INTENSIFICADORES DE IMAGEN

Transcripción

1 INTENSIFICADORES DE IMAGEN Los sistemas intensificadores electrónicos de imágenes empleados en radiología, constituyen un componente imprescindible y de uso prácticamente generalizado. Generalidades Teóricas La utilización de un intensificador de imágenes con un circuito cerrado de televisión para estudios radioscópicos y radiográficos, responde a la siguiente configuración. Cámara Cine Tubo Colimador Seriógrafo Cámara Distrib. Paciente I.I Optico Central T.V Trafo A.T Comando Monitor T.V

2 En este caso se usan radiaciones de bajo nivel de corriente, o sea fluoroscópicas, de manera que puedan aplicarse durante un tiempo considerablemente mayor que el que dura la exposición radiográfica mas larga. El tubo destinado para este propósito es el conocido como tubo fluoroscópico, el cual se ubica bajo la mesa en los sistemas convencionales. Las radiaciones procedentes del tubo atraviesan al paciente y llegan al seriógrafo, en el que se encuentra montado el intensificador de imágenes o la pantalla fluoroscópica. En el último caso allí termina la cadena, puesto que es sobre dicha pantalla que se forma la imagen y donde directamente el médico observa la región a estudiar. Si se pretende aumentar la intensidad de la luminosidad se recurre a un aumento de la radiación por medio de la corriente de filamento o aumentando el kilovoltaje aplicado al tubo. Cuando se utiliza un intensificador de imagen, la situación es diferente, puesto que los niveles de radiación requeridos para que el sistema entregue una imagen con intensidad adecuada, son muy bajos comparados con los anteriores. Intensificador de Imagen Este es un dispositivo capaz de transformar una imagen virtual de radiación x, en una imagen visible sobre su pantalla de salida. Tiene la propiedad de procesar la luz incidente por uno de sus extremos, convertirla en electrones en el interior y reconvertirlos en una imagen en el otro extremo. Este proceso, así esquematizado, permite obtener una imagen similar a la introducida, pero con una ganancia de luminosidad muy significativa, lo cual permite acoplar una cámara que recoge esta señal y la procesa como información de video. La secuencia posterior es similar a la que se tiene en cualquier transmisión de circuito cerrado de televisión. Desde el punto de vista constructivo, el intensificador de imagen consta fundamentalmente de una ampolla de vidrio recubierta de grafito con muy alto

3 vacío, en la que se destacan, una ventana de entrada, un fotocátodo, tres grillas de focalización, un ánodo de aceleración y una pantalla de salida. Dicho tubo tiene forma de botella, cilíndrico con un estrechamiento en la salida. En el extremo mas estrecho se acoplan lentes que permitirán adaptar la imagen de salida hacia la cámara, y en el extremo mas ancho se recibe directamente la radiación procedente del tubo. Los fotones provenientes de la fuente de radiación x que inciden en la pantalla de entrada del intensificador, son transformados por ésta a fotones de luz que excitan el fotocátodo. Este emite electrones que son acelerados y focalizados convenientemente por campos eléctricos apropiados, hacia la pantalla de salida. La misma convierte la imagen electrónica en una imagen luminosa de alto brillo. Dicha imagen puede observarse directamente sobre la pantalla secundaria por medio de lentes ópticas adecuadas, lo común es adaptar una cámara de televisión. La ganancia de brillo obtenida se debe a la energía impartida externamente a los electrones durante la aceleración y a la reducción del diámetro de la imagen de salida comparada con la de entrada. La pantalla primaria es el componente mas importante del intensificador debido a que aquí se produce la conversión de una forma energética a otra, los fotones de las radiaciones x se transforman en fotones luminosos. El proceso de conversión de rayos x en luminosidad se logra gracias a la utilización de un conjunto de sales de zinc, cadmio y cesio que son materiales básicos para producir la fluorescencia. Inicialmente se utilizó sulfuro de zinc y cadmio, pero posteriormente se mejoró el rendimiento con el ioduro de cesio. En la actualidad se trabaja para mejorar los compuestos químicos y elementos del sustrato para mejorar el factor de conversión. La pantalla de entrada debe estar en íntimo contacto con el fotocátodo para conseguir una mejor resolución en la imagen obtenida. Ambos están separados por una fina lámina que ha de ser transparente para evitar la producción de reacciones químicas entre ambos. El fotocátodo es un metal que ha de ser fotoemisor, y está fabricado generalmente con una mezcla de compuestos de cesio y antimonio, de manera que la luz que le llega de la pantalla fluorescente produzca una emisión de

4 fotoelectrones que será directamente proporcional al brillo de la pantalla y por lo tanto también directamente proporcional a la intensidad de radiación x que llega hasta la misma. Cabe aclarar que el fotocátodo, además de todo lo anterior, actúa también como cátodo del tubo de intensificación. Los electrones generados en el fotocátodo y acelerados por la alta tensión se dirigen hacia la pantalla de salida, enfocados por el conjunto de grillas que tienen el voltaje y forma física adecuada para que la imagen total producida en la pantalla primaria se transfiera por una vía electrónica a la pantalla de salida. Estas grillas son de suma importancia por el hecho de que su construcción y polarización cuidadosa permiten lograr un enfoque óptimo, ya que cada punto de la pantalla de entrada debe trasladar su imagen hacia la pantalla de salida sin distorsiones. Una fuente de alta tensión especial, deberá proveer de esta al electrodo de ánodo acelerador (aproximadamente 25 kv) y tensiones más reducidas a las grillas G1, G2 y G3. G3 Anodo G2 Pantalla de Salida Pantalla de entrada Fotocátodo G1

5 El ánodo recibe la alta tensión con polaridad positiva y su función es guiar a los electrones en el final de su trayectoria hacia la pantalla de salida, de manera que cubran exactamente toda su dimensión. La tensión aplicada en G3 influirá sobre el tamaño del campo explorado, la aplicada en G2 en la focalización sobre la pantalla de salida y la de G1, en el foco sobre los márgenes. Algunas ampollas intensificadoras necesitan tensión de polarización en un electrodo adicional denominado getter activo (G4). Este, también llamado bomba iónica, se incluye para atenuar notablemente el proceso de gasificación. Aquellos que no poseen esto, suplen dicho efecto con un getter inactivo de titanio. Existen intensificadores de imágenes que poseen dos o tres tamaños de campos de exploración, lográndose mediante un cambio de las tensiones de focalización (varía fundamentalmente G3). Para esto la fuente estará diseñada especialmente para permitir calibraciones independientes para cada tamaño de campo. La pantalla fluorescente de salida se construye con sulfuro de zinc-cadmio activado con plata, siendo los cristales de un tamaño muy reducido y el espesor de la pantalla muy fino. Adosada a la misma se encuentra un tren de lentes concéntricas, que tienen por finalidad hacer que los rayos emergentes de luz sean paralelos, es decir, focalizados en el infinito. Debido a la gran aceleración experimentada por los electrones en su recorrido desde la pantalla de entrada hasta la de salida, la emisión de fotones luminosos será mucho mayor en esta última. Una vez amplificada la imagen de radiación, se puede observar por medio de diferentes sistemas, aunque en la actualidad el más utilizado es la cámara de TV. La ampolla se encuentra montada adecuadamente en una calota metálica y plomada que cumple fundamentalmente cuatro funciones: soporte mecánico, blindaje magnético, protección a la transmisión de rayos x y seguridad a la implosión.

6 El proceso de intensificación de la imagen radiográfica se puede resumir en las siguientes fases: a) El haz de radiación incide en el paciente y lo atraviesa, formándose así una imagen de radiación. b) La imagen de radiación llega al fósforo de la pantalla de entrada en el que los fotones de rayos x se transforman en fotones luminosos. Por la acción del fotocátodo los fotones luminosos se transforman en electrones, formándose de esta manera una imagen electrónica. c) Debido a la diferencia de potencial establecida entre el ánodo y el fotocátodo, los electrones se llevan hacia la pantalla de salida en la cual la imagen electrónica es transformada en una imagen visible. Dicha imagen experimenta una intensificación debido a que la energía cinética de los electrones que llegan a la misma se aumenta considerablemente por la aceleración a la cual han sido sometidos. Además el haz electrónico que llega a la salida debe concentrarse, reduciendo su diámetro, siendo la energía transferida por unidad de superficie, mucho mayor. Dentro de las características generales mas importantes, las cuales definen la perfomance del intensificador, se destacan las siguientes: *Resolución: Define la capacidad de discernir pares de líneas equidistantes, alternativamente radio-opacas y radiotransparentes, en la unidad de longitud. Pl/cm *Factor de conversión: Representa al valor de luminancia en la pantalla de salida respecto de la dosis tiempo incidente. Cd/m 2 / mr/s *Factor de intensificación: Es la relación de luminancia entre la pantalla de salida y la de entrada.

7 Distribuidor óptico Este tiene por finalidad derivar la imagen emergente del intensificador en varias direcciones, para ser captada por las distintas cámaras que se pueden acoplar a él, como ser : de TV, de cine, de 70 o 100mm,etc. Dicho dispositivo está compuesto esencialmente, por un espejo de movimiento motorizado, el cual puede ser de reflexión total (100%) o parcial (90% de reflexión, 10% de transmisión, por ejemplo). Sistemas de visualización La imagen intensificada en la pantalla de salida debe poder ser visualizada, lo cual se puede conseguir mediante diferentes sistemas, por los que también se podrán grabar o registrar de modo permanente las imágenes obtenidas. Algunos de los sistemas son los siguientes: Visión directa sobre la pantalla de salida mediante el uso de una lupa o sistema de espejos (no utilizado en la actualidad). Visión mediante una cámara de TV que permite la visualización de la imagen en un monitor de TV. (Es el que se utiliza actualmente). Entre los sistemas de grabación de imágenes, los mas usados son: Fotografías de pequeño formato. Cinematografía con películas de 16 ó 32 mm. Grabación en cinta magnética de video. Grabación en soportes informáticos, discos ópticos u otros.

8 Sistemas de Televisión Para que la imagen intensificada pueda ser visualizada en un monitor de TV se necesita un circuito cerrado de televisión, compuesto habitualmente por una cámara acoplada a la pantalla de salida, una cadena de TV o unidad de control y una pantalla o monitor de TV. La imagen producida en la pantalla de salida, se transporta mediante un sistema de lentes a la cámara de video, donde se transformará en una serie de impulsos eléctricos que reciben el nombre de señal de video. Esta señal se transmite a través de un cable a la unidad de control donde será amplificada para su posterior transmisión al monitor de TV. Algunas de las ventajas de este sistema son: Dado que el monitor puede ser instalado en cualquier lugar sin la necesidad de que esté junto al intensificador o al paciente, no es necesario que el observador permanezca en la sala de exploración. La imagen obtenida puede ser observada por más de una persona a la vez. Las imágenes del monitor se pueden registrar en una cinta magnética de video para un análisis posterior. La imagen puede ser manipulada en algunos aspectos, como pueden ser la inversión, positivar o negativizar, así como ampliarla cuando resulte necesario. Cámaras La cámara de TV que se utilice en un sistema de intensificación de imagen será la que determine la reproducción de la imagen final. A la entrada de ésta se encuentra un sistema óptico que acondiciona la imagen al tubo captador. Estas lentes permiten ser reguladas para una correcta puesta en foco. El tubo captador constituye el primer eslabón del sistema electrónico en el manejo de la señal de video, y es el encargado de transformar una imagen óptica en una señal electrónica. Existen en la actualidad distintos tipos de tubos de toma, diferenciándose en lo que respecta a su generación y origen. Entre ellos se encuentran el vidicón, plumbicón, pasecón e ivicón, siendo el vidicón el mas comúnmente utilizado.

9 El vidicón es un tubo captador de imágenes de una pulgada de diámetro, con una ventana de entrada de trisulfuro de antimonio de 19 mm de diámetro, con deflexión y focalización magnética, de uso en cámaras de TV de blanco y negro. Se pueden diferenciar en él, tres secciones, cuyos componentes se observan en la siguiente figura: Bobina de Enfoque Bobina de Deflexión Bob. De Centrado G4 G3 G1 G2 K 1-8 Filamento; 2 G1; 3 G4; 4 S/c; 5 G2; 6 G3; 7 Cátodo El cañón electrónico, formado por un filamento calefactor, una grilla G1 de control de emisión, y un electrodo acelerador G2. Una sección de observación, compuesta por un electrodo cilíndrico G3 de control de foco, en cuyo final se encuentra G4 produciendo un campo desacelerador sobre el frente de generación. Sobre esta sección actúan las bobinas de deflexión, focalización y alineación. Por último, una sección de entrada de luz, compuesta por una ventana de cristal plano, sobre la que se encuentra apoyada la placa de señal, y una placa con depósitos de material fotoconductivo. Esta sección se ilustra en la siguiente figura:

10 Película fotoconductiva o placa de almacenamiento Ventana de Entrada De Cristal plano Placa de Señal La radiación luminosa llega a la ventana de entrada de cristal plano, sobre la que se encuentra apoyada la placa de señal, por donde se extrae la información electrónica. Esta placa de señal se encuentra conectada a través de un resistor a una tensión positiva, del orden de los +40V. Detrás de la anterior se halla la placa de almacenamiento. Esta puede entenderse como un gran número de elementos ideales constituidos por pequeños capacitores, y en paralelo unos resistores dependientes de la luz. Luz Emisión Electrónica Al preamplificador +D.C.V (40V)

11 Cuando la placa de almacenamiento es barrida por el haz de electrones provenientes del cátodo, se estabiliza su cara anterior a aproximadamente el potencial de dicho cátodo, creándose una diferencia de potencial en la película fotoconductiva, cargándose los capacitores ideales. Cuando la imagen óptica es focalizada sobre ésta, los resistores al ser iluminados se hacen mas conductivos y se descargan parcialmente los capacitores.. Como una consecuencia de lo anterior, cada elemento se encontrará mas o menos descargado, según como ha sido iluminado. De esta manera, el potencial de cada punto de la cara interna de la película fotoconductiva (cara externa a +DCV), representará una imagen electrónica de la imagen luminosa recibida. Luego, durante la exploración, los electrones emitidos recargarán los elementos descargados hasta que el último retorne al potencial de cátodo, causando una corriente a la fuente, y por lo tanto una caída de tensión en la placa de señal. Esta tensión es la señal de video enviada al preamplificador. Un vidicón se llama estabilizado, cuando la magnitud de la corriente de electrones es suficiente para retornar la superficie exploradora al potencial de cátodo. En la oscuridad, el material fotoconductivo no se comporta como un aislante ideal, produciéndose una pequeña descarga progresiva de los capacitores, provocando una corriente denominada corriente de oscuridad. Para conocer el correcto tratamiento a dar al tubo captador, se deben tener en cuenta los rangos de tensión aceptables, los cuales pueden resumirse en la siguiente tabla: Tubo captador Vidicón tipo 3541 A. Mínimo Máximo Tensión de calefacción 5,7 V 6,9V Tensión de electrodo de señal V Grilla V Grilla V Grilla V Grilla 1 0V -300V Tensión de bloqueo En Grilla 1 40V -- En cátodo 20V --

12 La señal obtenida del tubo captador es enviada a un preamplificador para aumentar su amplitud, debido a su pequeño valor de tensión. La forma de ésta es dependiente de la intensidad lumínica de la imagen, por lo que en general, es errática. Separando las líneas de barrido se encuentra el flanco de borrado. Dicha señal de borrado se forma por bloqueo del cátodo o por grilla 1, método utilizado, además, como bloqueo de seguridad por falta de deflexión. Central En esta se encuentra la fuente de alimentación que entrega las tensiones necesarias para los circuitos electrónicos propios de la central y también de la cámara. De ella se extrae la tensión de calefacción del tubo vidicón, y de alimentación del convertidor de tensiones para la polarización de las grillas de dicho tubo. También se encuentran en ésta los circuitos de amplificación, sincronismo y máscara electrónica. La señal de video enviada por la cámara, a través de un cable coaxil, ingresa a un circuito amplificador de ganancia variable en función de la sensibilidad. Sobre este sistema se varían parámetros tales como el nivel de negro, nivel de salida, simetría, etc. Del bloque amplificador se extrae una muestra de señal para la generación de la exploración vertical y su borrado. En la generación de la frecuencia de horizontal, se parte de un oscilador que contemple los Hz y tomando divisiones sucesivas de esta frecuencia por 5, se la compara con la red, para realizar la corrección que asegure el mantenimiento de dicho valor. Una señal de sincronismo ( de frecuencia horizontal), se superpone a la de video amplificada.- El ancho de los flancos de la señal de sincronismo es ligeramente menor que el de borrado, de manera de asegurar su incorporación dentro de este intervalo. La amplitud de dicha señal es tal, que el umbral mínimo de tensión se encuentre por debajo del de borrado, lo que da lugar a la formación de un pórtico de negro anterior y posterior. La señal compuesta de video así formada, tiene una amplitud aproximada de 1,5V desde la base de sincronismo hasta la cresta del nivel de blancos.

13 La máscara electrónica es una señal que se superpone al video de modo que la imagen obtenida en el monitor quede circunscripta a un área circular. Receptor Los monitores de televisión utilizados en los circuitos cerrados de televisión son del tipo convencional, compuestos en general por el tubo de rayos catódicos, la fuente de alimentación, el amplificador de video, el circuito de sincronismo, el convertidor de tensión, y los circuitos de deflexión horizontal y vertical. La señal compuesta de video llega al receptor, desde la central, a través de un cable coaxil, directamente al amplificador de video. Los circuitos osciladores de deflexión horizontal y vertical se pondrán en sincronismo con esta. El haz de electrones generados en el cañón electrónico del TRC, debidamente enfocado, barrerá la pantalla en consecuencia con el barrido del tubo captador de la cámara. La información de blancos y negros contenida en la señal compuesta de video, controlará la emisión electrónica del cañón, provocando distintos niveles de brillo sobre la pantalla, lo que configurará la imagen visible obtenida. En estos receptores, el operador tiene acceso a los controles de brillo y contraste para optimizar dicha imagen resultante.