射线检测-平板探测器主要技术指标

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1、南昌航空大学射线检测课题组编平板探测器主要技术指标平板探测器主要技术指标南昌航空大学无损检测 敖波 E-mail:南昌航空大学射线检测课题组编FPD主要技术指标主要技术指标p极限空间分辨率 pMTF pS/N p探测器单元尺寸 p填充因子 p动态范围 p量子探测效率(DQE) p灵敏度 p时间分辨率/能量分辨率等南昌航空大学射线检测课题组编1. 极限空间分辨率极限空间分辨率p空间分辨率指系统所能分辨的两个相邻细节间的 最小距离(表征探测器分辨最小几何细节的能力) p空间分辨率受到探测器像素的大小、采样间隔以 及X射线的焦点大小等的限制。 p理论极限空间分辨率的计算方法其中d-像素尺寸 如平板探

2、测器的探元尺寸为200um,理论极限空间 分辨率为()mmlpdP/21=()mmlp/5 . 220021=不放大情况下南昌航空大学射线检测课题组编空间分辨率测试卡空间分辨率测试卡2.5lp/mm2.5lp/mm双丝像质计线对测试卡南昌航空大学射线检测课题组编基本空间分辨率基本空间分辨率p背景：不同技术条件空间分辨率不同 p定义：在规定的特定条件下，采用双丝像质计测 定的检测图像不清晰度的1/2. p表征探测器性能的基本指标之一(数字射线检测系 统的基本性能)，记SRb。 SRb=1/2U SRb=探测器的有效像素尺寸 p基本空间分辨率决定了探测器在不采用放大技术 条件下可分辨的最小几何细节

3、间距。 p探测器固有不清晰度UD=2 SRb南昌航空大学射线检测课题组编2. 对比灵敏度对比灵敏度p对比灵敏度定义为能在图像上产生可识别光学密 度变化的试样上最小厚度差，通常是用该最小厚 度差占试样总厚度的百分比表。%2T孔%2T孔南昌航空大学射线检测课题组编3. 探测器单元尺寸探测器单元尺寸p探测器尺寸一定时，减小探元尺寸提高空 间分辨率 p探元尺寸减小，探元有效面积减小，降低 感光性能，信噪比降低，动态范围变窄。200um南昌航空大学射线检测课题组编像素尺寸选择像素尺寸选择选择适当的像素尺寸，不能一味减小像素尺寸南昌航空大学射线检测课题组编4. 量子探测效率量子探测效率(DQE)p定义：探

4、测器(成像板，FPD)探测到的光量子与 发射到探测器上的量子数目比。 p通常用探测器输出图像的信噪比与输入图像信噪 比的比值p控制噪声/提高DQE的方法p高效的闪烁体与高像素填充因子 p闪烁体与探测器间的有效连接 p减低电子噪声南昌航空大学射线检测课题组编5. 噪声噪声噪声：非输入信号造成的输出信号。 平板探测器的噪声主要来源于两个方面： p探测器电子学噪声(小) pX射线图像量子噪声 RQA5测试标准下一个大小为150微米的像 素通常可以吸收1400个X光子，量子噪声为 37个X光子，而读出噪声仅相当于3-5个X光 子。南昌航空大学射线检测课题组编6. 信噪比信噪比p信噪比：探测器获得的图像

5、信号平均值与 图像信号统计标准差之一比，用SNR表示 p信噪比越高，图像质量越好。 p信噪比与入射射线剂量和探测器性能有关 ，还与探测器单元尺寸有关。南昌航空大学射线检测课题组编规格化信噪比规格化信噪比p为比较不同探测器的信噪比，必须在同样 的探测器单元尺寸下进行。 p定义：基本空间分辨率为88.6m下的信噪 比，用SNRN表示 SNRN=88.6/SRbSNR南昌航空大学射线检测课题组编7. 填充因子填充因子定义：Active Area/total area，因此，像素与 像素之间存在间隙。填充因子越大，分辨率 越好。 GOS：55%-58% CsI：70% Direct type FPD

6、of a-Se：85%南昌航空大学射线检测课题组编8. 动态范围动态范围p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射线入射剂量的变 化，其最高剂量与最低剂量之比 p低端不低于探测器噪声，高端不超过饱和值 p如果探测器量化位数16bit，设暗场噪声为2，动 态范围为32768:1，而不是65536。南昌航空大学射线检测课题组编动态范围动态范围动态范围窄动态范围窄 曝光宽容度小曝光宽容度小DR动态范围宽动态范围宽 曝光宽容度大曝光宽容度大南昌航空大学射线检测课题组编9. 线性线性探测器的线性通常用以下几个参数表示 最大的线性剂量：表示探测器可达到线性度 的要求的剂量范

7、围上限。 非线性度：用百分比来表示在0-Dmax最大的 线性剂量之间的输出的非线性程度，通常包 含微分非线性度，积分非线性度，空间非线 性度三个参数。南昌航空大学射线检测课题组编10. 记忆效应记忆效应表示图像残留的参数，通常用两个参量来表示残 留因子的变化 p一次曝光20s后记忆效应(Short-term memory effect 20s) 如：0.1% p一次曝光60s后记忆效应(Short-term memory effect 60s) 如：0.02%第一张图像第一张图像采用XEye平板第二张图像无图像延迟采用普通平板第二张图像有百分之八延迟南昌航空大学射线检测课题组编原因分析原因分析

8、p闪烁体发光 p残留电荷南昌航空大学射线检测课题组编11. 灵敏度灵敏度探测器输出可检测信号时所需的最少输入信号强度 pX射线吸收率 pX射线-可见光转换系数 p填充系数 p光电二极管光电转换系数 通常用X射线灵敏度S表示 如S 1000e- /nGy/pelDN-5 Beam 表示该探测器在标准DN-5 X射线下每nGy在单个 像素产生的电荷为1000。 由于X射线灵敏度S与X射线的质有关通常要求射 线的质标准如DN-5 Beam 好的探测器灵敏度可达到一个光子。南昌航空大学射线检测课题组编12. 坏像素缺陷坏像素缺陷由于制造工艺的原因，平板探测器本身存在 坏像素，普通的平板探测器在使用一段

9、时间 后会有缺陷像素点出现，要通过软件算法屏 蔽缺陷点。南昌航空大学射线检测课题组编13.时间分辨率与能量分辨率时间分辨率与能量分辨率p时间分辨率：探测器可分辨的两个相邻入 射粒子的最小时间间隔。 p能量分辨率：探测器分辨不同能量粒子的 能力。南昌航空大学射线检测课题组编14. 其他参数其他参数p温度稳定性(Stability) 额定条件下探测器的输出随温度的变化率，被称 为探测器的温度系数 p暗电流 无光和电输入下的输出电流(发热) 限制了器件的信号处理能力、动态范围 产生噪声和干扰 p输出饱和特性：当饱和曝光量以上的强光照射到 探测器上时，探测器的输出电压将出现饱和，这 种现象称为输出饱和

10、特性。产生输出饱和现象的 根本原因是光敏二极管仅能产生与积蓄一定极限 的光生信号电荷所致。南昌航空大学射线检测课题组编15. 影响非晶硅影响非晶硅FPD图像质量因素图像质量因素影响非晶硅平板探测器DQE的因素主要有p闪烁体的涂层 闪烁体涂层的材料和工艺影响了X线转换成可见光 的能力，因此对DQE会产生影响，碘化铯对X线 的转换效率要高于硫氧化钆，对比度好，将碘化 铯加工成柱状结构，可以进一步提高捕获X线的 能力，并减少散射光。 p晶体管 其次将闪烁体产生的可见光转换成电信号的方式 也会对DQE产生影响，薄膜晶体管FTF的设计及 工艺也会影响探测器的DQE。南昌航空大学射线检测课题组编影响非晶硅

11、影响非晶硅FPD的图像质量的因素的图像质量的因素影响非晶硅FPD空间分辨率的因素：p由于可见光的产生，存在散射现象，空间 分辨率不仅仅取决于对散射光的控制技术 。总的来说，间接转换平板探测器的空间 分辨率不如直接转换型平板探测器高。南昌航空大学射线检测课题组编量子检测效率量子检测效率DQE与空间分辨率的关系与空间分辨率的关系对于同一种平板探测器，在不同的空间分辨率时， 其DQE是变化的，极限的DQE高，不等于在任何空 间分辨率时DQE都高，DQE的计算公式如下：DQE=S2*MFT2/NSP*X*CS：信号平均强度，MFT是调制传递函数，X是X线 曝光强度，NPS是系统噪声功率谱，C是X线量子

12、系 数。不同的空间分辨率时有不同的DQE。南昌航空大学射线检测课题组编非晶硅FPD随着空间分辨率的提高DQE下降 非晶硒FPD随着空间分辨率的提高DQE下降，但其 DQE反而超过了非晶硅平板探测器。 结论：非晶硅平板探测器在区分组织密度差异的能 力较强，而非晶硒平板探测器在区分细微结构差异 的能力较高。非晶硅FPD的DQE曲线非晶硒FPD的DQE曲线南昌航空大学射线检测课题组编16. 平板探测器校正平板探测器校正平板探测器图像校正的必要性：由于X射线源不同、探测器内部电子线路的不一 致性及其正常变化，都会引起平板探测器上不同像 素在同样X射线剂量辐射的情况下具有不同的输出 信号，原因在于随机噪

13、声、偏置误差、像素响应不 一致、坏像素等。p暗场校正p增益校正p坏像素校正南昌航空大学射线检测课题组编16.1 暗场图像暗场图像暗电流会使探测器在没有X射线入射的情况下 仍有一定大小的信号输出，此时采集到的图 像称为暗场图像或暗电流图像。010203040506044004410442044304440445044604470448044904500采集时间（min）平均灰度室温恒定24南昌航空大学射线检测课题组编不同温度暗场图像不同温度暗场图像Dark image at 55CDark image at 25C南昌航空大学射线检测课题组编暗场校正暗场校正暗场校正公式为：P0(x,y)为该点原

14、始输出值，offset(x,y)为对应点暗场输出值，各点对应相减即得到实际响应输出。暗场校正前图像暗场校正后图像南昌航空大学射线检测课题组编16.2 增益校正增益校正meanbright brightoriginoffsetIyxoffsetyxIyxoffsetyxIyxI)(),(),(),(),(),(-=未经增益校正的图像增益校正之后的图像南昌航空大学射线检测课题组编16.3 坏像素校正坏像素校正坏像素即坏点，是指因元件损坏而不能依据X 射线强度正常响应的像元。孤立坏点坏像素簇坏线表1 坏像素测量辨识结果南昌航空大学射线检测课题组编XRD0822 坏像素识别结果坏像素识别结果3102坏像素(不计入重复数据)总计0邻域坏像素584嘈杂坏像素42022响应不足坏像素37响应过度坏像素21029死坏像素1数目分类编号按ASTM E2597-14南昌航空大学射线检测课题组编坏像素校正前后对比坏像素校正前后对比坏像素校正前的图像坏像素校正后的图像南昌航空大学射线检测课题组编17. 平板探测器的选择平板探测器的选择p闪烁体类型 p有效像素数量 p像素尺寸 pA/D位数 p填充因子 p射线能量范围 p最大刷新频率 p动态范围 p平板校正效果 p开放数据接口(提供驱动) p数据端口(支持千兆以太网端口) p密度分辨率与空间分辨率