vol. 6 4/2017 Inżynier i Fizyk Medyczny
210
radioterapia
\
radiotherapy
artykuł naukowy
\
scientific paper
Wprowadzenie
Cyfrowe detektory w obrazowaniu medycznym najczęściej sta-
nowią matryce fotoprzewodników zbudowane na amorficznym
krzemie lub selenie (pośrednie systemy cyfrowe) oraz panele
zbudowane na matrycy wykonanej z elektrod oddzielonych war-
stwą izolatora oraz elementów aktywnych, np. tranzystorów
cienkowarstwowych.
Bazą dla pośrednich systemów cyfrowych są detektory, które
składają się z fotoprzewodników, takich jak amorficzny krzem
lub selen. Warstwa detektora krzemowego zawiera matrycę
receptorów, przy czym każdy z tych receptorów posiada wła-
sne komponenty regulacyjne (tranzystor lub dioda) i odpowia-
da za jeden element obrazu. Panel w bezpośrednim cyfrowym
systemie obrazowania jest zbudowany z fotoprzewodników,
skonstruowanych na bazie materiałów o dużej liczbie atomowej
(np. Se albo PbI
2
), które pokrywają aktywny obszar macierzy.
Tworzą one warstwę fotopółprzewodnikową, która bezpośred-
nio przetwarza oddziaływanie promieniowania X z elementami
aktywnymi detektora na nośniki ładunku dryfującego do elek-
trod zbierających. Aktywna macierz TFT składa się z elementów
detekcyjnych zbudowanych z przełącznika TFT, elektrody i kon-
densatora. Matryca jest opisywana szerokością elementu, szero-
kością zbioru elementów i odległością między nimi (
pitch
).
Formalnie pojęcie piksela (
pixel = „picture element”
) dotyczy
najmniejszej/podstawowej jednostki/elementu obrazu prezen-
towanego na monitorze. Dla maksymalnej rozdzielczości, fi-
zyczny rozmiar piksela stanowi fizyczny rozmiar pojedynczego
elementu monitora wraz z „
pitch
” („
pitch” –
odległość między
środkami pikseli w monitorze obrazowym). Aktualnie pojęcie to
zostało również przypisane najmniejszemu elementowi detek-
tora obrazowego wraz z „pitch” („
pitch” –
odległość między środ-
kami aktywnych elementów detekcyjnych w panelu obrazowym)
– chociażby w przypadku „korekcji wadliwych pikseli”, które za-
równo odnosi się do monitorów, jak i detektorów obrazowych.
Także pozostając w tej konwencji, pojęcie piksel pojawi się w ni-
niejszym artykule jako najmniejszy element panelu obrazowego,
determinujący jego rozdzielczość przestrzenną z punktu widze-
nia uzyskiwanej informacji obrazowej.
„Wadliwe” piksele
Każdy piksel, czyli element detektora obrazowego, może wykazy-
wać inną czułość komponentu aktywnego na oddziałujące z nim
promieniowanie jonizujące. Wynika to z ograniczeń technologicz-
nych i skończonej precyzji powtarzalności i odtwarzalności tego
procesu. Ponadto każdy z elementów detekcyjnych może cha-
rakteryzować się innym poziomem szumu. Aby skompensować
te różnice, systemy obrazowania wprowadzają korektę offsetu
i wzmocnienia. Ten schemat korygowania, czasami określany tak-
że jako korekta dwupunktowa, dostosowuje odpowiedź sygnału
każdego piksela obrazu – jeden z zerowym sygnałem (
offset
) i ten,
który zazwyczaj wynosi około 50%nasycenia (
gain
/wzmocnienie).
Oprócz korekcji niejednorodności odpowiedzi pikseli,
software
również może wprowadzać korektę na niejednorodność wiązki
RTG (np.
Heel efekt
) oraz niejednorodność ścieżek transmisji sy-
gnału (np. spowodowane zmianami w elektronice).
Pozostaje jeszcze potrzeba korekcji „wadliwych” pikseli, któ-
re albo nie biorą udziału w detekcji promieniowania RTG („mar-
twe” piksele), albo pozostają w stanie permanentnego maksy-
malnego nasycenia („gorące” piksele). „Wadliwy” piksel może
generalnie być zdefiniowany jako piksel, który nie „zachowuje”
się zgodnie z oczekiwaniem, dający wynikowo nieprawidłowe
wartości sygnału i bezwartościową informację z punktu widze-
nia uzyskiwanego obrazu. Dane dostarczone przez ten piksel są
nie tylko mniej istotne, ale również mniej wiarygodne niż wytwa-
rzane przez jego sąsiedztwo. Istnieje wiele przyczyn, w których
piksel może nie dostarczyć wiarygodnych informacji, np.: wady
elektroniki, błąd odczytu danych generowanych przez sensory.
„Wadliwe” piksele mogą pojawić się w panelu obrazowym jako
pojedyncze, w postaci zgrupowań/klastrów, jak i całych linii.
Piksele takie nie poddają się standardowej korekcji offsetów lub
wzmocnień. W związku z tym wymagana jest dodatkowo korek-
cja na „wadliwe” piksele. Jej brak ujawnia się w obrazie w posta-
ci artefaktów (Rys. 1). Oczywiście w przypadku zgrupowanych
„wadliwych” pikseli taka korekcja jest trudniejsza.
Rys. 1
Nieskorygowane „wadliwe” piksele widoczne w obrazie klinicznym
Źródło:
_artifacts/figures?lo=1).
Obecność „wadliwych” pikseli w panelu obrazowym jest nie
do uniknięcia w procesie technologicznym. Wyróżnia się kilka
typów „wadliwych” pikseli:
•
piksele liniowe z fałszywą kalibracją/wzmocnieniem: katego-
ria, w której piksel zachowuje się liniowo z mocą dawki lub cza-
sem ekspozycji, ale z powodu niskich lub wysokich wzmocnień
w porównaniu z sąsiadami, wartości wyświetlane przez ten
piksel różnią się znacznie od tych, które są wokół niego;
•
piksele nieliniowe: podzbiór „wadliwych” pikseli, w których
sygnał wyjściowy wyświetlany na obrazie nie ma związku
z mocą dawki lub czasem ekspozycji w sposób liniowy;
•
„martwe” piksele: są tymi, które mają bardzo niską czułość
na zmiany mocy dawki lub czasu ekspozycji, konsekwentnie
prezentując niskie wartości sygnału;
