Tecnología
Varian: Primeros pioneros
A principios de los 90, los investigadores del Centro Tecnológico Ginzton de Varian comenzaron una labor de desarrollo para reunir varias tecnologías nuevas que combinaban velocidad, calidad de imagen, tamaño reducido y facilidad de uso. En 1998, Varian se convirtió en la primera y única compañía del mundo en suministrar sistemas de panel plano de silicona amorfa capaces de obtener imágenes digitales tanto fluoroscópicas como radiológicas. Varian ha continuado refinando y mejorando nuestros productos y competencias en la tecnología de receptores de imagen de panel plano en tiempo real. Varian tiene más de 20.000 receptores instalados en diversas aplicaciones que abarcan los mercados de imágenes médicas e industriales.
Sistemas de obtención de imágenes de rayos X en tiempo real
Los productos PaxScan™ de Varian reúnen lo mejor en paneles sensores de silicona amorfa, materiales convertidores de la radiación, circuitos electrónicos analógicos de baja emisión de ruidos y digitales de alta velocidad, control de ASIC y circuitos electrónicos de procesamiento personalizados, y embalaje compacto. A medida que surgen nuevos materiales, procesos, circuitos y técnicas que auguran mejoras en el rendimiento o ampliaciones para nuevas aplicaciones, van formando parte de nuestra tecnología de obtención de imágenes. Actualmente, nuestra tecnología incluye:
Paneles sensores de silicona amorfa
El propósito del panel sensor es acumular la carga generada por la absorción de los rayos X y suministrarla fila a fila durante el barrido a los amplificadores de carga. El dispositivo de almacenamiento de carga es un condensador en los procesadores de imágenes fotoconductores, o un fotodiodo en los paneles usados en los centelleadores. El conmutador usado para dejar que la carga fluya hacia fuera puede ser un diodo único, un par de diodos o un transistor de capa fina. Todas las combinaciones posibles de estos dispositivos de almacenamiento pueden implementarse para trabajar con ellas, pero cada una presenta un grupo concreto de ventajas e inconvenientes. Los productos Varian usan una combinación de fotodiodo TFT debido a su facilidad de uso, su disponibilidad comercial y la flexibilidad del diseño.
Microfotografía de un panel sensor de silicona amorfa
En la matriz que aquí se muestra, el conmutador es un transistor de capa fina (TFT) muy similar a los conmutadores usados en las pantallas de cristal líquido de matriz activa. Un objetivo importante en el diseño del panel es maximizar el área del procesador de imágenes que es captado por el fotodiodo (un "factor de alto llenado") de forma que se desperdicie la menor cantidad posible de la luz que llega. Las señales son conducidas a través de líneas metálicas finas. La distancia de centro a centro de los píxeles en este panel sensor es de 127 micras y el factor de llenado es un 35%. Los paneles con un factor de llenado superior se usan en los actuales productos de Varian.
Diagrama del circuito de un panel sensor de silicona amorfa
En funcionamiento, los fotodiodos son desviados en sentido inverso por un voltaje externo que se aplica a todos ellos. Mientras los conmutadores TFT están desconectados, la carga generada por la luz del centelleador se acumula en los diodos. Cuando se desea realizar la lectura, se aplica energía a una fila para conectar los interruptores de dicha fila. La carga de todos los fotodiodos de la fila seleccionada sale simultáneamente a través de todas las líneas de datos. En matrices grandes, esto produce varios miles de señales, debiendo ser leídas todas al mismo tiempo. Varian ha desarrollado un dispositivo de 128 canales y baja emisión de ruido con capacidad para alta carga para este fin y adaptarlo al amplio rango dinámico de los paneles sensores de silicona amorfa.
Métodos de conversión de rayos X
Con la silicona amorfa pueden implementarse tres métodos comunes para convertir los rayos X incidentes en cargas para su lectura electrónica. Se trata de los métodos Intrínseco, Fotoconductor, y de Centelleo. Cada método tiene sus ventajas e inconvenientes en cuanto al rendimiento y cada uno tiene ciertas limitaciones de uso con los procesadores de imágenes de rayos X en la práctica. En los tres métodos, la carga se acumula durante el periodo que dura un cuadro antes de ser leída. Por el contrario, las cámaras gamma contabilizan cada fotón de rayos X a medida que llega. Esta técnica no se usa generalmente para las imágenes de rayos X porque las tasas de llegada de los fotones de los rayos X son demasiado elevadas para permitir su recuento.
El método intrínseco
Los rayos X incidentes son captados por el diodo de silicona amorfa donde se generan pares de electrones agujero. Una desviación provocada separa la carga para evitar la recombinación. Puesto que un par de carga se genera por cada 5 electrón-voltios de energía de rayos X, las señales son elevadas. Desgraciadamente, la absorción de los rayos X de la silicona es muy baja por lo que el fotodiodo debe tener un espesor de 10 a 20 mm. La fabricación de tales dispositivos de silicona amorfa no es factible. Los dispositivos intrínsecos se han construido con silicona cristalina paro sólo son prácticas las matrices de una o dos líneas, e incluso éstas resultan caras.
El método fotoconductor
Los materiales fotoconductores con una absorción de rayos X superior a la silicona pueden unirse a una matriz de placas conductoras colectoras de cargas, incorporando cada una un condensador para el almacenamiento. Esto también produce pares de electrones agujero cuando los rayos X se absorben, pero la carga generada debe ser almacenada fuera de la capa para impedir la diafonía lateral. El campo aplicado no sólo separa la carga sino que la dirige hacia la placa colectora inmediatamente inferior para mantener la nitidez de la imagen. Actualmente, el selenio es el único fotoconductor en producción. Presenta una absorción relativamente baja de los rayos X y requiere unos 50 electrón-voltios para producir un par de electrones agujero. Esto restringe tanto la dosis mínima necesaria como el tamaño de la señal generada. Otros materiales con menos requerimientos de energía y mayor absorción de rayos X se encuentran en fase de desarrollo.
El método de centelleo
Un centelleador es un componente que absorbe los rayos X y convierte la energía a luz visible. Un buen centelleador produce muchos fotones de luz por cada fotón de rayos X; la producción de 20 a 50 fotones de luz visible producidos por cada 1 Kv de energía de rayos X incidente es típica. Los centelleadores consisten normalmente en un material de número atómico alto, que posee una alta absorción de rayos X, y un activador a baja concentración que proporciona transiciones de banda directas para facilitar la emisión de fotones visibles. Los centelleadores pueden ser granulares como los de fósforo o cristalinos como el yoduro de cesio.
Estructura de un centelleador de fósforo
Los fósforos son materiales que brillan cuando se exponen a los rayos X. Para alcanzar el máximo brillo, los fósforos usados en las imágenes de rayos X están hechos de oxisulfuros de tierras raras cargados con otras tierras raras. Los más comunes son los oxisulfuros de gadolinio y de lantano cargados con terbio. Estos emiten típicamente una luz de azul a verde que coincide bastante con la sensibilidad de la película. Para producir diversos grados de resolución y diversos grados de brillo se usan varios tamaños de granulado y varias mezclas de compuestos químicos. Cuando se usan, se mezclan con una cola fijadora y se disponen como revestimiento sobre hojas de plástico. Estas fueron diseñadas para ser presionadas contra la película de rayos X para mejorar la sensibilidad, pero también pueden presionarse contra matrices de fotodiodos de silicona amorfa para elaborar detectores de rayos X electrónicos con una sensibilidad que sea al menos tan buena como la de la película. Se necesitan decenas de electrón-voltios para producir cada fotón visible en una pantalla de fósforo y que la absorción de rayos X sea buena. La dispersión de la luz puede ser un problema si las capas deben ser gruesas para detener los rayos X de mayor energía.
Estructura de un centelleador de yoduro de cesio
Para alcanzar una mejor combinación de resolución y brillo, se usa yoduro de cesio. El CsI tiene una propiedad útil, y es que crece como una matriz densa de finas agujas (de 10 a 20 micras de diámetro) bajo condiciones de evaporación adecuadas. Esto produce cristales que actúan como tubos de luz para los fotones visibles generados cerca de la cara de entrada a la capa. lo que permite usar capas muy gruesas (hasta de 1 mm) con una excelente conservación de la resolución. Puesto que el cesio tiene un número atómico alto, absorbe muy bien los rayos X por lo que este material hace un uso muy eficiente de los rayos X incidentes. Para generar cada fotón de luz se necesitan de 20 a 25 electrón-voltios. Cuando se carga con talio, el CsI emite a unos 550 nm, justo en el pico de sensibilidad espectral de la silicona amorfa. La combinación de CsI y silicona amorfa tiene el DQE más elevado de todos los materiales que se producen actualmente.
Sistemas de imágenes de rayos X en tiempo real
En el pasado, las imágenes de rayos X en tiempo real (fluoroscopia o radioscopia) ha requerido habitualmente una cámara de televisión combinada con un dispositivo para convertir los rayos X incidentes en luz visible para la cámara. Hasta hace poco, las cámaras con tubos de imágenes eran comunes pero los nuevos sistemas usan casi exclusivamente modelos CCD. Los CCD (y otros dispositivos de imágenes de estado sólido relacionados) presentan ventajas sobre los tubos de imagen en cuanto a estabilidad, precisión geométrica, uniformidad de la señal y tamaño, pero estas ventajas se ven sustancialmente reducidas cuando se añade una instalación conversora de rayos X. Los procesadores de imágenes de panel sensor recuperan estas ventajas complementándolas con otras propias. Las ilustraciones muestran por qué.
 | CCD con intensificador de imagen de rayos X Esta combinación proporciona imágenes en tiempo real con bajo flujo de rayos X sobre áreas razonablemente extensas. La distorsión geométrica y la posibilidad de imágenes sobreexpuestas son elevadas. Puesto que la ganancia del intensificador se basa en la aceleración de electrones, es susceptible a los campos magnéticos externos y requiere alto voltaje. |
 | CCD con lente acoplada Puesto que la eficiencia como colector óptico de la lente es muy baja, esta combinación requiere un flujo elevado o una cámara intensificada para el funcionamiento en tiempo real. El espejo desplaza la cámara a partir del haz de rayos X primario. Cambiar el campo de visión o la banda de energía es tan fácil como cambiar la pantalla convertidora. |
 | CCD con reductor de fibra óptica Esta combinación proporciona una solución simple para áreas reducidas. La distorsión geométrica y la uniformidad son buenas. Varias pantallas permiten la adaptación a varias bandas de energía. Con energías más altas, es posible que sea necesario un reductor de ángulo recto para desplazar la cámara a partir del haz primario. |
 | Procesador de imágenes de panel de sensores La simplicidad de este procesador de imágenes obvia casi todas las posibilidades de degradación de otros procesadores de imágenes. El rango dinámico, el contraste y la geometría se ven mejoradas. Se proporciona la selección del convertidor. Con energías más altas, sólo el escáner y el circuito electrónico de lectura deben situarse fuera del haz primario. |
Obtención de imágenes digitales: Tecnología: Obtención de imágenes en tiempo real
| Procesador de imágenes de panel plano | CCD ópticamente acoplado | CCD de fibra óptica | CCD con intensificador de imagen de rayos X | |
|---|---|---|---|---|
| Área cubierta | Extensa | Extensa | Pequeña | Moderada |
| Sensibilidad | Alta | Baja | Moderada | Alta |
| Rango dinámico | Alta | Moderada | Moderada | Moderada |
| Contraste | Alta | Moderada | Moderada | Baja |
| Precisión geométrica | Muy alta | Moderada | Moderada | Baja |
| Estabilidad | Alta | Alta | Alta | Moderada |
| Resistencia a la radiación | Muy alta | Alta (con espejo) | Moderada | Moderada |
| Píxeles por imagen | Alto - Muy alto | Bajo - Alto | Bajo - Alto | Bajo - Alto |
| Resistencia a campos magnéticos | Muy alta | Muy alta | Muy alta | Muy baja |
| Compactación | Alta | Baja | Moderada | Baja |
| Funcionamiento con bajo voltaje | Sí | Sí | Sí | No |
| Zoom electrónico | Sí | Raro | Raro | Sí |
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Tel: 801.972.5000
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E-Mail: xray.info@varian.com
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