X 線(医療用/歯科用)

X 線:テキサス・インスツルメンツ(TI)の医療用および歯科用ソリューション

設計上の考慮事項

デジタル X 線イメージングは、放射線医学における革新的な診断技術です。従来の X 線システムでは、各部分の信号減衰によって、元の X 線信号の 60% 以上の劣化が生じます。個々の部分がアプリケーションに合わせて最適化されていても、X 線信号はシステムの各段階で幾分か減衰します。その結果、一般的に画像生成に使用されるのは、元の画像情報の 40% 未満です。デジタル X 線イメージングでは、デジタル検出器を追加することで、元の画像情報を 80% 以上取得できる可能性があります。また、さまざまな後処理技術を使用して、画像をさらに向上させることができます。これ以外にも、デジタル X 線技術には次のような利点があります。患者への被曝量の低減、写真処理不要による診断時間の短縮、写真処理用の薬品不要によるコストの削減、画像データの処理による目的領域の強調と無関係な情報の省略、関連性のある他の患者の RIS/HIS システム情報と画像データの組み合わせ、ネットワーク経由による任意の場所への迅速な情報送信、すべての必要な情報の最小の容量への圧縮などが挙げられます。デジタル X 線技術には、直接と間接の 2 つの方式があります。

直接変換

直接変換では、フラットパネルのセレニウム検出器が X 線を直接吸収し、個々のピクセルの電荷に変換されます。間接変換では、X 線信号をまず光に変換し、その後電荷に変換されます。電荷結合素子(CCD)アレイとコンピューター断層撮影は、どちらも間接変換技術を使用しています。CCD 遷移技術は、複数の CCD が光ファイバ経由でシンチレータ・プレートと結合されます。コンピューター断層撮影では、光励起されたプレート上の電子を捕捉し、それを計算処理して画像データを生成します。どちらの方式の場合も、ピクセルに投影された X 線強度に比例した電荷は、薄膜トランジスタ(TFT)ストレージ・キャパシタに保存されます。これらのピクセルが集まって、FDP(Flat Detector Panel)を形成します。これらの電荷は、読み出し回路によって FDP から読み出し、デジタル・データに変換します。

次のブロック図には、FDP 内の電荷をデジタル・データに変換する直接変換に必要な読み出し回路が示されています。この回路は、アクイジション・チェーンとバイアス・チェーンの 2 つのチェーンで構成されています。アクイジション・チェーンの最初のアナログ・フロント・エンドは、異なる FDP(チャネル)ストレージ・キャパシタ上の電荷を多重化し、電圧に変換します。バイアス・チェーンでは、中間バイアス・ゲート制御回路を経由して TFT アレイ用のバイアス電圧が生成されます。デジタル制御およびデータ・コンディショニングは、FPGA によって制御されます。また、高速インターフェイス(シリアル、LVDS、光学)を経由した外部画像処理ユニットとの高速シリアル通信も FPGA によって管理されます。温度センサ、DAC、アンプ、および高入力電圧に対応したスイッチング・レギュレータも主要なシステム・ブロックです。これらのブロックはイネーブル・ピンと、アクイジション・チェーン内の他のブロックとの間のクロストークが発生しないように、周波数が同期していることが必要です。FDP ピクセル数によって、ADC のチャネル数と ADC の速度が決まります。ADC 速度は、静止画/動画アクイジションによっても影響を受けます。静止画アクイジションでは、単一の画像が 1 秒以内に更新され、動画アクイジションは画像が 30Hz で更新されることを意味します。特に、心臓血管、フルオロスコープなどのアプリケーションでは、同じチャネル数でさらに高速なデータ変換が必要になります。優れた DC 性能を備えた、2MSPS 以上の ADC が適しています。

間接変換

間接変換の CCD 出力には、相関二重サンプリング(CDS)が必要です。信号レベルのリセット電圧および画像信号レベルは、アナログ・フロント・エンド(AFE)によってデジタル・データに変換されます。AFE のサンプリング速度は、CCD アレイ内のピクセル数とフレーム・レートによって決定されます。さらに、AFE は、暗電流、オフセット電圧、欠陥ピクセルなどのセンサ・エラーを修正します。信号レベルによっては、プログラマブル・ゲイン・アンプ(PGA)の有無、PGA の線形性、使用可能なゲインの範囲も重要になります。デジタル化では、ビット数(分解能)は画像のコントラストとなります。通常は、初期データに対して、最終画像に必要な精度よりも 2 ~ 4 ビット精度の高いデジタル化が望まれます。したがって、8 ビットの最終画像データが必要な場合は、最初に画像処理中の丸め誤差を見込んで 10 ビットにデジタル化します。

一般的に使用される画質の測定基準は、DQE(Detection Quantum Efficiency)と呼ばれ、コントラストと SNR の組み合わせがパーセントで表示されます。コントラストが高く、ノイズが低いほど、DQE の値は高くなります。コントラストとは、濃淡の階調数のことで、ADC の出力解像度によって決定されます。一般的に、このアプリケーションには、14 ビットまたは 16 ビットが適しています。SNR は、ADC の SNR だけでなく、X 線の照射によるシステム SNR の影響、ピクセルのサイズ、およびすべての電子コンポーネントも表示します。SNR は、X 線の照射量を増加するか、フォトダイオードの間隔を広げ、電子ノイズを減少させることによって改善することができます。X 線の照射量を増加すると、患者または作業員に悪影響を与えるので適切ではありません。また、フォトダイオードの間隔を広げると、空間解像度が低下するので適切ではありません。そこで、システム内の電子コンポーネントからのノイズを減少させることが主な課題になります。システム内のノイズの合計は、信号チェーン内に存在する全ノイズの 2 乗総和平方根(RSS)に相当します。ただし、すべてのノイズが相関していないことが前提です。このため、ADC、オペアンプ、およびリファレンスなど、すべてのパーツは超低ノイズにするか、使用できる場合は強力なフィルタを適用する必要があります。温度に対する安定性も重要な課題です。電力の消費による内部温度の上昇は、グレイ・レベルのオフセットを生じさせ、特に動画アクイジション中に画像に歪が生じる可能性があります。したがって、ADC、オペ・アンプ、およびリファレンスの温度安定性を高く保つ必要があります。

アプリケーション・ノート

アプリケーション・ノート (1)

タイトル 概要 種類 サイズ (KB) 日付 表示回数 英語版
HTM 9 KB 2010年 6月 8日 183

セレクション/ソリューション・ガイド

セレクション・ガイド (3)

タイトル 概要 種類 サイズ (KB) 日付 表示回数 英語版
PDF 9.09 MB 2013年 5月 2日 3060
PDF 2.38 MB 2010年 6月 8日 884
PDF 1.47 MB 2007年 10月 17日 0 最新の英語版をダウンロード (Rev.H)

ソリューション・ガイド (2)

タイトル 概要 種類 サイズ (KB) 日付 表示回数 英語版
PDF 3.54 MB 2016年 11月 26日 0 最新の英語版をダウンロード (Rev.I)
PDF 3.12 MB 2014年 10月 4日 0 最新の英語版をダウンロード (Rev.I)

製品カタログ/ホワイト・ペーパー

ホワイト・ペーパー (4)

タイトル 概要 種類 サイズ (MB) 日付 表示回数 英語版
PDF 333 KB 2010年 6月 8日 369
PDF 358 KB 2009年 3月 18日 44
PDF 115 KB 2008年 11月 3日 965
PDF 187 KB 2008年 10月 31日 313

類似の最終製品ソリューション

TI 最終製品

すべてのソリューションを表示

Support & community

その他のサポート