“…You're probably chuckling at this point. Yet many of us are no better. This is all around us. Thinking is hard and we fool ourselves, in part, because it's easy. The first principle is that you must not fool yourself—and you are the easiest person to fool. So you have to be very careful about that. After you’ve not fooled yourself, it’s easy not to fool other scientists. You just have to be honest in a conventional way after that…” 

(Richard Feynman) [1-2]

Bắt đầu vào thập niên 90’s, công nghệ chụp hình quang tuyến X kỹ thuật số (hay DR) với 3D tomosynthesis và 2D tiêu chuẩn đã dần dần thay thế film/screen truyền thống trong hệ thống chụp hình X quang tuyến vú và ngực. Vì hiệu quả  phân tán ánh sáng ít và vùng tuyến tính rộng, hình của hệ thống DR sắc nét hơn với độ phân giải cao hơn. Thêm vào đó, thủ tục tầm soát và chẩn đoán ngắn gọn, thường ít phải chụp lại để lấy đúng lượng X-quang thích hợp, thời gian lấy hình giảm thiểu một cách đáng kể và tổn phí lại thấp hơn đã làm cho DR trở nên thuận lợi cho bác sĩ, y tá, bệnh viện và nhất là bệnh nhân.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày một cấu trúc mới của bộ cảm biến X-quang mà chúng tôi đặt tên là “bộ cảm biến tích hợp”. Về phương diện chế tác và chức năng của bộ cảm biến này, chúng tôi dùng đơn tinh thể silic và công nghệ CMOS để chế tạo tất cả các thành phần của bộ cảm biến như quang điốt, tranzito và mạch điện bao gồm bộ biến đổi A/D, bộ ghi dịch (shift register), nút khơi động lại (reset), và bộ khuếch đại (amplifier) ở mỗi điểm ảnh (pixel) với nhiều lợi điểm mà đa tinh thể hay vô tinh thể silic trong bộ cảm biến DR hiện tại không thể có được. 

1. Giới hạn của công nghệ chế tạo bộ cảm biến X-quang hiện tại

Trong những bài viết trước, chúng tôi đã trình bày về sự thành công trong việc chế tạo bộ cảm biến dùng trong hệ thống chụp hình quang tuyến X kỹ thuật số (digital radiography hay DR).  Hệ thống cảm biến DR không dùng film/screen nhưng dùng một chất cảm quang phủ trên hàng triệu tranzito (transistors) trải rộng trên một mặt nền có kích cỡ 14”x17” (35.6 cm x 43.2 cm)  tới 17”x17” (43.2 cm x43.2 cm) dùng trong việc chụp X quang ngực và 8.5”x10” (21.6 cm x 25.4 cm) tới 10”x10” (25.4 cm x 25.4 cm) dùng trong  việc chụp X-quang vú. Mỗi tranzito đi đôi với một điểm ảnh (pixel)- tương đương với một giếng điện tích- có kích cỡ khoảng 70 µm x 70 µm đến  139 µm x 139 µm- cũng có thể nằm ngoài phạm vi này, tùy theo ứng dụng và kỹ thuật hiện có. Mỗi tranzito vận hành như một cái khóa điện tử có thể đóng mở để truyền tải điện tích. Lượng điện tích tỉ lệ với lượng quang tuyến X và được dẫn đến các mạch điện chung quanh trang bị với bô ghi dịch (shift register),  bộ biến đổi A/D (A/D converter), source follower, tạo thành hình trắng đen trên màn hình máy tính để bác sĩ X quang tầm soát và chẩn đoán [3]. Hình 1b tương đương với bộ cảm biến DR với chất quang dẫn (photoconductor) amorphous selenium nằm trên một dàn hàng với hàng triệu vô định hình silic tranzito (amorphous silicon thin film transistors) để cảm biến trực tiếp lượng X quang qua dạng điện tích. Thuật ngữ để ám chỉ qui trình biến đổi trực tiếp từ X quang sang điện tích được gọi là “direct conversion”. Hình 1c biểu hiện một dạng thức khác của bộ cảm biến DR khi chất cảm biến là cesium iodine hợp thêm với tạp chất thallium (CsI:Tl) hay gadolinium oxysulfide thêm với tạp chất terbium (GdOS:Tb) dùng để biến X quang thành quang phổ nhìn thấy. Thuật ngữ để ám chỉ qui trình biến đổi từ X quang qua quang phổ rồi sang điện tích được gọi là “indirect conversion”. Lượng quang phổ tỉ lệ với lượng X quang được cảm biến với quang điốt (photodiode) và điện tích đạt được sẽ được truyền đạt đến mạch điện chung quanh. Trong hệ DR này, mạch điện tử đọc tín hiệu (read-out electronics) với những mạch điện chung quanh làm bằng đơn tinh thể silic và kết nối với bộ cảm biến bằng hợp kim hàn. Chúng tôi tạm gọi hệ thống này là bộ cảm biến ghép nối (hybrid radiation detector) . Có nghĩa là bộ cảm biến này được tạo thành bằng sự kết hợp qua hàn chì của  hàng triệu vô định hình silic tranzito và quang điốt làm bằng vô định hình silic hay đa tinh thể silic với mạch điện chung quanh làm bằng đơn tinh thể silic. Liên quan đến việc áp dụng trong công tác chụp X quang vú, vì kích cỡ của bộ cảm biến  tương đối nhỏ (8.5”x10”) nên có thể được chế tạo chỉ trên một tấm nền bằng kính mà không giảm thiểu nhiều về  hiệu xuất sản lượng.Tuy nhiên với kích cỡ của bộ cảm biến dùng trong việc chụp X-quang ngực (14”x17” đến 17”x17”), nhiều vấn đề về hiệu xuất sản lượng sẽ xảy ra. Đó là lý do trong quá khứ, chúng tôi, đã triển khai kỹ thuật “tiling approach” bằng cách ghép bốn tấm modules hay tiles 8.5”x8.5” sát cạnh bên nhau trên một tấm nền bằng kính lớn và cố giữ khoảng cách giữa những đơn vị modules nhỏ hơn kích cỡ của mỗi điểm ảnh (pixels) dùng kỹ thuật mài giũa chính xác góc cạnh của mỗi modules. Sau đó, một lớp phốtpho hay quang dẫn điện (photoconductor)/điện môi (dielectric layers)  phủ lên trên toàn vùng của bốn đơn vị cảm biến modules tương ứng với  indirect conversion DR hay direct conversion DR (Hình 1a).
Nên nhớ một điều là không giống như trường hợp của hiễn thị phẳng hay màn hình tinh thể lõng, bộ cảm biến để chụp X-quang vú không thể chấp nhận “dead space” có ảnh hưởng đến thông tin liên quan đến cơ cấu vú; môt điều rất quan trọng và thiết yếu để cho các bác sĩ X-quang thực thi công tác hữu hiệu trong việc tầm soát và chẩn đoán lâm sàng. Kinh nghiệm này đã giúp chúng tôi tiến tới một bước kế tiếp là ghép nhiều tấm modules nhỏ với bộ cảm biến và mạch điện được chế tạo cùng một lúc với đơn tinh thể silíc. Nói một cách nôm na, bộ cảm biến sẽ được tạo thành bằng sự kết hợp hàng triệu tranzito (direct conversion, Hình 1b)  hoặc tranzito và quang điốt (indirect conversion, Hính 1c) với mạch điện chung quanh; tất cả đều làm bằng đơn tinh thể silic mà không phải qua công đoạn hàn chì. Chúng tôi dự kiến sẽ có nhiều thử thách về kỹ thuật; nhưng  hy vọng sự “pay off” sẽ nhiều hơn vì phương pháp chế tạo này dựa trên công nghệ đơn tinh thể silic và CMOS! Một lợi điểm nữa là phương pháp mới này cũng có thể ứng dụng cho màn hiển thị phẳng hay màn hình tinh thể lõng. Chúng tôi dùng cụm từ “ bộ cảm biến tích hợp- integrated radiation detector” để gọi cấu trúc mới này. Đây cũng là đề tài của bài viết này.

Hình 1. (a) Phương thức ráp bốn đơn vị cảm biến (modules) để chụp X-quang ngực kỹ thuật số. Mạch điện tử đọc tín hiệu (read-out electronics) nằm chung quanh bộ cảm biến được chế tạo bằng đơn tinh thể silic (single crystal silicon);(b) Cấu trúc điểm ảnh DR với amorphous selenium/transistors (direct conversion); (c) Cấu trúc điểm ảnh DR với phosphor/photodiodes/transistors (indirect conversion); and (d) Lợi điểm của phốtpho có cấu trúc (structured phosphor) là giảm thiểu sự phát tán quang tử. 

2. Bộ cảm biến tích hợp đặt trọng tâm trên đơn tinh thể silic và công nghệ CMOS

2.1 Lợi điểm của cấu trúc mới

Về phương diện chế tác và chức năng, dùng đơn tinh thể silic và công nghệ CMOS để chế tạo linh kiện điện tử như quang điốt, tranzito và mạch điện có nhiều lợi điểm mà đa tinh thể hay vô tinh thể silic không thể có được:

-Thời gian chuyển mạch (switching time) của tranzito nhanh hơn.

-Tất cà bộ cảm biến kể cả quang điốt, tranzito và các mạch điện tử chung quanh đều được chế tạo cùng một lúc nên giảm thiểu thời gian chế tác và nâng cao công xuất sản lượng.

-Công nghệ CMOS đơn tinh thể silíc gần như hoàn thiện sau hơn 50 năm, chiếm hầu hết các sản phẩm điện tử trên thị trường hiện nay. Vì thế, hiệu xuất sản lượng, chức năng cao với giá thành thấp theo Moore’s Law [4] sẽ tiếp tục trong nhiều năm sắp tới.

-Các đơn vị cảm biến modules có thể tháo ra và gắn lại một cách dễ dàng trong trường hợp bị sai hỏng, mà không cần phải hủy bỏ toàn bộ cảm biến. Đơn vỉ cảm biến cũng có thể gỡ ra để test, burn-in hay thay thế.

- Active pixel sensors có thể thiết lập ở pixel level để khuyếch đại tín hiệu cảm nhận được từ quang điốt hay chất quang điện trước khi truyền tải ra mạch điện bên ngoài.

- Một thiết kế độc đáo nữa của chúng tôi ở đây là dùng “configured transistors” thêm vào cấu trúc cơ bản của mỗi điểm ảnh để thay đổi chức năng của những linh kiện điện tử như reset, bộ khuếch đại amplifier hay bộ biến đổi A/D.

- Vì kích cỡ của đơn vị cảm biến modules nhỏ (2”x2” đến 4”x4”),  hiệu xuất sản lượng sẽ cao hơn.

- Dùng công nghệ CMOS có những ưu điểm như: (i) thịnh hành nhất hiện nay. Hầu hết những sản phẩm điện tử đều được chế tạo dùng công nghệ này; (ii) kích cỡ nhỏ; (ii) quá trình chế tạo đơn giản; (iii) dùng ít điện năng; (iv) khoảng cách giữa kênh drain và nguồn (channel length) đã rút ngắn một cách rất khả quan xuống còn 0.06 µm và có thể nhỏ hơn; (v) điện trở thường ít dùng trong digital and analog functions; và (vi) kết quả là mật độ linh kiện điện tử cực kỳ cao (với khoảng 4 tỉ MOSFETs trên một tấm chip nhỏ cỡ đầu ngón tay cái).

- Dựa vào Moore’s Law. Có nghĩa là cứ 18 tháng, kỹ nghệ có thể chế tạo được bộ cảm biến với hiệu xuất cao hơn gấp hai và giá thành lại thấp hơn hai lần. Con số này có thể uyển chuyển tùy theo mức độ chế tạo hàng loạt (mass production) của linh kiện điện tử liên quan.

- Dùng phốtpho có cấu trúc (structured phosphor) trong trường hợp “indirect conversion”.

- Bộ cảm biến X-quang tích hợp có thể thiết kế để có thể sử dụng cho cả radiography (static) và fluoroscopy (dynamic)- trong cùng một cấu trúc, chỉ khác nhau ở cách đọc và phương hướng dẫn mạch điện ra ngoài.  

2.2 Những thử thách cấu trúc mới gặp phải và giải pháp thích hợp

Mới chợt nghe qua thì ý tưởng này có vẻ hấp dẫn; nhưng thực tế thì có nhiều thử thách cần phải vượt qua với phương pháp mới này:

(i) Thử thách thứ nhất: vùng mất tín hiệu hay gọi là vùng chết (dead space ) do sự ghép ráp nhiều đơn vị cảm biến modules cạnh bên nhau.

Giải pháp: Dùng phương tiện cơ khí với độ chính xác cao như mài giũa, cắt mặt xiên.

(ii) Thử thách thứ hai: Làm thế nào để truyền tải tín hiệu từ đơn vị cảm biến modules đến những mạch điện chung quanh?

Giải pháp: Thiết kế và phân phối đồng đều linh kiện điện tử với những chức năng khác nhau ngay ở dưới đơn vị cảm biến modules. Sẽ có một active pixel sensor ở mỗi điểm ảnh (pixel) để khuếch đại tín hiệu (nếu cần!).

(iii) Thử thách thứ ba: Sự chồng chất với đường dẫn điện và mạch điện làm hệ số điền đầy (fill factor FF ) thấp. FF ở đây được định nghĩa như là tỉ số của vùng cảm biến quang phổ ánh sáng trên toàn vùng của đơn vị cảm biến.

Giải pháp: Mài mỏng wafer dùng kỹ thuật dành cho blue light CCDs. Chiếu phổ quang từ phía sau của tấm wafer silic (back illumination).

(iv)Thử thách thư tư: Với số lượng đơn vị cảm biến modules trong cấu trúc này, phải làm thế nào khi một trong số những đơn vị modules bị hư hay có chức năng thấp trong lúc chế tạo hay sau một thời gian sử dụng mà không phải thay thế toàn thể bộ cảm biến?

Giải pháp: Thiết kế phân phối mạch điện bằng cách giảm số điểm tiếp xúc ở đầu ra so với đầu vào của mỗi đơn vị cảm biến module trước khi ghép trên tấm nền lớn và dùng ghim (pins) trong việc kết nối.

Hình 2. (a) Đơn vị cảm biến modules 18 kết nối với nền chuyển tải (carrier substrate) 16 qua điểm tiếp xúc điện 20 . Điểm tiếp xúc 20 gốm có đệm tiếp xúc (contact pads) nối liền với nhau quả cầu hàn (solder balls) 26. Đệm 22 kết nối với đệm tiếp xúc  dưới hình thức những cây ghim (pins)24- Sau này có thể nối với ổ cắm (sockets)  trong tấm nền chung (base substrate); (b) Nhìn từ một bên của bộ cảm biến  với nhiều đơn vị cảm biến modules. Mạch in PCB  nằm ớ phía sau của tấm nền chung, đối diện với những đơn vị cảm biến modules. 

Ở Hình 2, các bo mạch chủ nằm ở phía sau của tấm nền chính. Ghim 24 qua điểm tiếp xúc giữa hai đầu cầu hàn (solder ball)  23 trong Hình 2a có thể gỡ ra từng cái một để dùng trong những công đoạn như burn-in,  reworks và đo đạt. Điền này rất thuận lợi về thời gian và giảm phí tổn cho hãng chế tạo và ngay cả khách hàng- không cần phải thay hoàn toàn bộ cảm biến mà chỉ cần thay vài đơn vị modules trong đó mà thôi! Các mạch điện dồn kênh (multiplexing circuitry)  có thể phân phối bên trong tấm nền chuyển tải nhằm để giảm thiểu số pins 24. (Nên ghi chú ở đây là tấm nền chuyển tải (carrier substrate)  là tấm nền cho mỗi đơn vị cảm biến modules trong khi đó tấm nền chung hay tấm nền chính (base substrate) là tấm nền dùng chung cho toàn bộ bộ cảm biến!). Với phương cách này, số điểm tiếp xúc giữa tấm nền chuyển tải và tấm nền chính có thể giảm thiểu một cách đáng kể, so với số điểm tiếp xúc giữa tấm nền chuyển tải và đơn vị cảm biến module. Kết quả là con số pins có thể giảm xuống 10 lần hay nhiều hơn so với điểm tiếp xúc ban đầu trong đơn vị cảm biến; giúp cho việc tháo gỡ và gắn lại modules được dễ dàng và thuận lợi hơn.   

3. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của  bộ cảm biến X-quang tích hợp

Cấu trúc cơ bản của mỗi điểm ảnh được biểu hiện ở Hình 3a. Ở đây, quang điốt 12 được hình thành với giếng N nằm trong tấm silicon wafer thuộc dạng P. Quang điốt  kết nối với bộ tụ điện 14 (1 pF) nhằm gia tăng khả năng tồn trữ điện tích tối đa của mỗi điểm ảnh. Tranzito 16 và 18 mắc nối tiếp và kết nối quang điốt với đường tín hiệu (HSIG) với vai trò là những công tắc đóng và mở. Hai tranzito này cũng dùng để  khởi động row select line (ROW_SELECT) và column select line (COL-SELECT)  nhằm kiểm soát tín hiệu (dưới dạng điện tích) của quang điốt (Hình 3a và 3b).

.

Hình 3. Mỗi pixel có quang điốt, môt bộ tụ điện, và hai tranzito để chuyển đạt điện tích đến những mạch điện chung quanh. Ngoài ra ở mỗi pixel có thêm một tranzito như 20a, 20b dùng để tạo những chức năng khác nhau trong hệ cảm biến. Chúng tôi gọi những tranzito này là “configured transistors”.

Hình 4. Nguyên lý vận hành của bộ cảm biến DR dạng indirect conversion với lớp phôtpho biến X quang thành quang phổ và quang điốt cảm biến lượng quang tử.

Nguyên lý vận hành được cắt nghĩa với chi tiết ở Hình 4. Trước khi bắt đầu, khởi động lại (reset) mạch điện, nạp điện quang điốt tới điện thế 5V để cung cấp một giếng với điện tích tối đa 40 Me- (millions electrons) bằng cách mở tranzito 16 (SEL_X) ON và tranzito 18 ON (SEL_Y) (Hình 4a và 4b). Bước tiếp theo là bộ cảm biến được chiếu rọi với chùm tia X quang; lúc này pixel vẫn còn ở trạng thái RESET, nhưng tranzito 16 và 18 OFF; điện thế của quang điốt bị giảm xuống, nhiều hay ít tùy thuộc vào lượng X quang. Thí dụ như điện thế  sẽ giảm xuống còn 1.5 eV với lượng X quang 100 mR và 4.27 V với 0.01 mR.  Sau đó, RESET OFF, công tắc tranzito 16 và 18 mở, và tín hiệu được chuyển đến đến  mạch điện chung quanh qua a source follower (Hình 4c và 4a). 

4  Kết quả thực nghiệm

Mặc dù thiết kế dùng cho bộ cảm biến X-quang tích hợp (integrated radiation detector) có thể áp dụng cho cả hai dạng direct conversion và indirect conversion của hệ DR, vì giới hạn của bài viết, chúng tôi  chỉ trình bày ở đây kết quả thí nghiệm của trường hợp “indirect conversion” (phốtpho/quang điốt/tranzito). Như chúng ta có thể thấy ở Hình 1d, phốtpho có cấu trúc (structured phosphor) có thể giảm thiểu độ phân tán ánh sáng; thêm vào đó, lớp phản xạ bằng kim thuộc như aluminium, silver trên tường chắn của từng vùng phốtpho cũng có thể dùng để chặn giữ ánh sáng lại bên trong, nhằm tăng lượng quang tử, đưa đến nhiều tín hiệu điện tử đạt được và hình chụp sẽ rõ nét hơn. Phốtpho có cấu trúc với những hình trụ sát bên nhau cũng có thể đạt được bằng cách phủ quang điốt với một lớp cesium iodine thêm với tạp chất thallium, dùng phương pháp bay hơi bốc nhiệt (evaporation technique). Thường thì structured phosphor cần dùng trong trường hơp DR với “indirect conversion”, chớ hầu như không cần thiết cho trường hợp “direct conversion”. Lý do là với chất quang dẫn amorphous selenium, điện tích từ X quang có thể chuyển tải trực tiếp với điện trường, nên độ phân tán nhỏ [3-5].

Hình 6 dùng để cắt nghĩa tổng quát quy trình chế tạo bộ cảm biến tích hợp. Đơn vị cảm biến modules với kích cỡ 2.125” x 2.125 “ (5.39 cm x 5.39 cm) trước và sau khi bao phủ với một lớp phốtpho như GdOS:Tb được biểu hiện ở Hình 6b và  Hình 6c. Chúng tôi chọn đơn vị cảm biến modules ở kích cỡ này đễ thuận lợi cho việc chế tác vào thời điểm hiện tại; tuy nhiên với sự tiến bộ nhanh chóng của công nghệ CMOS, đơn vị cảm biến modules lớn hơn cũng có thể chế tạo trong tương lai với công xuất sản lượng cao và chi phí thấp. Làm như thế sẽ giảm thiếu nhiều hơn điểm tiếp xúc và mức độ phân phối số mạch điện liên quan. 

Hình 5. Đơn vị cảm biến module được chế tạo bằng cách trước tiên khắc mòn mặt sau của tấm wafer silic; tiếp tục mài nhẵn dùng phương  pháp hóa cơ cho đến khi có thể thấy đước ánh sáng chiếu rọi từ phía đối diện của tấm wafer. Sự chiếu rọi từ phía sau (back illumination)  được xử dụng ở đây để tránh khỏi việc làm giảm fill factor của đơn vị cảm biến modules. (a) Bộ cảm biến chế tạo trên tấm nền wafer silic; (b) Tấm nền wafer được khắc mòn cho đến khi ánh sáng có thể xuyên qua từ phía sau; và (c) Đơn vị cảm biến X-quang tích hợp với mạch điện chung quanh gồm có những linh kiện điện tử kể cả bộ ghi dịch, bộ biến đổi A/D, bộ khuếch đại và source follower.

Hình 6. Quy trình chế tạo bộ cảm biến X-quang tích hợp (integrated radiation detector).  

Mỗi  module có 624 x624 điểm ảnh (pixels) và mỗi điểm ảnh có kích cỡ 85 µm x 85 µm. Tùy theo sư lựa chọn, mỗi đơn vị cảm biến module có thể được phủ với một lớp phốtpho trước khi được đặt lên trên tấm nền chung (base substrate); trong trường hợp này, phủ một lớp phốtpho tiếp theo trên toàn tổng thể của những đơn vị modules sẽ không còn cần thiết nữa! Sau cùng, bộ cảm biến X quang sẽ được giữ trong trong một chiếc hộp cátxét cho tiện việc di chuyển và tránh hư hại hay bụi bặm trong lúc tồn trữ hay di chuyển.

Để hoàn thành bộ cảm biến X-quang tích hợp, điều trước tiên là phải chế tạo một số đơn vị cảm biến modules (số lượng tùy theo kích cỡ modules và ứng dụng), tiếp theo với những công đoạn như sau (từ trái sang phải và từ trên xuống dưới):

-Hình 6a: cảm biến modules trên tấm nền silic làm mỏng bằng cách khắc mòn dùng phương tiện hóa cơ (mỏng đến độ có thể thấy ánh sáng xuyên qua tấm nền); tiếp theo đó, tấm nền silic mỏng được gắn trên tấm nền chuyển tải (carrier substrate-làm bằng kính, có kích thước cỡ đơn vị module) dùng một chất keo quang học và được phủ với môt lớp phốtpho để tạo một đơn vị cảm biến module. Chi tiết của công đoạn này được biểu hiện ở Hình 5.  Nhiều đơn vị cảm biến modules được gắn chặt thành dàn hàng trên một tấm nền chung (base substrate) đóng vai trò như giá đỡ để tạo thành bộ cảm biến tích hợp. Tóm lại, có hai tấm nên bằng kính  đóng vai trò như giá đỡ: một tấm nền chuyển tải được phủ với môt lớp phốtpho và một tấm nền chung với một dàn hàng hai chiều của đơn vị cảm biến modules. Hai tấm kính này được gắn chặt với nhau. Các thành phần điện tử trong đơn vị modules có thể kết nối với điểm tiếp xúc điện trên tấm nền chung xuyên qua tấm nền chuyển tải trước khi truyền tín hiệu điện đến những mạch điện chung quanh. Mạch điện PCB nằm ở phía sau của tấm nền chung. Một phương án thay thế khác là tấm nền chuyển tải sẽ được đặt trên tấm nền chung lúc chưa có lớp phôtpho; sau đó một lớp phôtpho sẽ được phủ trên toàn bộ bề mặt của tất cả đơn vị cảm biến modules nằm trên tấm nền chung.

-Hình 6b: đơn vị cảm biến module.

-Hình 6c: nhiều  đơn vị cảm biến modules nối kết với nhau trên một tấm nền chung để tạo bộ cảm biến cho việc chụp hình X quang ngực hay vú.

-Hình 6d: Bộ cảm biến có kích cỡ 4”x4” với bốn đơn vị cảm biến modules có kích cỡ 2”x2” (5.39 cm x 5.39 cm) được tồn trữ trong cát-xét.

5. Kết từ

Chúng tôi vừa trình bày trong bài viết này một phương pháp mới để chế tạo bộ cảm biến dùng trong việc chụp hình X-quang vú hay ngực. Chúng tôi đặt tên bộ cảm biến mới này là bộ cảm biến X-quang tích hợp (integrated radiation detector) vì tất cả thành phần của bộ cảm biến kể cả quang điốt, tranzito, bộ biến đổi A/D, bộ ghi dịch, nút khơi động lại, và  bộ khuếch đại đều được chế tạo dựa vào công nghệ đơn tinh thể silic và CMOS.  

Mặc dù tất cả công nghệ chụp X quang tuyến vú và chest kỹ thuật số hiện nay đều dựa vào hybrid approach như đã trình bày trong hai bài viết trước, chúng tôi tin tưởng rằng phương pháp tích hợp chúng tôi đề nghị ở đây có triển vọng sẽ là một trong những hướng đi trong tương lai vì kỹ nghệ đơn kết tinh silic CMOS cho chúng ta nhiều lợi điểm về phương diện giá thành, chức năng, kể cả khả năng đặt thêm vào bộ cảm biến một bộ phận  trí tuệ nhân tạo (nếu cần) nhằm giúp đỡ bác sĩ X- quang thực hiện công tác sàng lọc và chẩn đoán lâm sàng một cách hữu hiệu hơn.

Ngoài ra, chúng tôi cũng có thể thiết kế hai chức năng  trong cùng một bộ cảm biến X-quang tích hợp nhằm tạo sự thuận lợi cho người tiêu thụ: radiography (hình static) và fluoroscopy (dynamic, hình di động). Với fluoroscopic imaging, hình được đọc ra nhanh hơn với độ phân giải thấp hơn; trong khi đó với radiographic imaging, hình đọc ra chậm hơn nhưng độ phân giải lại cao hơn.

Chúng tôi sẽ trình bày chi tiết hơn về bộ cảm biến tích hợp với hai dạng thức này trong bài viết tới.

6. Tài liệu tham khảo

[1] https://www.farnamstreetblog.com/2015/11/cargo-cult-science/

[2]http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Nobel-Prizes-Part-12.htm

[3] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Part-10-Gordon-Moore.htm

[4] http://www.erct.com/2-ThoVan/TTriNang/Digital%20Mammography.htm

[5] Source: Nang Tran

Late November 2020