Bilgisayarlı Radyografi Sistemleri Yazımız Hakkında

Yıllar önce paylaştığımız ders notları türünden bir yazının aylık yayınlanan bir dergide yazılan yazıda kaynak olarak gösterilmesi bizi sevindirdi. Kullanıp kaynak gösterenlere teşekkür ediyoruz.

Bilgisayarlı Radyografi ve daha fazla biyomedikal ile alakalı yazıyı bu sitede bulabilirsiniz. Bilgi paylaştıkça çoğalıyor, kaynak gösterenler sevindiriyor.

Röntgen Cihazı : Siemens Axiom Aristos

Dedektörlü alıcı standı
3 boyut destekli kontrol paneli, tüp koruması, kolimatör
Dedektörlü hasta yatağı
Bilgisayar, klavye, fare ve elle şutlama butonu

Ray sistemi
Kaldırma kolonu
X-Işını Tüp Ünitesi
Hasta Ekranı
Kontrol paneli
Tutma kolları
Çok yapraklı kolimatör

SAYISAL RADYOGRAFİNİN EKRAN-FİLM SİSTEMİYLE KARŞILAŞTIRILMASI

Sayısal radyografinin ekran-film sistemlerine göre en büyük üstünlüğü görüntüleri sayısal ortama taşımasıdır. Bunun sonucunda görüntüler çoğaltılabilir. Hızlı bir şekilde iletilebilir ve güvenli bir şekilde depolanabilir. Görüntünün sayısal bilgiye çevrilmesinin en büyük avantajlarından bir tanesi de görüntü işleme olanağının sağlanmasıdır. Böylece tekrar hasta çekimine gerek kalmadan görüntüler üzerinde düzeltme yapılabilir. Ayrıca banyo işleminin ortadan kalkması iş akışını artırır.

SAYISAL DEDEKTÖRLERDE GÖRÜNTÜ KALİTESİNİ BELİRLEYEN FAKTÖRLER

Sayısal Dedektörlerde Görüntü oluşumunda kaliteyi etkileyen faktörler:


Uzaysal Çözünürlük: Uzaysal çözünürlük yüksek kontrastlı cisimlerde belli bir aralıkta ayırt edilebilen noktaların sayısı olarak tanımlanabilir. Uzaysal çözünürlük matris genişliği ve piksel boyutuyla belirlenir ayrıca piksel boyutu uzaysal çözünürlük için sınırlayıcı parametredir. Küçük piksel boyutu ve geniş dedektör alanı uzaysal çözünürlüğü artırır. Dedektöre uygulanan radyasyon dozunun artırılması çözünürlüğü artırmaz çünkü artan radyasyonla saçılma miktarı da artar ve bu uzaysal çözünürlüğü olumsuz etkiler.

SAYISAL RADYOGRAFİDE GÖRÜNTÜNÜN OLUŞUMU

Sayısal radyografide dedektör çıkışı analog elektronik sinyaldir. Çünkü dedektörlerdeki tüm etkileşimler analog sinyal üretimini sağlarlar. Sayısal görüntü oluşumu için bu sinyaller analog-sayısal çeviricide sayısal sinyale çevrilir. Çevrim işleminde analog sinyaller parçalara bölünerek sayısal büyüklükler olarak ifade edilirler. Sonrasında bu büyüklükler. Sayısal ortama uygun binary(ikili) sayılara çevrilir ve kaydedilirler.
 
Eğer bu bilgiler film üzerine kaydedilecekse (Hard Copy) veya sürekli görüntüye çevrilecekse (soft copy) tekrar analog büyüklüklere çevrilirler.

Düzlem-panel Dedektörlerde Piksel Boyutu Azalımı

CR sistemlerin aksine direkt radyografi dedektörleri okuma düzeneği tarafından belirlenen sabit piksel boyutlarına sahiptir. Son teknoloji aktif matris düzeneklerinde tipik piksel boyutları 100-200µm boyutlarındadır. Bu bize Nyquist teoremine göre uzaysal ayırma gücünün 2,5-5 lpmm-1ile sınrlı olduğunu söyler. Bu çözünürlük her ne kadar genel radyografi için yeterli olsa da özel mamografi uygulamaları için daha küçük piksellere ihtiyaç vardır.

Yeni Direkt Çevrim Materyalleri

Düşük Z değerinden dolayı selenyum kristali ideal bir fotoiletken madde değildir. K kenarı enerjisi 13 keV civarındadır ve kütle soğurma katsayısı radyasyon enerjisiyle hızlı bir şekilde azalır. Bu yüzden indirekt çevrim fosforlarıyla karşılaştırıldığında x-ışınlarını aynı etkinlikte soğurmaları için daha kalın üretilmeleri gerekir.

Direkt Düzlem-Panel Dedektörler

Direkt düzlem -panel dedektörler TFT tabakalarının üzerine fotoiletken tabakaların yerleştirilmesiyle elde edilir. Fotoiletken tabakaların bir çok özelliği silikona benzerdir. Ama atom numaraları yüksektir.

Genelde selenyum (Z=34) tercih edilir. Okuma prosedürü indirekt dedektörlerde elektronik yapı olarak aynıdır. Direkt dedektörlerde elektronlar fotoiletken maddelerde üretilir ve sintilatör ekranlar kullanılmaz. Okuma için dedektörün ön tarafındaki ince metal plakaya(elektrot) (-) voltaj uygulanır. Böylece dedektör elemanları elektroda göre (+) voltaja sahip olurlar. X-ışını soğurumu sırasında fotoiletken maddede üretilen elektronlar elektrik alanın etkisiyle devre elemanlarına doğru hareket ederler. Yük birikimi ve ardından okuma işlemi aynı elektronik işlemlerle gerçekleştirilir.

Yapılandırılmış Fosfor Tabakalar

İndirekt düzlem-panel dedektörler x-ışını çevrimi bakımından ekran-film sistemlerine benzerler. Farklı olarak görüntü optik filmler yerine elektronik sensörlerle algılanır. Optik filmler ince olduğu için ışığı iyi geçirirler ve güçlendirici ekranlarla sandviç şeklinde kullanılabilirler. Ama düzlem-panel dedektör tabakaları optik filmlerden daha kalındır ve hassas yapıları nedeniyle de sandviç şeklinde üretilemezler.

Sintilatör tabaka TFT algılayıcı tabakanın bir miktar yukarısındadır. Bu da ışığın küresel yayılması nedeniyle bir miktarının doğrultusundan sapması anlamına gelir. Bu etki görüntüde bulanıklığa neden olur. Bunu engellemek için kolon şeklinde yapılandırılmış fosforlar kullanılır. CsI kristalleri kolon şeklinde büyütülmeye daha müsait olduğu için Gd2O2S kristallerine göre daha çok tercih edilirler. Bu yapıdaki fosfor tabakalar ışık kılavuzları gibi davranırlar ve ışığı güzel bir doğrultuyla TFT tabakalara gönderirler. Yapılandırılmış fosfor tabakalar toz kristallere göre yüksek DQE değerleri sağlarlar.

İndirekt Düzlem-Panel Dedektörler

İndirekt Düzlem-panel dedektörler x-ışınlarındaki radyografik bilgiyi görünür bölge ışınlarına çevirerek okurlar. X-ışınlarını görünü bölge ışınlarına çevirmek için CsI veya Gd2O2S sıkıştırılmlış sintilatör ekranlar kullanılır. İndirekt terimi x-ışınları görünür bölge ışınlarına çevrildiği için kullanılır. İndirekt düzlem-panel dedektörlerin görüntü okuma figürasyonu şekildeki gibidir.

DÜZLEM-PANEL DEDEKTÖRLER

Düzlem-panel dedektörler amorf silikonlar üzerine kurulmuştur. Sistemin fiziksel prensipleri Rowlands ve Yorkston tarafından ortaya konmuştur. Düzlem -panel dedektörlerde görüntüleme tekniği laptop ekranlarındaki teknolojiye benzerdir. Bu bir çok ekran elemanının birbirine bağlanmasını gerektirir. Ama düzlem -panel ekranlarda her ekran elemanının ayrı ayrı bağlantısının kurulması yerine yatay ve dikey mantıksal elemanları birleştiren bir grup kablo kullanılır. Bu sayede 1000x1000 matris boyutundaki görüntü için 1000000 bağlantı yerine 2000 bağlantı yeterli olabilmektedir. Düzlem -panel dedektörlerde tüm ekran elemanlarındaki bilgiler görüntüleme için bilgisayara gönderilir. Düzlem -panel dedektörler hem direkt hem de indirekt çevrim yapan tasarımlara sahiptir.

Sırayla Okuyunuz:

• İndirekt Düzlem-Panel Dedektörler
• Yapılandırılmış Fosfor Tabakalar
• Direkt Düzlem-Panel Dedektörler
• Yeni Direkt Çevrim Materyalleri 
• Düzlem-panel Dedektörlerde Piksel Boyutu Azalımı

SELENYUM-SİLİNDİR DEDEKTÖRLER

Bu yöntemde fotoiletken (selenyum) içi boş bir silindir kullanılır. Silindir (+) yüzey yüküne sahiptir. X-ışınlarına maruz bırakılan silindir bir yandan da döndürülür. X-ışınları soğrulmasıyla fotoiletken madede üretilen elektronlar yüzey yükünü değiştirir. Bu değişim elektronik sinyal olarak algılanır ve sayısallaştırılır.

Selenyum silindir dedektör

DİREKT RADYOGRAFİ(DR) SİSTEMLERİ

Direkt radyografide x-ışınları fotoiletken maddelerle (genellikle amorf selenyum) elektronlara çevrilip radyografik görüntü oluşmasını sağlarlar. Bu yöntemde okuma işleminin ayrı olarak gerçekleştirilmemesi bu ismi almalarını sağlamıştır. Direkt radyografi sistemleri temel olarak direkt ve indirekt çevrim yapan sistemler olarak iki kısımda incelenebilir. İndirekt çevrim yapan dedektörlerde x-ışınlarını görünür bölge ışınlarına çeviren sintilatörler kullanılırken direkt çevrim yapan dedektörlerde buna ihtiyaç duyulmaz. Bunun yanında direkt radyografi sistemleri görüntü okuma tekniklerine göre düzlem-panel dedektörler ve CCD dedektörler olarak iki temel kısımda incelenir. Bu dedektörler hem direkt hem de indirekt çevrim yapan tasarımlara sahip olabilirler. Direkt radyografi sistemlerini genelde bu iki başlık altında incelemeye çalışacağız.

BİLGİSAYARLI RADYOGRAFİ(CR) SİSTEMLERİ

Bilgisayarlı radyografi sistemleri konvansiyonel ekran-film radyografi sistemlerine benzerdir. Temel farklılık kasetlerin yerine görüntü kaydedici fosfor plakaların kullanılmasıdır. CR sistemlerin temel fiziksel ilkeleri 1980 yılında Rowlands tarafından geliştirilmiştir.

Bilgisayarlı radyografi sistemleri Bromid(Br),Klorin(Cl) ve iyodin(I) gibi farklı halojenleri içeren foton uyarmalı kristaller tabakasına sahiptir. Foton uyarmalı kristaller özel kristaller içerisine (Genelde üreticiler BaFX:Eu+2 (Baryum Florohalid)kristalini kullanırlar. X burada klorin(Cl),Bromid(Br),İyodin(I) veya bunların karışımları olabilir.)fosfor kristallerinin tanecikler şeklinde rastgele katkılanmasıyla elde edilirler. CR sistemlerde sırasıyla x-ışını jeneratörü ve hastadan gelen x-ışınları görüntü kaydedici fosfor plakaya yönlendirilirler. X-ışınları plakadaki kristallerin elektronlarının bir üst seviyeye uyarılmalarını sağlar. Kristale gelen x-ışınları Eu+2 iyotlarıyla etkileşerek Eu+3 iyonları oluşumunu sağlar. Bu olay sonucu meydana gelen hareketli serbest elektronlar F merkezlerinde tuzaklanır ve yarı kararlı tabakada tutulmuş olur. Böylece x-ışını enerjileri plakada kaydedilmiş olur. Bu depolanan enerji kristallerin özelliğine göre 4-5 saat kayıtlı tutulabilir. Ama farklı soğrulma bölgelerindeki enerji farklılıklarının kaybolmaması için okuma işlemi hemen yapılmalı ve kristal fazla bekletilmemelidir.

SAYISAL RADYOLOJİ DEDEKTÖRLERİ

                 Günümüzde sayısal görüntüleme teknikleri ekran-film sistemlerinin yerini almaya başlamıştır. Diğer görüntüleme teknikleri CT ve MRI temelinde sayısaldır. Ultrason uygulamaları da 1970’lerde sayısal hale getirilmiştir. Bu yüzden sayısal radyografi dijital görüntülemelerin son aşamasıdır. Radyografide sayısal yönteme erken geçilememesinin en önemli sebebi erken-film sisteminin güzel çalışması ve bir çok uygulamada güzel görüntü kalitesi vermesidir.

FLOROSKOPİK SİSTEMLER

        Floroskopide statik değil hareketli görüntüler elde edilerek dinamik fonksiyonlar gözlenir(yemek borusu, mide, böbrek gibi) İlk floroskopik sistemlerde fosfor ekranlar kullanılıyordu. Bu ekranlarda oluşan ışık görüntüsü devamlı izlenmekteydi. Ekranda oluşan ışık görüntüsünün zayıf olması kontrolün karanlık odalarda yapılmasını gerektiriyordu.

GÖRÜNTÜ GÜÇLENDİRİCİ EKRANLAR

Optik filmlerin direkt olarak x-ışınlarıyla ışınlanması görüntü oluşumu için yeterli olabilir. Ama film kısmında belirtildiği gibi bu x-ışınlarının çok küçük kesri görüntü oluşumunda kullanılır. Bu yüzden kaliteli görüntüler elde etmek için hastanın aşırı derecede ışınlanması gerekebilir. Bu sorunu aşmak için geliştirilen bir yöntem görüntü güçlendirirci ekranlardır. Görüntü güçlendirici ekranlar fosforesans özelliğine sahip(radyasyonla uyarıldıktan kısa bir süre sonra ışık yayan) maddelerden imal edilirler. Bu maddeler x-ışınlarının çok sayıda düşük enerjili görünür bölge ışınlarına çevrilmesini sağlar. Ekranlar taban, yansıtıcı tabaka, fosfor tabaka ve koruyucu tabaka olmak üzere dört kısımdan oluşur.

KONVANSİYONEL (ANALOG) EKRAN-FİLM GÖRÜNTÜLEME SİSTEMLERİ

Konvansiyonel görüntüleme sistemlerinde dedeksiyon ve görüntü oluşumu bir bütündür. Tüm düzenek bir kaset içerisinde muhafaza edilebilir. Ekran-film düzeneği temel olarak görüntünün oluştuğu optik film ve görüntü güçlendirici ekranlardan oluşur.

Optik Filmler: Ekran- film sistemlerinde optik filmler üzerinde görüntünün oluşturulduğu elementlerdir. Optik filmler koruyucu tabaka, taban ve emülsiyon kısımlarından oluşur.

Film Tabanı: Film tabanı filme gerekli olan dayanıklılığı sağlar. Kalınlığı genelde 150µm civarındadır. Film tabanı yapımında sert maddeler tercih edilir. Taban maddesinin banyo işleminden etkilenmemesi ve yanıcı olmaması tercih edilir. Görüntünün iyi gözlenebilmesi için taban maddesi reklendirilebilir.

Emülsiyon: Emülsiyon katmanının kalınlığı 10µm civarındadır. Jelatin ve gümüş halojenür olmak üzere iki kısımdan oluşur. Jelatin maddesi gümüş halojenür kristallerinin emülsiyonda kümelenmeyecek şekilde tutunmasını sağlar. Genelde havyan kemiğinden üretilse de günümüzde kimyasal yapay jelatinler de üretilmektedir.

Emülsiyonun diğer kısmı gümüş halojenür kristalleridir. Gümüş halojenür kristalleri Ag, Br- ve I- iyonlarından oluşur. Gümüş halojenin %90-99 u gümüşbromürden(AgBr) %1-10 u gümüş iyodürden(AgI) oluşur. Gümüş iyodür ilavesi kristalin hassasiyetini artırmak için yapılır. Gümüş halojenler kübik kristallerdir(1-1,5 µm boyutlarında). Emülsiyonun her cm³ ünde 6,3x10⁹  halojen ve her halojende 10⁶-10⁹ gümüş kristali bulunur. Saf kristalin hiçbir duyarlılığı olmayacağı için kristale AgS safsızlıkları ilave edilir. Emülsiyon doğal olarak gama ışınlarına, x-ışınlarına ve görünür bölgenin mavi kısmına duyarlıdır. Emülsiyonun spektral duyarlılığını artırmak için uyarıcı boya maddeleri emülsiyona ilave edilir.

RADYOLOJİ NEDİR? SİSTEMLERİNİN GENEL YAPISI

RADYOLOJİ SİSTEMLERİNİN GENEL YAPISI

X-Işınları: 1895 yılında Wilhem Conrad Rontgen tarafından bulunan X-ışınları yüksek enerjili elektromanyetik dalgalardır. X-ışınları siklotronlarda ve x-ışını tüplerinde üretilirler. Radyolojik uygulamalarda x-ışını tüplerinde üretilen ışınlar kullanılır.  

                               

            X-Işını Tüplerinin Genel Yapısı: X- ışını tüpleri genel olarak (-) yüklü katot, (+) yüklü anot ve katot tarafında termoiyonik elektronların  üretildiği tungsten flamandan oluşurlar. Tungsten flamanda üretilen termoiyonik elektronlar anot-katot arası yüksek gerilim sayesinde hızlandırılıp döner anot hedef maddesine çarptırılırlar. Döner anot olarak seçilen hedef maddesinin yüksek elektron üretim verimine, (yoğunluk ve yüksek atom numarası olarak da ifade edilebilir.) yüksek ısı kapasitesine ve dayanıklılığa sahip olması gerekir. Anot maddesi olarak genelde  %90 tungsten %10 Renyumdan oluşan alaşımlar tercih edilir. Anot maddesinde elektrolar iki şekilde oluşur:

Sayısal Radyografi

Radyografi yöntemlerinin kökeni Wilhem Conrad Rontgen’ in 1895 yılında x-ışınlarını bulmasına kadar dayanır. X-ışınlarını ilk kez görüntülemede kullanan da Rontgen’dir. 1912 den sonra tıp ve endüstride görüntüleme için kullanılmaya başlayan x-ışınları radyografi sistemleri bugün aynı alanlarda çok yaygın bir şekilde  kullanılmaktadır.

Radyografi sistemleri başlangıçtan günümüze çok büyük gelişme göstermiştir. Özellikle bilgisayar ve elektronik teknolojisinin gelişmesi ve de farklı görüntüleme tekniklerinin (CT, BT vb.) geliştirilmesiyle x-ışını radyografisi özellikle tıbbi görüntülemenin vazgeçilmezi olmuştur.