Image Receptor :

X-ray Film & Intensifying screen

24 ตลาคม 2556 09:30 - 10:30 อาคารราชนครนทร หอง 0410

ผศ. สพจน เอออภสทธวงค หนวยเวชศาสตรนวเคลยร

ภาควชารงสวทยา คณะแพทยศาสตร

มหาวทยาลยเชยงใหม

เนอหา :

• โครงสรางของฟลม

• โครงสรางของสกรน

• ขบวนการสรางภาพ

• อปกรณรบภาพ

• ฟลม • สกรน

image receptor : อปกรณรบภาพ

ฟลมเอกซเรย Intensifying screen

บรรจใน cassette มหลายขนาดเชน 8 x10 นว, 14x17 นว,…

ฟลมเอกซเรยจะถกประกบดวย intensifying screen 2 แผน

หลงถายภาพเอกซเรย แลวน าฟลมเอกซเรยไปลาง จะไดภาพอวยวะภายในรางกายผปวยปรากฏ

ภาพ negative แบบขาวด า

• โครงสรางของฟลม

• Speed or sensitivity factors

• การเกดภาพบนฟลม

• ชนดของฟลม

X-ray Film

Film Structure Film base : 0.15-0.25 mm

- ท ำดวย polyester : blue base

Emulsion : 5-25 µm

-Silver halide suspended in gelatin

(AgBr 95% และ AgI/AgCl 5%)

สารเคมไวแสงทใชในฟลมเอกซเรยถกออกแบบใหท าปฏกรยาไดดกบแสงทเปลงออกมาจาก intensifying screen ปกตจะเปนแสงสน าเงนเรยกวา blue sensitive และแสงสเขยวเรยกวา green sensitive

Supercoating : เปนชนเยลำตนบำงๆ ปกปองกนดานบนของ emulsion

Adhesive material : ยด film base และ emulsion

Film Material

• Silver bromide (AgBr) 90 - 99% • Silver iodide (AgI) • Silver chloride (AgCl)

Silver halide

Emulsion layer :

Radiation sensitivity and light sensitive layer

Silver halide crystal Tabular grain

Screen film : used with intensifying Screen

• More sensitive to light, less sensitive to x-rays

• Emulsion layer thinner direct-exposure film

• Less development time

Direct exposure film : non screen film used in cardboard holder

• Single emulsion significant thicker than screen film

• More exposure and development time

• Outdate technologies

ชนดของ film

• Single (emulsion) sided film

• Double (emulsion) sided film

1. Film speed

2. Film contrast

3. Spectral sensitivity

4. Crossover

5. Reciprocity law

6. Safelight

Screen film characteristics :

1. Film speed (Sensitivity) • Degree of emulsion sensitive to x-rays or light

• Greater speed of a film more sensitivity

Number and size of silver halide increases speed and sensitivity increases

Film speed increases Less radiation exposure produce a specific density Increase film speed

unsharpness

• Grain size • Emulsion thickness • Double emulsion

2. Film contrast • Ability of radiographic film to provide level of

black and white in image

High contrast film : more black and white areas Low contrast film : shows shade of gray

Radiation exposure

• Plotting optical densities corresponding to

the change in intensity of exposure results in a curve characteristic of the type of film

• Toe : Dmin

• Straight-line : most useful range of density

• Shoulder : Dmax

Contrast evaluated by the steepness or slope

A : higher Contrast

B : lower Contrast

3. Spectral sensitivity

• the color of light to which a particular film is most sensitive

• Blue – sensitivity

• Green – sensitivity

• Radiographic film is developed to be sensitive to a specific

color of visible light emitted by intensifying screen

spectral sensitivity – emission must be matched

appropriately

Spectral sensitivity

• the color of light to which a particular film is most sensitive

• Blue – sensitivity

• Green – sensitivity

• Radiographic film is developed to be sensitive to a specific

color of visible light emitted by intensifying screen

Spectral matching

• Spectral sensitivity – spectral emission must be matched appropriately

• Blue sensitive film with blue light – emitting screens

•Green sensitive film with green light – emitting screens

Spectral matching

Spectral matching and density

• To best use a film – screen system :

Failure to do Spectral matching results in suboptimal density

4. Crossover effect :

• the light produced by intensifying screen exposure to

emulsion and then cross over the base layer of the film to exposed the other emulsion

• problem unique to double emulsion film used with intensifying screen

• Decreases recorded detail on the film

• Silver halide crystal created with T-grain technology significant lower crossover

• Zero-crossover technology : adding anticrossover layer on each side of film base

5. Reciprocity law

The density produced by a radiograph is

equal for any combination of mA and exposure time

Exposure = Intensity x Time = mA x Sec = Constant optical opacity (Density)

Reciprocity failure

mA1S1 = mA2S2

100mA x 0.2 = 200mA x 0.1sec เมอใช IS

Density ไมเทากน

6. Spectral sensitivity and safelight

• Spectral sensitivity also relates to the color of light

produced with safelight filters in the darkroom. (Red

to brown)

• It is important to use the appropriate safelight filter

in all darkroom safelights to incorrect match with

spectral sensitivity of film results in unusually high

levels of safelight fogging on the film.

• This fogging appears increased density and

decreased contrast on the film.

Intensifying screen • Intensifying screen เปนอปกรณใน

radiographic cassttes ประกอบดวยphosphors ทเปลยนรงสเอกซเปนแสง

• Luminescence : emission of light

from the screen when stimulated

by radiation • fluorescence : emission of light while screen

exposed to x-rays 10-8 second

• Phosphorescence : continue to emit light

after x-rays exposed has stopped

screen lag or afterglow undesirable

• จดประสงค ลดปรมาณรงสทผมารบบรการถายภาพทางรงสได ลด mAs

Protective Layer : 5 – 10 m Thick

Phosphor Layer : 100 – 300 m Thick

Substratum : 10 – 20 m Thick (Light Reflecting or Absorbing Layer)

Support : 200 – 500 m Thick

Typical Screen Structure

• Base ท าดวย Plastic, polyester

• Substratum เปนชนกาว (polyurethane) เพอยด phosphor ใหตดกบ base อาจผสมสทสะทอน/มเงา จงเรยก Reflective layer ชวยใหแสงสะทอนกลบไปยงฟลม เชน magnesium oxide, titanium dioxide

Protective Layer : 5 – 10 m Thick

Phosphor Layer : 100 – 300 m Thick

Substratum : 10 – 20 m Thick (Light Reflecting or Absorbing Layer)

Support : 200 – 500 m Thick

Typical Screen Structure

• Phosphor layer สารเรองแสง เชน - Calcium tungstate (CaWo4), Zinc sulphide, Barium lead sulphate, Barium

fluorochloride

- สาร rare-earth เชน Gadolinium, Lanthanum หรอ Yttrium ท าเปนสารประกอบของ oxysulfide หรอ oxybromide more absorbed x-rays, more convert to visible light and improved recorded detail

• Protective layer - ชนเคลอบบางๆปองกนความชน การขดขด เสยหายของชน phosphor

- ลดการเกดไฟฟาสถตย

• Single screen

• Double screen

ชนดของ Intensifying screen

• ม Atomic no. สง

• เรองแสงใหปรมาณมาก และมความยาวคลนทตองการ

• แสงทปลอยออกมามความยาวคลนเฉพาะ

• เกดการเรองแสงคางต า

คณสมบตสารทใชท า Phosphor

CHARACTERISTIC OF SCREEN

• Screen speed

• Image noise

• Spatial resolution

Phosphor Functions

ท าหนาทเปลยน x-ray photon เปนแสงทสามารถมองเหนได ในชวงความยาวคลนของแสงสฟาหรอเขยว

ฟลมเอกซเรยจะถกประกบดวยแผนเรองแสง 2 แผน

แผนเรองแสงดานหนา (front intensifying screen)

แผนเรองแสงดานหลง (back intensifying screen)

การใช Intensifying screen

• ลดปรมาณรงส : Pelvic

• ลดความคมชด : รายละเอยดลดลง (unsharpness)

• no intensifying screen : 6400 mR

• with intensifying screen : 200 mR ลดปรมาณรงส 32 เทา

Screen speed

• จดประสงค ลดปรมาณรงสทผมารบบรการถายภาพทางรงสได

• ลด mAs ลดปรมาณรงส

• ความสามารถในการเปลยนรงสเอกซเปนแสง –> screen speed

• High speed

• Medium speed

• Low speed (High resolution)

Screen speed ขนกบ

• Phosphor types

• ความหนาของชน phosphor

• Phosphor grain size

• Exposure technique

Screen speed : Phosphor types

Intensifying screen phosphors materials and their spectral emissions

Phosphor

• Calcium tungstate (CaWo4)

Rare earth elements

• Lanthanum oxybromide (LaOBr)

• Yttrium tantalate (YTaO4)

• Dadolinium oxysulfide (Gd2O2S)

Others

• Barium lead sulfate (BaPbSO4)

• Barium strontium sulfate (BaSrSO4)

Spectral emission

• Blue

Rare earth elements

• Blue

• Ultra violet

• Green

Others

• Blue

• Blue

Spectral matching

• Intensifying screen phosphors can be differentiated on the color of visible light emitted

• Calcium tungstate (CaWo4) Blue

Rare earth elements • Lanthanum oxybromide (LaOBr) Blue

• Yttrium tantalate (YTaO4) Ultra violet

• Dadolinium oxysulfide (Gd2O2S) Green

• Radiographic film is developed to be sensitive to a specific color of

visible light emitted film – screen must be matched

appropriatedly

• Blue sensitive film with blue light – emitting screens

• Green sensitive film with green light – emitting screens

Screen speed : Phosphor thickness and crystal size

• Phosphor thickness increases speed of intensifying screen increases

• Phosphor crystal increases speed of intensifying screen increases

thicker layer/bigger size are more speed than thinner layer

Image sharpness , Blur

Intensification factor (IF)

อตราสวนของปรมาณรงสทไมใชสกรน กบปรมาณรงสทใชสกรน ทใหความด ามคาเทากบ 1 net density

เปนตวเลขทบอกความไวของ screen เชน Hi Speed ม IF 400 = สามารถลดปรมาณลงได 400 เทา

IF = Exposure required without screen Exposure required with screen

Screen Speed and light emission

การใช Intensifying screen

• ลดปรมาณรงส

• เพม Contrast

• รายละเอยดลดลง (unsharpness)

• เชดท าความสะอาด • เกบในทไมมฝนละออง • ระวงการขดขด

• Screen contact

การดแลรกษา

Cassette and Film size

English

unit(in)

• 8 x 10

• 10 x12

• 11x14

• 14x14 • 14x17

Metric unit (cm)

• 20x25

• 25 x30

• 27 x 35

• 35 x35

• 35 x43

กำรเกดภำพรงส : Image formation

การเกดภาพบนฟลม • เมอเอกซเรยหรอแสงท าปฏกรยา photoelectric effect กบ

อะตอม silver bromide crystal บนฟลม เกดภาพทเรยกวา latent image ซงมองไมเหน

• เมอน าฟลมไปผานขบวนการลางฟลม สารเคมในน ายาจะท าปฏกรยากบผลกเงนทถกแสง เปนโลหะเงนมสด าตดอยบนฟลม จงจะเหนเปนภาพรงส เรยกวา manifest image หรอ radiographic image

• Before exposed : Silver – Bromide bound together suspended in emulsion layer

Number of Energy Levels: 5 First Energy Level: 2 Second Energy Level: 8 Third Energy Level: 18 Fourth Energy Level: 18 Fifth Energy Level: 1

Number of Energy Levels: 4 First Energy Level: 2 Second Energy Level: 8 Third Energy Level: 18 Fourth Energy Level: 7

• Physical impurity called sensitivity specks (serves as an electron trap) in lattice or architecture of emulsion layers occur during the film manufacturing process.

• X-rays or light exposes to emulsion : Silver+ and Bromide-

Ag+ Br-

I-

• X-rays or light exposes to emulsion : Silver+& Bromide-

• Sensitivity specks trapping electron lose by Bromide- (e- + Bromide)

• Sensitivity specks are negative charged - attracted with positive silver

• Become metallic silver

latent image center

Sensitivity specks

• The more x-rays or light exposes in particular area of film, the more electron and Silver+ available to be attracted to Sensitivity specks • Become black metallic

silver after chemical processing

Exposed and unexposed silver bromide

ขบวนการสรางภาพบนฟลม

5 major types of interaction :-

1. Coherent scattering

2. Photoelectric effect

3. Compton scattering

4. Pair production

5. photo disintegration .

Photoelectric effect

• รงสเอกซจะถายเทพลงงานทงหมดใหอเลกตรอนในตวกลาง โดย / เปนโอกาสการดดกลนรงส

3

3

h

z

• ททกพลงงานคา ของ Pb ประมาณ 1360 เทา, ของกระดก ประมาณ 6.5 เทา เทยบกบ ของ H2O ( Pb ; Z = 82, กระดก ; Z = 13.8 และ H2O ; Z = 7.42)

• เมอฉายรงสเอกซทมพลงงานอยในชวงการวนจฉยโรคเขาไปในตวกลางใดๆ เชน รางกายมนษย เปนตน จะเกดปรากฏการณทส าคญ ไดแก ปรากฏการณโฟโตอเลกตรก (photoelectric effect) และปรากฏการณคอมพตน (Compton effect)

• ท าใหมการสญเสยพลงงานไปบางสวน เมอเอกซเรยทะลผานตวกลางออกมาแลวจงมความเขมลดลง ตามกฏของแลมเบรต - เบยร (Lambert-Beer law)

I = I0 e-x

µ : สมประสทธการลดลงเชงเสน

เมอ µ มคาสงตวกลางนนจะสามารถดดกลนเอกซเรยไวไดมาก เอกซเรยจงทะลผานออกมาไดนอย (กระดก) และในทางกลบกนเมอ µ มคานอยตวกลางนนจะสามารถดดกลนเอกซเรยไวไดนอยเอกซเรยจงทะลผานออกมาไดมาก (น า)

เนอเยอ µ (cm -1 )

60 keV 84 keV 122 keV

กระดก 0.528 0.464 0.410

เลอด 0.208 0.182 0.163

Gray Matter 0.212 0.184 0.163

White Matter 0.213 0.187 0.166

ซเอสเอฟ (CSF) 0.207 0.181 0.160

นา 0.206 0.180 0.160

ไขมน 0.185 0.162 0.144

อากาศ 0.0004 0.0003 0.0002

ตารางแสดงคาสมประสทธการลดลงเชงเสนของเนอเยอตางๆ ในรางกายมนษย ทพลงงานเอกซเรยเทากบ 60 keV, 84 keV และ 122 keV ตามล าดบ

µ ขนกบชนดของตวกลางและพลงงานของเอกซเรย ถาพลงงานของเอกซเรยคงตว µ จะมคามากขนถาตวกลางมความหนาแนนสงขนหรอเลขอะตอมสงขน

ส าหรบตวกลางชนดหนง µ จะมคาลดลงถาพลงงานของเอกซเรยเพมขน

เอกซเรยทมความเขมสงตกกระทบฟลมจะท าใหฟลมเอกซเรยด ามาก (อากาศ) และในทางกลบกนเอกซเรยทมความเขมต าตกกระทบฟลมจะท าใหฟลมเอกซเรยด านอย (กระดก)

จงสามารถมองเหนความแตกตาง (contrast) ระหวาง bone และ soft tissue บนฟลมเอกซเรยได โดย bone จะปรากฏเปนสเทาหรอขาว (radiopaque) และ soft tissue จะปรากฏเปนสเทาเขมหรอด า (radiolucent)

โอกาสการดดกลนสงสดเมอพลงงานของโฟตอนเทากบพลงงานยดเหนยวของอเลกตรอนในวงโคจร ซงจะปรากฏเปนบรเวณทเรยกวา absorption edge เมอใชสารทบรงส

Compton scattering • เมอ Photon energy = hv interact กบ unbound หรอ free e- ของตวกลาง

hv = hv’+ EK

• โฟตอนจะถายเทพลงงานบางสวน = EK ใหกบ free e- น เรยกวา compton electron ซงจะจะหลดจากวงโคจรของอะตอมดวยมม

• ส าหรบโฟตอนจะพาพลงงานสวนทเหลอไป ดวยทศทางมม

• The localization port film obtained with x-rays energies in

radiation therapy has much less contrast compared with the

diagnostic x-ray

Patient

Absorption Attenuation

remnant

PRIMARY RAY

SECONDARY RAY

X-ray tube

Scatter radiation

Interaction of X-ray with Matter

: the removal of energy from the x-ray beam by the process of absorption and/or scatter.

: radiation which is changed in direction as a result of interaction with some matter

หนงสออานประกอบ Techniques of Veterinary Radiography

5th.Ed.1993.Joe P. Morgan

Radiography in Veterinary Technology.1and 2th Ed 1994,1999 Lisa M. Lavin.

Radiographic Photography and Imaging process.1980. David Jenkin

Radiation Image and Exposure. 2th Ed 2004. Terri L. Fauber.

Physics of radiology. 1993. Anthony B. Wolbarst

บนไดนาค พระธาตดอยสเทพ เชยงใหม