X-Ray Intensifying Screens George David Associate Professor Medical College of Georgia Department of Radiology

Convert x-rays to light many light photons created per x-ray photon absorbed in screen Light photons have much less energy light from screen exposes film film much more sensitive to light than to x-rays screens substantially reduce patient dose Factor of 100’s screen use virtually universal Photon Light Screen

light tight container for film holds film in tight contact with screens over entire surface gaps drastically increase image unsharpness All non-mammo cassettes use two screens One above film One below film Cassette Screens Film

Two screens produce more light Less radiation required to achieve a given optical density Requires two emulsions on film One above one below Cassette Screens Film

easier to manufacture emulsion shrinks when it dries Having two emulsions minimizes curling photographic advantage faster system two screens used each emulsion optimally captures light produced by “its” screen double emulsion filmscreens

require regularly cleaning Dust, dirt, paper, hair,etc prevent screen light from reaching film Causes white dots on image

Light emitted by crystals inorganic salts called phosphors older phosphor materials calcium tungstate original phosphor material used in radiology emits blue light zinc cadmium sulfide

image tubes cesium iodide film screens –barium strontium sulfate –yttrium –rare earths »gadolinium »lanthanum »tantalates

Advantages over direct film exp. Drastically decreased patient dose (X 100’s) Shorter exposure times Configuration cassette sandwiches film between 2 screens

plastic protective coat phosphor layer reflecting layer base support layer One screen

Protective Layer applied over phosphor made of plastic approximately mils thick Functions prevents static electricity provides physical protection provides surface suitable for cleaning Phosphor Layer contains phosphor crystals approximately mils thick

Reflecting Coat reflects light emitted toward back of screen phosphors emit light in all directions not all screens have reflecting coat Reduces resolution made of white substance (titanium dioxide) 1 mil thick Base Layer Mechanical support cardboard or polyester plastic approximately mils thick

Photon must be absorbed by a screen Screen must emit light Light must reach film Light must expose film Each step above has an associated efficiency

Efficiency of energy conversion from x-rays to light 5% for calcium tungstate 850 light photons per x-ray photon absorbed up to 20% for newer phosphors such as rare earth Can be as high as 45% for direct digital DR systems

ability of light emitted by phosphor to escape screen & expose film typically half of light emitted by screen does not reach film

exposure required without screen exposure required with screen for calcium tungstate intensification factor increases with kVp thicker body parts cause increase filtering raises effective kVp small number of x-ray photons interact directly with film negligible film darkening contribution

phosphor layer thickness thicker screen faster poorer detail because of light spread or diffusion light produced further from film size of phosphor crystals presence or absence of light-absorbing dye dye reduced lateral light diffusion better resolution poorer efficiency (lower speed) phosphor efficiency

Thicker phosphor increases absorption Increases speed Reduces patient exposure Diffusion of light causes unsharpness light travels further from point of origin in screen to film Film Screen

Why use 2 thin emulsions rather than 1 thicker one? light produced closer to emulsion less light spread X-Ray

light from one screen exposes opposite emulsion Top Screen Bottom Screen Bottom Emulsion Top Emulsion Film X-Ray

poorer resolution light travels further, spreads more caused by incomplete absorption of light by adjacent emulsion X-Ray

Maximum number of line pairs (line & space) per millimeter resolved by screen-film system line & space have equal width Typical values Film ~100 line pairs per mm Film / screen systems ~ 10 line pairs per mm maximum

خاصیت فلورسانس صفحات تشدیدکننده در درجه حرارتهای پایین بیشتر است. در درجه حرارتهای بالا این موضوع ممکن است دارای اهمیت کلینیکی باشد. در دمای 35 درجه سانتی گراد جهت ایجاد دانسیته ای مشابه با یک رادیوگرافی که در دمای 21 درجه سانتی گراد انجام شده است، شرایط اکسپوژر را می بایست حدود 25% افزایش داد.

کاستی که در آن صفحات تشدید کننده نصب شده اند، یک محفظه تنگ ضد نور برای فیلم ایجاد می نماید. همچنین کاست فیلم را در تمامی سطحش در تماس محکم با صفحات تشدید کننده نگه می دارد. هنگامی که تماس بین فیلم و صفحه تشدید کننده کامل باشد، یک نقطه نوری در صفحه، نقطه ای نظیر خود را بر روی فیلم ثبت می نماید. در صورتی که این تماس ضعیف باشد، نقطه نوری قبل از رسیدن به فیلم پراکنده و منتشر می شود و درنتیجه تصویر رادیوگرافیک آن ناواضح می گردد.

روش ساده ای برای آزمایش تماس فیلم و صفحه وجود دارد. یک تکه از صفحه سیمی بر روی کاست قرار داده می شود و از آن رادیوگرافی به عمل می آید. میزان وضوح تصویر سیمها در نواحی مختلف فیلم با هم مقایسه می گردد و ناحیه ای که در آن اتصال بین صفحه و فیلم ضعیف می باشد، از طریق ناواضح بودن تصویر سیمها در آن ناحیه مشخص می گردد. صفحه سیمی بایستی از جنس آهن، برنج یا مس باشند، چون صفحات آلومینیومی یا پلاستیکی به میزان کافی پرتو X را جذب نخواهند کرد.

هرگونه ماده خارجی بر روی صفحه مانند کاغذ یا خون، مانع از عبور فوتونهای نوری شده و بسته به اندازه و شکل خود، ایجاد یک ناحیه اکسپوز نشده بر روی فیلم می نماید. نقاط مزبور از عمده ترین منابع پوسیدگی بیش از حد صفحات تشدید کننده می باشند. تمیز نمودن صفحات می بایست با استفاده از ترکیبات آنتی استاتیک و پاک کننده و هم چنین به ارامی و بدون مالش شدید با یک پارچه نرم و بدون پرز صورت گیرد و تا خشک شدنم آنها درب کاست باید باز باشد.

increase thickness of phosphor layer Change to different phosphor material with higher absorption efficiency More absorption for given thickness Change to different phosphor material with higher conversion efficiency More light per absorption

Par Speed Calcium Tungstate 20% High Speed Calcium Tungstate 40% Thicker screen, poorer resolution Rare Earth60%

Atomic Number tungsten of calcium tungstate higher than rare earth, more photoelectric interaction K-Edge tungsten: 69.5 keV Yttrium: 17 keV Barium: 37 keV Lanthanum: 39 keV Gadolinium: 50 keV Lower K-edge greatly increases absorption in diagnostic energy range Photon Energy Absorption

Screen’s light spectrum must match film’s color sensitivity optimize speed by matching film response to screen light

Calcium Tungstate Somewhat continuous blue spectrum (430 nm wavelength) Gd 2 O 2 S:Tb narrower green spectrum (544 nm wavelength) most but not all rare earth screens emit predominantly green light