X선 검출기

X-ray detector
X선 발생기 및 영상 검출기를 사용한 투영 방사선 촬영 획득.

X선 검출기는 X선의 플럭스, 공간 분포, 스펙트럼 및/또는 기타 특성을 측정하는 데 사용되는 장치입니다.

검출기는 크게 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다.이미징 검출기(사진판 및 X선 필름 등)와 선량 측정 장치(이온화 챔버, 가이거 카운터 및 국소 방사선을 측정하는 데 사용되는 선량계)입니다.방사선방호장비 및 절차가 지속적으로 유효한지 확인하기 위한 피폭, 선량 및/또는 선량률).

X선 이미징

식도 상부에 생선 가시가 뚫렸어요조영제가 없는 오른쪽 영상, 조영제가 있는 왼쪽 영상.

어떤 유형의 영상 검출기로든 이미지를 얻기 위해 X선 촬영할 환자의 부분을 X선 소스와 영상 수용체 사이에 배치하여 신체 특정 부분의 내부 구조의 그림자를 생성합니다.엑스레이는 뼈와 같은 밀도가 높은 조직에 의해 부분적으로 차단되고 연조직으로 더 쉽게 통과됩니다.엑스레이가 찍히는 부위는 발달하면 어두워져 뼈가 주변 연조직보다 가벼워 보이게 된다.

방사선 불투과성 바륨 또는 요오드를 포함한 조영제는 위장관(바륨)에서 섭취하거나 동맥 또는 정맥에 주입하여 이러한 혈관을 강조할 수 있습니다.조영제 화합물에는 (뼈와 같은) X선을 차단하는 높은 원자 번호의 원소가 포함되어 있어 한때 속이 빈 장기나 혈관을 더 쉽게 볼 수 있습니다.무독성 조영제를 추구하면서 많은 유형의 높은 원자 번호 요소가 평가되었다.불행히도 선택된 일부 원소는 유해한 것으로 판명되었다. 예를 들어, 토륨은 한때 조영제로 사용되었지만, 이는 사용 후 수십 년 후에 매우 높은 암 발병률을 야기하는 독성이었다.현대의 조영제는 개선되었고 누가 조영제에 민감할 수 있는지 결정할 방법은 없지만 심각한 알레르기 반응의 발생률은 [1]낮다.

엑스레이 필름

메커니즘

다음 항목도 참조하십시오.사진 필름

일반적인 X선 필름에는 할로겐화은 결정 "알갱이"가 포함되어 있으며, 일반적으로 [2]브롬화은이 주를 이룹니다.예를 들어 현상된 [3]영상의 해상도를 향상시키기 위해 필름 특성에 영향을 미치도록 입도 및 조성을 조정할 수 있습니다.필름이 방사선에 노출되면 할로겐화물이 이온화되고 자유 전자가 결정 결함에 갇힙니다(잠상 형성).은 이온은 이러한 결함에 이끌리고 감소하여 투명한 은 [4]원자의 클러스터를 형성합니다.현상 과정에서 이것들은 가장 많은 방사선이 검출된 곳에서 가장 어두운 가시적인 이미지를 형성하는 불투명한 은 원자로 변환된다.추가 개발 단계는 감작된 입자를 안정화시키고 비감작된 입자를 제거하여 추가 노출(예: 가시광선으로부터의 [5]: 159 [6]노출)을 방지합니다.

교환

디지털 엑스레이가 필름 엑스레이와 마찬가지로 직업성 폐질환을 식별하는 데 효과적이라는 것을 보여주는 연구에 대해 논의한 비디오.

첫 번째 방사선 사진(X선 영상)은 감광 유리 사진 판에 대한 X선의 작용에 의해 만들어졌다.X선 필름(사진 필름)은 곧 유리판을 대체했고 필름은 수십 년 동안 의료 [7]및 산업 이미지를 획득(및 표시)하는 데 사용되어 왔습니다.점차 디지털 컴퓨터는 디지털 이미징을 가능하게 하기 위해 충분한 데이터를 저장하고 표시하는 능력을 갖게 되었다.1990년대 이후, 의료 및 치과 분야에서는 사진 필름을 컴퓨터화 방사선 촬영과 디지털 방사선 촬영으로 대체하고 있지만, 산업 방사선 촬영 공정에서는 필름 기술이 널리 사용되고 있습니다(예: 용접된 솔기를 검사하는 것).금속 은(이전에는 방사선 및 사진 산업에 필요)은 재생 불가능한 자원이지만, 사용 후 X선 [8]필름에서 은을 쉽게 회수할 수 있습니다.X선 필름에 습식 처리 설비가 필요한 경우에는 새로운 디지털 기술이 필요하지 않습니다.이미지의 디지털 어카이브(archive)에 의해서, 물리적인 스토리지 [9]공간도 절약됩니다.

광자극성 인광기

주요 기사:광자극 발광

인광판 방사선[10] 촬영은 1980년대에 [11]후지사가 개발한 광자극 발광(PSL)을 이용한 X선 기록 방법입니다.사진판 대신 포토자극성 형광체판(PSP)을 사용한다.플레이트가 X선 처리된 후, 형광체 재료의 들뜬 전자는 플레이트 [12]표면을 통과하는 레이저 빔에 의해 자극될 때까지 결정 격자의 '색 중심'에 '트랩'된 상태로 남아 있습니다.레이저 자극 중에 발생하는 빛은 광전자 증배관에 의해 수집되고, 그 결과 생성된 신호는 컴퓨터 기술에 의해 디지털 이미지로 변환됩니다.PSP 플레이트는 재사용할 수 있으며 기존 X선 장비에서는 PSP 플레이트를 사용하기 위해 수정할 필요가 없습니다.이 기법은 컴퓨터 방사선 촬영([13]CR)이라고도 합니다.

이미지 인텐시

주요 기사: X선 이미지 인텐시
담낭 절제술 중 촬영된 방사선 사진

X선은 또한 형광 투시법을 사용한 중공 장기(예: 소장 또는 대장의 바륨 관장)의 혈관 조영 또는 조영 연구와 같은 "실시간" 시술에 사용된다.동맥 시스템의 의학적인 개입인 혈관 형성술은 잠재적으로 치료 가능한 병변을 식별하기 위해 X선에 민감한 대비에 크게 의존합니다.

반도체 검출기

다음 항목도 참조하십시오.디지털 방사선 촬영

고체 검출기는 반도체를 사용하여 X선을 검출합니다.직접 디지털 검출기는 X선 광자를 전하로 직접 변환하여 디지털 이미지로 변환하기 때문에 일컬어집니다.간접 시스템에는 먼저 X선 광자를 가시광선으로 변환한 다음 전자 신호를 변환하는 등 중간 단계가 있을 수 있습니다.두 시스템 모두 일반적으로 박막 트랜지스터를 사용하여 전자 신호를 읽고 디지털 이미지로 변환합니다.필름이나 CR와 달리 디지털 이미지를 얻기 위해 수동 스캔이나 현상 단계가 필요하지 않으므로 두 시스템 모두 "직접"[14]입니다.두 시스템 모두 [14]CR보다 양자 효율이 상당히 높습니다.

다이렉트 디텍터

1970년대부터 리튬(Si(Li) 또는 Ge(Li)) 반도체 검출기가 도핑된 실리콘 또는 게르마늄이 [15]개발되었습니다.X선 광자는 반도체에서 전자-공 쌍으로 변환되어 X선을 검출하기 위해 수집된다.온도가 충분히 낮으면(펠티에 효과나 더 차가운 액체 질소에 의해 검출기가 냉각됨), X선 에너지 스펙트럼을 직접 결정할 수 있다. 이 방법을 에너지 분산 X선 분광법(EDX 또는 EDS)이라고 하며, 종종 작은 X선 형광 분광계에 사용된다.기존의 반도체 제조에 의해 생산되는 실리콘 드리프트 검출기(SDD)는 비용 효율적이며 높은 분해능의 방사선 측정을 제공합니다.Si(Li)와 같은 기존 X선 검출기와 달리 액체 질소로 냉각할 필요가 없습니다.이러한 검출기는 영상촬영에 거의 사용되지 않으며 낮은 [16]에너지에서만 효율적입니다.

의료 영상 분야의 실용적 적용은 2000년대 [17]초에 시작되었다.비정질 셀레늄은 높은 공간 분해능과 X선 흡수 [18]특성으로 인해 유방 촬영 및 일반 방사선 촬영용 상업용 대형 평면 패널 X선 검출기에 사용됩니다.그러나 셀레늄의 원자 번호가 낮다는 것은 충분한 [19]감도를 얻기 위해 두꺼운 층이 필요하다는 것을 의미한다.

카드뮴 텔루라이드(CdTe)와 아연 합금인 카드뮴 아연 텔루라이드는 넓은 밴드갭과 높은 양자수 때문에 X선 [20][21]검출이 가장 유망한 반도체 재료 중 하나로 꼽힌다.현재 적용 분야에는 골밀도 측정 및 SPECT가 있지만 방사선 촬영 영상에 적합한 평면 패널 검출기는 아직 [22]생산되지 않았습니다.현재 연구 개발은 CERN의 Medipix 검출기 및 과학기술시설협의회의 HEX와 같은 에너지 분해능 픽셀 검출기에 초점이 맞춰져 있습니다.ITEC [23][24]검출기

PIN 포토다이오드 또는 1N4007과 같은 일반적인 반도체 다이오드는 X선 [25][26]빔에 배치하면 광전 모드에서 소량의 전류를 생성합니다.

간접 검출기

간접 검출기는 X선을 가시광선으로 변환하는 섬광기로 구성되며, 이는 TFT 어레이가 판독한다.이는 [19]분해능의 잠재적 트레이드오프가 있지만 현재(아모르퍼스 셀레늄) 직접 검출기에 비해 민감도 이점을 제공할 수 있다.간접 평판 검출기(FPD)는 오늘날 의료, 치과, 수의 및 산업 분야에서 널리 사용되고 있다.

TFT 어레이는 비정질 또는 무질서 상태인 실리콘 얇은 층으로 덮인 유리 시트로 구성됩니다.미세한 규모로, 실리콘은 그래프 용지의 격자처럼 고순서 배열로 배열된 수백만 개의 트랜지스터로 각인되어 있습니다.이들 박막 트랜지스터(TFT)는 각각 하나의 픽셀(화소자)을 구성하는 광흡수 포토다이오드에 부착된다.포토다이오드에 부딪히는 광자는 전자-공 쌍이라고 불리는 두 개의 전하 운반체로 변환됩니다.생성되는 전하 캐리어의 수는 들어오는 광자의 강도에 따라 달라지기 때문에 전압으로 빠르게 변환된 후 디지털 신호로 변환될 수 있는 전기적 패턴이 생성되며, 이를 컴퓨터로 해석하여 디지털 이미지를 생성한다.실리콘은 뛰어난 전자 특성을 가지고 있지만 X선 광자의 흡수력이 특별히 좋은 것은 아닙니다.이러한 이유로 X선은 먼저 옥시술피드 가돌리늄이나 요오드화 세슘과 같은 물질로 만들어진 섬광기에 영향을 미친다.섬광기는 X선을 흡수하여 가시광선 광자로 변환한 후 포토다이오드 어레이로 전달합니다.

선량 측정

가스 검출기

주요 기사: 가스 이온화 검출기
와이어 실린더 가스 방사선 검출기의 인가 전압 함수로서의 이온 전류 플롯.

가스를 통과하는 X선은 그것을 이온화시켜 양이온과 자유전자를 생성한다.들어오는 광자는 그 에너지에 비례하는 수많은 이온 쌍을 만들 것이다.가스실 이온과 전자가 서로 다른 방향으로 움직이면 검출 가능한 전류가 발생합니다.가스의 동작은 인가된 전압과 챔버의 형상에 따라 달라집니다.이에 따라 아래에 설명된 몇 가지 다른 유형의 가스 감지기가 생성됩니다.

이온화 챔버는 약 100V/cm의 비교적 낮은 전계를 사용하여 모든 이온과 전자를 [27]재결합하기 전에 추출합니다.이는 가스가 [7]노출되는 선량률에 비례하는 일정한 전류를 제공합니다.이온 챔버는 방사선량 수준을 확인하기 위한 휴대용 방사선 조사 미터로 널리 사용된다.

비례 카운터는 원통형 챔버 중앙에 양극 와이어가 얇은 형상을 사용합니다.대부분의 가스 부피는 이온화 챔버 역할을 하지만, 와이어에 가장 가까운 영역에서는 전자가 가스 분자를 이온화할 수 있을 만큼 전기장이 높습니다.그러면 눈사태 효과가 발생하여 출력 신호가 크게 증가합니다.모든 전자가 거의 같은 크기의 눈사태를 일으키기 때문에 수집된 전하가 흡수된 X선에 의해 생성된 이온 쌍의 수에 비례합니다.이를 통해 들어오는 각 광자의 에너지를 측정할 수 있습니다.

가이거-뮐러 카운터는 UV 포토가 생성되도록 훨씬 [28]더 높은 전기장을 사용합니다.이것들은 새로운 눈사태를 시작하고, 결국 양극 와이어 주변의 가스의 완전한 이온화를 초래한다.이로 인해 신호가 매우 강해지지만 각 이벤트 후 데드 타임이 발생하여 X선 [29]에너지를 측정할 수 없게 됩니다.

가스 검출기는 일반적으로 위에서 설명한 바와 같이 가스 부피 또는 상호작용하는 광자의 수에 대한 평균 선량률만을 측정하는 단일 픽셀 검출기이지만 와이어 챔버에 많은 교차 와이어를 사용함으로써 공간적으로 분해할 수 있다.

실리콘 PN 태양전지

실리콘 PN 태양전지는 극자외선, 연 X선, 경 X선을 포함한 모든 형태의 이온화 방사선을 검출하는 데 적합하다는 것이 1960년대에 입증되었다.이러한 형태의 검출은 이온화 방사선이 원자에 부딪혀 자유 [30]전자를 방출하는 과정인 광이온화를 통해 작동합니다.이런 종류의 광대역 전리방사선센서는 태양전지, 전류계, 그리고 태양전지 위에 가시광선 필터를 필요로 한다. 이 필터는 원치 않는 파장을 차단하면서 전리방사선이 태양전지에 닿을 수 있게 해준다.

라디오크로믹 필름

주요 기사 : 라디오크로믹 필름

자체 개발형 라디오크로믹 필름은 선량측정 및 프로파일링 목적, 특히 방사선 치료 [31]물리학에서 매우 높은 분해능 측정을 제공할 수 있습니다.

레퍼런스

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