X-ray Film & Intensifying screen Image Receptor : X-ray Film & Intensifying screen ผศ. สุพจน์ เอื้ออภิสิทธิ์วงค์ หน่วยเวชศาสตร์นิวเคลียร์ ภาควิชารังสีวิทยา คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ spapisitwong@gmail.com โทร. 053-93-6194 12 มกราคม 2560 09:30 - 10:30 ตึกอาคารเรียนรวม ห้อง 0308

เนื้อหา : ขบวนการสร้างภาพรังสีเอกซ์ อุปกรณ์รับ-สร้างภาพ ตลับฟิล์ม (film cassettes) แผ่นสกรีนเรืองแสง (intensifying screen) โครงสร้างของแผ่นสกรีนเรืองแสง ปัจจัยที่มีผลต่อแผ่นสกรีนเรืองแสง ฟิล์มเอกซเรย์ (X-ray film) โครงสร้างของฟิล์ม ปัจจัยที่มีผลต่อฟิล์ม film Intensifying screen Film cassette

ขบวนการสร้างภาพรังสีเอกซ์ เมื่อฉายรังสีเอกซ์เพื่อการตรวจวินิจฉัย รังสีเอกซ์จากหลอดเอกซเรย์ ผ่านผู้ป่วยไปยังอุปกรณ์รับ-สร้างภาพ : ตลับฟิล์ม แผ่นสกรีนเรืองแสง และฟิล์มเอกซเรย์ ฟิล์มเอกซเรย์จะถูกประกบด้วย intensifying screen 2 แผ่น บรรจุใน cassette มีหลายขนาดเช่น 8x10 นิ้ว, 14x17 นิ้ว เป็นต้น หลังถ่ายภาพเอกซเรย์ แล้วนำฟิล์มเอกซเรย์ไปล้าง จะได้ภาพอวัยวะภายในร่างกายผู้ป่วยปรากฏเป็นภาพ negative แบบขาวดำ

การเกิดภาพรังสีบนฟิล์ม : Image formation ก่อนการถ่ายภาพรังสี : Silver – Bromide จับตัวกันเป็นผลึกแน่น และแขวนลอยอยู่ในชั้นอีมัลชั่น Sensitivity specks ในขั้นตอนการผลิตฟิลม์ จะมีการเติมสารเจือ (impurity) ผลึก Silver – Bromide ที่ ทำให้เกิดตำแหน่ง sensitivity specks ที่ทำหน้าเหมือนเป็นกับดัก ที่มีความไวในการจับอิเล็กตรอน เมื่อถ่ายภาพรังสีเอกซ์บนฟิล์ม ผ่านปฏิกริยา photoelectric effect ผลึก Silver – Bromide ในชั้นอีมัลชั่นจะแตกตัวเกิดเป็น Silver+ และ Bromide-

Sensitivity specks จะดึงอิเล็กตรอนจาก Bromide-  (e- + Bromide) เมื่อถ่ายภาพรังสีเอกซ์บนฟิล์ม ผลึก Silver – Bromide ในชั้นอีมัลชั่นจะแตกตัวเกิดเป็น Silver+ และ Bromide- Sensitivity specks จะดึงอิเล็กตรอนจาก Bromide-  (e- + Bromide) Sensitivity specks จะเปลี่ยนเป็นประจุลบ และจับกับ Silver+ ซึ่งจะเปลี่ยนเป็นผลึกเงิน (metallic silver)  ภาพแฝง (latent image center)

ความเข้มของรังสีเอกซ์ที่ฉายเพิ่มมากขึ้นบนฟิล์ม จะทำให้เกิดอิเล็กตรอน และ Silver+ ที่จะถูกจับกับส่วน Sensitivity specks เพิ่มมากขึ้นเช่นกัน เมื่อผ่านขบวนการล้างฟิล์ม ผลึกเงินใน ภาพแฝง (latent image center) จะเปลี่ยนเป็นผลึกเงินสีดำบนฟิล์ม

Exposed and unexposed silver bromide Underdeveloped Properly developed Overdeveloped

สรุปการเกิดภาพรังสีบนฟิล์ม เมื่อรังสีเอกซ์ หรือแสงทำปฏิกริยา photoelectric effect (Compton scattering)กับผลึก silver bromide crystal บนฟิล์ม เกิดภาพที่มองไม่เห็นเรียกว่า latent image เมื่อนำฟิล์มไปผ่านขบวนการล้างฟิล์ม สารเคมีในน้ำยาจะทำปฏิกริยากับผลึกเงินที่ถูกแสง เกิดเป็นโลหะเงินมีสีดำติดอยู่บนฟิล์ม จึงสามารถมองเห็นเป็นภาพรังสี เรียกว่า manifest image หรือ radiographic image

อุปกรณ์รับ-สร้างภาพ ตลับฟิล์ม (film cassettes) ฟิล์ม (film) แผ่นสกรีนเรืองแสง (intensifying screen) โครงสร้างของแผ่นสกรีนเรืองแสง ปัจจัยที่มีผลต่อแผ่นสกรีนเรืองแสง ตลับฟิล์ม (film cassettes) ฟิล์ม (film) โครงสร้างของฟิล์ม ปัจจัยที่มีผลต่อฟิล์ม film Intensifying screen Film cassette

image receptor : อุปกรณ์รับภาพ Cassette and Film size Metric unit (cm) 20 x 25 25 x 30 27 x 35 35 x 35 35 x 43

ฟิล์มเอกซเรย์ : X-ray Film image receptor : อุปกรณ์รับภาพ ฟิล์มเอกซเรย์ : X-ray Film ชนิดของฟิล์ม Speed or sensitivity factors การเกิดภาพบนฟิล์ม โครงสร้างของฟิล์ม

โครงสร้างของฟิล์ม : Film Structure Base Film base Adhesive layer Emulsion layer Supercoating layer Film base : 0.15-0.25 mm - ทำด้วย polyester : blue base Adhesive layer : - ยึด film base และ emulsion Emulsion layer : 5-25 µm - Silver halide suspended in gelatin (AgBr 95% และ AgI/AgCl 5%) Supercoating layer : - เป็นชั้นเยลาตินบาง ๆ ปกป้องกันด้านบนของ emulsion

ผลึกไวแสง : Silver halide ชั้นอีมัลชั่น : Emulsion layer ชั้นอีมัลชั่นเป็นชั้นที่ไวต่อรังสีเอกซ์ หรือแสงสว่าง Base Film base Adhesive layer Emulsion layer Supercoating layer สารเคมี-ผลึกไวแสงในฟิล์มเอกซเรย์ถูกออกแบบให้ทำปฏิกิริยาได้ดีกับแสงที่เปล่งออกมาจาก intensifying screen ปกติจะเป็นแสงสีน้ำเงินเรียกว่า blue sensitive และแสงสีเขียวเรียกว่า green sensitive ผลึกไวแสง : Silver halide Silver bromide (AgBr) 90 - 99% Silver iodide (AgI) Silver chloride (AgCl) Silver halide crystal Tabular grain

ชนิดของ film Single (emulsion) sided film Double (emulsion) sided film Base Film base Adhesive layer Emulsion layer Supercoating layer 150 m 180 m 3 - 5 m 10 m

Direct exposure film : Screen film : non screen film used in cardboard holder Film base Adhesive layer Emulsion layer Supercoating layer Base เคลือบอีมัลชั่นด้านเดียว ที่มีความหนากว่าสกรีนฟิลม์ ใช้ปริมาณรังสี และใช้เวลาในการล้างฟิล์มมากกว่า Outdate technologies Screen film : used with intensifying Screen Film base Adhesive layer Emulsion layer Supercoating layer Base ไวต่อแสงสว่างมากกว่ารังสีเอกซ์ ชั้นอีมัลชั่นบางกว่า direct-exposure film ใช้ปริมาณรังสี และใช้เวลาในการล้างฟิล์มน้อยกว่า

Screen film characteristics : Contrast Speed Crossover Reciprocity law Safelight

Film contrast : คอนทราสของฟิล์ม ระดับความดำและความขาวที่สามารถแสดงแยกความแตกต่างบนภาพถ่ายรังสีของฟิล์มเอ็กซเรย์ได้ แบ่งเป็น High contrast film : แบ่งระดับความดำ-ขาวได้มาก Low contrast film : แบ่งระดับความดำ-ขาวได้น้อยกว่า มีลักษณะโทนเทา High contrast film Low contrast film High contrast film Low contrast film

ความเร็ว (ความไว) ของฟิล์ม : Film speed (Sensitivity) Base Film base Adhesive layer Emulsion layer Supercoating layer Film A Film B เมื่อถ่ายเอกซเรย์ Film A และ Film B โดยตั้งเทคนิค (ปริมาณรังสี) เท่ากัน ถ้า Film A มีความดำมากกว่า Film B แสดงว่า Film A มีความเร็ว หรือความไวมากกว่า Film B

ความเร็ว (ความไว) ของฟิล์ม : Film speed (Sensitivity) แสดงถึงระดับความไวของอีมัลชันที่ตอบสนองต่อรังสีเอกซ์ หรือแสงสว่าง ฟิล์มที่มีความเร็วมากกว่าจะมีความไวมากกว่า ปัจจัยที่มีผลได้แก่ จำนวน และขนาดของผลึกไวแสง ความหนาของชั้นอีมัลชั่น ชนิดของฟิล์มเป็นแบบ Single หรือ double emulsion sided film Base Base

ความเร็ว (ความไว) ของฟิล์ม : Film speed (Sensitivity) Base Base จำนวน และขนาดของผลึกไวแสงเพิ่มขึ้น  ความไวฟิล์มเพิ่มขึ้น ความหนาของชั้นอีมัลชั่นเพิ่มขึ้น  ความไวฟิล์มเพิ่มขึ้น ชนิดของฟิล์มเป็นแบบ double emulsion sided film จะมีความไวมากกว่า Single emulsion sided film

ความเร็ว (ความไว) ของฟิล์ม : Film speed (Sensitivity) Base Base ฟิล์ม (A) ที่มีความไวมากกว่าจะใช้เทคนิคการถ่ายภาพรังสีน้อยกว่าฟิล์ม (B) ที่มีความไวน้อยกว่า เมื่อต้องการให้ความดำบนฟิล์มทั้งสองเท่ากัน ใช้ฟิล์มที่มีความไวมากกว่าผู้มารับบริการถ่ายภาพรังสีจะได้รับปริมาณรังสีน้อยกว่าฟิล์มที่มีความไวน้อยกว่า ใช้ฟิล์มที่มีความไวมากกว่าคอนทราสถ่ายภาพรังสีจะดีกว่าฟิล์มที่มีความไวน้อยกว่า แต่เมื่อใช้ฟิล์มที่มีความไวมากกว่าความคมชัด (sharpness) ของถ่ายภาพรังสีจะลดลงกว่าฟิล์มที่มีความไวน้อยกว่า  unsharpness

Crossover effect : Decreases recorded detail on the film เป็นผลกระทบภาพถ่ายรังสีเอกซ์ที่เกิดกับฟิล์มเอกซเรย์แบบอิมัลชันเคลือบทั้งสองด้าน โดยแสงที่เกิดจาก intensifying screen ด้านหนึ่งทะลุผ่าน film base ข้าม (cross over) ไปกระทบและมีผลกับผลึกไวแสงในชั้นอีมัลชั่นของด้านตรงข้าม Screen - Film - Base Emulsion -  รังสีเอกซ์ Silver halide crystal Tabular grain  Silver halide crystal created with T-grain technology significant lower crossover Zero-crossover technology : adding anticrossover layer on each side of film base

4. Reciprocity law Exposure = Intensity x Time = mA x Sec  Constant optical opacity (Density)

Reciprocity failure Exposure = Intensity x Time 100mA x 0.2 sec = 200mA x 0.1 sec mA1S1 = mA2S2 Exposure 1 = Exposure 2 Density 1  Density 2

5. SAFELIGHT The color of the filter (Red to Brown) Wattage of the bulb (15 Watt) Distance between the lamp and the work surface (5 feet)

image receptor : อุปกรณ์รับภาพ Intensifying screen เป็นแผ่นอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยสารเรืองแสง (phosphors) เมื่อได้รับการกระตุ้นด้วยรังสีจะปล่อยแสงสว่าง (Luminescence) ออกมา แผ่น intensifying screen จะติดอยู่ใน film cassette จุดประสงค์เพื่อลดปริมาณรังสีที่ผู้มารับบริการถ่ายภาพทางรังสีได้  ลด mAs

โครงสร้างของแผ่นเรืองแสง Protective Layer : 5 – 10 m Thick ชั้นเคลือบบาง ๆ ป้องกันความชื้น การขูดขีด ทำให้เกิดเสียหายและช่วยลดการเกิดไฟฟ้าสถิตย์ของส่วน phosphor Phosphor Layer : 100 – 300 m Thick Substratum layer : 10 – 20 m Thick เป็นชั้นกาว (polyurethane) เพื่อยึดส่วน phosphor ให้ติดกับส่วน base อาจผสมสีที่สะท้อนแสงได้ง่าย เช่น magnesium oxide, titanium dioxide เพื่อช่วยให้แสงสะท้อนกลับไปยังฟิล์ม จึงเรียก Reflective Layer หรือ Absorbing Layer Support base : 200 – 500 m Thick ทำจาก Plastic, polyester

โครงสร้างของแผ่นเรืองแสง Phosphor Layer : 100 – 300 m Thick คุณสมบัติสารที่ใช้ทำ phosphor มีเลขอะตอมสูง มีการเรืองแสงในปริมาณมาก แสงที่ปล่อยออกมามีความยาวคลื่นเฉพาะ ได้ตามที่ต้องการ เกิดการเรืองแสงค้างต่ำ

โครงสร้างของแผ่นเรืองแสง Phosphor Layer : 100 – 300 m Thick สารเรืองแสงที่ใช้ Calcium tungstate (CaWo4), Zinc sulphide, Barium lead sulphate, Barium fluorochloride สาร rare-earth เช่น Gadolinium, Lanthanum หรือ Yttrium ทำเป็นสารประกอบของ oxysulfide หรือ oxybromide  ช่วยให้แผ่นสกรีนมีการดูดกลืนรังสีเอกซ์เพิ่มขึ้น ทำให้ส่วน phosphor ปล่อยแสงสว่างเพิ่มมากขึ้น ผลทำให้รายละเอียดของภาพถ่ายรังสีดีขึ้น

ชนิดของ Intensifying screen Single intensifying screen Double intensifying screen film Intensifying screen Film cassette

Intensifying screen characteristic Screen speed Image noise Spatial resolution

การทำงานของสารเรืองแสง : Phosphor Functions ทำหน้าที่เปลี่ยน x-ray photon ให้เป็นแสงสว่างที่สามารถมองเห็นได้ ในช่วงความยาวคลื่นของแสงสีฟ้าหรือเขียว

ประโยชน์การใช้ Intensifying screen Film - Base Emulsion -  รังสีเอกซ์ ฟิล์มเอกซเรย์จะถูกประกบด้วยแผ่นเรืองแสง 2 แผ่น แผ่นเรืองแสงด้านหน้า (front intensifying screen) แผ่นเรืองแสงด้านหลัง (back intensifying screen) การใช้ Intensifying screen จะช่วยลดปริมาณรังสีลง : Pelvic แต่การใช้ Intensifying screen จะลดความคมชัด : รายละเอียดของภาพลดลง

(Intensifying Factor) ประโยชน์การใช้ Intensifying screen Screen - Film - Base Emulsion -  รังสีเอกซ์ ฟิล์มเอกซเรย์จะถูกประกบด้วยแผ่นเรืองแสง 2 แผ่น แผ่นเรืองแสงด้านหน้า (front intensifying screen) แผ่นเรืองแสงด้านหลัง (back intensifying screen) no intensifying screen : 6800 mR with intensifying screen : 200 mR ช่วยลดปริมาณรังสีลงได้ 34 เท่า (Intensifying Factor) ถ้าใช้เวลาถ่ายภาพ screen film 0.1 วินาที จะต้องใช้เวลาถ่ายภาพ non screen film 3.4 วินาที

ความไวของสกรีน : Screen speed จุดประสงค์ของการนำสกรีนมาใช้ในการถ่ายภาพรังสี เพื่อลดปริมาณรังสีที่ผู้มารับบริการถ่ายภาพทางรังสีได้ ลดเทคนิคการถ่ายภาพ (mAs)  ลดปริมาณรังสีลง โดย screen speed บ่งบอกถึงความสามารถในการเรืองแสงของสกรีนในการเปลี่ยนรังสีเอกซ์ให้เป็นแสงสว่าง แบ่งได้เป็น High speed Medium speed Low speed (High resolution)

ความไวของสกรีน : Screen speed High speed Medium speed Low speed (High resolution) การนำสกรีนมาใช้ในการถ่ายภาพรังสี สามารถลดเทคนิคการถ่ายภาพ (mAs) จึงทำให้ปริมาณรังสีที่ผู้มารับบริการถ่ายภาพทางรังสีได้รับลดลงได้

ความไวของสกรีน : Screen speed ชนิดของสารเรืองแสง การจับคู่กันของสเปกตรัม ขนาดผลึกของสารเรืองแสง ความหนาของชั้นสารเรืองแสง เทคนิคการถ่ายภาพรังสี

Screen speed : ชนิดของสารเรืองแสง ตัวอย่างวัสดุที่ใช้ทำสารเรืองแสง และสเปกตรัมที่ปล่อยออกมา 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 Ultra violet Green Others

การจับคู่กันของสเปกตรัม : Spectral matching แสงสว่างที่ปล่อยออกมาจากสารเรืองแสง ในแผ่นสกรีนจะให้คลื่นความถี่อยู่ใน ช่วงสีต่าง ๆ ตัวอย่างเช่น Calcium tungstate (CaWo4)  Blue Lanthanum oxybromide (LaOBr)  Blue Yttrium tantalate (YTaO4)  Ultra violet Dadolinium oxysulfide (Gd2O2S)  Green ฟิล์มเอกซเรย์ได้ถูกพัฒนาให้ไวต่อสีของแสงสว่างที่จำเพาะ ดังนั้นฟิล์ม – สกรีนที่ใช้ในอุปกรณ์รับภาพต้องมีการจับคู่กันของสเปกตรัมอย่างเหมาะสม ฟิล์มที่มีความไวต่อแสงสีฟ้า ต้องใช้กับสกรีนที่ปล่อยแสงสีฟ้า ฟิล์มที่มีความไวต่อแสงสีเขียว ต้องใช้กับสกรีนที่ปล่อยแสงสีเขียว

Screen speed : ความหนาของชั้นสารเรืองแสง แผ่นสกรีนที่มีชั้นสารเรืองแสงที่หนามากกว่าจะมีความไวมากกว่าแผ่นสกรีนที่มีชั้นสารเรืองแสงที่หนาน้อยกว่า Screen phosphor Film emulsion Latent image

Screen speed : ขนาดของผลึกสารเรืองแสง แผ่นสกรีนที่มีขนาดของผลึกสารเรืองแสงที่ใหญ่กว่าจะมีความไวมากกว่าแผ่นสกรีนที่มีขนาดของผลึกสารเรืองแสงที่เล็กกว่า Screen phosphor Film emulsion Latent image

Screen sensitivity and sharpness Phosphor Film blacking Phosphor layer thin Low sensitivity-high sharpness type A Phosphor layer thick Standard type B High sensitivity type C Low High Screen sensitivity X-rays Blurred area

Intensification factor (IF) ความไวของสกรีน และแสงสว่างที่ปล่อยออกมา Intensification factor (IF) อัตราส่วนของปริมาณรังสีของฟิล์มที่ไม่ใช้สกรีนกับปริมาณรังสีของฟิล์มที่ใช้สกรีน ที่ทำให้เกิดความดำเท่ากัน IF = Exposure required without screen Exposure required with screen IF เป็นตัวเลขที่บอกความไวของ screen เช่นฟิล์ม Hi Speed มี IF = 400 *หมายความว่าสกรีนนี้สามารถลดปริมาณลงได้ 400 เท่า*

ผลการการใช้สกรีน การดูแลรักษา ลดปริมาณ รังสี เช็ดทำความ สะอาด เพิ่ม Contrast รายละเอียด ลดลง เช็ดทำความ สะอาด เก็บในที่ไม่มีฝุ่น ละออง ระวังการขูดขีด Screen contact

หนังสืออ่านประกอบ 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.

บันไดนาค พระธาตุดอยสุเทพ เชียงใหม่ บันไดนาค พระธาตุดอยสุเทพ เชียงใหม่