DR平板探测器技术

DR平板探测器技术 主要内容 平板探测器的结构与原理直接平板探测技术间接平板探测技术电荷耦合器件探测技术 平板探测器的主要参数空间分辨率、对比度分辨率、像素尺寸、DQE、动态范围 屏/片、CR与DR系统的比较,.总述 与屏/片系统及CR系统相比，DR系统的核心部件为平板探测器，它是一种将X线能量直接转化为电信号，产生X线图像的检测臾W-O 它可被称为是放射学历史上最为重要的技术突破之一。工平板探测器的结构与原理2.1平板探测器的种类根据探测器技术（X线转换方式）的不同，可主要分为以下三种。分别为：（D直接平板探测技术（非晶硒）；（2）间接平板探测技术（非晶硅+碘化能）；（3）电荷耦合器件探测器，即CCD转换平板探测器（X线闪烁体+CCD二极管陈列）；这种探测器的结构主要由非晶硒层(AmorphousSelenium,a-Se)加薄膜晶体管阵列(ThinFilmTransistorarray,TFT)构成。它将X线能量直接转变成数字信号。像案炸阵X线转授层连接头门电路惬动/ 支架/ 鼓璃非晶硒平板探测器结构碳纤维复合盖机壳电存放大器排线连接器.BC-PC转换器舞播鼠高压电能装苣入射乂线光子JIII偏压非品硒(Sc)储能电容输出信号丁场效应管人读出控制个信号基本像素单元(探测元)示意图x线转换单元应用非晶硒(aSe)为光电材料将X线转换成电子信号。当X线照射非晶硒层时，入射的X射线光子在硒层中产生电子空穴对并形成电流。集电器行设出控制1列读出控制 像素矩阵(探测元阵列) 用薄膜晶体管(TFT)技术在一玻璃基层上组装几百万个探测元的阵列，每个探测元包括一个电容和一个TFT,且对应图像的一个象素。 像素矩阵（探测元阵列） TFT每个象素具有电荷接收电极，信号储存电容及信号传输器，通过数据网线与扫描电路连接。最后由读出电路读取数字信号并还原成影像。22直接平板探测技术像素矩阵（探测元阵列）场效应管（FET）的开关作用。像素信号逐一按顺序读出、放大，送到A/D转换器。应用采用这一技术的有DRC,东芝，岛津,AnRad公司等。现在最著名的是美国HOLOGIC公司研制和生产的（早期是DUPONT公司开发研制的）非晶硒层TFT探测板。间接能量转换平板探测器的结构由闪烁体或荧光体层涂上有光电二极管作用的非晶硅层(amorphousSilicon,a-Si)再加TFT(ThinFilmTransistor)阵歹U构成。Cslscintillatora-SisensormatrixAmplifiers.-multiplexer/VD-conveixer它利用荧光物质（碘化葩）将x线转化为可见光，在由光电采集电路转换成图像电荷信号。PhotonsCesium Iodide (Csl)Amorphous Silicon Panel Photodiode/Transistor ArrayRead Out Electronics吸收X线发射可见光光吸收产生电子空穴转化数字信号DigitalData 荧光材料层 多利用Csl闪烁体。通常由高原子序数的物质组成，对X线有高的吸收能力。 CSI与非晶硅的结合是具有最高的DQE（量子测量效率）值的材料。探测元阵列层入射的x线在闪烁晶体层被转化成为可见光后，再由光电二极管矩阵转换成电信号。x光会产生散射，从而对图像质量有较大的影响。“松针”状闪烁晶体材料“松针”状闪烁晶体材料种植在非晶硅上。应用闪烁体目前主要有碘化葩（Csl,也用于影像增强器），荧光体则有硫氧化轧（GdSO,也用于增感屏），采用Csl+a-Si+TFT结构的有Trixell和GE公司等，而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon和瓦里安公司等。2.4电荷耦合器件探测技术碘化葩（Csl）/硫氧化轧（Gd2O2S）+透镜/光导纤维+CCD/CMOS(1)间接转换技术Csl闪烁体层由于晶体结构的关系，在传递信号的同时不可避免的有光散射的发生，吸收率有所下降，对图像质量略有影响但并不严重。间接转换具有较高的量子检测效能，可在较低剂量X线曝光情况下获得高质量的图像。另外其成像速很快，透视及时间减影等领域，增大了X线的使用范围。(2)直接转换技术以硒作为光电导体可以直接将光信号转换为电信号，避免散射的发生。相对于间接转换技术，直接转换对X线吸收率低，在低剂量条件下图像质量不能很好保证。且硒对温度较敏感，使用条件受到限制。(3)小结从空间分辨率上看，非晶硒板比非晶硅板表现出更好的分辨性能。根据实测数据显示参见黄邻彬、储晓阳、林盛才DR平板探测器的应用探讨,直接转换技术的分辨率平均可达到3.8Lp/mm,而间接转换的平均分辨率在3.0Lp/mm左右。(3)小结从曝光剂量上看，非晶硅板具有较高的量子检出效能，故而其曝光剂量比之同等条件下的非晶硒板有明显降低，基本是后者的1/2参见黄邻彬、储晓阳、林盛才DR平板探测器的应用探讨。故而从剂量角度考虑，间接转换技术更具优势。(3)小结从成像速度上看，非晶硒板比之非晶硒板成像更加迅速。这一特点决定了用作透视的平板探测器多采用间接转换技术。工平板探测器的主要参数3.1空间分辨率DR的空间分辨率指图像空间范围内的解像力或解像度，以能够分辨清楚图像中黑白粕间媛条的能力乘表示。黑白相间的线条简称线对，一对黑白相间的线条称之为一个线对，分辨率的线性表达单位是线对/毫米(LP/mm)o3.1空间分辨率空间分辨率受很多因素的影响与制约。像素大小也是影响空间分辨率的重要因素之一。3.1空间分辨率探测器元件的尺寸和距离仅仅为我们提供了系统的最大空间分辨率，由于光的散射或电荷的扩散，探测器的有效空间分辨率会有所损失，但对于直接转换探测器，有效空间分辨率接近最大空间分辨率。32对比度分辨率国像对比度性能主要反映了系统捕获和显示物体真是反差的能力。3.3像素尺寸在探测器面积一定的条件下为了增加空间分辨率，可以减小像素尺寸，降低单位像素面积，增加像素密度。但是单位像素的面积越小，会使像素有效因子减少，像素的感光性能越低，信噪比降低，动态范围变窄。因此这种减小像素尺寸的方法不可能无限制地增大分辨率，相反会引起图像质量的恶化。3.3像素尺寸增加了的空间分辨率又被因此带来的噪声淹没，要弥补此问题就要增大X线曝光剂量。这与X线影像技术的发展是相违背的。因此要选择适当的像素尺寸，不能一味的减小像素尺寸。像素尺寸选择像素尺寸3.3 像素尺寸通常情况下，平板探测器空间分辨率大多在2.5-3.6lp/mm,对应于探测器像素单元大小为139200|jm,像素矩阵介于2000x2000-3000x3000之间。3.4 探测量子效率(DetectiveQuantumEfficiency,DQE)其定义为探测器输出影像的信噪比与输入影像信噪比的比值DQF二SNR2ai:deiecwroutputSbJri2aidsisctorinput3.4探测量子效率DQE是一种对成像系统的信号和噪声从输入到输出的传输能力的表达。DQE数值越大，表示所采集影像信噪比损失越小，即视频链对噪声的贡献越小。3.4探测量子效率DQE与探测器的感光材料、结构和工艺有关，其中也与像素大小密切关联。图像噪声与每个像素单元接收的有效光子数成反比，一般说像素尺寸大，像素内所包含的光子数增加，会降低图像噪声，提高检测灵敏度和DQE3.4 探测量子效率控制噪声/提高DQE的方法：-高效的闪烁体与高象素填充因子-闪烁物与探测器间的有效连接-减低电子的噪音3.5 动态范围动态范围是衡量探测器性能的一个关键指标，是指探测器能够线性地探测出X线入射剂量的变化，其最低剂量与最高剂量之比。假如，DR探测器能线性地探测出剂量变化最低值是1口Gy,剂量低于1uGy时输出都是0；能探测的最高值是10mGy,剂量再高输出也是相同；那么两输入剂量高低之比是1uGy：10mGy=1：10000（即10的4次方），为该探测器的动态范围。四.屏/片、CR与DR系统的比较4.1成像原理屏/片带有患者信息的X线入射到胶片上，通过显影、定影、水洗和干燥等过程最终形成不可后期处理的模拟影像。CR它是一种X线间接转换技术。利用IP作为X线检测器，利用其核心层光激励发光物质的特性将光信号进行采集与转换，输出可后处理的数字影像。DR它是一种X线直接转换技术。利用特殊结构直接把X线光子转化成电信号并输出数字影像。4.2图像分辨力屏/片屏片系统的空间分辨率十分出色，可达到4.0LP/mm。CRX线散射与光散射降低了图像的分辨DR率。与屏/片系统比较，CR系统空间分辨率有时稍显不足；与DR系统相比，CR系统主要不足是时间分辨率较差，不能满足动态器官和结构的显示。DR系统不存在光学模糊，其空间分辨率比CR系统出色，接近屏/片；密度分辨率也高于CR系统。4.3曝光剂量屏/片由于影像接受部分技术限制，屏/片技术所需的剂量是很大的。CR与常规摄影剂量相比，在获得同样质量图像的情况下所用理论X线计量要小于前者。但是IP的潜影随时间的推移信号在衰减，因此在小剂量曝光的情况下，仍难获得满意的图像。DRDR系统具有较高的曝光宽容度和量子检测效率，故而曝光条件有所降低。相比传统胸片剂量仅为常规剂量的1/4。4.4工作效率屏/片传统方式摄影后须将胶片进行显影、定影等一系列冲洗过程，全程需几分钟时间，且每张胶片只能利用一次，效率较低。CRCR系统中，IP曝光后需拿到激光扫描仪读出，整个过程有多个步骤，相对DR系统时间较长。和传统屏/片相比，工作时间提高并不显著，但IP可重复使用，应用效率大大提高。DRDR系统在曝光完毕后，只需经过几秒到十几秒的时间即可看到数字图像。谢谢!