平板DR探測器結(jié)構(gòu)及其成像原理天地智慧

1、（大地智慧醫(yī)療）平板DR探測器原理（天地智慧醫(yī)療）從1995年RSNAt推出第一臺平板探測器（FlatPanelDetector）設(shè)備以來，隨著近年平板探測技術(shù)取得飛躍性的發(fā)展，在平板探測器的研發(fā)和生產(chǎn)過程中，平板探測技術(shù)可分（天地智慧醫(yī)療）為直接和間接兩類。（一）間接能量轉(zhuǎn)換（天地智慧醫(yī)療）間接FPD的結(jié)構(gòu)主要是由閃爍體或熒光體層加具有光電二極管作用的非品硅層（amorphousSilicon,a-Si）再力口TFT陣歹！J構(gòu)成。其原理為閃爍體或熒光體層經(jīng)X射線曝光后，將X射線光子轉(zhuǎn)換為可見光，而后由具有光電二極管作用的非晶硅層變?yōu)閳D像電信號，最后獲得數(shù)字圖像。在間接FPD的圖像采集中，由于

2、有轉(zhuǎn)換為可見光的過程，因此會有光的散射問題，從而導(dǎo)致圖像的空間分辨率極對比度解析能力的降低。換閃爍體目前主要有碘化葩（CsI,也用于影彳t增強器），熒光體則有硫氧化銳（GdSQ也用于增感屏）,采用CsI+a-Si+TFT結(jié)構(gòu)的有Trixell、瓦里安和GE公司等，而采用GdSO+a-Si+TFTtCanon等。1、碘化葩（CsI）+a-Si+TFT:當(dāng)有X射線入射到CsI閃爍發(fā)光晶體層時，X射線光子能量轉(zhuǎn)化為可見光光子發(fā)射， 可見光激發(fā)光電二極管產(chǎn)生電流，這電流就在光電二極管自身的電容上積分形成儲存電荷.每個象素的儲存電荷量和與之對應(yīng)范圍內(nèi)的入射X射線光子能量與數(shù)量成正比。發(fā)展此類技術(shù)的有法國

3、Trixell公司解像度143um2探測器（SIEMENS、Philips、湯姆遜合資）、美國GE解像度200um2探測器（收購的EG&G公司）等。其原理見右圖。Trixell公司（目前有西門子、飛利浦、等廠家使用，成本約9.5萬美金）用的是Csl柱狀晶體結(jié)構(gòu)的閃爍體涂層，此種結(jié)構(gòu)可以減少可見光的閃射，但由于工藝復(fù)雜難以生成大面積平板，所以采用四塊小板拼接成17X17大塊平板，拼接處圖像由軟件彌補。GE、佳能（佳能、東芝、島津使用）的平板是使用Csl或Gd2O2S:T嘛層，因不是柱狀晶體結(jié)構(gòu)，所以能量損失較Trixell嚴(yán)重。（大地智慧醫(yī)療）2、硫氧化禮（Gd2O2+a-Si+TFT:利用增感

4、屏材料硫氧化禮（Gd2O2S來完成X射線光子至可見光的轉(zhuǎn)換過程。發(fā)展此類技術(shù)的公司有Canon公司解像度160um2探測器等。此類材料制造的TFT平板探測器成像快速、成本較低,但一般灰階動態(tài)范圍較低（12bit以下），與其它高階14bit產(chǎn)品圖像診斷質(zhì)量相比較為不足。3、碘化葩（CsI）/硫氧化禮（Gd2O2+透鏡/光導(dǎo)纖維+CCDCMOSX射線先通過閃爍體或熒光體構(gòu)成的可見光轉(zhuǎn)換屏，將X射線光子變?yōu)榭梢姽鈭D像，而后通過透鏡或光導(dǎo)纖維將可見光圖像送至光學(xué)系統(tǒng)，由CC取集轉(zhuǎn)換為圖像電信號。發(fā)展此技術(shù)的IDC、深圳藍(lán)韻、北京萬東、深圳安健等公司。深圳藍(lán)韻的KeenRayCCDRf測器的像素為4Kx

5、4K,16Bit圖像輸出，無論在圖像上還是在價格上均是取代CR的最佳產(chǎn)品。（天地智慧醫(yī)療）（大地智慧醫(yī)療）（天地智慧醫(yī)療）4、CsI（Gd2O2S）+CMOS:此類技術(shù)受制于間接能量轉(zhuǎn)換空間分辨率較差的缺點，雖利用大量低解像度CMOS探頭組成大面積矩陣，尚無法有效與TFT平板優(yōu)勢競爭。發(fā)展此類技術(shù)的公司有CaresBuilt、Tradix公司等。（二）直接能量轉(zhuǎn)換（天地智慧醫(yī)療）直接FPD的結(jié)構(gòu)主要是由非晶硒層（amorphousSelemium,a-Se）加薄膜半導(dǎo)體陣列（ThinFilmTransistorarray,TFT）構(gòu)成的平板檢測器。由于非品硒是一種光電導(dǎo)材料，因此經(jīng)X射線曝光后

6、直接形成電子-空穴對，產(chǎn)生電信號，通過TFT檢測陣列，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字化圖像。從根本上避免了間接轉(zhuǎn)換方式中可見光的散射導(dǎo)致的圖像分辨率下降的問題。雖然在技術(shù)上和生產(chǎn)工藝上要求很高，但卻是獲得高圖像質(zhì)量的理想方式，采用這一技術(shù)的有島津，AnRadHologic公司等。（天地智慧醫(yī)療）直接換FPD具有理論界限值的卓越分辨率和量子探測率，不僅具備可高分辨率以清晰顯示微小血管及病灶，而且具有高靈敏度可大幅降低曝光射線量。直接轉(zhuǎn)換式FPD6論在低分辨率時還是在高分辨率時均具有極高的DQEjSo對于大物體的檢出能力與間接轉(zhuǎn)換型FP”致相同，但對于微小病變，直間轉(zhuǎn)換型FPD的檢出能力更強。（間接轉(zhuǎn)換型

7、的DQ日氐頻時雖然顯示高值，但在2lp/mm以上時，其值急劇減小。）直接轉(zhuǎn)換式FPDW發(fā)廠家為了得到更高DQEJS,獲得良好的S/N特性，在降低噪音成分方面做出了更多的努力，尤其是在對圖像質(zhì)量影響最大的配線阻抗噪聲和讀取放大器的熱噪聲方面需進行了革新性的改良，將這兩種噪聲控制在最低程度，使實際測量值達(dá)到與理論值基本一致的水平。直接轉(zhuǎn)換式FPD對于大物體的檢出能力與間接轉(zhuǎn)換型大致相同，但對于微小病變，直間轉(zhuǎn)換型具有更強的檢出能力。 （間接轉(zhuǎn)換型的DQE氐頻時雖然顯示高值， 但在2lp/mm以上時， 其值急劇減小。 ）（天地智慧醫(yī)療）（三）平板的使用與養(yǎng)護（天地智慧醫(yī)療）現(xiàn)在不管是非品硒、非晶硅、

8、CCD&些平板探測器，還是各大知名國際廠商，所有探測器保修最長只有五年?，F(xiàn)在醫(yī)院在購買期間只注意了牌子，什么高象素，高配置，忽視了服務(wù)和設(shè)備壽命，而最基本的滿足臨床使用診斷的這個根本目標(biāo)沒有重視。平板探測器使用一定年限或者經(jīng)過一定次數(shù)曝光，老化損壞是必然的，不可避免的。一般在五個以內(nèi)的壞的可以用軟件補，但十個以上就是一片白點，所以這是不可逆的，而且隨著曝光次數(shù)增加，壞點會成壞道。在壞點剛剛出現(xiàn)的時候就及時向廠方提出維護，一般情況下還不至于壞到那個程度。按照理論要求，平板在三到六個月之間是必須要做一次校準(zhǔn)的，這個也是醫(yī)院在購買安裝的時候需要向廠方提出的一個合理要求。而且現(xiàn)在大部分DR集作里面已經(jīng)

9、開放的平板探測器的校準(zhǔn)程序，廠方要求院方一定時間內(nèi)也要對平板進行校準(zhǔn)。非品硒怕冷，非晶硅怕潮.工作環(huán)境的保持十分重要，在使用中應(yīng)盡量嚴(yán)格地按照廠家的要求控制機房的環(huán)境，一定要在機房內(nèi)安裝抽濕器和空調(diào)，否則會壞的比較快。另外射線也會造成損傷使轉(zhuǎn)換層老化，效率降低，這與累積劑量有關(guān)，（大地智慧醫(yī)療）（大地智慧醫(yī)療）就正常的劑量（500uR）而言100萬次曝光后仍可保持70%勺效率問題并不大。但一定要注意遮光器（尤其是腰椎側(cè)位等）的使用，否則漏光的部分由于經(jīng)常接受過量輻射則老化會大大加快。（天地智慧醫(yī)療）1.1.非晶硒探測器結(jié)構(gòu)及其成像原理：（直接轉(zhuǎn)換）直接數(shù)字化X線成像的平板探測器，利用了非晶硒的

10、光電導(dǎo)性，將X線直接轉(zhuǎn)換成電信號，形成全數(shù)字化影像。（天地智慧醫(yī)療）成像原理：X線粒子射入加有高電壓的非晶硒感光層，其中原本定向移動的電荷發(fā)生電導(dǎo)率的改變，伴隨著空穴電子對分布不均勻的形成，感光層內(nèi)就有了不均勻聚集的電荷通過薄膜晶體管陣列轉(zhuǎn)換為可測的電信號，再進行A/D轉(zhuǎn)換，成為可直接由計算機進行處理的數(shù)字信號（大地智慧醫(yī)療）特性：直接光電轉(zhuǎn)換直接讀出量子檢測率（DQE）較高曝光寬容度大后處理功能強大（大地智慧醫(yī)療）FPD對環(huán)境，溫度，濕度要求較高,滿足動態(tài)攝影。所以不常用。探測器有效探測面積：35X43cm35X43cm（天地智慧醫(yī)療）采集矩陣：2560 x30722560 x3072（大地

11、智慧醫(yī)療）像素大?。?39X139X139139卜n n（天地智慧醫(yī)療）采集像素A/DA/D轉(zhuǎn)換位數(shù)：14bit14bit（天地智慧醫(yī)療）空間分辨率：3.6lp/mm3.6lp/mm（大地智慧醫(yī)療）（大地智慧醫(yī)療）需要較高的偏直電壓，刷新速度慢，仍不能直接成像Semiconductcrconvertsx-raystoelectricalsignals非晶硒感光層電信號X-rayimage.影像數(shù)字信息得體管陣列（TFTTFT）存儲電容DirectConversionDirectConversion（大地智慧醫(yī)療）2.2.非晶硅探測器結(jié)構(gòu)及其成像原理：（：（間接轉(zhuǎn)換）（天地智慧醫(yī)療）分碘化葩（C

12、sICsI）+ +非晶硅和硫氧化鋁 GOSGOS 非晶硅（天地智慧醫(yī)療）結(jié)構(gòu)由碘化葩閃爍體層、非晶硅光電二極管陣列、行驅(qū)動電路以及圖像信號讀取電路四部分。與非晶硒平板探測器的主要區(qū)別在于熒光材料層和探測元陣列層的不同，其信號讀出、放大、A/DA/D 轉(zhuǎn)換和輸出等部分基本相同。非晶硅平板探測器，是一種以非晶硅光電二極管陣列為核心的 X X 線影像探測器。它利用碘化葩（CsICsI）的特性，將入射后的 X X 線光子轉(zhuǎn)換成可見光，再由具有光電二極管作用的非晶硅陣列變?yōu)殡娦盘?，通過外圍電路檢出及 A/DA/D 變換，從而獲得數(shù)字化圖像。由于經(jīng)歷了 X X 線、可見光、電荷圖像、數(shù)字圖像的成像過程，通

13、常被稱作間接轉(zhuǎn)換型平板探測器。（大地智慧醫(yī)療）（大地智慧醫(yī)療）（大地智慧醫(yī)療）光子碘化鈍jiA!jiA!7L/無特定結(jié)構(gòu)標(biāo)探測器光敏二極管/晶體管組I Illathunsllathuns輸出電路匚嬖據(jù)信息閃爍碘化能吸收X X射線光譜子并已轉(zhuǎn)換成光信號， 其最小結(jié)構(gòu)為鼾狀結(jié)構(gòu)任噪聲光做二極管吸收光電信號并轉(zhuǎn)換為電信號.每個光敏二根落為一個像素變成像單元通過低噪聲電子器件讀取每個像素的電荷， 井傳增到圖像處理耨碘化葩針柱直徑6 6師探測器蛆陣1414位A/DA/D轉(zhuǎn)換器控制信號到操作控制臺閃爍發(fā)光晶體一行騙動電路數(shù)字影像數(shù)據(jù)（大地智慧醫(yī)療）主要非晶硅平板探測器參數(shù)說明探測器法國TrixellPix

14、ium4600美國GERevolution美國VARIANPaxScan4343RDRZPlus日本佳能CXDI-40G韓國三星探測器類型針狀碘化鈉+非晶硅4 塊拼接碘化鈉+非晶硅整版碘化鈉+非晶硅整版硫氧化禮+非晶硅整版碘化鈉+非晶硅整版影像區(qū)面積43cmX43cm41cmx41cm43cmX43cm43cmX43cm43crrK43cm像素矩陣3KX3K2Kx2K3KX3K2688X26883KX3K像素大小143um200um139um160um143um極限空間分辨率3.5LP/mm2.5LP/mm3.6LP/mm3.0LP/mm3.5LP/mmDQE（100%MT時）F65%74%7

15、0%33%65%A/D 轉(zhuǎn)換14bit14bit14bit14bit14bit灰階度14bit14bit14bit12bit14bit圖像預(yù)覽時間5s5s3s3s5s圖像處理時間8s8s5s20s15s工作環(huán)境要求溫度 18-30C溫度 10-40C溫度 10-40C溫度 10-40C溫度 10-40C是否需要特殊輔助裝置（如水冷設(shè)備）不需要需要不需要不需要不需要探測器校正周期3-6 個月用戶自定義校正周期（建議每一年校正一次）用戶自定義校正周期（建議每一年校正一次）用戶自定義校正周期（建議每一年校正一次）用戶自定義校正周期（建議每一年校正一次）（大地智慧醫(yī)療）（大地智慧醫(yī)療）3.CCD3.C

16、CD探測器結(jié)構(gòu)及其成像原理：（間接轉(zhuǎn)換）CCD（ChargeCoupledDevice）電荷耦合器是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的元件，隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，CCD已是一項成熟的技術(shù)，它是由數(shù)量眾多的光敏單元排列組成面陣，光敏單元可小至50dm2以下，空間分辨率很高，幾何失真小， 均勻性和一致性好。 但CCD對X射線不敏感， 所以需要先將X射線激發(fā)熒光屏產(chǎn)生熒光， 經(jīng)增強后成為Video信息，經(jīng)反光鏡反射到CCD鏡頭，被采集并轉(zhuǎn)換為電信息，再轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息。獲得數(shù)字影像（大地智慧醫(yī)療）成像主要原理：是 X X 線在熒光屏上產(chǎn)生的光信號由由光學(xué)傳導(dǎo)至 CCDCCD 探測器接收，隨之將光信號轉(zhuǎn)換成電荷并形

17、成數(shù)字 X X 線圖像。（天地智慧醫(yī)療）CCDCCD的特性：光電靈敏度高動態(tài)范圍大空間分辨率高（大地智慧醫(yī)療）較小的失真惰性極小高性能，長壽命（天地智慧醫(yī)療）CCDCCD 是半導(dǎo)體器件，理論上具有無限使用壽命。在實際應(yīng)用中，我國規(guī)定 CCDCCD 使用壽命為真空管攝像機的 3535 倍。它的體積小，重量輕，功率小。所以，現(xiàn)今醫(yī)療領(lǐng)域，大多商家都采用 CCDCCD 探測器。（天地智慧醫(yī)療）CCDCCD 有兩大特點，一是 CCDCCD 采用電荷耦合器件作為圖像傳感器，沒有攝像管，不用電子束掃描；二是 CCDCCD 輸出的視頻信號中也有圖像信息、復(fù)位電平和干擾脈沖，它是一個電壓信號，而不象攝像管輸出的高阻電流信號。（天地智慧醫(yī)療）X X射線圖象被熒光屏轉(zhuǎn)換為可見光，由光學(xué)系統(tǒng)傳至直接與CCDCCD連接的半導(dǎo)體陣列上檢測并重建圖象processingcontrolstationprocessingcontrolstationpathpathwithmonitorwithmonitorunitunit（天地 I I 智慧醫(yī)療即 tubetubeCCDCCDdetectorforAECdetectorforAEC（大地智慧醫(yī)療）目前國內(nèi)只要CCDD探測器技術(shù)參數(shù)說明探測器KeenrayCCDD福測器，深圳藍(lán)韻研制XDS3000探測器力東研制IDC4K/3KCCD探測器IDC研制自針狀碘