Hallo Habr!
Es hat mich lange an den Händen gekratzt, etwas Gutes und Ewiges über digitale Radiographie zu schreiben, was ich seit 5 Jahren mache. Über mich - 12 Jahre in der Entwicklung von Eisen. Er begann als Designer, dann gab es Schaltkreise, Leiterplattenentwicklung, Dokumentationsentwicklung, CNC-Arbeit, HW / SW-Integration, Projektmanagement, Marketing. Im Allgemeinen - mit der Welt auf einem Faden.
Wir sind in Russland an der Entwicklung und Produktion von digitalen Flachbild-Röntgendetektoren für Industrie und Medizin beteiligt. Wenn jemand vergessen hat, was Röntgen ist, schauen wir uns
„Erfahrung in der Fluoroskopie zu Hause“, „Selbstgemachte Röntgen-Computertomographie“ an, aber vergessen Sie nicht,
welchen Schaden ionisierende Strahlung bei Experimenten zu Hause
anrichten kann .
Für wen ist das alles notwendig?
Für Ärzte ist dies vor allem der größte Markt. Filmröntgenaufnahmen sind veraltet, in Großstädten gibt es überall eine Reihe.
In der zweiten - Machtstrukturen und Sicherheitskräfte. Inspektionsscanner verwenden einen Detektor mit schmalem Lineal. Wenn jedoch eine hohe Bildqualität erzielt werden muss, z. B. wenn verbotene Gegenstände an unerwarteten Stellen des menschlichen Körpers transportiert oder nach Lesezeichen / Fehlern in Geräten gesucht werden, verwenden sie einen Flachbilddetektor.
Drittens an die Hersteller. Dies ist die Qualitätskontrolle beim Schweißen, Gießen, Löten von Metallen und beim Einbau elektronischer Komponenten. Während Schweißen und Gießen immer noch eng mit dem Analog verbunden sind, haben seriöse Betreiber von Leiterplattenmontagelinien, da der Standard für die Verwendung digitaler Röntgenstrahlen erst 2017 in der Russischen Föderation veröffentlicht wurde, die Röntgenkontrolle von mindestens BGA-Chips im Mittelpunkt.
Minute der Geschichte
Der Film wurde zum ersten Röntgenrekorder, er wird in Form von Patronen unterschiedlicher Größe und Empfindlichkeit hergestellt, das Funktionsprinzip ist die Reaktion der lichtempfindlichen Substanz auf Röntgenstrahlen und die anschließende Entwicklung / Verstärkung. Es ist schwierig, lang und falsch im Belichtungsprozess - Sie werden es nach der Entwicklung erfahren.
Natürlich drängte natürliche Faulheit auf die Suche nach einem bequemeren Weg und es wurde Computerradiographie (CR). Am Eingang haben wir eine Phosphorspeicherplatte, auf der ein verstecktes Röntgenbild gespeichert ist. Um das Ergebnis zu sehen, wird die Platte in den Digitalisierer gelegt, wo der IR-Laser die gesamte Oberfläche abtastet und der Photosensor die Lumineszenz erfasst. Somit wird ein digitales Bild erhalten und dann wird das vorherige durch Belichtung überschrieben. Der Durchmesser des Laserstrahls (25-100 Mikrometer) bestimmt die Auflösung des Systems. Einfacher als analog, aber nicht sofort. Es gibt genug Platten für mehrere tausend Ausstellungen.
Darüber hinaus brachte der Fortschritt verschiedene Sofortumwandlungssysteme hervor, beispielsweise einen Röntgenbildverstärker (URI). URI darf in Echtzeit arbeiten, wenn auch mit Verzerrungen. Das Funktionsprinzip - am Eingang befindet sich ein Leuchtstoff (Szintillator), der sichtbares Licht erzeugt, das Elektronen auf der Fotokathode erzeugt, die vom Leuchtstoff beschleunigt und wieder registriert werden, dann gibt es eine Linse und einen CCD-Sensor. Nicht einfach, oder? Einer der Vorteile eines solchen Systems war die Fähigkeit, den Elektronenstrahl und die Bildskalierung zu fokussieren, die geometrischen Verzerrungen des optischen Röntgenkonverters (REOP) und seine Größe. Dieses Gut könnte unter 50 Kilogramm wiegen. Die URI sieht ungefähr so aus (Sie können die CCD-Kamera und den REOP-Riesen sehen):
Die nächste Stufe sind Detektoren, die auf CCD-Arrays basieren. Das ist Modernität, der gleiche Szintillator, die gleiche Optik und derselbe Sensor. Vorteile - hohe Auflösung von 2kx2k. Nachteile - Die Größe des CCD-Sensors beträgt ca. 2x2 cm. Denken Sie an die Kameras. Es wird in der Mikrotomographie als billiges Analogon von Flachbilddetektoren verwendet.
Unsere Tage
Fast alle modernen Detektoren basieren auf CMOS- oder TFT-Matrizen, wir machen das auf CMOS. Die Größe der Matrix beträgt 10x10 cm bis 40x40 cm, was bereits gut ist. Die CMOS-Sensoren sind kleiner als die TFT, aber das Pixel beträgt 25-70 Mikrometer. TFT mit einer Größe von 40 x 40 cm haben ein Pixel von 130 bis 200 Mikrometern. Wenn eine hohe Empfindlichkeit erforderlich ist (Mammographie, Mikrotomographie), wird üblicherweise CMOS verwendet, in anderen Fällen TFT. Alle Sensoren werden von Asien hergestellt.
Die Detektorschaltung ist in der Abbildung dargestellt. Röntgenstrahlung wird unter Verwendung einer Szintillatorschicht in optische umgewandelt. Da der CMOS-Sensor ionisierende Strahlung nicht wirklich mag, trennen wir ihn mit einer Glasfaserplatte (FOP) vom Leuchtstoff. GP ist auch nicht einfach, aber mit Ceradditiven, damit es unter Röntgenstrahlen nicht mit der Zeit dunkler wird.
Typischerweise ist das Szintillatormaterial Cäsiumiodid (CsI) oder Gadoliniumoxysulfid (GadOx). Sie unterscheiden sich in ihrer Struktur, CsI sind nadelförmige Kristalle, durch die Licht wie eine Faser hindurchgeht, GadOx ist eine kontinuierliche Schicht, in der starke Streueffekte auftreten. So sieht ein Cäsiumiodidkristall aus:
Die Umwandlung von Röntgenstrahlen in Licht und das Durchlaufen der Dicke des Leuchtstoffs ist ein ziemlich komplizierter Prozess, alles spielt eine Rolle: Dicke, Art der Abscheidung (es ist besser, Kristalle sofort auf dem GP zu züchten), Strahlungsenergie. Ich werde nicht im Detail darauf eingehen, wer mehr über die Empfindlichkeit wissen möchte - wir lesen
„Charakterisierung von Röntgendetektoren - ein Vergleich von Szintillatoren“ . Ungefähr - bis zu einer Energie von 60 kV wird GadOx über 100 - CsI in der Mitte beider Optionen verwendet. Als Referenz: Die Mammographie reicht von 20 bis 40 kV, die konventionelle Medizin von 50 bis 150 kV, die Industrie von 150 bis 450 kV.
Ja, ich habe völlig vergessen, dass es einfach unmöglich ist, all dieses Zeug in einer einzigen Einheit zu sammeln. Wir brauchen einen Reinraum und Ausrüstung, um Sensoren mit maximaler Genauigkeit zu kombinieren. Wir schaffen es, innerhalb von 1 Pixel zu bleiben.
GigE Vision / Genicam wird häufig als Datenübertragungsprotokoll verwendet, da Gigabit-Ethernet als physische Schicht fungiert. Bei einer großen Matrixgröße und einem dynamischen Betriebsmodus reicht es bereits nicht aus, Sie müssen
Full CameraLink oder Glasfaser verwenden.
Infolgedessen sehen die Detektoren folgendermaßen aus:
Sie können Schweißen, Keramik, Metallpulverdruck, Platten mit BGA-Chips, Labortiere fotografieren und kleine Objekte tomographieren. Wenn jemand interessiert ist und neue Ideen für die Bewerbung hat - schreiben Sie, wir werden uns freuen.
