پیشرفت‌های تصویربرداری پزشکی: پیشرفت‌های چشمگیر در فناوری گیرنده‌های تصویر

در تصویربرداری پزشکی، ضبط دقیق و کارآمد اطلاعات آناتومیکی داخلی همچنان نیروی محرک پیشرفت تکنولوژیک است.به عنوان اجزای حیاتی سیستم های تصویربرداری اشعه ایکساین تجزیه و تحلیل جامع اصول، انواع، معیارهای عملکرد را بررسی می کند.و کاربرد بالینی گیرنده های تصویربرداری مدرن.

1سیستم های تصویربرداری فلوروسکوپی: میراث تقویت کننده های تصویر

فلوروسکوپی، یک روش تصویربرداری اشعه ایکس در زمان واقعی، برای رگ برداری، هدایت جراحی ارتوپدی و مطالعات گوارش ضروری است.تقویت کننده های تصویر (II) همچنان به عنوان اسب کار در بسیاری از سیستم های موجود عمل می کنند.

1.1 اصول عملیاتی تقویت کننده های تصویر

عملکرد اصلی تقویت کننده تصویر شامل تبدیل سیگنال های ضعیف اشعه ایکس به تصاویر نور مرئی تقویت شده از طریق یک فرآیند چند مرحله ای است:

• جذب اشعه ایکس و تبدیل فوتون:اشعه ایکس حاد قبل از تعامل با فسفر ورودی (معمولا یودید سزیوم) از یک شبکه ضد پراکندگی عبور می کند و صدها فوتون نور قابل مشاهده را در هر فوتون اشعه ایکس تولید می کند.
• انتشار نور:نور فاسفور ورودی، انتشار الکترون از یک فوتوکاتود (معمولا آنتی مونید سزیوم) را از طریق اثر فوتو الکتریکی تحریک می کند.
• شتاب الکترون و تمرکز:الکترون های آزاد شده تحت شتاب الکترواستاتیک (پتانسیل 15-35 کیلو ولت) قرار می گیرند در حالی که اپتیک الکترون ها پرتو را به سمت فسفر خروجی متمرکز می کنند و به دست آوردن هر دو افزایش انرژی و بزرگ شدن تصویر.
• تبدیل مجدد و نمایش فوتون:الکترون های با انرژی بالا که به فوسفور خروجی سولفید کادمیوم روی می دهند، یک تصویر قابل مشاهده روشن تر تولید می کنند، که به طور معمول به افزایش روشنایی 5000-20000 × می رسد.

1.2 مزایا و محدودیت های بالینی

تقویت کننده های تصویر ارائه می دهند:

• تقویت سیگنال بالا که باعث کاهش دوز تشعشعات می شود
• قابلیت تصویربرداری واقعی در زمان واقعی (25-30 fps)
• قابلیت اطمینان ثابت با هزینه های سرمایه پایین تر

محدودیت های قابل توجه شامل:

• تحریف هندسی (تأثيرات پينکوشن/بارل)
• محدودیت های حداکثر اندازه میدان (قطر 40 سانتی متر)
• فاکتورهای شکل بزرگ که تحرک را محدود می کنند

2دتکتورهای صفحه ی مسطح: انقلاب دیجیتال

آشکارسازان صفحه تخت (FPD) به عنوان فناوری غالب در رادیوگرافی دیجیتال، CT و ماموگرافی ظاهر شده اند و کیفیت تصویر برتر را در فاکتورهای فرم فشرده ارائه می دهند.

2.1 معماری های آشکارساز

دو طرح اصلی FPD وجود دارد:

رصد کننده های تبدیل مستقیم:استفاده از مواد نوری (معمولاً سلنیوم بی شکل) برای تولید مستقیم جفت های الکترون سوراخ از اشعه ایکس.این ها دارای وضوح فضایی بالاتری هستند (تا 10 lp / mm) اما نیاز به دوز های بالاتر تشعشع دارند.

رصد کننده های تبدیل غیرمستقیماستفاده از سینتیلاتورها (یودید سسیوم یا گادولینیوم اکسوسولفید) که به آرایه های فوتودیود متصل شده اند. در حالی که نشان دهنده بهره وری کوانتومی بالاتر (60-80٪ در مقابل 40-50٪ برای مستقیم) ،آنها به دلیل گسترش نور در لایه سینتیلاتور، وضوح کمی پایین تری را نشان می دهند.

2.2 ویژگی های عملکرد

FPD های مدرن ارائه می دهند:

• اندازه پیکسل از 70 تا 200 μm
• محدوده های پویا بیش از 16 بیتی (65,536 سطح خاکستری)
• مقادیر DQE (کارایی کوانتومی شناسایی) بالاتر از 60٪ در انرژی های تشخیصی

چالش های فعلی عبارتند از:

• هزینه های تولید بالاتر در مقایسه با سیستم های قدیمی
• تغییرات عملکرد وابسته به درجه حرارت
• نرخ فریم محدود برای برنامه های فوق العاده سریع

3معیارهای کیفیت تصویر: تثلیث تشخیصی

عملکرد گیرنده از طریق سه پارامتر اساسی اندازه گیری می شود:

3.1 وضوح فضایی

اندازه گیری شده در جفت خط / میلی متر (lp / mm) ، آشکارسازان جریان بسته به فناوری 3.5-10 lp / mm را به دست می آورند. عملکرد انتقال نوسان (MTF) تجزیه و تحلیل جامع پاسخ فرکانس فضایی را فراهم می کند.

3.2 وضوح کنتراست

به عنوان حداقل تفاوت کنتراست قابل تشخیص (معمولا 1-3٪ برای سیستم های مدرن) بیان شده است، تحت تأثیر خواص نویز آشکارگر و الگوریتم های بازسازی.

3.3 قطعیت زمانی

برای مطالعات پویا حیاتی است، با سیستم های فلوروسکوپی که 30-60 fps و آشکارسازان رادیوگرافی به طور معمول در 0.5-7.5 fps کار می کنند.

4کاربرد های تخصصی: گیرنده های ماموگرافی

• سیستم های ماموگرافی دیجیتالدر حال حاضر با اندازه پیکسل 50-100 μm و سینتیلاتورهای یودی سزیوم تخصصی تسلط دارند.
• ماموگرافی طیف با شمارش فوتون، پیشرفت بعدی را نشان می دهد، ارائه تصویربرداری همزمان چند انرژی
• سیستم های فعلی به میزان متوسط دوزهای غده ای کمتر از 2 mGy برای تصاویر غربالگری استاندارد دست می یابند.

5ادغام سیستم: زیرساخت های PACS

• استاندارد DICOM 3.0 امکان ادغام یکپارچه در میان روش ها را فراهم می کند
• الگوریتم های فشرده سازی بدون از دست دادن کیفیت تشخیصی را در طول ذخیره سازی / انتقال حفظ می کنند
• توزیع در سراسر شرکت از همکاری چند رشته ای پشتیبانی می کند

6جهت های آینده

• آشکارسازان شمارش فوتون با قابلیت تمایز انرژی
• زیرپوش های آشکارساز انعطاف پذیر برای هندسه های تصویربرداری غیرمعمول
• لوله های تصاویری و پردازش بهینه شده با هوش مصنوعی
• سیستم های دوز بسیار کم با استفاده از اصول تصویربرداری کوانتومی

در حالی که تکنولوژی های آشکارساز همچنان در حال تکامل هستندآنها وعده می دهند که توانایی های تشخیصی را افزایش دهند در حالی که قرار گرفتن در معرض تابش بیماران را به حداقل می رسانند و کارایی جریان کار را در برنامه های کاربردی تصویربرداری پزشکی بهینه می کنند..