Trendy v digitální skiagrafii. Absolventská práce

Trendy v digitální skiagrafii Absolventská práce Michal Michael Ritoch Vyšší odborná škola zdravotnická a Střední zdravotnická škola Praha 1, Alšovo nábřeží 6 Studijní obor: Diplomovaný radiologický asistent Vedoucí práce: Pečený Jakub, DiS. Datum odevzdání práce: 16. dubna 2007 Datum obhajoby: 12. června 2007 Praha 2007

Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem absolventskou práci vypracoval samostatně a všechny použité prameny jsem uvedl podle platného autorského zákona v seznamu použité literatury a zdrojů informací. Praha 13. dubna 2007. Podpis autora 2

Poděkování Děkuji J.Pečenému, DiS. za odborné vedení absolventské práce a cenné rady při zpracování této práce. Dále bych rád poděkoval vedoucí mojí výukové skupiny paní A.Šimůnkové, lékařům, radiologickým laborantům, zdravotním sestrám, sanitářům Fakultní nemocnice Na Bulovce, Praha 8, Fakultní Thomayerovy nemocnice, Praha 4 Krč, rodičům a všem přátelům, zejména K. Majerové a P. Svárovskému, za podporu po dobu studia. 3

Souhlas s použitím práce Souhlasím s tím, aby moje absolventská práce byla půjčována ve Středisku vědeckých informací Vyšší odborné školy zdravotnické a Střední zdravotnické školy, Praha 1, Alšovo nábřeží 6.. Podpis autora 4

Abstrakt v českém jazyce ABSTRAKT Ritoch Michal Michael Trendy v digitální skiagrafii Vyšší odborná škola zdravotnická a Střední zdravotnická škola Praha 1, Alšovo nábřeží 6 Vedoucí práce: Pečený Jakub, DiS. Absolventská práce, Praha: VOZŠ a SZŠ, 2007, 45 stran Tato práce popisuje jak počátky rentgenologie tak i současnost a vytváří přehled o možnostech zobrazování RTG obrazu se zaměřením na digitalizaci. Pro digitalizaci jsou charakteristické dva způsoby zpracování obrazu a to on-line processing a postprocessing. Nejjednodušší digitalizací je ofocení snímku digitálním fotoaparátem. Pro nízkou kvalitu se nepoužívá a dává se přednost digitalizaci filmových snímků ve speciálních scannerech. Tyto dva způsoby nazýváme sekundární digitalizací. Další z možností digitalizace je tzv. nepřímá digitalizace. Zde už je kazeta s RTG filmem nahrazena kazetou s paměťovou folií. Zacházení s kazetou s paměťovou folií je stejné jako u klasických filmových kazet. Obraz v digitální podobě je získán za pomocí scanneru pro nepřímou digitalizaci. Životnost kazety s paměťovou folií je teoreticky neomezená, v praxi však dochází k mechanickému poškození při manipulaci ve scanneru. Nejperspektivnějším zobrazovacím systémem do budoucna je přímá digitalizace, kde se k detekci RTG záření používá čip tvořený maticí světlocitlivých polovodičových prvků. Tento detektor je umístěn pod/za bucky clonou. Vyrábějí se systémy s přímou konverzí RTG záření a s nepřímou konverzí RTG záření, které jsou označovány jako ploché panelové detektory a jsou v této práci blíže popsány spolu s dalšími zařízeními používanými při nepřímé a přímé digitalizaci. Samostatná kapitola je věnována výhodám a nevýhodám digitální a analogové skiagrafie a praktickému testu kvality. Klíčová slova: RTG, přímá digitalizace, nepřímá digitalizace, detektory 5

Resümee auf deutsch ABSTRAKT Ritoch Michal Michael Trendy v digitální skiagrafii Trends in Digital Skiagraphy Vyšší odborná škola zdravotnická a Střední zdravotnická škola Praha 1, Alšovo nábřeží 6 Vedoucí práce: Pečený Jakub, DiS. Absolventská práce, Praha: VOZŠ a SZŠ, 2007, 45 stran Diese Arbeit beschreibt nicht nur Anfang der Röntgenologie, sondern auch ihre Gegenwart. Meine Abschlussarbeit beschreibt verwendete Abbildungsmöglichkeiten der Röntgenaufnahmen und konzentriert sich auf ihre Digitalisierung. Für die Digitalisierung sind zwei Arten der Bilderverarbeitung charakteristisch und zwar - Online-Processing und Postprocessing. Die einfachste Digitalisierung ist die Aufnahme des Bildes mit Digitalkamera. Aufgrund der niedrigeren Qualität wird diese Weise nicht benutzt. Es wird Filmdigitalisierung der Bilder in einem speziellen Scanner bevorzugt. Beide Methoden nennt man sekundäre Digitalisierung. Eine weitere Möglichkeit der Digitalisierung ist die sogenannte indirekte Digitalisierung. Hier ist schon die RTG Filmkassette gegen eine Speicherfolienkassette umgetauscht. Mit der Speicherfolienkassette wird gleich umgegangen, wie mit der RTG Filmkassette. Das Bild in der digitalen Form ist mit Hilfe des Scanners für indirekte Digitalisierung gewonnen. Gebrauchsdauer der Speicherfolie ist praktisch unbeschränkt, aber es kommt hier oft zu mechanischer Beschädigung bei der Manipulation im Scanner. Das beste Abbildungssystem für die Zukunft ist die direkte Digitalisierung, bei der zur Detektion der RTG - Strahlung ein Chip dient. Der Chip ist von einer Matrize der lichtempfindlichen Halbleiter-Elemente gebildet. Dieser Detektor befindet sich entweder unter oder hinter der Bucky-Blende. Es werden zwei Systeme hergestellt und zwar - mit der direkten Konversion der RTG - Strahlung und - mit der indirekten Konversion der RTG - Strahlung, die als Flachdetektorsystem bezeichnet sind. In dieser Abschlussarbeit sind ausführlich beide Konversionsformen und die Vorrichtungen 6

beschrieben, die bei indirekter und direkter Digitalisierung benutzt werden. Das Kapitel am Ende der Abschlussarbeit widmet sich den Vorteilen und Nachteilen der digitalen und analogen Skiagraphie sowie dem praktischen Teil Test der Qualität. Klíčová slova: RTG, Digitalisierung, Detektor, direkt, indirekt 7

Úvod Rozvoj techniky neponechává stranou ani oblast radiologie. V této práci shrnu vývoj zobrazování RTG obrazu digitálními systémy založenými na počítačovém zpracování obrazu, jenž postupně částečně nebo úplně nahradí filmové zobrazovací metody. 1. Historie Pátek, 8. listopadu 1895. Při pokusech s katodovou trubicí nechal padesátiletý Wilhelm Conrad Röntgen na pracovním stole krabičku, do které pravidelně odkládal svůj prsten. Na stole byly v těsné blízkosti také zabalené fotografické papíry. Krátce po pokusu, při kterém mu, k jeho rozladění, trubice shořela, použil filmy. Röntgen, profesor Würzburské univerzity zabývající se výzkumem tepelných vlastností plynů a elektrickými jevy na krystalech, byl sice barvoslepý, ale dovedl přesně rozeznávat nejjemnější rozdíly jasu světla. A na filmech objevil podivný kaz, který se tvarem nápadně podobal jeho prstenu. Fyzikální podstata záření byla vysvětlena postupně ve 20. až 30. letech 20. století. Proto profesor Röntgen nazval toto neznámé záření paprsky X. V anglosaské literatuře se dodnes používá označení X-rays, v češtině převážně výraz rentgenovo záření. První rentgenový snímek na světě, a sice ruky své ženy Berthy, zhotovil sám profesor Röntgen již měsíc po svém objevu, 22. prosince 1895. Toto datum je také považováno za den zrození rentgenologie, radiologie jako nového lékařského oboru. Při studiu paprsků X se zjistilo, že různé látky pro ni vykazují různou prostupnost. Další vlastností důležitou pro jejich využití v medicíně bylo, že způsobují zčernání fotografické emulze. Obrázek č. 1 W. C. Röntgen Je tedy možné s jejich pomocí vytvořit obraz objektu. Medicína tuto možnost využila a naučila se rentgenové paprsky používat pro diagnostiku, například pro vyhledávání cizích předmětů v lidském těle. Fotografická metoda byla postupně rozvíjena, takže v současné době je možné snímkovat i vnitřní orgány a cévy za pomoci 8

kontrastních látek, kterými se zkoumané objekty naplní. Vybírají se takové látky, které mají vyšší atomové číslo než okolní tkáně, aby jimi naplněné orgány byly na snímku dobře viditelné. 1.1. Vznik RTG záření Rentgenové záření je elektromagnetické vlnění, jehož vlnová délka se pohybuje okolo 10-9 m. Proniká hmotou i vakuem, jeho intenzita slábne se čtvercem vzdálenosti od zdroje záření a šíří se přímočaře. Nejdůležitějšími vlastnostmi tohoto elektromagnetického vlnění je průnik hmotou, luminiscenční efekt, fotochemický efekt, ionizace a biologický efekt. Při průniku hmotou je rentgenové záření zeslabováno, na čemž se podílí absorpce, rozptyl a tvorba pozitron-elektronových párů. Pozitronelektronové páry vznikají jen při užití velmi tvrdého RTG záření (tisíce kv), které se v RTG diagnostice nepoužívá. Absorpce se vysvětluje fotoefektem, při kterém foton narazí na některý oběhový elektron atomu, předá mu veškerou energii a zanikne. Elektron, na který foton narazil, vylétne mimo svou slupku. Jakmile vylétne mimo oblast silového pole atomu, dojde k ionizaci. Zůstane-li elektron v silovém poli, dostane se atom do vybuzeného stavu. Při návratu z vybuzeného do klidového stavu je vyzářená energie tím větší, čím byl elektron vybuzen na vyšší energetickou slupku atomu a to znamená, že se při absorpci tvoří sekundární záření. Rozptyl je klasický nebo Comptonův. U klasického dochází ke srážce rentgenového kvanta a obíhajícího elektronu, při které se vychýlí kvantum záření z původního směru, avšak neztratí žádnou energii a elektron se nevychýlí z dráhy. U Comptonova rozptylu se srazí kvantum záření s elektronem, záření se vychýlí z původního směru, ztratí část energie. Srážkou postižený elektron je vyražen z oběhové slupky. U obou typů rozptylů dostává sekundární záření nejrůznější směr. Přirozené záření X nebo-li rentgenové záření vzniká za velmi vysokých teplot například na Slunci. Umělým zdrojem RTG záření je rentgenka, kde vzniká prudkým zabrzděním velmi rychle letících elektronů hmotou o vysokém atomovém čísle. 9

Obrázek č. 2 Schéma rentgenky Nejprve však musí dojít k nažhavení katody a tím k uvolnění elektronů. Přivedeme-li mezi katodu a anodu napětí desítek či stovek kv, elektrony, které jsou okolo rozžhavené katody, se elektrickým polem urychlí k anodě. Nárazem na anodu se přibližně 1 % kinetické energie přemění na RTG záření a 99 % se změní v teplo. Záření vznikající dopadem elektronu na hmotu dělíme ještě na brzdné - vzniká změnou rychlosti elektronu v blízkosti jádra, a charakteristické - určené kvantovou povahou energetických hladin elektronů v obale atomu. Charakteristické záření nemá pro diagnostické účely ve skiagrafii žádný význam. Ve skiagrafii využíváme k zobrazovaní brzdné záření. 10

1.2. Zákonitosti projekce obrazu Z obrázku je zřejmé zvětšení obrazu je to funkce parametrů a a b. Obrázek č. 3 Základní uspořádání Základní rozostření (rozprojikování, neostrost) N = f a b (mm), kde a = (c b) Neostrost N je vlastně polostín způsobený rozměrem ohniska rentgenky a geometrickým uspořádáním daným parametry a a b. Rentgenový obraz je dvourozměrné zobrazení třírozměrného objektu. K jeho vzniku je potřeba zdroje záření, vyšetřovaný objekt a plocha, na kterou se obraz promítne a zviditelní, tj. film, luminiscenční plocha, xerografická plocha, speciální deska pro digitální radiografii. 11

Skialogie rozeznává dva druhy projekce: Paralelní projekce zdroj záření je v nekonečnu a záření probíhá paralelně. Při této projekci je obraz totožný s objektem. Jelikož při RTG vyšetření je ohnisko (zdroj záření) blízko objektu, jedná se vždy o centrální projekci. Centrální projekce při níž se paprsky šíří rozbíhavě, tj. při výstupu z rentgenky tvoří komolý kužel nebo jehlan a hovoříme o tzv. užitečném svazku, jehož osu tvoří centrální paprsek. Obrázek č. 4 Druhy projekcí Při šikmé i kolmé projekci dochází ke zvětšení obrazu, což je dáno rozbíhavostí svazku. Zvětšení Z je poměr mezi vzdáleností OO (ohnisko obraz) ku vzdálenosti OP (ohnisko předmět). od filmu. OO Z = OP Obraz je zvětšen tím více, čím je ohnisko blíže objektu nebo čím je objekt dále Z uvedeného vyplývá, že při snímkování by měla být co největší vzdálenost ohniska od filmu a co nejmenší vzdálenost objektu od filmu. Tato vzdálenost je však omezena RTG přístrojem. Všeobecně se udává, že ohnisková vzdálenost by měla být rovna pětinásobku tloušťky vyšetřované části těla. Mezi výjimky patří skiaskopie, kdy může vzdálenost ohnisko kůže klesnout až a nejnižší přípustnou hranici 35 cm. RTG obraz, pro lidské oko neviditelný, je zviditelněn pomocí využití luminiscenčního efektu RTG záření (skiaskopie, foliové filmy), kdy při dopadu RTG záření na některé látky (luminofory) je vyvoláno jejich světélkování, nebo fotochemický efekt (bezfoliové filmy), kdy RTG záření působí podobně jako světlo na halogenidy stříbra (AgBr a AgJ) tak, že uvolňuje jejich vazbu (stříbro se stane 12

neutrálním, bromid se odstraní při vyvolávacím procesu a nereagující stříbro zčerná tam, kde je velká intenzita záření). Tvorbě obrazu napomáhají zesilovací folie (jemně kreslící, univerzální a vysoce zesilující) umístěné uvnitř filmové kazety. Zesilovací folie je tvořena lanthanoidy, které tvoří modré světlo, nebo je tvořena gadoliniem zelené světlo. Přibližně platí, že se na zčernání foliových filmů podílí z 5 % RTG záření a z 95 % emitované světlo. 1.3. Vyvolávací proces zpracování filmového materiálu Doba, kdy se používalo ruční máčení (mokrá cesta) snímků ve vývojce a ustalovači, je již takřka doba minulá, stejně tak jako pomalu mizí z pracovišť filmové vyvolávací automaty, které nahrazují: nepřímá digitalizace RTG obrazu CR (Computed Radiography) přímá digitalizace RTG obrazu DR (Direct Radiography; někdy také DDR Direct Digital Radiography) Stále jsou však ještě používány, a proto se o nich zmíním také jen stručně, schématicky pro nástin. Mokrá cesta - film se ukotví do rámečku a postupně se ponořuje v tancích s vývojkou, ustalovačem a vypírací lázní a poté se snímky suší. Suchá cesta probíhá ve vyvolávacích automatech a bez přímého kontaktu laboranta s chemikáliemi. 1.3.1. Vyvolávací automat Schématický popis zpracování filmu ve vyvolávacím automatu. Vložení vývojka dochází k redukci rozloženého bromidu stříbrného amorfní stříbro (zčernání) zůstává na filmu. S bromidem reaguje hydroxid sodný (NaOH) ze zásadité vývojky a zreaguje se sodíkem (Na). Urychlovač, NaOH + redukční látky femidon a hydrochloridon. Další součástí vývojky je siřičnan sodný (Na 2 SO 3 ) jako konzervační látka, bromid stříbrný (AgBr), bromid sodný (NaBr) jako zpomalovač - prokreslení. V průběhu vyvolávání dochází k automatické obnově 13

vývojky (+1x týdně výměna, vyčištění automatu) očištění od vývojky ustalovač, siřičnan draselný (K 2 SO 3 ) dojde k ustálení nerozloženého AgBr; část nezreagovaného AgBr musí být odstraněna v ustalovači ustalovač vypírací lázeň sušička ven do zásobníku. Doba zpracování 90 300 s v závislosti na teplotě lázní. Obrázek č. 5 Schéma funkce vyvolávacího automatu 2. Digitalizace Receptorem obrazu pro skiagrafii je film. S narůstající kvalitou polovodičové technologie jsou jednotlivé prvky analogového systému nahrazovány čipy citlivými na světlo či RTG záření. Pro všechny digitalizované RTG obrazy jsou charakteristické dva způsoby zpracování obrazu on line processing a postprocessing přímé a následné zpracování obrazu. Účelem digitalizace není jenom možnost archivace rentgenových snímků, ale i pozdější počítačové zpracování, kterým je možné např. zvýšit kontrast. 14

o V digitální radiografii není přímá souvislost mezi dávkou (expozicí) a denzitou radiogramu. o Zobrazovací systém automaticky/manuálně upraví výsledný radiogram v závislosti na použité expozici. o Digitální obrazové receptory se často označují jako receptory s variabilní citlivostí 2.1. Sekundární digitalizace - Film Digitizing Jedná se o dodatečnou digitalizaci již zhotovených klasických filmových RTG snímků mokrou nebo suchou cestou. Nejjednodušší digitalizace je fotografování digitálním fotoaparátem rentgenového snímku na negatoskopu. Výsledkem je však velmi nízká kvalita, u rentgenových snímků pro nedestruktivní zkoušení je kvalita nedostatečná. Proto se provádí digitalizace ve scanneru. Jedná se o speciální scannery, které umožňují digitalizovat snímky do vysokých hodnot zčernání. Obraz je snímán bod po bodu laserovým paprskem nebo prosvětlován intenzivním světelným zdrojem (400 W žárovka s optikou) a snímán řádkovým snímačem. Možné je převést do digitální podoby všechny standardní formáty filmů až do šířky 35 cm, bez omezení délky. Rozlišení lze použít mezi 50 µm a 500 µm. Můžeme pracovat s dynamickým rozsahem (zčernáním) D=0 až D=4,7. Film 35 43 cm může být převeden do digitální podoby za pouhých 7 sekund. Obrázek č. 6 Filmový scanner General Electric FS50b 15

2.2. Nepřímá digitalizace CR (Computed Radiography) Hlavní rozdíl mezi analogovou skiagrafií a nepřímou digitalizací spočívá v tom, že RTG film je nahrazen paměťovou folií. Zacházení s kazetou s paměťovou folií je stejné jako s kazetou filmovou po stránce expozice, protože kazeta se liší jen nepřítomností zesilovacích folií a je doplněna o paměťový čip pro vkládání údajů o pacientovi. Jedna čtečka paměťových kazet lze využít pro několik RTG vyšetřoven a tím výrazně snížit pořizovací náklady. U nepřímé digitalizace není nutno provádět žádné úpravy, které jsou nutné např. při instalaci plochého detektoru pro přímou digitalizaci. Pro CR lze použít veškeré nářadí využívané při pořizování snímků na rentgenový film. 2.2.1. Paměťové folie Paměťové folie jsou někdy také nesprávně nazývané fosforovými foliemi, protože neobsahují prvek fosfor, ale mikrokrystaly na bázi CsI. Při dopadu rentgenového záření jsou vybuzeny elektrony v krystalické struktuře folie a posouvají se do vyšších energetických vrstev, kde zůstávají v kvazistabilním stavu. Ve speciálním scanneru se pomocí laserového svazku tyto elektrony uvolňují a ve fluorescenční vrstvě vznikne viditelný obraz. Snímek je sejmut a digitalizován. Paměťové folie mají velkou dynamiku, což je zvlášť vhodné při prozařování materiálů o různých tloušťkách (absorpce). Životnost folie je teoreticky nekonečná, v praxi však dochází k mechanickému poškození manipulací s foliemi. 2.2.2. Digitizér (scanner, čtečka) pro CR Latentní obraz se z paměťové folie vyvolá osvitem červeným nebo blízce infračerveným světlem na principu fotoluminiscence. Analogicky jako na zesilovacích 16

Obrázek č. 7 Schéma CR digitizéru foliích. Podle konstrukce paměťových folií lze takto vzniklý latentní obraz uchovávat až po několik dní. Chceme-li latentní obraz vyvolat zviditelnit, používáme monochromatické světlo laseru. Viditelné světlo vyvolané osvitem paměťové folie se zachytí ve fotonásobiči - detektoru, kde je převedeno na elektrický impuls. Pro každý pixel je v binární stupnici k dispozici jasová škála 0 4095 (2 12 = 4096). Před detektor musí být vložen filtr, který odstíní světlo budícího laseru, neboť intenzita tohoto světla je vyšší, než intenzita světla vznikajícího osvitem paměťové folie. Po přečtení latentního obrazu je plocha folie vystavena krátkému působení velmi intenzivního světla, které převede veškerý latentní obraz ve viditelné světlo. Zaručí tím, že žádná z předchozích informací nebude zdrojem šumu při následném použití. Dochází k takzvanému vyčištění (vybití) folie, tím se renovuje. Čtecí laserové zařízení je schématicky znázorněno na Obr.7. 2.2.3. Identifikační konzole Identifikační konzole slouží k zadávání dat týkajících se pacientů a parametrů pro vyšetření pomocí klávesnice. Štítkem s čárovým kódem, čipem či magnetickým proužkem na kazetě jsou přiřazeny informace o pacientovi, popř. o typu vyšetření, a ty jsou dále předávány z konzole na pracovní stanici, odkud jsou tyto informace přidávány a pak i zobrazeny u výsledného snímku po zpracování v digitizéru. Rozsah zadávaných informací na indentifikační konzoli a jejich přenos je dán softwarem. 17

2.2.4. Ovládací konzole Rychlé zadání identifikačních údajů pacienta přímým vstupem přes klávesnici a vlastní ovládání RTG přístroje o jednoduché operace lze ovládat přes dotekovou obrazovku o výběr orgánových programů 2.2.5. Pracovní konzole Umožňuje zobrazení, dodatečné opravy a úpravy dat pořízených snímků, jejich úpravu, odeslání již upravených snímků na archivační server (PACS), vypalovací server (CD, DVD), případně na tisk, kde je možnost využití laserového tisku nebo inkoustového tisku na papír či poloprůsvitné folie nahrazující film. Opět je rozsah postprocessingu dán programovým vybavením systému a přístupovými právy jednotlivých uživatelů k provádění úprav. 2.3. Přímá digitalizace DR (direct radiography) nebo DDR (direct digital radiography) Jednoznačně je do budoucna nejperspektivnějším zobrazovacím systémem. K detekci RTG záření se používá speciální čip, tvořený maticí světlocitlivých polovodičových prvků, na jejichž počtu závisí rozlišovací schopnost snímače, doba k přečtení a pořizovací cena. Tento detektor je umístěn pod/za bucky clonou. Obdobně, jako je u CR používáno několik konzolí, je u DR vše sdruženo do jednoho pracovního počítače, který běží na běžném operačním systému (Windows, Linux, Apple) Vyrábějí se dva systémy: s přímou konverzí rentgenového záření s nepřímou konverzí rentgenového záření, které jsou také označovány podle svého vzhledu jako ploché panelové detektory (Flat Panel Detector, FPD) Současnou nevýhodou detektorů je jejich poměrně vysoká cena. 18

Obrázek č. 8 Plochý panelový detektor (FPD) Obrázek č. 9 Dělení přímé digitalizace a možnost digitálního zachycení RTG záření 19

2.3.1. Detektor s přímou konverzí (a-se) Technologicky je tvořen přidáním detekční polovodičové vrstvy (využívá vnitřního fotoelektrického jevu ke generování dvojice nábojových nosičů elektron-díra) na elektronický tranzistorový sendvič TFT (Thin-Film Transistor). Typickým polovodičovým materiálem je amorfní selen (a-se detektor) vzhledem k jeho výborným detekčním vlastnostem a extrémně vysoké dosahované prostorové rozlišovací schopnosti. Před ozářením je napříč amorfní Se vrstvy pomocí horní elektrody přiloženo vysoké elektrostatické pole (jednotky kv), vlivem kterého jsou generované nábojové nosiče nasměrovány ke sběrným elektrodám. Vzájemná separace detekčních elementů je provedena pomocí tvarujícího elektrického pole uvnitř Se vrstvy. Pro jemnou rozlišovací schopnost se užívá hlavně při zobrazování v zubním lékařství. Obrázek č. 10 Schéma a-se detektoru s přímou konverzí 20

2.3.2. Detektor s nepřímou konverzí 2.3.2.1. Detektor s nepřímou konverzí (a-si) Tento typ detektoru využívá jevu luminiscence scintilačního krystalu, a tím přetváří latentní RTG obraz na světelný meziobraz, který je následně převeden na elektrický signál ve vrstvě amorfního křemíku. Technologicky je tvořen přidáním matrice polovodičových fotodiod. Používají se dva typy scintilátorů: amorfní, se standardní technologií luminiscenčního štítu, kde nevýhodou je značný rozptyl světla; a s uspořádanou krystalickou strukturou, amorfní strukturovaný CsI, kde podélné krystaly jsou uspořádány paralelně (významné potlačení rozptylu světla). Obrázek č. 11 Schéma rozdílu mezi amorfním a amorfním strukturovaným scintilátorem Fyzikální mechanizmus nepřímé konverze: latentní RTG obraz absorpce RTG záření v scintilačním krystalu světelný meziobraz v scintilačním krystalu snímání meziobrazu polem fotodiod a převod na el. signál přenos el. signálu TFT polem a zesílení A / D převod 21

2.3.2.2. CCD a CMOS detektor CCD (Charge Coupled Device) snímače jsou zařízení citlivá na dopadající světlo. Podle způsobu "sběru" elektrického náboje z jednotlivých světlocitlivých buněk se dále dělí na progresivní a prokládané. U progresivních CCD snímačů je elektrický náboj sbírán vysokou rychlostí ze všech buněk téměř najednou (FTD - Frame Transfer Device). U prokládaných CCD snímačů je elektrický náboj sbírán po částech. Proto se neobejdou bez mechanické závěrky, která určuje dobu, po kterou jsou všechny buňky osvětleny. Výhodou prokládaných CCD Obrázek č. 12 CCD detektor snímačů je jejich snadnější výroba, a tím i nižší výrobní náklady. Ale i přesto je technologie výroby CCD prvků velmi náročná a drahá. Každý snímač totiž potřebuje ke své funkci tři různá napájecí napětí, čímž rovněž roste spotřeba energie. Výhody: o nevyskytují se vážné chyby, protože technologie je už dostatečně známá Nevýhody: o pomalejší přenos náboje Snímače typu CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor) využívají polovodičové součástky. Ty jsou řízené elektrickým polem a k provozu jim stačí jen jedno napájecí napětí, díky čemuž mají menší spotřebu energie. CMOS snímače se vyrábí podobně jako integrované obvody, díky tomu klesá jejich výrobní cena. Tyto snímače můžeme opět rozdělit na dvě skupiny. Obrázek č. 13 CMOS detektor 22

Pasivní CMOS (PPS - Passive Pixel Sensors) generují elektrický náboj úměrný energii dopadajícího svazku světelných paprsků. Náboj jde přes zesilovač do A/D převodníku, stejně jako u CCD. V praxi však pasivní CMOS dávají díky šumu špatný obraz. Druhým typem jsou aktivní CMOS (APS - Active Pixel Sensors). U těch je každý světlocitlivý element doplněn analytickým obvodem. Ten měří šum a eliminuje ho. Právě tyto snímače mají velkou budoucnost. Hlavní výhody CMOS snímače oproti CCD snímači: o nižší spotřeba energie o nižší zbytkové teplo (toto je problém u velkých CCD snímačů), čím více se snímač zahřeje, tím více produkuje digitálního šumu o jednodušší výroba o při výrobě je menší problém s chybovostí a nižší spotřeba drahého křemíku o rychlejší přenos náboje ze snímače na A/D převodník Obrázek č. 14 Princip maticového čtení 23

2.4. Další zařízení používané při CR a DR 2.4.1. Diagnostické LCD monitory V současné době se preferuje prohlížení zhotovených snímků na diagnostických LCD monitorech s vysokými nároky na kvalitu a přesnost zobrazení. Technologie grafických karet s dvojitým výstupem umožňuje monitory uspořádat do dvojic, systém párování zároveň třídí dvojice monitorů podle více jak stovky kritérií, aby systém dvou monitorů byl zbaven rušivých odlišností mezi nimi. Monitory jsou vybaveny stabilizačním systémem, takže se jas mění jak s časem, tak i s teplotou jen velmi málo. Záruka na podsvětlovací trubice je až dva roky, spolu s pětiletou zárukou na elektroniku monitorů garantuje dlouhodobou funkčnost monitoru. Kvalita zobrazení je kontrolována, gama křivka zůstává neměnná, její parametry se ukládají do paměti během kalibrace, pro přesnější vykreslení přechodů šedi je použita patentovaná technologie ASIC. Monitory také podporují síťovou kalibraci a obsluhu. 2.4.2. Ploché negatoskopy Přestože se preferuje prohlížení snímků přímo na diagnostických LCD monitorech, stále jsou ordinace bez počítačového vybavení či zdravotnická oddělení a jejich pracovníci, kteří upřednostňují filmovou podobu snímků a k jejich prohlížení používají negatoskopy. I tato prohlížecí zařízení procházejí změnami a podléhají modernizaci. Ultraploché negatoskopy využívají nejmodernější TFT-LCD technologii podsvícení používanou zatím jen u plochých monitorů. Zdroje světla CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) nevyzařují téměř žádné teplo a mají velmi dlouhou životnost. Kmitají s vysokou frekvencí 40 khz, takže i při dlouhém čtení se neprojeví únava ze stroboskopického efektu, a navíc vyzařují namodralé světlo s barevnou teplotou 8 600 K, které je pro čtení rentgenových snímků mnohem vhodnější než denní bílé světlo s barevnou teplotou 5 600 K emitované standardními zářivkami. Vzhledem k vysoké barevné teplotě není nutné, aby tyto negatoskopy měly stejně vysoký jas jako běžné negatoskopy s denní teplotou světla. Vyrábějí se v různých velikostech 24

s možností zavěsit na zeď či položit na stůl a lze je doplnit o madlo pro snadné přenášení. Lze volit negatoskopy bez nebo s regulací jasu, přičemž u vícepolových negatoskopů lze ovládat jas společně, avšak zapínání a vypínání je u jednotlivých polí samostatné. Mezi komfortní patří zapínaní na fotobuňku při přiložení RTG filmu. 2.4.3. MARIE PACS/PACS MARIE je zkratkou obsáhlejšího a výstižnějšího názvu Medical Archiving and Retrieval of Images Electronically (archivace a vyhledávání elektronických obrázků v medicíně) a patří do produktů, které jsou obecně označovány jako Picture Archiving and Communication Systém - PACS (obrazový archivační a komunikační systém) PACS je informační systém obhospodařující a archivující obrazová data v digitální podobě. Je založen na DICOM 3 obrazovém protokolu (Digital Communication in Medicine), který je závazný pro všechny výrobce přístrojů v digitálním zobrazení: CT, MRI, US, radiografie, angiografie, fluorografie, nukleární medicínu a jiné metody. Z praktického hlediska to znamená, že specialista může mít k dispozici obrazovou informaci o stavu pacienta bezprostředně po ukončení jeho snímkování. Navíc tyto informace je možné sdílet i na více pracovištích současně (možnost konzultací po telefonu). Po určité době jsou takto uložená data přesunuta do dlouhodobého archivu. Jako operační systém je na straně serveru použit Linux a na straně klienta není použití operačního systému limitováno. V případě použití DICOM prohlížečů od jiných výrobců je z hlediska doporučených technologií třeba ctít požadavky dodavatelů. Přednosti: On-line distribuce obrazových dat - okamžitý přístup lékaře ke snímkům Automatizovaná archivace dat Zvýšení kvality vyšetření - přesun dat i komfortnějších diagnostických nástrojů přímo k ošetřujícímu lékaři Významné snížení pracnosti a chybovosti - možnost provázání s nemocničním informačním systémem (NIS) Ekonomický přínos - významná úspora filmů a chemikálií 25

Systém MARIE PACS je založen na internetových a intranetových technologiích. Komunikace s jednotlivými modalitami tedy probíhá převážně elektronickou cestou, tzv. po síti. MARIE PACS však umožňuje uživatelsky jednoduchým způsobem přenést potřebná data na CD a distribuovat je do kterékoliv pracovní stanice i mimo nemocnici. Společně s informacemi o vyšetření se na CD automaticky přenesou i všechny programy potřebné k samočinnému spuštění prohlížeče. PACS je modulární systém umožňující pružný růst dle aktuální potřeby konkrétního zákazníka. Pokrývá tak požadavky jednoduchého bezfilmového pracoviště (i s jedinou modalitou), komplexního PACS systému s napojením na informační systém nemocnice (NIS/RIS), ale i regionálního PACS řešení s možností napojení na různé zdroje dat a různé subjekty (libovolné PACS systémy). Systém tvoří moduly: o MARIE Server - komunikace s modalitami a distribuce informací směrem ke klientům, do dalších serverů MARIE PACS, případně do PACS řešení třetích stran. Údržba databáze informací o umístění dat o MARIE Klient - výběr, třídění a prohlížení uložených dat s možností jejich elektronického zpracování o MARIE Deposit - optimalizované využití zdrojů umožňuje vícenásobné souběžné a nezávislé čtení/zápis do páskových zařízení o MARIE NIS Konektor - rozhraní pro komunikaci s informačním systémem nemocnice o MARIE Konvertor - slouží k převodu obrazových dat z digitálních fotoaparátů, scannerů apod. do standardu DICOM o MARIE Mirror - monitoruje děje MARIE Server tak, aby v případě havárie plně převzal jeho funkčnost o MARIE Cluster - slouží pro rozdělení zátěže při velkém objemu vstupujících a zpracovávaných dat o MARIE Enterprise - umožňuje propojení více oddělených jednotlivých serverů tak, že zpřístupní data pořízená na jednotlivých serverech. Využití hlavně pro sdílení dat pořízených na různých místech 26