如何正確評價DR的成像能力

1、如何正確評價DR的成像能力現(xiàn)在數(shù)碼相機是越來越普及了，幾乎人手一個。大家都知道，數(shù)碼相機也是采用CCD作為感光器件的設(shè)備。一個小小的卡片式相機像素就能達到數(shù)百萬像素。那么其中的CCD和DR采用的CCD有不同嗎？數(shù)碼相機標稱的像素指標又是怎么回事？事實上，DR和數(shù)碼相機采用的CCD部件都是一回事。我們先來說說CCD這個東西。CCD是電荷藕合器件（Charge Coupled Device）的簡稱，它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。目前CCD已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，比如說手機、數(shù)碼相機、數(shù)碼攝像機、醫(yī)學影像設(shè)備如DR。這些領(lǐng)域用到的CCD都是

2、一樣的。在數(shù)碼相機中，CCD就相當于以前傳統(tǒng)光學相機中的膠卷，是相機用來感光成像的部件。當然有些設(shè)備使用CMOS代替CCD，CMOS這里我就不提了。衡量CCD好壞的一個非常重要的指標是CCD尺寸。 CCD尺寸（CCD size）其實就是CCD的面積大小。感光器件的面積越大，也即CCD尺寸越大，捕獲的光子越多，感光性能越好，成像效果就越好。不過人們在描述CCD尺寸時一般不用面積大小來描述，而用CCD對角線的數(shù)值來描述CCD的尺寸。例如，佳能某款單反數(shù)碼相機產(chǎn)品EOS-1Ds的CCD的面積為36 x 24mm（其對角線長43.27mm），就習慣稱該相機的CCD尺寸為43.27mm。目前大尺寸CCD

3、/CMOS加工制造比較困難，成本也非常高，故CCD尺寸一般都很小。大抵在幾個毫米到幾個厘米之間?，F(xiàn)在市面上的消費級數(shù)碼相機主要有2/3英寸（11mm）、1/1.8英寸（8.93mm）、1/2英寸（8mm）、1/2.5英寸（6.4mm）、1/2.7英寸（6.59mm）等。請大家注意，這里“1英寸”的定義和我們普通的理解不同。在這一領(lǐng)域，業(yè)界通用的規(guī)范是 1英寸CCD Size = 長12.8mm × 寬9.6mm = 對角線為16mm 之對應(yīng)面積。前述佳能EOS-1Ds的CCD尺寸能到43mm左右，幾乎就是目前業(yè)界最大尺寸的CCD了，所以該款相機的價格也較貴，全套相機的價格在三萬元人民

4、幣以上。大家在電視上可能經(jīng)常能看到許多的攝影記者都在使用此款頂級相機。一個非常重要的原因就是，此款產(chǎn)品CCD尺寸大，成像效果超出同類產(chǎn)品。還有一個描述CCD的技術(shù)指標值得一提，即最高分辨率。CCD所能感光成像的最大圖片的面積，就是此CCD的最高分辨率，它通常又習慣表示成每一個方向上的像素數(shù)量，比如640×480等，故常以像素作為單位。一張分辨率為640×480像素的圖片，那它的分辨率就達到了307，200像素，也就是我們常說的30萬像素，而一張分辨率為1600×1200的圖片，它的像素就是200萬像素（2 MegaPixel）。一般來說，像素量大、分辨率高的設(shè)備所

5、成的圖像清晰度高。但也不盡然。舉例來說，前面提及的佳能EOS-1D的最高分辨率為3504×2336（800萬像素），而另一款佳能G7相機最高分辨率能到1000萬像素（3648×2736），但是G7的影像質(zhì)量卻大不如前者，這是因為G7的CCD尺寸為1/1.8英寸（8.93mm），前者EOS-1D的CCD尺寸（感光面積）約為后者G7的5倍。感應(yīng)器尺寸越大，捕捉信號的能力就越強，成像品質(zhì)當然更出色。所以像素多，并不一定成像質(zhì)量就好，更關(guān)鍵的是CCD尺寸。佳能G7相機的市場價格約為EOS-1D的十分之一，可能也能說明并不一定以像素多取勝。但數(shù)碼相機的廠商往往熱衷于炒作高像素作為賣點

6、，而對其它關(guān)鍵指標避而不談，有點忽悠消費者的意思。相同尺寸的CCD增加像素固然是件好事，但這也會導(dǎo)致單個像素的感光面積縮小，也就是說每個像素的感光性能越低，每一像素點的信噪比降低，導(dǎo)致曝光不足或者噪聲增加，圖像質(zhì)量下降。這其中的道理，在我前面的文中已經(jīng)闡述清楚。如果在增加CCD像素的同時想維持現(xiàn)有的圖像質(zhì)量，就必須在至少維持單個像素面積不減小的基礎(chǔ)上盡量增大CCD的總面積。由于制造工藝技術(shù)的限制，目前市場上最大的CCD尺寸也僅幾十個毫米而已?？吹竭@里大家可能會問，既然DR和數(shù)碼相機都使用CCD作為感光器件。X線攝影一般要求有效成像尺寸能達到14×17英寸或17×17英寸（4

7、31.8mm）。難道DR所用的CCD尺寸能有這么大嗎？當然不可能！我們來看看CCD DR的成像原理和其CCD探測器的結(jié)構(gòu)。如圖所示，CCD探測器主要由三部分組成：      1.X線熒光轉(zhuǎn)換層2.光學傳導(dǎo)系統(tǒng)3.光電轉(zhuǎn)換器件X線熒光轉(zhuǎn)換層：一般采用閃爍體CsI或熒光體GdSO，它的作用是將X射線轉(zhuǎn)換為熒光（可見光），這是因為后面光電轉(zhuǎn)換器件CCD鏡頭無法拍攝X射線的不可見光成像，所以這個過程必不可少。事實上，非晶硅平板也少不了這個過程。光學傳導(dǎo)系統(tǒng)：一般有反光鏡（使轉(zhuǎn)換后的可見光轉(zhuǎn)個90角，便于后面的CCD鏡頭拍照）、凸透鏡透鏡等（作用是聚焦，

8、由于17英寸成像區(qū)域的對于很小的CCD部件來說實在是太大了，在狹小的探測器空間內(nèi)又不能調(diào)節(jié)物距，所以必須采用透鏡聚焦，使CCD鏡頭能拍下全部成像區(qū)域的圖像）。光電轉(zhuǎn)換器件：將可見光轉(zhuǎn)換為電信號，主要是采用CCD或CMOS。目前采用CCD的廠家較多。說白了，這一部分就是一個“數(shù)碼相機”，作用是將已經(jīng)被轉(zhuǎn)換為可見光的“X線能量”拍攝成數(shù)碼相片。這是CCD探測器中很重要的一個器件。上圖就是IDC CCD DR中所采用的“數(shù)碼相機”CCD鏡頭。IDC采用的CCD尺寸比其它同類CCD廠商要大，達到45mm（數(shù)據(jù)來源于IDC公布的產(chǎn)品資料）。剖開這個鏡頭，我們能看到里面的CCD sensor，如下圖所示。

9、有些廠家采用的CCD尺寸實在是太小了，即使采用了極限凸鏡聚焦，也無法完成17英寸全區(qū)域成像，只好采用2-4個CCD鏡頭拼接拍照的辦法。如下圖所示采用了4個CCD鏡頭的探測器：不過這兩年隨著CCD產(chǎn)量加大成本急劇下降，不少廠家已經(jīng)像IDC一樣改用單片CCD，以減少圖像拼接所帶來的一系列問題。IDC Xplorer CCD探測器采用的CCD傳感器的尺寸為45mm，其最大分辨率能達到4128×4128，約為4K×4K，即16M，1600萬像素。要注意了，這里1K=1024，這是沿用計算機工業(yè)的標準習慣?，F(xiàn)在國內(nèi)有好幾個廠家都在使用IDC的這款探測器，滑稽的是，有廠家宣稱其DR能達

10、到1700萬像素（因為4128×4128=17040384）比同類競爭對手多了100萬像素。其實它們的最大分辨率等指標都是一樣的。平板探測器是整版面積直接接受熒光屏，垂直感光，光通量面積是423*423cm；CCD除5*5cm的范圍直接垂直感光外，其他部分不是垂直感光，光通量相對要小得多。在熒光屏相同的條件下，探測面積光通量越小，探測器的靈敏度越低。目前CCD探測器和非晶硅平板探測器都采用的是碘化銫或硫氧化釓屏，只是參雜種類、比例、厚度不同，對相同的屏而言，不論用在哪里，能量衰減是相同的。CCD的問題主要是接受或感光面積太小，3k*3k矩陣2英寸的CCD上的每個象素尺寸約15*15微

11、米，而平板每個象素約150*150微米，對這兩種情況芯片內(nèi)部填充因子影響比較小，象素感光面積是主要的。所以，我說光通量小。過去SWISSARY和IMIX研制的4個CCD組成的CCD陣列探測器，光通量就大得多，主要是用于成像的像素面積大，當然成本也高。但是CCD的成像與非晶硅平板探測器的的成像原理實際上還是有區(qū)別，完全使用感光面積來對比可能不是很準確，同時即使是CCD實現(xiàn)了與平板探測器同等面積的光電管陣列，也未必一定達到我們想要的效果，實際上采用更高感光度的鏡頭和CCD相機是可以獲得與平板DR媲美的圖像的，只是目前只有一家能做到，以往的CCD DR確實圖像有點問題，我想除了硬件問題還應(yīng)包括軟件的

12、問題。以往SWISSIRAY推出的4個CCD組成的探測器實際上成像質(zhì)量也是一般，并沒有因為光通量的增大而比加拿大IDC 的圖像有優(yōu)勢，因此很多時候可能還要綜合多個方面去考慮影響CCD成像的各個細節(jié)。影響CCD探測器靈敏度的因素確實很多，但感光面積是主要因素之一，CCD和屏發(fā)光的波長也很重要。我曾有幸與SWISSIRAY的研發(fā)人員進行過討論，當時他們采用的是4個1k*1k的CCD，每個象素約200微米，小肢體的圖像細節(jié)不如IDC的，腰椎等部位比IDC的好，射片劑量要小。所以不要過分強調(diào)CCD的分辨率指標，而更要注重相同攝影條件下系統(tǒng)的實測分辨率和密度分辨率指標。我還是希望各位不要帶著商業(yè)的氣味去

13、發(fā)表言論。既然是技術(shù)論壇，就應(yīng)該更多公平公正的語言，這樣才有利于中國影像技術(shù)的發(fā)展。1、截至到今天為止，我拜訪過數(shù)百家安裝了GE、西門子、飛利浦DR的醫(yī)院了，但是還真的沒有發(fā)現(xiàn)平板有在5年內(nèi)沒有更換的，當然醫(yī)療器械這個行業(yè)水分很多，很多時候放射科主任和你不熟悉是不會透露這些的，而且更換平板對于科室主任和設(shè)備科長也是有好處的，因此和廠家一起來對外宣傳根本沒有換過，你只要和多個科室技師聊就知道結(jié)果，這些東西銷售平板探測器的同行都是心里有數(shù)的。當然并不是說CCD 探測器就一定不會壞，如果生產(chǎn)工藝和質(zhì)量控制較差，也有可能生產(chǎn)出故障率高的設(shè)備，我們在這里主要討論CCD芯片與非晶硅晶體板的客觀壽命比較。2

14、、如果你真的是搞技術(shù)維修的或者是技術(shù)研發(fā)的，就請不要再拿出影像增強器等于CCD DR的言論，影像增強管只是一個高壓真空管，它的作用和結(jié)構(gòu)與光學鏡頭有極大的區(qū)別，CCD探測器里面根本沒有高壓元件，里面就只有碘化銫晶體板、光學鏡頭和CCD相機，當然你可以籠統(tǒng)的說都是光學設(shè)備，而且都使用了CCD，當然如果你只是一個學醫(yī)學影像學診斷出身的平板廠家的市場專員或者根本不是專業(yè)出身的銷售經(jīng)理，那我不想和你討論，起碼我參與過探測器的研發(fā)而你沒有，至少CCD探測器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)你是沒有看過的。3、我從來不否認CCD DR與碘化銫非晶硅平板DR相比有自身的結(jié)構(gòu)缺陷，所以一直以來CCD DR的圖像質(zhì)量不佳，這些我在帖子

15、里有談到，但是時代確實在發(fā)展，我也一直以為CCD DR的圖像已經(jīng)沒有發(fā)展的可能了，但是最新的CCD DR的圖像讓我和很多大醫(yī)院的主任吃驚，可以說接近甚至超越了某些平板DR的圖像，如果各位有興趣，我可以發(fā)上來大家評價一下，前提是你是醫(yī)院的放射科診斷醫(yī)生。我不愿意和業(yè)務(wù)員去討論這些問題，有人總是想辦法鉆文字牛角尖來打壓別人。就像以前CCD DR剛出來的時候吹噓什么1700萬像素CCD比平板900萬像素更高端圖像更好一樣有問題，事實上高的空間分辨率不一定能獲得高質(zhì)量的灰階圖像，很多時候6000萬像素的CCD也未必有400萬像素的平板DR圖像好，成像質(zhì)量的好壞還與密度分辨率、DQE、MTF、信噪比多個

16、指標有關(guān)。4、影像增強器里面有CCD相機其實就和民用數(shù)碼相機有CCD芯片是一個道理，可是你也不能把醫(yī)用影像增強器等同于民用數(shù)碼相機，每個設(shè)備的實際結(jié)構(gòu)和用途都是不一樣的，就好像單車也有輪子，小轎車也有輪子，你直接說小轎車等同于單車是沒有意義的，在非晶硅平板技術(shù)還不是很成熟的事實面前，我倒是很希望飛利浦、西門子、GE三大廠家能研發(fā)生產(chǎn)CCD DR，一個可以降低中國醫(yī)院的使用成本和維護成本，第二個可以促進CCD DR市場的發(fā)展和提高成像技術(shù)，這個是有利中國農(nóng)村醫(yī)療數(shù)字化普及的需求的。5、液晶電視其實現(xiàn)在很多家庭都有購買了，如果你熟悉液晶面板工藝和結(jié)構(gòu)的再去參與使用壽命的討論。平板探測器與液晶電視的某些主要結(jié)構(gòu)是類似的，只是成像過程相反，就像很多液晶顯示器銷售員告訴我們液晶顯示器能夠十年不壞一樣，最終為維修買單的還是我們消費者。非晶硅目前在國內(nèi)外都很熱門，例如液晶面板、太陽能面板，相對比多晶硅而言，它讓大面陣工藝成為現(xiàn)實，盡