平板DR探测器结构及其成像原理

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1、平板DR探测器原理（天地智慧医疗）从1995年RSNA上推出第一台平板探测器（Flat Panel Detector）设备以 来，随着近年平板探测技术取得飞跃性的发展，在平板探测器的研发和生产过程 中，平板探测技术可分（天地智慧医疗）为直接和间接两类。（一）间接能量转换（天地智慧医疗）间接FPD的结构主要是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶 硅层（amorphous Silicon，a-Si）再加TFT阵列构成。其原理为闪烁体或荧光体 层经X射线曝光后，将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的 非晶硅层变为图像电信号，最后获得数字图像。在间接FPD的图像采集中，由于 有转

2、换为可见光的过程，因此会有光的散射问题，从而导致图像的空间分辨率极 对比度解析能力的降低。换闪烁体目前主要有碘化铯（CsI，也用于影像增强器）， 荧光体则有硫氧化钆（GdSO，也用于增感屏），采用CsI+a-Si+TFT结构的有 Trixell、瓦里安和GE公司等，而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon等。1、碘化铯（CsI ） + a-Si + TFT :当有X射线入射到CsI闪烁发光品体层 时，X射线光子能量转化为可见光光子发射，可见光激发光电二极管产生电流， 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷.每个象素的储存电荷 量和与之对应范围内的入射X射线光子能量与数量成正比。发

3、展此类技术的有 法国Trixell公司解像度143um2探测器（SIEMENS Philips、汤姆逊合资）、美国GE解像度200um2探测器（收购的EG & G公司）等。其原理 见右图。Trixell公司（目前有西门子、飞利浦、等厂家使用，成本约9.5万美 金）用的是Csl柱状品体结构的闪烁体涂层，此种结构可以减少可见光的闪射， 但由于工艺复杂难以生成大面积平板，所以采用四块小板拼接成17X17 大 块平板，拼接处图像由软件弥补。GE、佳能（佳能、东芝、岛津使用）的平板 是使用Csl或Gd2O2S:Tb涂层，因不是柱状品体结构，所以能量损失较Trixell 严重。（天地智慧医疗）2、硫氧化钆

4、（Gd2O2S ） + a-Si + TFT :利用增感屏材料硫氧化钆（Gd2O2S ） 来完成X射线光子至可见光的转换过程。发展此类技术的公司有Canon公司解 像度160um2探测器等。此类材料制造的TFT平板探测器成像快速、成本较低， 但一般灰阶动态范围较低（12 bit以下），与其它高阶14 bit产品图像诊断质 量相比较为不足。3、碘化铯（CsI ） /硫氧化钆（Gd2O2S ） +透镜/光导纤维+ CCD / CMOS : X射线先通过闪烁体或荧光体构成的可见光转换屏，将X射线光子变为可见光图 像，而后通过透镜或光导纤维将可见光图像送至光学系统，由CCD采集转换为图 像电信号。发展

5、此技术的IDC、深圳蓝韵、北京万东、深圳安健等公司。深圳蓝 韵的KeenRayCCD DR探测器的像素为4KX4K，16Bit图像输出，无论在图像上还 是在价格上均是取代CR的最佳产品。（天地智慧医疗）4、CsI （ Gd2O2S ） + CMOS :此类技术受制于间接能量转换空间分辨率较差的 缺点，虽利用大量低解像度CMOS探头组成大面积矩阵，尚无法有效与TFT平 板优势竞争。发展此类技术的公司有CaresBuilt、Tradix公司等。（二）直接能量转换（天地智慧医疗）直接FPD的结构主要是由非品硒层（amorphous Selemium，a-Se）加薄膜半导 体阵列（Thin Film

6、Transistor array，TFT）构成的平板检测器。由于非品硒是 一种光电导材料，因此经X射线曝光后直接形成电子-空穴对，产生电信号，通 过TFT检测阵列，再经A/D转换获得数字化图像。从根本上避免了间接转换方式 中可见光的散射导致的图像分辨率下降的问题。虽然在技术上和生产工艺上要求 很高，但却是获得高图像质量的理想方式，采用这一技术的有岛津，AnRad， Hologic公司等。（天地智慧医疗）直接转换FPD具有理论界限值的卓越分辨率和量子探测率，不仅具备可高分 辨率以清晰显示微小血管及病灶，而且具有高灵敏度可大幅降低曝光射线量。直 接转换式FPD无论在低分辨率时还是在高分辨率时均具有

7、极高的DQE值。对于大 物体的检出能力与间接转换型FPD大致相同，但对于微小病变，直间转换型FPD 的检出能力更强。（间接转换型的DQE低频时虽然显示高值，但在2lp/mm以上 时，其值急剧减小。）直接转换式FPD研发厂家为了得到更高DQE值，获得良好 的S/N特性，在降低噪音成分方面做出了更多的努力，尤其是在对图像质量影响 最大的配线阻抗噪声和读取放大器的热噪声方面需进行了革新性的改良，将这两 种噪声控制在最低程度，使实际测量值达到与理论值基本一致的水平。直接转换 式FPD对于大物体的检出能力与间接转换型大致相同，但对于微小病变，直间转 换型具有更强的检出能力。（间接转换型的DQE低频时虽然

8、显示高值，但在2lp/mm 以上时，其值急剧减小。）（天地智慧医疗） （三）平板的使用与养护（天地智慧医疗）现在不管是非品硒、非晶硅、CCD这些平板探测器，还是各大知名国际厂商， 所有探测器保修最长只有五年。现在医院在购买期间只注意了牌子，什么高象素， 高配置，忽视了服务和设备寿命，而最基本的满足临床使用诊断的这个根本目标 没有重视。平板探测器使用一定年限或者经过一定次数曝光，老化损坏是必然的，不可 避免的。一般在五个以内的坏的可以用软件补，但十个以上就是一片白点，所以 这是不可逆的，而且随着曝光次数增加，坏点会成坏道。在坏点刚刚出现的时候 就及时向厂方提出维护，一般情况下还不至于坏到那个程度

9、。按照理论要求，平 板在三到六个月之间是必须要做一次校准的，这个也是医院在购买安装的时候需 要向厂方提出的一个合理要求。而且现在大部分DR操作里面已经开放的平板探 测器的校准程序，厂方要求院方一定时间内也要对平板进行校准。非品硒怕冷,非晶硅怕潮.工作环境的保持十分重要，在使用中应尽量严格地 按照厂家的要求控制机房的环境，一定要在机房内安装抽湿器和空调，否则会坏 的比较快。另外射线也会造成损伤使转换层老化，效率降低，这与累积剂量有关，就正常的剂量（500uR）而言100万次曝光后仍可保持70%的效率问题并不大。但 一定要注意遮光器（尤其是腰椎侧位等）的使用，否则漏光的部分由于经常接受过 量辐射则

10、老化会大大加快。（天地智慧医疗）1.非晶硒探测器结构及其成像原理：（直接转换）直接数字化X线成像的平板探测器，利用了非品硒的光电导性，将X线直接转 换成电信号，形成全数字化影像。（天地智慧医疗）成像原理：X线粒子射入加有高电压的非品硒感光层，其中原本定向移动的电荷 发生电导率的改变，伴随着空穴电子对分布不均匀的形成，感光层内就有了不均 匀聚集的电荷通过薄膜品体管阵列转换为可测的电信号，再进行A/D转换，成 为可直接由计算机进行处理的数字信号（天地智慧医疗）特性：直接光电转换直接读出量子检测率（DQE）较高曝光宽容度大后处理功能强大（天地智慧医疗）FPD对环境，温度，湿度要求较高，需要较高的偏直

11、电压，刷新速度慢，仍不能 满足动态摄影。所以不常用。薄膜晶体管阵列（TFT）存储电容直接成像Direct inversionX-ray image一 _ uX线非晶硒感光层 电信号影像数字信息探测器有效探测面积：35X43cm（天地智慧医疗）采集矩阵：2560x3072（天地智慧医疗）像素大小：139x139 （天地智慧医疗）采集像素A/D转换位数：14bit（天地智慧医疗）空间分辨率：3.6lp/mm（天地智慧医疗）2.非晶硅探测器结构及其成像原理（间接转换）（天地智慧医疗）分碘化铯（CsI）+非晶硅 和 硫氧化钆GOS+非晶硅（天地智慧医疗）结构由碘化铯闪烁体层、非晶硅光电二极管阵列、行驱

12、动电路以及图像信号读取电路四 部分。与非晶硒平板探测器的主要区别在于荧光材料层和探测元阵列层的不同，其信号 读出、放大、A/D转换和输出等部分基本相同。非晶硅平板探测器，是一种以非晶硅光电二极管阵列为核心嗽线影像探测器。它 利用碘化铯（CsI）的特性，将入射后的X线光子转换成可见光，再由具有光电二极管 作用的非晶硅阵列变为电信号，通过外围电路检出及A/D变换，从而获得数字化图像。 由于经历了 X线、可见光、电荷图像、数字图像的成像过程，通常被称作间接转换型平 板探测器。确化能（CsPXLight iAj i/ /无特定结枸徒探测瓣 光敏二极管/晶体管组！4IJecirons 寻 i输出电路11

13、i里据僖星|碘化铯 针柱直径6 pm闪媒碘化饱吸收X财城光量 子并且转换成光信号.其娘 小结构为针状站构低噪声光敏二极管吸收光用 信号并转换为电信号，每个 光敏二极管为一个像素或成 像单元通过低噪用电子器件读取每 个像素的电荷，并传输到图嫌 处理器到操作 控制台（天地智慧医疗）（天地智慧医疗）主要非晶硅平板探测器参数说明探测器法国 TrixellPixium 4600美国GERevolution美国VARIANPaxScan4343RDRZ Plus日本佳能CXDI-40G韩国三星探测器类型针状碘化铯+非晶硅4块拼接碘化铯+非晶硅 整版碘化铯+非晶硅 整版硫氧化钆+非晶硅 整版碘化铯+非晶硅

14、整版影像区面积43cmx43cm41cmx41cm43cmx43cm43cmx43cm43cmx43cm像素矩阵3Kx3K2Kx2K3Kx3K2688x26883Kx3K像素大小143um200um139um160um143um极限空间分辨率3.5LP/mm2.5LP/mm3.6LP/mm3.0LP/mm3.5LP/mmDQE （100%M时）ri65%74%70%33%65%A/D转换14bit14bit14bit14bit14bit灰阶度14bit14bit14bit12bit14bit图像预览时间5s5s3s3s5s图像处理时间8s8s5s20s15s工作环境要求温度 18-30C温度1

15、0-40C温度10-40C温度10-40C温度10-40C是否需要特殊辅!装置（如水冷设备）力不需要需要不需要不需要不需要探测器校正周期3-6个月用户自定义校正周 期（建议每一年校正 一次）用户自定义校正周 期（建议每一年校正 一次）用户自定义校正周 期（建议每一年校正 一次）用户自定义校正周 期（建议每一年校正 一次）3. CCD探测器结构及其成像原理：（间接转换）CCD （Charge Coupled Device）电荷耦合器是一种将光能转换为电能的元件，随着微电 子技术的发展，CCD已是一项成熟的技术，它是由数量众多的光敏单元排列组成面阵，光 敏单元可小至50m2以下，空间分辨率很高，几

16、何失真小，均匀性和一致性好。但CCD对 X射线不敏感，所以需要先将X射线激发荧光屏产生荧光，经增强后成为Video信息，经 反光镜反射到CCD镜头，被采集并转换为电信息，再转换为数字信息。获得数字影像 （天地智慧医疗）成像主要原理：是X线在荧光屏上产生的光信号由由光学传导至CCD探测器接收，随 之将光信号转换成电荷并形成数字X线图像。（天地智慧医疗）CCD的特性：光电灵敏度高动态范围大空间分辨率倍（天地智慧医疗）较小的失真惰性极小高性能，长寿奇（天地智慧医疗）CCD是半导体器件，理论上具有无限使用寿命。在实际应用中，我国规定CCD使用寿 命为真空管摄像机的35倍。它的体积小，重量轻，功率小。所

17、以，现今医疗领域，大 多商家都采用CCD探测器。（天地智慧医疗）CCD有两大特点，一是CCD采用电荷耦合器件作为图像传感器，没有摄像管，不用电 子束扫描；二是CCD输出的视频信号中也有图像信息、复位电平和干扰脉冲，它是一 个电压信号，而不象摄像管输出的高阻电流信号。（天地智慧医疗）X射线图象被荧光屏转换为可见光，由光学系统传至直接与Ryk) Tmnsp rcrt PlasticCCD连接的半导体阵列上检测并重建图象OCDChp10 Imager bectrontc HOUSM19Phocphcr Im sctma目前国内只要CCDDR探测器技术参数说明探测器KeenrayCCDDR 探测器，

18、深圳蓝韵研制XDS3000探测器万东研制IDC 4K/3KCCD 探测器IDC研制类型针状碘化铯+非晶硅硫氧化钆+非晶硅4K：针状碘化铯+非晶硅3K：硫氧化钆+非晶硅影像尺寸17X1717X1717X17像素矩阵4096X4096, 1680万像素3072X3072, 940 万4K： 4096X4096, 1680 万像素3K： 3072X3072, 940 万像素尺寸108um143um108um极限空间 分辨率4.6LP/MM3.5LP/MM4K： 4.6LP/MM3K： 3.5LP/MM密度分辨率65536灰阶16384灰阶16384灰阶动态范围采集：16比特输出：16比特采集：12比特输出：14比特采集：14比特输出：14比特图像采集 时间6s8s8s