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1、DR 系统原理系统原理泛太斯堪原理及应用泛太斯堪原理及应用摘要：摘要：21 世纪医学影像的主流将是全面数字化，作为最常规的医用诊断设备世纪医学影像的主流将是全面数字化，作为最常规的医用诊断设备X X 线机也将全面走向线机也将全面走向数字化。本文主要介绍了数字化。本文主要介绍了 PAXSCANPAXSCAN 直接数字成像直接数字成像(DR)系统的原理、主要性能以及与传统产品的系统的原理、主要性能以及与传统产品的比较。比较。 随着计算机和电子技术的飞速发展，超声、随着计算机和电子技术的飞速发展，超声、CTCT、DSADSA、MRIMRI、SPE-CTSPE-CT、PETPET 等全新的影像等全新的
2、影像成像技术进入医学领域，丰富了医学影像学的诊断信息，提高了影像诊断水平，同时实现诊断成像技术进入医学领域，丰富了医学影像学的诊断信息，提高了影像诊断水平，同时实现诊断信息数字化，为逐步建立数字化医学影像家族的图像存储传输系统信息数字化，为逐步建立数字化医学影像家族的图像存储传输系统(PACS)(PACS)和远程诊断学系统奠和远程诊断学系统奠定了基础。这些数字影像诊断成功经验促进了定了基础。这些数字影像诊断成功经验促进了 X X 线摄影数字化的进展。线摄影数字化的进展。 全数字化放射学、图像引导及远程放射医学作为相互关联的技术将全数字化放射学、图像引导及远程放射医学作为相互关联的技术将 成为成
3、为 2121 世纪的主流而使世纪的主流而使医学影像学的面貌焕然一新。医学影像学的面貌焕然一新。RSNARSNA 第第 8484 届年会，届年会， 19981998 年年 1212 月在美国芝加哥召开。在会上月在美国芝加哥召开。在会上, ,VarianVarian 公司推出了公司推出了 PAXSCANPAXSCAN 直接数字成像系统。据年会传出的信息：全世界直接数字成像系统。据年会传出的信息：全世界 5050的放射科将的放射科将在在 5 5 年内全部数字化而成为无胶片科室；年内全部数字化而成为无胶片科室；7070的放射科的放射科 1010 年内实现。在设备引进时，数字化年内实现。在设备引进时，数
4、字化 X X线机自然应列为首先。线机自然应列为首先。 PAXSCANPAXSCAN 40304030 是是 40cm40cm X X 30cm30cm 非晶硅直接数字化平板成像系统。该系统是由非晶硅影像板、非晶硅直接数字化平板成像系统。该系统是由非晶硅影像板、高清晰度监视器和装有高性能软件的工作站组成，可以省去任何摄影高清晰度监视器和装有高性能软件的工作站组成，可以省去任何摄影 X X 线胶片。曝光后立即成线胶片。曝光后立即成像，像，PAXSCANPAXSCAN 产生一个产生一个 12-bit12-bit 灰阶的图像灰阶的图像, , 具有胶片相同的图像质量。具有胶片相同的图像质量。 PAXSC
5、ANPAXSCAN 系统安装简系统安装简单直接单直接, , 专门为医院现有专门为医院现有 X X 光机升级为数字光机升级为数字 X X 光机而设计。光机而设计。 一、术语一、术语(Glossary(Glossary ) ) 1 1、非晶硅、非晶硅(Amorphous(Amorphous silicon)silicon)硅是通过蒸化沉淀成型的一种非晶体薄片硅是通过蒸化沉淀成型的一种非晶体薄片. .常规集成电路是由晶体硅晶片组成。晶体硅晶片常规集成电路是由晶体硅晶片组成。晶体硅晶片是生长晶是生长晶(grown(grown crystals)crystals)的切片。非晶硅装置可以做的比晶体大的多，
6、因为需要的是非单晶。的切片。非晶硅装置可以做的比晶体大的多，因为需要的是非单晶。非晶硅对于非晶硅对于 X X 线接收器来说是最理想的材料，因为非晶硅对放射线的伤害是免疫的线接收器来说是最理想的材料，因为非晶硅对放射线的伤害是免疫的. .供成象器使供成象器使用的非晶硅被搀入氢和扩散用的非晶硅被搀入氢和扩散 P/NP/N 掺杂物产生掺杂物产生 P/NP/N 结。结。 2 2、碘化铯、碘化铯(Cesium(Cesium iodide)iodide)大部分高效的闪烁体在诊断大部分高效的闪烁体在诊断 X X 线能量段内，碘化铯具有高线能量段内，碘化铯具有高 X X 线接收和高可视光子产量。搀入线接收和高
7、可视光子产量。搀入钠钠(sodium)(sodium)产生兰光，在核粒子检测器中被用作产生兰光，在核粒子检测器中被用作 光电光电 阴极阴极. . 搀入铊搀入铊(thallium),(thallium), 被用为硅检被用为硅检测器测器, ,因因 为它产生绿光。为它产生绿光。CsI:NaCsI:Na 具有具有 极极 强的吸湿性和易潮性强的吸湿性和易潮性, , 一般使用需要环境控制。一般使用需要环境控制。CsI:CsI: TITI 适度吸湿适度吸湿 但易但易 保护保护, , 适合在空气中使用。对于成像适合在空气中使用。对于成像, , 这两种类型逐渐开这两种类型逐渐开 发成为一种高密发成为一种高密度的
8、细柱度的细柱, , 供给一个光导纤维供给一个光导纤维, , 提高分辨率。提高分辨率。 3 3、带自动焊接、带自动焊接 传感器上的每行和每列必须独立和外部电子设备连接。这些连接的传感器上的每行和每列必须独立和外部电子设备连接。这些连接的 空间空间 常常比象素的尺寸常常比象素的尺寸还小还小. . 为了连接上千个节点为了连接上千个节点, ,小的柔性印刷板小的柔性印刷板 被使用被使用, , 每个板含有一个集成电路每个板含有一个集成电路, , 在玻片上汇在玻片上汇集了许多信号集了许多信号( (一般一般 128128 或更多或更多) ) 到节点到节点(20-30)(20-30)。低密度端容易与带附加电子设
9、备的印刷电路。低密度端容易与带附加电子设备的印刷电路板焊接。高板焊接。高 密度密度 端使用一个各向异性的导片与玻片连接控制温度和压力。因为柔性端使用一个各向异性的导片与玻片连接控制温度和压力。因为柔性 电电 路一路一般为一卷像胶片般为一卷像胶片, , 至少在大容积上至少在大容积上, , 吸附过程吸附过程(attachment(attachment process)process) 由由 机器完成。该技术称机器完成。该技术称为带自动焊接为带自动焊接, , 该方法称为该方法称为 TABTAB 吸附。为了方吸附。为了方 便便 现在称小的柔性板为现在称小的柔性板为 TABsTABs。4 4、调制传递函
10、数、调制传递函数( ( ModulationModulation transfertransfer function)function) (MTF)(MTF) 与对比度传递函数相似与对比度传递函数相似, , 是由比条纹更准确的正弦波是由比条纹更准确的正弦波(sine)(sine)组成的组成的 光学图表示。选择频率光学图表示。选择频率信号的振幅信号的振幅(amplitude)(amplitude)被称为该频率的调制深被称为该频率的调制深 度度 。 整个系统的整个系统的 MTFMTF 可可 以用单个元件的以用单个元件的MTFMTF 相乘来定义。相乘来定义。二、原理二、原理 1 1、传感器平板、传感
11、器平板(SENSOR(SENSOR PANEL)PANEL) 传感器平板的目的是聚集通过传感器平板的目的是聚集通过 X X 线接收产生的电荷线接收产生的电荷, ,逐行扫描电荷放大器。电荷存储设备是逐行扫描电荷放大器。电荷存储设备是光电导体成象器内的电容器或使用闪烁体的平板内的光电二极管光电导体成象器内的电容器或使用闪烁体的平板内的光电二极管. .熟知允许电荷溢流的开关可以熟知允许电荷溢流的开关可以是一个二极管是一个二极管, ,一个二极管对或一个薄片三极管一个二极管对或一个薄片三极管. . 所有这些存储装置的组合都可以工作所有这些存储装置的组合都可以工作, , 每一个每一个都有其缺点和优点都有其
12、缺点和优点. . VarianVarian 产品中使用了光电二极管产品中使用了光电二极管 TFTTFT 的组合的组合, , 因为该组合使用简单因为该组合使用简单, , 工业工业有效有效( (市场上可以买到市场上可以买到),), 设计灵活设计灵活. .2 2、非晶硅传感器平板的放大、非晶硅传感器平板的放大(Photomicrograph(Photomicrograph ofof anan a-Sia-Si sensorsensor panel)panel)图中图中, , 开关使用的是一个薄片三极开关使用的是一个薄片三极 管管(TFT),(TFT),非常像使用在液晶显示的活动矩阵里的开非常像使用在
13、液晶显示的活动矩阵里的开关。平板设计中一个重要的目的是取使用光电二极管关。平板设计中一个重要的目的是取使用光电二极管( (高占空因子高占空因子) )的成象器的最大区域的成象器的最大区域, , 这样这样使到达光的量浪费最小。信号通过细金属线传输使到达光的量浪费最小。信号通过细金属线传输, , 该传感器平板的象素中心矩是该传感器平板的象素中心矩是 127127 微米，占微米，占空因子是空因子是 35%35%。当前。当前, , 瓦瓦里安产品中使用的是高占空因子的平板。瓦瓦里安产品中使用的是高占空因子的平板。3 3、非晶硅平板电路图、非晶硅平板电路图(Circuit(Circuit diagramdi
14、agram ofof anan amorphousamorphous silliconsillicon sensorsensor panel)panel)在运行中在运行中, ,光电二极管通过加给它的一个外部电压反向偏置光电二极管通过加给它的一个外部电压反向偏置. .当当 TFTTFT 开关低时开关低时, , 通过闪烁通过闪烁体的光产生的电荷聚集在二极管上体的光产生的电荷聚集在二极管上. . 读出时读出时, , 这一行被给与电压这一行被给与电压, , 打开这一行的开关打开这一行的开关. .电荷从被电荷从被选中行的所有二极管中沿数据线同时流出选中行的所有二极管中沿数据线同时流出. . 在大型电路中
15、在大型电路中, , 这样将产生几千个信号必须同时被这样将产生几千个信号必须同时被读出。瓦里安已经开发了一个用户读出。瓦里安已经开发了一个用户 128128 通道低噪音装置通道低噪音装置, , 具有大的电荷存储容量。该目的是为具有大的电荷存储容量。该目的是为了适应非晶硅传感器平板宽的动态范围。了适应非晶硅传感器平板宽的动态范围。三、三、X X 线转换线转换(X-ray(X-ray conversion)conversion) 三种方法转换三种方法转换 X X 线为可读出的电荷可用非晶硅来完成线为可读出的电荷可用非晶硅来完成. .它们是本征导它们是本征导 电；光敏电阻和闪烁体电；光敏电阻和闪烁体方
16、法。每种方法都有它的缺点和优点，把它们应方法。每种方法都有它的缺点和优点，把它们应 用到用到 X X 线成象器上都有一定的局限性。在所有线成象器上都有一定的局限性。在所有方法中，每桢被读出之前方法中，每桢被读出之前, , 电荷被聚集电荷被聚集,Gamma,Gamma 摄像机记录它所接收到的摄像机记录它所接收到的 X X 线光子数。此线光子数。此 技术技术 基本基本 上没有被用于上没有被用于 X X 线成像线成像, , 因为收到的因为收到的 X X 线光子太多而不能记录。线光子太多而不能记录。1 1、本征电导方法、本征电导方法(The(The IntrinsicIntrinsic Method)Method) 到达的到达的 X X 线被非晶硅二极管捕获线被非晶硅二极管捕获, ,产生空穴电子对产生空穴电子对. .应用极
