[論文レビュー] Development of a cost-effective X-ray imaging device based on Raspberry Pi Camera

N. Ton, N. T. Luan+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2026

Digital Radiography and Breast Imaging被引用数 0

ひとこと要約

本論文はRaspberry Piカメラを用いたポータブルX線撮影デバイスを報告し、Gd2O2S:Tbシンチレータを用いて臨床レベルの空間分解能を達成。環境光下でのMTF20は最大68 lp/mm、X線照射下で25 lp/mm、モジュール化のため複数スクリーンで実証。

ABSTRACT

This study reports the development and characterization of a cost-effective X-ray imaging device built from Raspberry Pi components, including a high-quality 12.3-megapixel camera configured for indirect detection with a Gd2O2S: Tb scintillation screen. The device was evaluated under both ambient light and X-ray exposure conditions. Initial characterization under ambient light ensured proper optical focusing; subsequently, camera settings (ISO and exposure time) were evaluated and optimized for X-ray imaging performance. Spatial resolution of the developed device was quantified using the Slanted-Edge method to derive the Modulation Transfer Function (MTF). The device achieves MTF20 values of 68 lp/mm under ambient light and 25 lp/mm under X-ray irradiation (50 and 70 kV) with Gd2O2S:Tb screen. Besides, the modularity of the developed device was confirmed by conducting the tests with LYSO:Ce and GAGG:Ce screens. Results demonstrate that this compact, cost-effective platform delivers spatial resolution comparable to clinical radiography systems, with potential applications in scientific, educational, and medical contexts where cost and portability are critical factors.

研究の動機と目的

• Raspberry Piカメラをベースとしたコンパクトで低コストのX線撮影システムを開発する。
• X線撮影性能を最適化するための光学フォーカシングとカメラ設定を評価する。
• 異なるシンチレーションスクリーンで空間分解能とモジュール性を特徴づける。
• 環境光およびX線照射条件下でデバイスを実証する。
• 携帯性が重要な教育、科学、医療分野での潜在的応用を評価する。

提案手法

• Indirect X線検出用に高品質な12.3メガピクセルのRaspberry Piカメラを組み立てる。
• 間接X線変換のためにGd2O2S:Tbシンチレーションスクリーンを使用する。
• ベースとなる光学を確立するために環境光下でフォーカシングを特徴づける。
• X線撮影性能のためにカメラパラメータ（ISO、露出時間）を最適化する。
• モジュール性を確認するためにSlanted-Edge法でMTFを導出し空間分解能を定量化する。
• 代替スクリーン（LYSO:Ce、GAGG:Ce）でデバイスをテストしてモジュール性を確認する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 携帯型・低コスト条件下で、Raspberry PiカメラベースのシステムはX線撮影に臨床的に関連する空間分解能を達成できるか。
• RQ2 シンチレータスクリーンを用いたX線撮影性能を最適化するカメラ設定は何か。
• RQ3 異なるシンチレータスクリーンでの解像度とモジュール性の点でシステムはどうなるか。
• RQ4 携帯性が重要な教育、科学、医療の文脈においてデバイスは適用可能か。

主な発見

• 環境光下でのMTF20値は68 lp/mm。
• X線照射下でのMTF20値は50kVおよび70kVで25 lp/mm。
• 低ノイズ性能とLYSO:CeおよびGAGG:Ceスクリーンとのモジュラ互換性をデモンストレーション。
• 検証範囲内で臨床放射線撮影システムと比較可能な空間分解能を達成。
• 高品質な12.3メガピクセルRaspberry Piカメラを用いれば、簡易・携帯型ハードウェアで間接X線撮影が可能。