Intensificadores de Imágenes.

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
Paciente
I.I
Distrib.
Optico
Central T.V
Trafo A.T
Comando
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Monitor T.V
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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
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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
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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
Pantalla
de
Salida
G2
G1
Fotocátodo
Pantalla de entrada
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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.
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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/m2 / mR/s
*Factor de intensificación: Es la relación de luminancia entre la pantalla de
salida y la de entrada.
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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.
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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.
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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
Bob. De Centrado
G4
G3
G1
Bobina de Deflexión
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:
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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)
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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.
Tensión de calefacción
Tensión de electrodo de señal
Grilla 4
Grilla 3
Grilla 2
Grilla 1
Tensión de bloqueo
En Grilla 1
En cátodo
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Mínimo
5,7 V
----0V
40V
20V
Máximo
6,9V
100V
1000V
1000V
750V
-300V
--Ing.Raúl Romo
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 15.625 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.
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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.
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