التكنولوجيا الرقمية الرئيسية التي تسمح بالتقدم في تطبيقات الأشعة السينية الطبية هي المصفوفة النشطة ذات اللوحة المسطحة، والتي تم تطويرها في الأصل لشاشات الكمبيوتر المحمول، إن التقنية الفريدة الكامنة وراء شاشات اللوحة المسطحة النشطة ذات المصفوفة النشطة هي دوائر متكاملة كبيرة المساحة تسمى مصفوفات المصفوفة النشطة؛ لأنها تشتمل على جهاز تبديل نشط (الترانزستور الرقيق).
التصوير الشعاعي الرقمي
تعد مصفوفات المصفوفات النشطة مثالاً على فئة مهمة من طرق القراءة التي تسمى بالمسح الذاتي، كما يمكن تعريف بنية القراءة الممسوحة ضوئيًا على أنها بنية يتم فيها قراءة الصورة التي تم إنشاؤها في مستوى معين في نفس المستوى. ميزة هذه الهياكل هي أنها رقيقة في البعد الثالث، حيث تستخدم مصفوفات المصفوفة النشطة السيليكون غير المتبلور المهدرج كأشباه الموصلات المودعة على طبقة زجاجية رقيقة (~ 0.7 مم)، مما يسهل تصنيع مساحة كبيرة.
يتجاوز المقياس الحالي الذي تصنع عليه الركيزة عدة أمتار على طول جانب واحد، مما يسمح بإجراء العديد من أجهزة الاستشعار على ركيزة واحدة وتسهيل الإنتاج الضخم للأجهزة المتجانسة. على الرغم من الوعد الطويل، إلا أنه ليس من الممكن بعد صنع جميع مكونات القراءة على الركيزة الزجاجية، محركات البوابة ومضخمات القراءة والتماثلية للمحولات الرقمية، على سبيل المثال، لا تزال تُصنع بشكل منفصل ومرتبطة بالركيزة.
كيف يتم التصوير الشعاعي الرقمي
- لا يزال نظام التصوير الكامل على الزجاج بعيد المنال، هناك فئة كبيرة أخرى من المستقبلات التي يتم مسحها ضوئيًا ذاتيًا، الأجهزة المقترنة بالشحن وأجهزة استشعار أشباه الموصلات المعدنية بأكسيد المعدن التكميلي، على الرغم من استخدامها على نطاق واسع في الأنظمة البصرية التي تتضمن إزالة التضخم، مثل تلك الخاصة بمكثفات صور الأشعة السينية، حيث جعلت التطورات الحديثة في الأجهزة المقترنة بالشحن من الممكن التصنيع الاقتصادي للأجهزة ذات المساحة الكبيرة (مقياس الرقاقة) والتي تحل محل بعض أنظمة مكثفات صور الأشعة السينية والكاميرا في تطبيقات التنظير الفلوري.
- تسمح تقنية المصفوفة النشطة بترسيب أشباه الموصلات، عبر ركائز مساحة كبيرة بطريقة يتم التحكم فيها جيدًا، بحيث يمكن تعديل الخصائص الفيزيائية والكهربائية للهياكل الناتجة وتكييفها مع العديد من التطبيقات المختلفة، كما تشكل اقتران مواد الكشف بالأشعة السينية التقليدية، مثل الفوسفور أو الموصلات الضوئية مع بنية قراءة مصفوفة نشطة كبيرة المساحة أساس أجهزة تصوير الأشعة السينية ذات اللوحة المسطحة.
- يتم توصيل جميع المفاتيح الموجودة على طول صف معين معًا بخط تحكم واحد (خط البوابة)، كما يسمح هذا للدائرة الخارجية بتغيير حالة جميع عناصر التبديل على طول الصف بجهد تحكم واحد، يتطلب كل صف من وحدات البكسل خط تحكم تحويل منفصل، كما يتم توصيل مخرجات إشارة البكسل أسفل عمود معين بخط بيانات واحد بمكبر قراءة خاص به.
- يسمح هذا التكوين لقراءة المصور في خط أفقي واحد في كل مرة. على عكس طريقة قراءة نقل الشحن المستخدمة في العديد من أجهزة التصوير المقترنة بالشحن الحديثة، لا تقوم مصفوفات المصفوفة النشطة بنقل الإشارة من البكسل إلى البكسل المجاور، ولكن من عنصر البكسل مباشرةً إلى مضخم القراءة عبر خط البيانات، هذا مشابه لأجهزة تصوير أشباه الموصلات بأكسيد المعادن التكميلية.
كيفية التمييز بين أجهزة التصوير الرقمي واستخدامها
- يتم التمييز بين أجهزة التصوير بالأشعة السينية ذات اللوحة المسطحة التي تتضمن موصلًا ضوئيًا لإنتاج شحنات كهربائية عند اكتشاف الأشعة السينية (التحويل المباشر)، وتلك التي تستخدم الفوسفور لإنتاج فوتونات ذات أطوال موجية مرئية عند اكتشاف الأشعة السينية (التحويل غير المباشر) في أسلوب التحويل المباشر.
- يتم تبخير موصل ضوئي مباشرة إلى مصفوفة مصفوفة نشطة، كما يتم جمع الشحنة المنبعثة في الجزء الأكبر من الموصل الضوئي بواسطة حقل كبير مطبق، والذي يجلب الإلكترونات والثقوب إلى الأقطاب الكهربائية الخاصة بها، يتم تحييد الوصول إلى القطب العلوي المنحاز باستمرار بواسطة مزود الطاقة الذي يوفر التحيز، مما يعيد بشكل فعال فقدان المجال الذي قد يحدث لولا ذلك.
- يتم تخزين الشحنة التي تصل إلى قطب بكسل القراءة مؤقتًا على سعة البكسل حتى القراءة، يحتوي حجم شحنة الإشارة من وحدات البكسل المختلفة على معلومات التصوير المتأصلة في اختلافات شدة حزمة الأشعة السينية الساقطة.
- في نهج التحويل غير المباشر، يتم وضع طبقة الفوسفور (على سبيل المثال، وميض منظم ) في اتصال وثيق مع مجموعة مصفوفة نشطة، شدة الضوء المنبعث من موقع معين من الفوسفور هي مقياس لشدة شعاع الأشعة السينية الواقعة على سطح المستقبل في تلك النقطة، كما يحتوي كل بكسل في المصفوفة النشطة على عنصر حساس للضوء يولد شحنة كهربائية يتناسب حجمها مع شدة الضوء المنبعثة من الفوسفور في المنطقة القريبة من البكسل، كما يتم تخزين هذه الشحنة في البكسل حتى تتم قراءة مصفوفة المصفوفة النشطة.
- من حيث المبدأ ميزتان للتحويل المباشر مقارنة بالتحويل غير المباشر: العدد الأقل من مراحل التحويل يجعل من الممكن الحصول على كفاءة تحويل أعلى بكثير من طاقة الأشعة السينية على المصفوفة النشطة (~ 8000 مباشر مقابل 1000 –2000 غير مباشر) ودقة أعلى بكثير بسبب إزالة الضبابية أثناء مرحلة جمع الشحن (المباشر) أو الفوتون (غير المباشر).
- ومع ذلك، لا يوجد سوى موصل ضوئي عملي واحد حاليًا. في الواقع، يمكن مقارنتها بكفاءة التحويل مع الفوسفور وتحد المشكلات الفنية من سمكها، لذلك يتم استخدامها في الغالب في التصوير الشعاعي للثدي، حيث يتطابق العدد الذري المنخفض بشكل مثالي مع متطلبات الامتصاص ويتم الوصول إلى دقة عالية. وبالتالي، في الوقت الحالي، تستخدم الأساليب السائدة للتصوير الشعاعي الرقمي العام (أي استخدام الأشعة السينية ذات الطاقة التشخيصية في النطاق 40-150 كيلو فولت) نهج التحويل غير المباشر بسبب الامتصاص النوعي العالي للفوسفور المتاح.
ما هو التصوير الشعاعي الرقمي
في التصوير الشعاعي للثدي نظرًا للحاجة إلى طيف أشعة سينية منخفض الطاقة، مما يزيد من كفاءة الكشف الكمي بما يتجاوز ما هو ممكن باستخدام الفوسفور، ولأنه يزيد الدقة في نفس الوقت، تتمثل إحدى المشكلات الرئيسية في تصميم شاشات الفوسفور المسحوق في التوازن بين الدقة المكانية وكفاءة الكشف عن الأشعة السينية.
نظرًا لأن الفوسفور يصبح أكثر سمكًا لامتصاص المزيد من الأشعة السينية، يمكن للضوء المنبعث أن ينتشر أكثر من نقطة الإنتاج قبل الخروج من الشاشة، يتم تخفيف هذا التعارض بشكل كبير عن طريق استخدام الفوسفور المركب عندما تتبخر في الظروف الصحيح
بالإضافة إلى ذلك، من الناحية العملية تتشكل الطبقات بطبقة أولية ليست عمودية وتتجاوز الأعمدة سماكة معينة (حوالي 50 ميكرومتر). ومع ذلك، فإنها تحافظ على دقة وضوح أعلى بكثير لسمك معين من الفوسفور مقارنة بشاشات المسحوق. كقاعدة عامة، يبدو أن لديهم ضعف دقة شاشة مسحوق الفوسفور بنفس السُمك المادي والتصميم البصري (على سبيل المثال، وجود أو عدم وجود دعم عاكس)، هذا يتوافق مع 3-4 مرات تحميل الكتلة لطبقة الفوسفور المهيكلة عند حساب كثافة التعبئة والعدد الذري.
