Varex Z-Plattform – mehr als nur IGZO

Freitag 22. November 2019

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Tuomas Holma

Produktmanager, Röntgendetektoren

Marktstatus – Flachbilddetektoren in der dynamischen Bildverarbeitung

Der Flachbilddetektor ist die De-facto-Standardlösung für die dynamische Röntgenbildgebung (dynamische Bildgebung bezieht sich hier auf die Fluoroskopie und die Kegelstrahl-Computertomographie [cone beam computed tomography, CBCT). Auf dem Markt der interventionellen Röntgenbildgebung verwendet die überwiegende Mehrheit der Systeme Detektoren mit amorphem Silizium (a-Si). Die Ausnahme bildet eine kleine Anzahl von High-End-Systemen, die entweder komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS) oder a-Si-CMOS-Hybrid-Detektoren verwenden1 3. Obwohl IHS Markit berichtet, dass 74 % der weltweiten Lieferungen von mobilen C-Armen und 50 % des Systemumsatzes immer noch mit Bildverstärker-basierten Systemen generiert werden6, hat eine deutliche Mehrheit der Systeme der größten Erstausrüster (original equipment manufacturer, OEM) entweder einen amorphen Silizium- oder einen CMOS-Detektor2.

In den letzten zwei Jahren wurden einige Forschungsarbeiten veröffentlicht, um die Leistung von a-Si- und CMOS-Detektoren in der Fluoroskopie und CBCT zu vergleichen. Messungen von Bildrauschen, räumlicher Auflösung, detektiver Hochfrequenz-Quantenausbeute (Detective Quantum Efficiency, DQE) und geräuschäquivalenter Dosis (Noise Equivalent Dose, NED) zeigen eine verbesserte Leistung bei niedriger Dosis für ein CMOS-basiertes System, insbesondere bei niedrigeren Dosen und höheren räumlichen Frequenzen8. Obwohl CMOS-Detektoren die Leistung bei Hochfrequenzaufgaben verbessern, zeigten diese Studien keinen starken Vorteil hinsichtlich der kontrastarmen Darstellung von Weichgewebe7. Für eine echte Nutzung der Vorteile der CMOS-Technologie sollte daher ein CMOS-Detektor mit kleinerer Pixelgröße für bildgebende Aufgaben wie die neurovaskuläre Bildgebung verwendet werden, während ein größerer a-Si-Pixel-Detektor für eine bildgebende Aufgabe im Bereich der kardialen Bildgebung ausreichend ist5. Bei abgestimmter Auflösung zeigten CBCT-, a-Si- und CMOS-Detektoren eine etwa gleichwertige Leistung7.

Varex Z-Plattform – für die Fluoroskopie und die CBCT entwickelt

Dünnfilmtransistoren (DFT) auf Indiumgallium-Zinkoxid (IGZO)-Basis wurden vor 15 Jahren in der Displaybranche entwickelt. Da IGZO-DFT 20–50 Mal die Elektronenbeweglichkeit von a-Si haben, können die DFT stark miniaturisiert werden; so zeichnen sich IGZO-DFT-Displays durch hohe Auflösung, Energieeinsparung und Berührungs-Fähigkeiten aus4. Varex Imaging ist einer der ersten Hersteller von Flachbilddetektoren, die die IGZO-DFT-Technologie in den Detektormarkt einführen. In Flachbilddetektoren können IGZO-DFT zur Reduzierung von Bildrauschen, zur Verstärkung der Empfindlichkeit und zur Verbesserung der Auflösung verwendet werden. Unser Ziel ist es jedoch, die Leistung der IGZO-DFT-basierten Detektoren so nahe wie möglich an die von CMOS-Detektoren zu bringen. Deshalb bringen wir im Rahmen der Varex Z-Plattform eine neue Serie von Detektoren auf den Markt. Mit dieser neuen Plattform führen wir neben den IGZO-DFT hellere Szintillatoren, eine neue Ausleseelektronik und schnellere Schnittstellen ein. Der Zweck hellerer Szintillatoren ist es, das Signal-Rausch-Verhältnis weiter zu verbessern, während Elektronik einer neuen Generation eine On-Board-Bildverarbeitung und höhere Bildraten ermöglicht.

Varex hat NBASE-T und CoaXPress als Schnittstellenoptionen für die Z-Plattform gewählt. NBASE-T bezieht sich auf eine Reihe von Standards, die den Datentransfer mit bis zu 10 GBit/s über ein Twisted-Pair-Ethernet-Kabel für Entfernungen bis zu 100 Metern ermöglichen. CoaXPress verwendet 75-Ohm-Koaxialkabel und unterstützt Bitraten von bis zu 12,5 GBit/s für Entfernungen bis zu 30 Metern. NBASE-T und CoaXPress ermöglichen außergewöhnliche Bildraten für die Z-Plattform-Panels, die bis zu 9 Millionen Pixel haben können.

Aussichten für den Flachbilddetektormarkt

Als weltweit größter unabhängiger Hersteller von Flachbilddetektoren liefert Varex Imaging seinen Kunden weiterhin eine umfassende Reihe von Technologien. Amorphes Silizium bleibt eine robuste Plattform mit ausgezeichneter Leistung und wettbewerbsfähigen Kosten und ist eine gute Option, beispielsweise für den Ersatz von Bildverstärkern in mobilen C-Armen. Die CMOS-Technologie bietet eine hohe Auflösung, schnelle Frameraten und eine niedrige Dosisleistung – jedoch zu erheblich höheren Kosten. Die Testergebnisse der neuen Varex Z-Plattform sind sehr vielversprechend. Erste Tests zeigen eine signifikante Verbesserung der Leistung bei niedriger Dosis, aber auch bei der Fähigkeit, eine gute DQE bei höheren räumlichen Frequenzen aufrechtzuerhalten. Wir glauben, dass die Varex Z-Plattform eine Leistung bieten wird, die der von CMOS nahekommt, aber mit besserer Kostensenkung in der Zukunft.  

Varex Imaging plant, in den nächsten zwei Jahren eine Reihe von Z-Plattform-Produkten für mobile C-Arm-, kardiovaskuläre und dentale CBCT-Anwendungen auf den Markt zu bringen. Auf der RSNA 2019 (1.–5. Dezember) wird Varex den Detektor 3131Z mit einer Größe von 31 x 31 cm und einer Pixelgröße von 100 µm als erstes Beispiel für die neue Plattform vorstellen. Kommen Sie nach Chicago, und sprechen Sie mit uns über Ihre Anwendung. Wir würden uns freuen, Ihre Meinung darüber zu hören, wie Gesundheitsdienstleister und Patienten letztendlich von dieser neuen, aufregenden Technologie profitieren können.

IGZO-Flachbilddetektor 3131Z

Varex 3131Z

Literaturhinweise:

  1. Vergleichstabelle von Angiographie-Systemen. Imaging Technology News, zuletzt aktualisiert am 6.  September 2019. https://www.itnonline.com/chart/angiography-systems
  2. Vergleichstabelle von mobilen C-Armen. Imaging Technology News, zuletzt aktualisiert am 21.  August 2019. https://www.itnonline.com/chart/mobile-c-arms
  3. Vergleichstabelle von Gefäßbildgebungssystemen. Imaging Technology News, zuletzt aktualisiert am 28.  Februar 2019. https://www.itnonline.com/chart/vascular-imaging-systems
  4. IGZO. A breakthrough in display technology. Sharp Electronics Corporation. https://www.sharpsma.com/igzo
  5. D. Job, A. Ganguly, D. Vernekohl, R. Weisfield, E. Muñoz, J. Zhang, C. Tognina und R. Colbeth, „Comparison of CMOS and amorphous silicon detectors: determining the correct selection criteria, to optimize system performance for typical imaging tasks“, Proc. SPIE 10948, Medical Imaging 2019: Physics of Medical Imaging, 109480F (3. April 2019); https://doi.org/10.1117/12.2513500
  6. Mobile C-arm und Mini C-arm X-ray Equipment Report – 2019. IHS Markit, 5.  April 2019. https://technology.ihs.com/612257/mobile-c-arm-mini-c-arm-x-ray-equipment-report-2019
  7. N. M. Sheth, M. W. Jacobson, W. Zbijewski, G. Kleinszig, S. Vogt, S. Soellradl, J. Bialkowski, W. S. Anderson, C. R. Weiss, G. M. Osgood und J. H. Siewerdsen, „Imaging performance of CMOS and a-Si:H flat-panel detectors for C-arm fluoroscopy and cone-beam CT“, Proc. SPIE 10573, Medical Imaging 2018: Physics of Medical Imaging, 105730M (9. März 2018); https://doi.org/10.1117/12.2293780
  8. N. M. Sheth, W. Zbijewski, M. W. Jacobson, G. Abiola, G. Kleinszig, S. Vogt, S. Soellradl, J. Bialkowski, W. S. Anderson, C. R. Weiss, G. M. Osgood und J. H. Siewerdsen, „Mobile C‐Arm with a CMOS detector: Technical assessment of fluoroscopy and Cone‐Beam CT imaging performance“. Med. Phys., 45: 5420-5436. doi:10.1002/mp.13244
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