Oi Habr!
Faz muito tempo que estou coçando as mãos para escrever algo bom e eterno sobre a radiografia digital, o que venho fazendo há 5 anos. Sobre mim - 12 anos no desenvolvimento de ferro. Ele começou como designer, depois havia circuitos, desenvolvimento de PCB, desenvolvimento de documentação, trabalho CNC, integração HW / SW, gerenciamento de projetos, marketing. Em geral - com o mundo em uma discussão.
Estamos envolvidos no desenvolvimento e produção na Rússia de detectores de raios X de tela plana digitais para a indústria e a medicina. Se alguém esqueceu o que é raio-X, analisamos
“Experiência em fluoroscopia em casa”, “ Tomografia computadorizada de raio-X caseira ”, mas não esquecemos
os danos da radiação ionizante durante experimentos em casa.
Para quem tudo isso é necessário?
Primeiro de tudo para os médicos, este é o maior mercado. A radiografia do filme está se tornando obsoleta; nas grandes cidades há um número em todo lugar.
No segundo - ao poder estruturas e guardas de segurança. Os scanners de inspeção usam um detector de régua estreito, mas quando é necessário obter alta qualidade de imagem, por exemplo, ao transportar itens proibidos em locais inesperados do corpo humano ou procurar marcadores / bugs no equipamento, eles usam um detector de tela plana.
Em terceiro lugar, para os fabricantes. Este é o controle de qualidade de soldagem, fundição, solda de metais e instalação de componentes eletrônicos. Embora a soldagem e as peças fundidas ainda se encaixem perfeitamente no analógico, uma vez que o padrão para o uso de raios-x digitais não foi publicado na Federação Russa até 2017, operadores sérios de linhas de montagem de placas de circuito têm em seu coração o controle de raios-X de pelo menos chips BGA.
Minuto da história
O filme se tornou o primeiro gravador de raios-X; é produzido na forma de cartuchos de vários tamanhos e sensibilidade; o princípio de operação é a reação da substância fotossensível ao raio-X e subsequente desenvolvimento / amplificação. É difícil, longo, errado no processo de exposição - você aprenderá sobre isso após o desenvolvimento.
Naturalmente, a preguiça natural pressionou a busca por uma maneira mais conveniente e tornou-se radiografia computadorizada (RC). Na entrada, temos uma placa de armazenamento de fósforo, que armazena uma imagem de raio-x oculta. Para ver o resultado, a placa é colocada no digitalizador, onde o laser infravermelho varre toda a superfície e o fotossensor captura a luminescência. Assim, uma imagem digital é obtida e a anterior é substituída pela exposição. O diâmetro do raio laser (25-100 mícrons) determina a resolução do sistema. Mais fácil que o analógico, mas não instantaneamente. Existem placas suficientes para vários milhares de exposições.
Além disso, o progresso deu origem a vários sistemas de conversão instantânea, por exemplo, um intensificador de imagem de raios-X (URI). O URI pode trabalhar em tempo real, embora com distorções. O princípio de operação - na entrada existe um fósforo (cintilador), que gera luz visível, que gera elétrons no fotocatodo, que são acelerados e registrados novamente pelo fósforo, depois há uma lente e um sensor CCD. Não é fácil, né? Uma das vantagens de um sistema desse tipo foi a capacidade de focar o feixe de elétrons e o dimensionamento da imagem, distorções geométricas do conversor óptico de raios-X (REOP) e seu tamanho. Esse bem pode pesar menos de 50 kg. O URI é mais ou menos assim (você pode ver a câmera CCD e o gigante REOP):
O próximo estágio são os detectores baseados em matrizes CCD. Isso é modernidade, o mesmo cintilador, ótica e o próprio sensor. Prós - alta resolução, de 2kx2k. Contras - o tamanho do sensor CCD é de cerca de 2x2 cm, lembre-se das câmeras. É usado em microtomografia como um análogo barato de detectores de tela plana.
Nossos dias
Quase todos os detectores modernos são construídos com base em matrizes CMOS ou TFT, o fazemos no CMOS. O tamanho da matriz é de 10x10 cm a 40x40 cm, o que já é bom. Os sensores CMOS são menores que o TFT, mas o pixel é de 25 a 70 mícrons. TFT com um tamanho de 40x40 cm tem um pixel de 130-200 microns. Quando é necessária alta sensibilidade (mamografia, microtomografia), o CMOS é geralmente usado, em outros casos, TFT. Todos os sensores são produzidos pela Ásia.
O circuito do detector é mostrado na figura. A radiação de raios X é convertida em óptica usando uma camada de cintilador. Como o sensor CMOS realmente não gosta de radiação ionizante, nós o separamos do fósforo com uma placa de fibra óptica (FOP). O GP também não é simples, mas com aditivos de cério, para não escurecer com o tempo sob raios-X.
Normalmente, o material cintilador é iodeto de césio (CsI) ou oxissulfeto de gadolínio (GadOx). Eles diferem na estrutura, CsI são cristais em forma de agulha através dos quais a luz passa como uma fibra, GadOx é uma camada contínua na qual os efeitos de dispersão são fortes. É assim que um cristal de iodeto de césio se parece:
Converter raios X em luz e passar pela espessura do fósforo é um processo bastante complicado, tudo funciona: espessura, tipo de deposição (é melhor cultivar cristais imediatamente no GP), energia de radiação. Não vou me debruçar sobre isso em detalhes, quem quer saber mais sobre a sensibilidade - lemos
"Caracterização do detector de raios-X - uma comparação de cintiladores" . Aproximadamente - até uma energia de 60 kV, o GadOx é usado, acima de 100 - CsI, no meio das duas opções. Para referência: mamografia é uma faixa de 20 a 40 kV, medicina convencional de 50 a 150 kV, indústria de 150 a 450 kV.
Sim, esqueci completamente que é impossível coletar tudo isso em uma única unidade, precisamos de uma sala limpa e equipamentos para combinar sensores com a máxima precisão, conseguimos manter dentro de 1 pixel.
O GigE Vision / Genicam é frequentemente usado como um protocolo de transferência de dados, uma vez que a Ethernet gigabit atua como uma camada física. Com um tamanho de matriz grande e modo de operação dinâmico, já não é suficiente, você precisa usar o
Full CameraLink ou fibra óptica.
Como resultado, os detectores ficam assim:
Você pode fotografar soldagem, cerâmica, impressão em pó de metal, placas com chips BGA, animais de laboratório e tomografia de pequenos objetos. Se alguém estiver interessado e tiver novas ideias para inscrição - escreva, ficaremos felizes.
