Page 29 - IFM_201403 całość 300 dpi

Inżynier i Fizyk Medyczny 3/2014 vol. 3

143

artykuł

/

article

mammografia

/

mammography

Technologia zliczania fotonów

Promieniowanie rentgenowskie jest często uważane za ciągły

strumień energii. W rzeczywistości taki strumień składa się

z pojedynczych cząstek, tzw. fotonów promieniowania rentge-

nowskiego, które oddziałują kolejno na detektor. Promieniowa-

nie rentgenowskie ma zatem charakter cyfrowy. Konstrukcja

detektora mammografu MicroDose firmy Philips uwzględnia

taki charakter tego promieniowania. Detektor mammografu

MicroDose firmy Philips

zwiększa wartość liczni-

ka fotonów bezpośred-

nio po wykryciu każdego

promienia

rentgenow-

skiego. W związku z tym

nie ma etapów pośred-

nich, które mogą zwięk-

szać poziom szumów

na drodze od wykrycia

fotonu do obliczenia

wartości piksela na mam-

mogramie, jak pokazano

na rysunku 2. Ponieważ

na każdym etapie kon-

wersji występuje ryzyko

zwiększenia

poziomu

szumów i utraty sygnału,

kilka firm poczyniło starania mające na celu ograniczenie liczby

takich etapów. Detektor mammografu MicroDose firmy Philips

jest przypadkowym wynikiem badań w dziedzinie fizyki wielkich

energii. Jest on wspólnym efektem pracy tysięcy naukowców w

okresie od 1960 roku do odkrycia kwarka t w 1996 roku [1]. W fi-

zyce wielkich energii, np. przy poszukiwaniu kwarka t, wymaga-

na jest bardzo wysoka wydajność detekcji oraz wyodrębnienie

maksymalnej ilości i informacji z każdej wykrytej cząstki, takiej

jak foton promieniowania rentgenowskiego.

Konstrukcja detektora

System detektora składa się z dużej licz-

by detektorów paskowych z krzemu.

Krzem ma doskonałe właściwości elek-

troniczne i bardzo dobrą rozdzielczość

energetyczną. Jego wadą jest stosunko-

wo słabe pochłanianie z powodu niskiej

liczby atomowej (Z = 14). Problem ten

rozwiązano przez ustawienie detekto-

rów paskowych w konfiguracji krawę-

dziowej, długą osią równolegle do kie-

runku padania wiązki promieniowania

rentgenowskiego. Dzięki temu uzyskano

wystarczająco długą drogę absorpcji, czego efektem jest wyso-

ka wydajność kwantowa w całym widmie energetycznym stoso-

wanym w mammografii.

na rysunku 1, który przedstawia etapy dodawania sygnałów po-

szczególnych fotonów (w zielonych polach). Każdy etap konwer-

sji może pogorszyć jakość obrazu. W systemach korzystających

z technik innych niż zliczanie fotonów początkowy sygnał cyfrowy

promieni rentgenowskich jest przekształcany w sygnał analogowy,

a po ekspozycji następuje próba odzyskania pierwotnego sygnału

cyfrowego poprzez przetwornik analogowo-cyfrowy.

Rys. 1

Schematyczne przedstawienie różnych technologii detektorów cyfrowych w mammografii. Etapy analogowe

znajdują się powyżej czerwonej linii; etapy cyfrowe znajdują się poniżej czerwonej linii. Zielone pola oznaczają etapy, na

których dodawane są sygnały poszczególnych fotonów

Rys. 2

Detektor zliczający fotony mammografu Mi-

croDose firmy Philips

Rys. 3

Detektory paskowe z krzemu krystalicznego ustawione w konfiguracji

krawędziowej

Interakcja promieni rentgenowskich z krzemem wywołuje

przeniesienie energii do fotoelektronu lub elektronu Compto-

na, który następnie wzbudza pary elektron-dziura. Ponieważ do

powstania pary elektron-dziura potrzebna jest energia zaledwie

3,6 eV, jeden padający foton promieniowania rentgenowskie-

go powoduje powstanie kilku tysięcy takich par i dodatkowe

wzmocnienie nie jest wymagane. Do detektora krzemowego

przykładane jest napięcie polaryzacji, które wytwarza pole elek-

tryczne. Pole takie powoduje przemieszczanie się chmury ła-

dunku elektronów do elektrod dodatnich i chmury ładunku dziur

do elektrod po przeciwnej stronie. Taki dryf wywołuje krótkie

sygnały elektryczne w elektrodach. Sygnał jest przenoszony