Фотостимулированная люминесценция
Фотостимулированная люминесценция ( PSL ) — это высвобождение накопленной энергии внутри люминофора путем стимуляции видимым светом для создания люминесцентного сигнала. Рентгеновские лучи могут вызвать такое накопление энергии. Пластина, основанная на этом механизме, называется пластиной фотостимулируемого люминофора (PSP) (или пластиной визуализации ) и представляет собой один из типов детекторов рентгеновского излучения, используемых в проекционной радиографии . Для создания изображения необходимо дважды осветить пластину : первое воздействие интересующим излучением «записывает» изображение, а позднее, второе освещение (обычно лазером видимой длины волны ) «читает» изображение. Устройство для считывания такой пластинки известно как фосфорилограф (иногда пишется как фосфоимиджер , что, возможно, отражает его обычное применение в молекулярной биологии для обнаружения меченных радиоактивным изотопом фосфорилированных белков и нуклеиновых кислот ).
Проекционная рентгенография с использованием фотостимулируемой люминофорной пластины в качестве детектора рентгеновского излучения может быть названа « рентгенографией с люминофорной пластиной ». [1] или « компьютерная рентгенография » [2] (не путать с компьютерной томографией , которая использует компьютерную обработку для преобразования нескольких проекционных рентгенограмм в трехмерное изображение ).
Структура и механизм
[ редактировать ]Хранение энергии
[ редактировать ]
На пластинах фотостимулируемого люминофора (PSP) слой люминофора обычно имеет толщину от 0,1 до 0,3 мм. После первоначального воздействия коротковолнового ( обычно рентгеновского ) электромагнитного излучения возбужденные электроны в материале люминофора остаются «захваченными» в «центрах окраски» («F-центрах») кристаллической решетки до тех пор, пока не будут стимулированы вторым освещением. . Например, фотостимулируемый люминофор Fuji нанесен на гибкую подложку из полиэфирной пленки с размером зерна около 5 микрометров и описывается как « фторбромид бария, содержащий следовые количества двухвалентного европия в качестве центра люминесценции». [3] Европий представляет собой двухвалентный катион, который заменяет барий с образованием твердого раствора . Когда ЕС 2+ ионы подвергаются воздействию ионизирующего излучения, они теряют дополнительный электрон и превращаются в Eu 3+ ионы. Эти электроны попадают в зону проводимости кристалла и захватываются пустой решеткой кристалла, содержащей ионы брома, что приводит к образованию метастабильного состояния с более высокой энергией, чем исходное состояние.
Энергетика и цифровизация
[ редактировать ]
Низкочастотный источник света, энергии которого недостаточно для создания большего количества Eu. 3+ ионы могут вернуть захваченные электроны в зону проводимости. Когда эти мобилизованные электроны сталкиваются с Eu 3+ ионы, они излучают сине-фиолетовую люминесценцию с длиной волны 400 нм. [4] Этот свет создается пропорционально количеству захваченных электронов и, следовательно, пропорционально исходному рентгеновскому сигналу. Часто его можно собрать с помощью фотоумножителя , который 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 до дискретных (цифровых) значений для каждого пикселя и помещается в карту пикселей процессора изображений.
повторное использование
[ редактировать ]После этого пластины можно «стирать», подвергая их воздействию белого света комнатной интенсивности . Благодаря этому пластину можно использовать снова и снова. Пластины для визуализации теоретически можно использовать повторно тысячи раз, если с ними обращаться осторожно и при определенных условиях радиационного воздействия. Обращение с пластинами PSP в промышленных условиях часто приводит к повреждению после нескольких сотен использований. Механические повреждения, такие как царапины и потертости, являются обычным явлением, а также радиационная усталость или отпечатки из-за применения высоких энергий. Изображение можно стереть, просто подвергнув пластину воздействию флуоресцентного света на уровне комнаты, но требуется более эффективное и полное стирание, чтобы избежать переноса сигнала и артефактов. Большинство лазерных сканеров автоматически стирают пластину (современная технология использует красную светодиодную подсветку) после завершения лазерного сканирования. Затем пластину визуализации можно использовать повторно.
Многоразовые люминофорные пластины безопасны для окружающей среды, но их необходимо утилизировать в соответствии с местными правилами, поскольку в состав люминофора входит тяжелый металл барий.
Использование
[ редактировать ]
Компьютерная рентгенография используется как для промышленной рентгенографии , так и для медицинской проекционной рентгенографии . Детекторы с пластинчатыми изображениями также использовались в многочисленных кристаллографических исследованиях. [5]
Медицинская рентгенография
[ редактировать ]При рентгенографии с люминофорной пластиной визуализирующая пластина помещается в специальную кассету и помещается под обследуемую часть тела или объект и производится рентгеновское облучение. Затем пластина для визуализации проходит через специальный лазерный сканер или считыватель CR, который считывает и преобразует изображение в цифровую рентгенограмму . Затем цифровое изображение можно просмотреть и улучшить с помощью программного обеспечения, которое имеет функции, очень похожие на другие традиционные программы цифровой обработки изображений, такие как контрастность, яркость, фильтрация и масштабирование. Пластины для визуализации CR (IP) можно переоборудовать в существующие смотровые кабинеты и использовать в нескольких рентгеновских кабинетах, поскольку IP обрабатываются с помощью считывателя (сканера) CR, который можно использовать в нескольких кабинетах для осмотра. [6]
Отличия от прямой рентгенографии
[ редактировать ]
Рентгенографию пластины PSP часто отличают от прямой рентгенографии (DR). Прямая рентгенография обычно подразумевает захват изображения на плоскопанельный детектор из аморфного кремния или селена (FPD), при этом данные напрямую передаются в электронном виде на обрабатывающий компьютер. Вместо этого при рентгенографии пластин PSP используется кассета, содержащая пластину визуализации, в которой изображение сохраняется до тех пор, пока оно не будет считано и загружено в компьютер. Этот дополнительный шаг, заключающийся в представлении детектора видимому цифровому изображению, является основным различием между этими двумя методами. [7]
Пластины PSP и FPD DR обычно используются для проекционной рентгенографии . Это не следует путать с рентгеноскопией , где имеется непрерывный луч излучения и изображения появляются на экране в реальном времени, для чего нельзя использовать пластины PSP. [8]
Физика
[ редактировать ]Пластины PSP обычно используются в качестве детекторов рентгеновского излучения для измерений в физике высокой плотности энергии . Примеры включают самоэмиссионную визуализацию термоядерных имплозий с инерционным удержанием , [9] рентгенографическая микроскопия с подсветкой, [9] с пространственным разрешением и эмиссионная спектроскопия квантовых точек . [10]
История
[ редактировать ]в 1980-х годах для коммерческого медицинского использования Пластины с изображениями были впервые использованы компанией Fuji . [11]
См. также
[ редактировать ]- усилитель рентгеновского изображения
- Радиолюминесценция
- Спинтарископ
- Рентгеноскопия
- Цифровая рентгенография
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Бенджамин С. (2010). «Рентгенография фосфорных пластин: неотъемлемый компонент безпленочной практики». Дент сегодня . 29 (11): 89. ПМИД 21133024 .
- ^ Роулендс Дж. А. (2002). «Физика компьютерной радиографии». Физ Мед Биол . 47 (23): Р123–66. дои : 10.1088/0031-9155/47/23/201 . ПМИД 12502037 . S2CID 250801018 .
- ^ «Принцип методологии визуализационной пластины» . Фуджифильм . Архивировано из оригинала 19 марта 2006 года . Проверено 27 июня 2017 г.
- ^ «Изображающая пластинка» . Фуджифильм.
- ^ Грюнер, С.М.; Эйкенберри, EF; Тейт, М.В. (2006). «Сравнение рентгеновских детекторов». Международные таблицы по кристаллографии . Ф (7,1): 143–147. дои : 10.1107/97809553602060000667 .
- ^ «Системы компьютерной рентгенографии (CR)» (PDF) . Всемирная организация здравоохранения . 2012 . Проверено 27 июня 2017 г.
- ^ «Компьютерная рентгенография и цифровая рентгенография» . Кампус МАГАТЭ по здоровью человека . Проверено 27 июня 2017 г.
- ^ «Флюороскопия» . Всемирная организация здравоохранения . Архивировано из оригинала 19 октября 2014 года . Проверено 27 июня 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Изуми Н., Снавли Р., Грегори Г., Кох Дж. А., Парк Х.-С., Ремингтон Б. А. (2006), Применение пластин для визуализации для рентгеновской визуализации и спектроскопии в экспериментах с лазерной плазмой ( приглашен) , Издательство AIP
- ^ Холден, Уильям М.; Хойдн, Оливер Р.; Диттер, Александр С.; Зейдлер, Джеральд Т.; Кас, Джошуа; Стейн, Дженнифер Л.; Коссарт, Брэнди М.; Козимор, Стош А.; Го, Цзинхуа; Да, Ифань; Маркус, Мэтью А.; Факра, Сирин (01 июля 2017 г.). «Компактный рентгеновский эмиссионный спектрометр Роуланда с дисперсионной перефокусировкой для лабораторных, синхротронных и XFEL-приложений». Обзор научных инструментов . 88 (7). arXiv : 1704.07496 . дои : 10.1063/1.4994739 . ISSN 0034-6748 .
- ^ Дрейер, Кейт Дж.; Мехта, Амит; Тралл, Джеймс Х. (2013). PACS: Путеводитель по цифровой революции . Спрингер. п. 161. ИСБН 9781475736519 .