تحول از تصویربرداری آنالوگ به دیجیتال، یکی از مهمترین پیشرفتها در رادیولوژی تشخیصی محسوب میشود. آشکارسازهای دیجیتال با تبدیل انرژی فوتونهای اشعه ایکس به سیگنالهای الکتریکی قابل پردازش، امکان بهبود کیفیت تصویر، کاهش دوز و توسعه الگوریتمهای پیشرفته پردازش تصویر را فراهم کردهاند.
اصول کلی عملکرد آشکارسازها
عملکرد آشکارسازهای تصویربرداری اشعه ایکس شامل مراحل زیر است:
- جذب فوتون اشعه ایکس
- تبدیل انرژی فوتون به سیگنال اولیه (نوری یا الکتریکی)
- تقویت و جمعآوری سیگنال
- دیجیتالسازی و پردازش دادهها
کارایی هر آشکارساز به میزان جذب انرژی و بازده تبدیل آن وابسته است.
انواع آشکارسازهای دیجیتال
سیستمهای رادیوگرافی محاسباتی(CR)
در سیستم CR از صفحات فسفری تحریکپذیر استفاده میشود که انرژی اشعه ایکس را ذخیره کرده و سپس با تحریک لیزری، نور مرئی ساطع میکنند. این نور توسط فوتومولتیپلایر به سیگنال الکتریکی تبدیل میشود.
ویژگیها:
- دامنه دینامیکی وسیع
- وضوح فضایی متوسط
- دوز نسبتاً بالاتر نسبت به DR
سیستمهای رادیوگرافی دیجیتال مستقیم(DR)
الف) آشکارسازهای غیر مستقیم
در این سیستمها:
- فوتون اشعه ایکس ابتدا به نور مرئی (توسط سزیم یدید یا گادولینیوم اکسیسولفید) تبدیل میشود
- نور تولیدی توسط فوتودیودهای سیلیکونی به سیگنال الکتریکی تبدیل میگردد.
ب) آشکارسازهای مستقیم
در این نوع:
- فوتون اشعه ایکس مستقیماً در ماده نیمهرسانا (مانند سلنیوم آمورف) جذب میشود.
- بار الکتریکی تولیدشده بدون واسطه نوری جمعآوری میگردد.
این سیستمها وضوح فضایی بالاتری دارند و پراکندگی نوری در آنها وجود ندارد.
پارامترهای عملکردی آشکارسازها
- بازده جذب کوانتومی (QDE)
- کارایی تبدیل انرژی
- وضوح فضایی
- نویز ذاتی
این پارامترها مستقیماً بر کیفیت تصویر نهایی اثر میگذارند.
باید در نظر داشت که آشکارسازهای دیجیتال، با افزایش کارایی جذب و امکان پردازش سیگنال، نقش کلیدی در بهینهسازی تصویربرداری تشخیصی ایفا میکنند.
نویز،نسبت سیگنال به نویز(SNR) وکارایی آشکارسازی کوانتومی(DQE)
کیفیت تصویر دیجیتال نهتنها به میزان سیگنال بلکه به سطح نویز نیز وابسته است. تحلیل کمی نویز و پارامترهای وابسته به آن، پایه ارزیابی عملکرد سیستمهای تصویربرداری است.
نویز درتصویربرداری دیجیتال
نویز به نوسانات تصادفی سیگنال اطلاق میشود و منشأ آن میتواند:
- نویز کوانتومی (نویز فوتونی)
- نویز الکترونیکی
- نویز ساختاری آشکارساز باشد.
در تصویربرداری پزشکی، نویز کوانتومی غالبترین مؤلفه است.
نسبت سیگنال به نویز(SNR)
SNR بهصورت زیر تعریف میشود:
برای نویز کوانتومی، که از توزیع پواسون پیروی میکند:
که N تعداد فوتونهای جذبشده است. افزایش دوز پرتو باعث افزایش SNR میشود، اما با هزینه افزایش دوز بیمار.
کارایی آشکارسازی کوانتومی(DQE)
DQE یکی از مهمترین معیارهای عملکرد سیستم تصویربرداری دیجیتال است و بهصورت زیر تعریف میشود:
DQE بیانگر توانایی سیستم در حفظ کیفیت سیگنال نسبت به نویز ورودی است. مقدار DQE همواره کمتر از یک است و به فرکانس فضایی وابسته میباشد.
اهمیت بالینی SNR و DQE
سیستمهایی با DQE بالاتر:
- تصویر با کیفیت بهتر در دوز کمتر تولید میکنند
- امکان رعایت بهتر اصل ALARA را فراهم میسازند
تحلیل نویز، SNR و DQE ابزارهای اساسی برای ارزیابی کمی کیفیت تصویر و مقایسه سیستمهای تصویربرداری دیجیتال هستند.