平板探測(cè)器的原理及應(yīng)用ppt課件

1、2012-02,平板探測(cè)器的原理及應(yīng)用,2012-02,主要內(nèi)容,平板探測(cè)器的概念 非晶硅平板探測(cè)器 非晶硒平板探測(cè)器 CMOS平板探測(cè)器 平板探測(cè)器的指標(biāo)與評(píng)價(jià),2012-02,平板探測(cè)器,通過(guò)面陣探測(cè)器，取代傳統(tǒng)膠片等材料。 將X射線透照工件生成的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于存儲(chǔ)和處理，符合一定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字圖像。 相對(duì)于線陣探測(cè)器 提高圖像的讀出速度 減少X線曝光時(shí)間,線陣掃描探測(cè)器,平板探測(cè)器,2012-02,平板探測(cè)器的應(yīng)用,2012-02,平板探測(cè)器的典型結(jié)構(gòu),2012-02,典型的平板型DR組成,X線高壓發(fā)生器 產(chǎn)生高壓（高壓，燈絲，高壓整流，交換閘） X線球管 產(chǎn)生X射線 準(zhǔn)直器 減少散

2、射線控制照射野 平板探測(cè)器 將X射線轉(zhuǎn)換成已處理的電信號(hào) 圖像后處理系統(tǒng) A/D轉(zhuǎn)換，圖像預(yù)處理，圖像重建等,2012-02,平板探測(cè)器的種類,直接能量轉(zhuǎn)換形 非晶態(tài)硒（Amorphous Selenium，a-Se） 間接能量轉(zhuǎn)換形 非晶態(tài)硅（Amorphous Selenium，a-Si+碘化銫(CsI) /硫氧化釓(g)( GdOS/Gd2O2S) CCD,2012-02,直接型-非晶態(tài)硒,典型結(jié)構(gòu)： 非晶硒層（a-Se） 光電導(dǎo)材料 薄膜半導(dǎo)體陣列 （Thin Film Transistor array，TFT,尺寸數(shù)十厘米,2012-02,非晶硒型成像原理,向非晶硒層加正向偏置電壓（

3、0-5kv），即預(yù)置初始狀態(tài)。 X射線照射,非晶硒層產(chǎn)生電子、空穴對(duì)在外加電場(chǎng)下產(chǎn)生電流，并在TFT層存儲(chǔ)電荷。 讀出TFT層存儲(chǔ)的電荷，放大并經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后輸出到計(jì)算機(jī)。 所有電荷信號(hào)被讀取后，消除殘余電荷，恢復(fù)到初始狀態(tài),2012-02,非晶硒平板探測(cè)器的特點(diǎn),直接進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換沒(méi)有散射，清晰度要高 物理性能穩(wěn)定 介電常數(shù)低 電阻率高 暗電流小 光電吸收效率高 光電導(dǎo)效率隨X射線強(qiáng)度增大而增大,2012-02,直接型-非晶態(tài)硒,美國(guó)Hologic公司,日本島津公司,2012-02,間接型-非晶態(tài)硅,閃爍體或熒光體層 + 非晶硅層（a-Si） （具有光電二極管作用） + TFT陣列,2012

4、-02,間接型-非晶態(tài)硅,基本工作過(guò)程原理： a：入射的X射線圖像經(jīng)碘化銫閃爍晶體轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光圖像， b：可見(jiàn)光圖像由下一層的非晶硅光電二極管陣列轉(zhuǎn)換為電荷圖像 c：對(duì)電荷信號(hào)逐行取出，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再傳送至計(jì)算機(jī)，從而形成X射線數(shù)字圖像,2012-02,閃爍體和熒光體,能將在X線照射下激發(fā)出可見(jiàn)光的發(fā)光晶體物質(zhì)統(tǒng)稱閃爍體或熒光體， 熒光是指在X線激發(fā)停止后持續(xù)（10-8s）發(fā)光的過(guò)程 閃爍是指單個(gè)高能粒子在閃爍體上瞬時(shí)激發(fā)的閃光脈沖,2012-02,間接型-閃爍體：硫氧化釓,作用：將X射線光子轉(zhuǎn)化成可見(jiàn)光光子發(fā)射,特點(diǎn)： 成像速度快 性能穩(wěn)定 成本較低,層狀排布（散射線造成的不清晰度較大）

5、 主要有日本佳能生產(chǎn)的CXDI系列 也是唯一能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的X射線探測(cè)器,2012-02,間接型-閃爍體：碘化銫,用碘化銫 作為光電裝換的介質(zhì) 碘化銫（CsI:T1閃爍體） 連續(xù)排列、針狀 直徑約為6-7m 厚度為500-600m 外圍用 鉈包裹 減少漫射,2012-02,非晶硒與碘化銫吸收系數(shù),隨著非晶硒厚度的提升（500m到700m）對(duì)X光的吸收率也隨之上升 資料中介紹：碘化銫厚度的的增加，吸收系數(shù)上升，但圖像分辨率下降。 隨X射線能量增高，非晶硒和碘化銫的吸收系數(shù)都隨之下降,2012-02,間接型-閃爍體,硫氧化釓 碘化銫 非晶硅 響應(yīng),2種閃爍體的光譜特性和非晶硅的響應(yīng)特性,2012-02

6、,間接型-閃爍體,碘化銫和硫化釓發(fā)射光譜與a-Si光電二極管量子效率譜均以波長(zhǎng)550nm處出現(xiàn)峰值且具有很好的匹配關(guān)系。 使用CsI做涂層的探測(cè)器轉(zhuǎn)換效率比硫氧化釓?fù)繉痈?可見(jiàn)光,2012-02,CCD探測(cè)器,反射式,2012-02,CCD探測(cè)器,直射式 光纖式 CCD尺寸小，一般為3-5cm2,閃爍體一般為碘化銫 光學(xué)纖維 CCD芯片,閃爍體一般為碘化銫 光學(xué)透鏡 CCD芯片,2012-02,CCD探測(cè)器工作原理,采用閃爍體將X線能量轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)熒光 采用反射/透鏡/光纖進(jìn)行縮小并傳入CCD 產(chǎn)生光生電子，電子數(shù)與光子數(shù)成正比。并以電荷形式存入存儲(chǔ)裝置 讀取電荷信號(hào)，經(jīng)放大、A/D等處理后生成

7、數(shù)字信號(hào),2012-02,CCD型和CMOS型,CCD,CMOS 沒(méi)有電荷轉(zhuǎn)移功能，需要經(jīng)過(guò)X-Y選址電路。 PD：產(chǎn)生蓄積電荷 MOS-Fet：控制讀出,2012-02,平板探測(cè)器類型的選擇,觀察和區(qū)分不同組織的密度，因此對(duì)密度分辨率的要求比較高。宜使用非晶硅平板探測(cè)器的DR，這樣DQE比較高，容易獲得較高對(duì)比度的圖像 需要對(duì)細(xì)節(jié)要有較高的顯像，對(duì)空間分辨率的要求很高，因此宜采用非晶硒平板探測(cè)器的DR，以獲得高空間分辨率的圖像,2012-02,平板探測(cè)器的主要參數(shù),DQE - Detective Quantum Efficiency 量子探測(cè)效率 SR - Spatial Resolutio

8、n 空間分辨率 MTF - Modulation Transfer Function 調(diào)制傳遞函數(shù) S /N - Signal to Noise ratio 信噪比,2012-02,量子探測(cè)效率-DQE,定義：探測(cè)器（增感屏，膠片，IP,FPD)探測(cè)到的光量子與發(fā)射到探測(cè)器上的量子數(shù)目比 通常用 輸出信噪比的平方與輸入信噪比的平方之比來(lái)表示，一般為百分?jǐn)?shù)。 DQE,2012-02,量子探測(cè)效率-DQE,其中G是探測(cè)器的增益， 是單位面積的X射線探測(cè)器輸入的量子 MTF是調(diào)制傳遞函數(shù)， NPS是噪聲功率譜,另一種計(jì)算方法,2012-02,空間分辨率,空間分辨率是指圖像每個(gè)像素點(diǎn)的大小 特征是調(diào)制

9、傳遞函數(shù) MTF,2012-02,調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF,MTF為探測(cè)器對(duì)比度空間頻率轉(zhuǎn)移函數(shù) 通常用來(lái)表示探測(cè)器對(duì)于圖像細(xì)節(jié)的分辨能力 在系統(tǒng)應(yīng)用的空間頻率范圍內(nèi)MTF值越高則空間頻率特性越好，對(duì)于影像系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可以獲得更好的圖像對(duì)比度,2012-02,調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF,MTF對(duì)比 500m層厚結(jié)構(gòu)化碘化銫晶體 和 粉末狀增感屏,注：圖像上亮度分布相鄰的黑線或白線的距離定義為空間周期,2012-02,調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF,空間頻率優(yōu)化 通過(guò)濾波器改善調(diào)制傳遞函數(shù),2012-02,調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF,一種便于理解的MTF的圖解方法,2012-02,噪聲,平板探測(cè)器的噪聲主要來(lái)源于兩個(gè)方面：

10、a：探測(cè)器電子學(xué)噪聲 （?。?b：X射線圖像量子噪聲 RQA5測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下一個(gè)大小為150m的像素通常可以吸收1400個(gè)X光子，此時(shí)量子噪聲約為37個(gè)X光子，而讀出噪聲則僅相當(dāng)于35個(gè)X光子,2012-02,其他參數(shù),記憶效應(yīng)(memory effect) 表示圖像殘留的參數(shù)，通常用兩個(gè)參量來(lái)表示殘留因子的變化 一次曝光20S后記憶效應(yīng)(Short-term memory effect 20s) 如：0.1% 一次曝光60S后記憶效應(yīng)(Short-term memory effect 60s) 如：0.02% 靈敏度（Sensitivity）響應(yīng)度 一定光譜范圍內(nèi)，單位曝光量的輸出信號(hào) X射線吸

11、收率 X射線可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換系數(shù) 填充系數(shù) 光電二極管光電轉(zhuǎn)換系數(shù),2012-02,其他參數(shù),線性(Linearity) 最大的線性劑量(X-ray maximum linear dose)： 表示探測(cè)器可達(dá)到線性度要求的劑量范圍上限 非線性度(Non-linearity)： 用百分比來(lái)表示在max最大的線性劑量之間輸出的非線性程度 微分非線性度（Linearity-differential-FT） 積分非線性度(Linearity-integral-FT） 空間非線性度(Linearity-spatial-FT,2012-02,其他參數(shù),探測(cè)器圖像獲取時(shí)間 探測(cè)器預(yù)備時(shí)間 曝光等待時(shí)間 曝光窗口

12、圖像讀出時(shí)間 對(duì)于非晶硅探測(cè)器典型值為2.8S左右 實(shí)際一般為56 S,2012-02,其他參數(shù),溫度穩(wěn)定性（Stability） 額定條件下探測(cè)器的輸出隨溫度的變化率，被稱為探測(cè)器的溫度系數(shù)（Detector temperature coefficient) 暗電流 無(wú)光和電輸入下的輸出電流。（半導(dǎo)體發(fā)熱） 限制了器件的信號(hào)處理能力、動(dòng)態(tài)范圍 產(chǎn)生噪聲和干擾,2012-02,非晶硒型,優(yōu)點(diǎn)： 1、轉(zhuǎn)換效率高； 2、動(dòng)態(tài)范圍廣； 3、空間分辨率高； 4、銳利度好； 缺點(diǎn)： 1、對(duì)X線吸收率低，在低劑量條件下圖像質(zhì)量不能很好的保證，而加大X線劑量，不但加大病源射線吸收，且對(duì)X光系統(tǒng)要求過(guò)高。 2、