ γ = 1.0, trong đó γ là độ dốc đồ thị của hàm logarit của đầu ra video so với hàm logarit của mật độ ánh sáng. Hai nhược điểm của Vidicon Sb2S3 cho các ứng dụng chụp X quang số là phi tuyến với mật độ ánh sáng (γ ~ 0.7) cũng như một bóng tối quá lớn hiện tại. Ống Plumbicon and Saticon có đáp ứng cơ bản tuyến tính với mật độ ánh sáng và bóng tối không đáng kể hiện tại và vì thế ưu tiên cho chụp X quang kỹ thuật số.
Máy quay video X quang số thường được vận hành trong chế độ (Baily 1980)
đọc ra xung tăng dần (PPR). Trong PPR, trước khi tới xung tia X mục tiêu ống quay video là được ‘làm sạch’ bằng cách quét liên tục. Khi bắt đầu tiếp xúc tia X, máy ảnh được ‘để trống’ (nghĩa là các dòng tia electron quét được giảm xuống bằng 0 ở phần cuối của các khung hình đầy đủ tiếp theo của sự làm sạch) và sau đó sự tiếp xúc xung tia X được thực hiện. Hình ảnh được đọc ra dần dần sau đó các mục tiêu máy quay video bằng cách khôi phục dòng tia lúc bắt đầu của khung hình video và số hóa với một tốc độ và băng thông phù hợp với chất lượng hình ảnh cần thiết.
Độ nhạy của máy ảnh kỹ thuật số, và do đó lượng bức xạ sử dụng cho mỗi khung hình, có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi hiệu suất của các khớp nối quang giữa bóng tăng sáng và ống máy quay bởi việc điều chỉnh một màng ngăn quang. Việc mở màng ngăn sẽ cho phép sử dụng làm giảm tiếp xúc với mỗi khung
hình cái mà sẽ làm tăng nhiễu lượng tử. Hệ thống PPR điển hình để ‘định lượng hiệu suất’ trong phạm vi từ 10-100 µR/khung hình (chế độ 25cm) và 20-200 µR/khung hình (chế độ 15cm) (Rowlands và những người khác 1989).
Bằng cách sử dụng một máy quay video ở chế độ PPR có thể chụp hình ảnh hiệu quả trên một phạm vi rộng của thời gian phơi sáng tia X. Các hệ thống video với 1024 × 1024 điểm ảnh, ghép nối với bóng tăng sáng đầu vào đường kính 15 hoặc 25cm đã được chỉ ra là có thể chất lượng hình ảnh lâm sàng tương đương với 100mm
ảnh huỳnh quang (Hynes và những người khác 1989). Sự hiệu chỉnh làm mờ nét ảnh và kết cấu đường vằn, ghép nối với các thuật toán nâng cao hình ảnh tự động, có thể cải thiện hơn nữa khả năng thu nhận của ảnh kỹ thuật số PPR. Đối với chụp x quang nói chung, trường khuếch đại lớn hơn là cần thiết với sự gia tăng kích thước ma trận để duy trì độ phân giải.