Detektorityypit
Digitaalisen kuvantamisen detektorityypit jaetaan suoraan ja epäsuoraan digitaaliseen kuvantamiseen. Suoradigitaaliseen kuvantamiseen kuuluu taulukuvailmaisimet sekä langattomat kannettavat detektorit. Epäsuoran kuvastamisen puolelle kuuluvat kuvalevykuvantaminen, jonka kuvanlukuun käytetään erillistä kuvanlukijaa sekä cesiumpohjainen ilmaisin. Suorakuvantamisessa röntgensäteily muutetaan suoraan sähköiseksi signaaliksi ja siitä edelleen digitaaliseksi tiedoksi. Epäsuorassa kuvantamisessa taas röntgensäteily muutetaan ensin valoksi ja siitä edelleen sähköiseksi signaaliksi.
Suoradigitaalinen kuvantaminen
Tässä kuvantamistavassa säteilyn fotonit kerätään ja muunnetaan amorfisesta seleenistä valmistetulla sädeherkällä materiaalilla suoraan sähköiseksi varaukseksi. Tämän tyyppisiä litteitä detektoreja, jotka perustuvat seleenipohjaan, kutsutaan taulukuvailmaisimiksi (flat panel detector). Taulukuvailmaisimia on sekä suora- ja epäsuoradigitaalisia. Taulukuvailmaisimessa käytetään amorfista seleeniä puolijohteena sen absorbointiherkkyyden ja korkean resoluution vuoksi. Ilmaisimessa seleenikerros on varautuneessa tilassa ennen eksponointia (kuvan ottamista) ja kuvattaessa säteilyn fotonit absorboituvat ilmaisimen aktiiviseen seleenikerrokseen ja saavat aikaan sähköisen varauksen, joka siirtyy ilmaisimen varauksentallenninelementteihin ohutkalvo kerrokselle (TFT -thin film transistor). Tämän jälkeen varaus muunnetaan digitaalisiksi arvoiksi vastaamaan kuvaa pikseleinä. Tämän jälkeen kuvaa voidaan vielä muokata ja sen jälkeen siirtää sähköiseen potilasarkistoon. Kuvanjohdohdinmateriaaleina käytetään myös mm. lyijyjodia ja lyijyoksidia, joilla on korkea avaruudellinen resoluutio ja herkkyys.
Langaton kannettava detektori
Langatonta kannettavaa detektoria käytetään liikuteltavissa digitaalisissa kuvantamislaitteissa joilla kuvataan potilaita esimerkiksi osastolla tai ensiavussa. Detektoria voidaan käyttää röntgenosastolla kiinteänä laitteen yhteydessä toimivana, jolloin se voidaan liittää suoraan thorax- telineeseen tai bucky- pöytään. Detektoria voidaan käyttää myös kuten kuvalevyä jolloin sen toimintakenttä on hyvin laaja ja haastavatkin projektiot (sijoittamiset) onnistuvat sijoittamalla detektori vaadittuun asemaan, mikä ei taas kiinteällä detektorityypillä välttämättä onnistu.
Langattomassa detektorissa virtalähteenä toimii akku, jolloin sillä voidaan ottaa useita röntgenkuvia ja siirtää niitä talteen työasemille myöhempiä tarkasteluja varten. Röntgenkuvan välitön siirto työasemalla vaatii WLAN- yhteyden detektorin ja työaseman välille. Tällöin röntgenkuva kohteesta siirtyy muutamassa sekunnissa detektorilta kuvauslaitteen näytölle sekä sähköiseen tietojärjestelmään.
Langattoman detektorin ja tämän nopean toiminnan sekä kuvansiirron avulla on mahdollista kasvattaa potilasmääriä ja sitä kautta alentaa kustannuksia. Langattoman detektorin säteilyn tallennus ja kuvan tuottaminen ovat tekniikaltaan samanlaisia kuin suorassa digitaalisessa kuvantamisessa. Lisäksi langaton detektori on säteilyn käytön ominaisuuksiltaan toimiva, sillä on hyvä hyötysuhde, absorptiotehokkuus ja korkea DQE (kvanttitehokkuus) eli potilaaseen kohdistettu röntgensäteily voidaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti diagnostisen kuvan muodostukseen. Arvoina käytetään mm. detektorin herkkyyttä, sisäistä kohinaa ja dynamiikka-aluetta.
Epäsuora digitaalinen kuvantaminen
Epäsuorassa digitaalisessa kuvantamisessa säteily tallennetaan cesiumjodidista valmistetulle kuvailmaisimella. Ilmaisin voi olla materiaaliltaan suunnattu tai suuntaamaton, joka taas vaikuttaa fotonien siroamiseen ja tallentuvan tiedon määrään. Cesiumjodidilla on hyvä absorptiokyky sen korkean alkuainejärjestysluvun vuoksi. Se on lisäksi neulamaisen kiteenmuotoinen, jolloin se suuntaa säteilyä kiteen suuntaisesti ja estää turhan hajasäteilyn syntymistä. Suunnattu ilmaisin lisää fotonien havaitsemisen tehokkuutta ja estää niiden siroamisen sivuille. Ilmaisin muuntaa säteilyn valoksi, jonka jälkeen valo muunnetaan sähköiseksi varaukseksi detektorin amorfisesta piistä tehdyssä osassa.
Mikroskooppisella tasolla piihin on istutettu miljoonia transistoreja taulukkomaiseen järjestykseen. Jokainen transistori on yhdistetty valoa absorvoivaan fotodiodiin muodostaen yksittäisen pikselin. Näkyvän valon osuessa diodiin syntyy sähkövirta, joka aktivoi pikselin, jonka jälkeen varaus puretaan lukijalaitteen avulla kuvamuotoon ja kuvaa voidaan tämän jälkeen muokata ja tallentaa. Epäsuora kuvantaminen on toimintaperiaatteeltaan samanlaista kuin kuvalevykuvantaminen, joissa molemmissa säteily tallennetaan ja puretaan erikseen kuvamuotoon.
Digitaalisuus tarkoittaa, että kaikki luvut esitetään nollina ja ykkösinä. Kuva tallennetaan kuvamatriisiksi, jossa jokainen kuvanalkio, pikseli, sisältää luvun joka on verrannollinen harmaasävyarvoon. Digitaalitekniikan perusyksikkö on bitti. Yhdellä bitillä voidaan esittää kaksi harmaasävyarvoa, 0 ja 1, joista 0 vastaa mustaa pikseliä ja 1 valkeaa pikseliä. Kahdella bitillä voidaan esittää 4 harmaasävyarvoa. Lääketieteessä kuvat esitetään yleensä 12 bitillä, joten käytössä n. 4096 harmaasävyä.
Kuvalevykuvantaminen
Kuvalevykuvantaminen toimii epäsuorana kuvantamismenetelmänä kolmivaiheisesti: eksponointi, lukeminen ja erasointi. Kuvalevykuvantimessa säteily tallennetaan valoherkälle kuvalevylle, joka on valmistettu useimmiten cesiumjodidista. Kuvalevyä eksponoitaessa säteily absorboituu kuvalevylle, jolloin saadaan kuvalevyn elektronit virittymään. Absorboitunut energia tallentuu kuvalevyn kiderakenteisiin latenttikuvaksi. Tämän jälkeen kuvalevy luetaan erillisellä lukijalaitteella eksponoinnin jälkeen, missä punainen lasersäde skannaa kuvalevyn ja purkaa atomien virityksen luettavaksi valomonistinputkella. AD- muunnin muuntaa viritykset digitaaliseksi kuvaksi, jonka jälkeen kuva on muokattavissa ja tallennettavissa sähköiseen tietokantaan. Lopuksi kuvalevy puhdistetaan seuraavaa eksponointia (kuvausta) varten erasoimalla se. Erasointi tapahtuu skannaamalla se kirkkaalla valolla, joka poistaa jäljelle jääneet viritykset ja tämän jälkeen kuvalevy on tyhjä ja valmiina seuraavaa kuvan ottoa varten.
Digitaalisen kuvastamisen hyödyt verrattuna analogiseen
Digitaalisen taulukuvailmaisimen ja perinteisen filmin erot ilmenevät lähinnä hinnassa ja helppokäyttöisyydessä. Digitaalisesti otetut kuvat saadaan sähköisesti suoraan tietokoneelle, jolle ne voidaan tallentaa, tarvittaessa editoida ja lähettää eteenpäin. Prosessi on nopeampi eikä kuvan kehittämiseen tarvita kemikaaleja ja erillisiä filmejä. Nopeamman prosessin ansioista myös säteilyannokset jäävät pienemmiksi. Oikein otettuna paras kuvanlaatu saadaan perinteisellä filmillä mutta digitaalisten kuvien laatu on tasaisempaa ja riittävän tarkkaa. Analogisen laitteiston asentaminen ja huolto on digitaalista halvempaa, mutta yksittäiset kuvat tulevat halvemmaksi digitaalisesti otettuna. Näiden lisäksi taulukuvailmaisimet ovat kevyempiä, kestävämpiä ja kooltaan pienempiä.
Linkit
https://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/76492/silen_salla.pdf?sequence=1
http://www.theseus.fi/bitstream/handle/10024/25946/Kroger_Jenni.pdf?sequence=1
http://physicomedicae.fi/julkaisut/muut-julkaisut/80-digikuvaus-ja-annokset.html
http://www.tekniikka.oamk.fi/~jjauhiai/opetus/mittalaitteet/mittalaitteet07-v1.1.pdf
http://www.tekniikka.oamk.fi/~jjauhiai/opetus/mittalaitteet/rontgen.pdf