كيف يتم تشكيل صور الأشعة السينية

تتشكل صور الأشعة السينية كظلال لداخل الجسم. نظرًا لأنه ليس من العملي بعد تركيز الأشعة السينية، حيث يجب أن يكون مستقبل الأشعة السينية أكبر من جزء الجسم المراد تصويره.

كيف تتشكل الصور الإشعاعية

• إن التحدي الأول في صنع مستقبل للأشعة السينية هو الحاجة إلى تصوير مساحة كبيرة، كما يتمثل التحدي الثاني في إنشاء نظام يتمتع بجودة صورة جيدة مثل تلك التي تسمح بها الفيزياء أي يسمح باكتشاف الأشياء التي يقتصر حجمها وتباينها فقط على الإحصاء الكمي.

• وهذا يعني امتصاص معظم كميات الأشعة السينية واستخدامها بطريقة فعالة، أي ضجيج كمي محدود مع توفير دقة مكانية كافية في وقت واحد، كما يمكن تقسيم التقاط صورة الأشعة السينية من الناحية المفاهيمية إلى ثلاث مراحل. الأول هو تفاعل الأشعة السينية مع وسط كشف مناسب لتوليد استجابة قابلة للقياس والثاني هو التخزين المؤقت لهذه الاستجابة بجهاز تسجيل.

• والثالث هو قياس هذه الاستجابة المخزنة. على سبيل المثال، مراحل نظام فيلم الشاشة هي: تفاعل الأشعة السينية في مادة الفوسفور متبوعًا بتوليد فوتونات الضوء المرئي، الإنشاء اللاحق لصورة كامنة في فيلم التصوير الفوتوغرافي بواسطة هؤلاء الفوتونات وأخيراً تطوير صورة فوتوغرافية ثابتة.

• المرحلة الرابعة المطلوبة للأنظمة القابلة لإعادة الاستخدام (أي تلك التي لا تتطلب مواد استهلاكية مثل الفيلم) هي محو جميع الصور السابقة داخل نظام الكشف من أجل التحضير لصورة جديدة. الخطوات الأربع للشاشة المسطحة للتحويل الرقمي المباشر نظام التصوير هي:

•  امتصاص الأشعة السينية متبوعًا بإطلاق إلكترونات ثانوية متعددة في موصل ضوئي.

• انجراف الإلكترونات والثقوب إلى أقطاب كهربائية فردية حيث يتم تخزينها.

• مرحلة القراءة، عندما يتم نقل الشحنات إلى مكبرات الصوت حيث يتم ترقيمها سطراً بسطر.

• المحو. إن تقسيم المراحل بهذه الطريقة مفيد لفهم فيزياء الحصول على الصور والذي يعد بحد ذاته مفتاحًا لتحسين تصميم المستقبلات وفهم القيود الأساسية على جودة الصورة، كما أنه أساسي لتطوير فهم نقاط القوة التكميلية لمختلف الأساليب المستخدمة في الماضي والحاضر والتي من المحتمل أن تستخدم في المستقبل.

الخصائص العامة لمستقبلات الصور المستخدمة في التصوير

قبل الوصف بمزيد من التفصيل لخصائص الأنواع المختلفة لمستقبلات الصور المستخدمة في التصوير الشعاعي الإسقاطي، من الضروري مراعاة الخصائص الفيزيائية والكميات المختلفة المستخدمة لتحديد أدائها.

حساسية المستقبلات

عملية الحصول على الصورة الأولية متطابقة في جميع مستقبلات الأشعة السينية. من أجل إنتاج إشارة، يجب أن تتفاعل كوانتا الأشعة السينية مع مادة المستقبل، يتم إعطاء احتمالية التفاعل أو كفاءة الكشف الكمي للأشعة السينية للطاقة.

نظرًا لأن جميع مصادر الأشعة السينية للتصوير الشعاعي تصدر أشعة سينية عبر طيف من الطاقات، يجب تحديد كفاءة الكشف الكمي إما كدالة للطاقة أو كقيمة فعالة على طيف الأشعة السينية الواقعة على المستقبل، سيكون حساسية المستقبل، بشكل عام، أعلى عند القيم المنخفضة للطاقة ويتناقص مع زيادة الطاقة. في طاقات الأشعة السينية التشخيصية، تكون عملية التفاعل الرئيسية هي التأثير الكهروضوئي بسبب ارتفاع  العدد الذري نسبيًا لمعظم مواد المستقبل.

يمكن إعادة التعبير عن كفاءة التحويل كعامل تحويل أي من حيث عدد الجسيمات الثانوية (فوتونات ضوئية في أزواج الفوسفور أو ثقب الإلكترون في موصل ضوئي) الصادرة لكل أشعة سينية، يرتبط عامل التحويل ارتباطًا وثيقًا ببنية النطاق الجوهرية للمادة الصلبة التي يتكون منها المستقبل في جميع مواد المستقبلات، يتم ملء نطاق التكافؤ بالإلكترونات بالكامل تقريبًا ويكون شريط التوصيل فارغًا عمليًا، كما تتحكم فجوة الطاقة المحرمة، في مقياس الطاقة اللازم لإطلاق ثقب الالكترون المحمول أي لتعزيز إلكترون من نطاق التكافؤ إلى نطاق التوصيل.

في الفوسفور (الومضات هي اسم آخر للفوسفور وعادة ما تستخدم عندما تكون في كتلة بلورية أو كثيفة)، عادة ما تكون فجوة النطاق أعلى بكثير (~ 8 فولت)، لذلك يكون عامل التحويل الداخلي أقل عادة فقط ~ 2000  يتم إطلاقها ( 50000/8 eV × 3) والذي ينتج عنه.

ضجيج مستقبلات الأشعة السينية

جميع الصور التي تم إنشاؤها بواسطة الكوانتا ذات طبيعة إحصائية، على سبيل المثال، على الرغم من أنه يمكن التنبؤ بنمط الصورة من خصائص التوهين للمريض، إلا أنه سيتقلب عشوائيًا حول متوسط القيمة المتوقعة، كما يتبع تذبذب شدة الأشعة السينية إحصائيات بواسون، بحيث يكون التباين حول متوسط عدد كمات الأشعة السينية، التي تقع على عنصر مستقبل في منطقة معينة.

إذا تبعت مرحلة الاكتشاف عملية توفر كسبًا متوسطًا، فلن يكون التوزيع هو (Poisson) حتى لو تم توزيع (Poisson). ومن الممكن أيضًا أن تساهم مصادر الضوضاء المستقلة الأخرى في مراحل مختلفة من نظام التصوير، سيكون تأثيرها على التباين مضافًا، كما يجب أن يأخذ التحليل الخطي الكامل لانتشار الإشارة والضوضاء في نظام المستقبل في الاعتبار الاعتماد على التردد المكاني لكل من الإشارة والضوضاء.

من المهم أن يكون عدد الكميات الثانوية أو الإلكترونات في كل مرحلة من مراحل إنتاج الصورة أكبر بكثير لتجنب سيطرة ضجيج المستقبل على بالوعة كمومية ثانوية، كما يتم تسهيل النظر في انتشار الضوضاء إلى حد كبير من خلال النظر في مخطط المحاسبة الكمومية. المفهوم هو أن الضوضاء من كل مرحلة من مراحل نظام التصوير مرتبطة بعدد الكوانتا الثانوية أو الإلكترونات في كل مرحلة. لذلك، من الناحية المثالية، يجب أن يكون هناك ، في جميع المراحل، عددًا أكبر بكثير (إذا أمكن تجاوز 1000) من هذه الكميات الثانوية أو الجسيمات التي تمثل كل كم أولي (أي الأشعة السينية).

تستخدم تجاريًا وتحتوي على خمس ثانويات على الأقل لكل ابتدائي ولكن من السهل جدًا العثور على أنظمة ليست كذلك، مثل التنظير غير المكثف أو بعض أنظمة الأشعة السينية المقترنة بصريًا (العدسة)، كما ترتبط الصور بعدد الأشعة السينية لكل بكسل في الصورة وبالتالي بالتعرض للأشعة السينية للمستقبل.

ومع ذلك، يمكن زيادة الضوضاء النسبية بسبب عدم امتصاص الأشعة السينية وكذلك بسبب التقلبات في استجابة المستقبل لتلك الأشعة السينية التي يتم امتصاصها. هناك أيضًا تقلبات لا مفر منها في الإشارة الناتجة في وسيط الكشف، حتى عندما تتفاعل الأشعة السينية ذات الطاقة المتطابقة وتنتج استجابة.

تحدث هذه بسبب الطبيعة الإحصائية للآليات المتنافسة التي تحدث عندما تودع الأشعة السينية الطاقة في الوسط يؤديان معًا إلى ظهور فئة من الضوضاء تُعرف باسم تذبذب الكسب أو ضوضاء Swank، كما يمكن تحديد ضوضاء تذبذب الكسب بشكل تجريبي باستخدام طيف ارتفاع النبضة.

إن معامل الطيف المثالي الذي يتم الحصول عليه عندما تؤدي جميع الأشعة السينية الممتصة إلى ظهور كميات متساوية من الإشارة، ينتج عنه وظيفة دلتا وعامل توافقي. ومع ذلك، في الممارسة العملية، هناك عدد من التأثيرات التي قد توسع هذا الطيف، مما يؤدي إلى عامل Swank أقل من الوحدة.