Разработка и исследование блока детектирования на основе твердотельных арсенид галлиевых детекторов для малодозовых маммографических аппаратов

• Автор: Нам, Ирина Феликсовна
• Шифр специальности: 05.11.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 183 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ АППАРАТНЫХ МЕТОДОВ РЕАЛИЗАЦИИ РЕНТГЕНОВСКИХ МАММОГРАФИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ (ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР)

1.1. Медико-биологические аспекты решения проблемы рацией

диагностики рака молочной желечы

1.2. Обзор основных типов рентгенографических сис тем

1.2.1. Двухкоординатные системы

1.2.1.1. Системы на основе люминофоров с памятью

1.2.1.2. Системы с использованием ПЗС структур

1.2.1.3. Системы с использованием активных матриц

1.2.2. Системы сканирующего типа

і .2.2.1. Одноканальные твердотельные детекторы
1.2.2.2. Системы вида сцинтиллятор + фотодиод
1.3. Почему выбран арсенид галлия (ОаАя)
Выводы по главе
ГЛАВА 2. КОНСТРУКЦИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ КООРДИНАТНЫХ ДЕТЕКТОРОВ ИЗ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ. КОМПЕНСИРОВАННОГО ХРОМОМ
2.1. Принцип построения стандартной маммографической системы
2.2. Тины детекторов
2.3. Моделирование процессов разделения и сбора заряда в трёхмерном детекторе
2.4. Моделирование процессов наведения и сбора заряда в координатных детекторах
2.5. Выбор оптимальных размеров детектора . . . *
2.6. Методики изготовления полупроводниковой структуры и детекторов ионизирующею излучения из нол у изолирующего арсеннда галлия
Выводы но главе
ГЛАВА 3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ БЛОКА ДЕТЕКТИРОВАНИЯ И
МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ
3.1 Общая методика разработки и проектирования блока
детект ирования маммографических аппаратов
3.2. Структура медико-технических требований на проектирование
приборов для маммографии
3.3. Выбор структурной схемы проектируемого прибора
3.4. Моделирование параметров блока детектирования
3.5. Линейные системы .
3.6. Функция передачи модуляции (МТБ. ЧКХ)
3.6.1. МТР цифровых систем
3.7. - спектральная плотность шума
3.8. Г)рЕ (квантовая эффективность регистрации) теория
3.8.1. ООЕ (квантовая эффективнойь регистрации) рабочее определение
3.9. Моделирование прохождения рентгеновского излучения
3.9.1. Геометрия системы
3.9.2. Источник рентгеновского излучения
3.9.3. Спектр рентгеновского излучения
3.9.4. Обьект исследования
3.9.5. Число фотонов, используемых при моделировании
3.9.6. Счетный режим работы
3.9.7. Интегральный режим
Выводы по главе
ГЛАВА 4. БЛОК ДЕТЕКТИРОВАНИЯ ДЛЯ МАММОГРАФИЧЕСКИХ СИСТЕМ СКАНИРУЮЩЕГО ТИПА НА ОСНОВЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ АРСЕНИД ГАЛЛИЕВЫХ ДЕТЕКТОРОВ
4.1. Структурная схема опытного образца блока детектирования
4.2. Основные технические данные
4.3. Комплектность
4.4. Детекторный блок
4.4.1. Построение модуля изображения . . . .
4.4.2. Технологический маршрут изготовления модуля детектирования
4.4.3. Оборудование для тестирования работоспособности детекторных модулей
4.4.4. Методика, организация и проведение испытаний модулей изображения
4.4.5. Результаты тестирования
4.5. Блок интерфейсный
4.6. Тестовое программное обеспечение
4.6.1. Системные требования
4.6.2. Состав тестового ПО
4.6.3. Пользовательский интерфейс

4.6.3.1. Модуль приема, визуализации и сохранения данных
4.6.3.2. Модуль пост-обработки и анализа сохраненных изображений
4.6.4. Работа с тестовым ПО
4.6.4.1. Получение данных и сохранение изображений
4.6.4.2. Просмотр и корректировка сохраненных изображений
4.7. 1 ехнолої ический маршрут и и отовлеиия блока детектирования
4.8. Тестирование блока детектирования в системе с источником рентгеновского излучения
4.8.1. Маммограф рентгеновский МД-РА. .
4.8.2. Тест-обьект ОЮІМАМ
4.8.3. Тест-обьект деталь-контраст СОМАМ
4.9. Результаты исследования основных характеристик блока детектирования.
4.9.1. Измерения дозы в области дет ектора
4.9.2 Зависимое ть выходного сигнала от силы тока на рентгеновской і рубке
4.9.3. Функция передачи модуляции (МТФ(МТЬ')) или
частотно-контрастная характеристика (ЧКХ)
4.9.4. Спек і рольная плотность шума (ИРЯ) .
4.9.5. Квантовая зффекшвиосгь регистрации (ОС}Е)
4.9.6. Оценка пространственною разрешения, контрастной чувствительности и динамического диапазона
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Гехпические условия на блок детектирования для маммографических аппаратов сканирующего пша.
1И ИЛОЖЕНИЕ 2. Оценка надежности блока детектирования.
работы

Влияние исходного размера пакета на динамику процесса разделения зарядов изучалось нами, поскольку в литературе отсутствуют надёжные данные о размерах пакета неравновесных носителей, образующегося после поглощения единичного гамма кванта. Проведены расчеты для пакета частиц с объёмом в В раз меньшим и с концентрацией носителей в 8 раз большей, чем в приведенных выше расчетах. Полученные результаты для случая сильного поля представлены на рисунке 13. Как видно из сопоставления рисунков 13 и 14., в последнем случае имеет место задержка разделения заряда всего на 100 пс. Это значительно меньше, чем предсказывает теория одномерного детектора, для которого увеличение концентрации носителей в пакете на порядок приводит к возрастанию на порядок плазменного времени [35].
Следует заметить, что строгое решение задачи о разделении пакетов неравновесных носителей заряда может быть выполнено методами Монте-Карло [36]. Уравнения (2.3-2.9) для данной задачи можно использовать с известными оговорками, поскольку они применимы для большого ансамбля частиц. Тем не менее, ими можно воспользоваться для описания начальных стадий процесса, когда пакеты не сильно искажены диффузией. Временной процесс разделения заряда в детекторах может быть детально описан только в трехмерной геометрии. Анализ результатов расчета конструкции трехмерного детектора показывает, что упрощенные модели процесса должны исходить из предположения, что начальный этап разделения связан с амбиполярной диффузией неравновесных носителей. Величины плазменного времени в детекторах из полуизолирующего арсенида галлия по порядку величины составляют несколько наносекунд, что сравнимо со временами жизни и дрейфа носителей.
2.4. Моделирование процессов наведения и сбора заряда в координатных
детекторах
Имеется полупроводниковый пиксельный или микрополосковый детектор рентгеновского излучения (с толщиной к, ширина контактов О). Нормально поверхности в него влетает гамма-квант и поглощается в детекторе в какой-то точке гн. (рисунок 15). При поглощении гамма-кванта рождаются пакет неравновесных электронов и пакет неравновесных дырок, которые под действием поля движутся к контактам. При этом на контактах наводится ток.
Будем считать, что при поглощении гамма-кванта рождаются два точечных пакета зарядов (+