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1、HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.平板探测器的原理及应用HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.主要内容v平板探测器的概念v非晶硒平板探测器v非晶硅平板探测器v平板探测器的指标与评价HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.平板探测器HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.平板探测器HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.典型的平板型DR组成vX线高压发
2、生器产生高压（高压，灯丝，高压整流，交换闸）vX线球管产生X射线v准直器减少散射线控制照射野v平板探测器将X射线转换成已处理的电信号v图像后处理系统A/D转换，图像预处理，图像重建等HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.探测器的种类v直接能量转换非晶态硒（Amorphous Selenium，a-Se）v间接能量转换 非晶态硅（Amorphous Selenium，a-Si+碘化铯(CsI) /硫氧化钆(g)( GdOS/Gd2O2S)CCD HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.间接型FPDv
3、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。 直接型FPD 由非晶硒层(amorphous Selemium，a-Se)加薄膜半导体阵列(Thin Film Transistor array，TFT)构成的平板检测器。 HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.直接型-非晶态硒典型结构：非晶硒层（a-Se） 光电导材料薄膜半导体阵列（Thin Film Transistor array，TFT）v尺寸数十厘米HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGI
4、ES CO., LTD.非晶硒型成像原理v向非晶硒层加正向偏置电压（0-5kv），即预置初始状态。vX射线照射,非晶硒层产生电子、空穴对在外加电场下产生电流，并在TFT层存储电荷。v读出TFT层存储的电荷，放大并经过A/D转换后输出到计算机。v所有电荷信号被读取后，消除残余电荷，恢复到初始状态。X射线HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.影响非晶硒平板探测器的图像质量的因素v-X线转换成电信号完全依赖于非晶硒层产生的电子空穴对，DQE的高低取决于非晶硒产生的电荷能力。由于没有可见光的产生，不发生散射，空间分辨率取决于单位面积内薄膜晶体管矩阵大小
5、，矩阵越大薄膜晶体管的个数越多，空间分辨率越高，随着工艺的提高可以做到很高的空间分辨率。v由于早期非晶硒平板探测器制作工艺存在缺陷，大面阵探测器的稳定性较差在市场占有率逐年减少，DR市场上主要以非晶硅平板探测器为主。目前非晶硒平板探测器主要用于乳腺DR上。HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.非晶硒平板探测器的优缺点v优点： 1. 转换效率高, 动态范围广； 2. 空间分辨率高； 3. 锐利度好；v缺点： 1. 对X线吸收率低，在低剂量条件下图像质量不能很好的保证，而加大X线剂量，不但加大病源射线吸收，且对X光系统要求过高。2. 硒层对温度敏感
6、，使用条件受限，环境适应性差。HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.直接型-非晶态硒v美国Hologic公司Direct Ray产品指标成像范围35cm x43cm像素数量3560x3072像素尺寸139m空间分辨率3.6Lp/mm成像时间5-7s曝光周期30s像素深度14bitSonialvision Snfire指标成像范围43cm x43cm像素数量2880x2880像素尺寸150m空间分辨率3.3Lp/mm快速R/F切换 0.5s像素深度14bit日本岛津公司HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO.,
7、 LTD.间接型-非晶态硅闪烁体或荧光体层 +非晶硅层（a-Si） （具有光电二极管作用） + TFT阵列HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.间接型-非晶态硅基本工作过程原理：a：入射的X射线图像经碘化铯闪烁晶体转换为可见光图像，b：可见光图像由下一层的非晶硅光电二极管阵列转换为电荷图像c：对电荷信号逐行取出，转换为数字信号，再传送至计算机，从而形成X射线数字图像闪烁体层非晶硅阵列集成电路读出板列驱动板X射线HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.闪烁体v能将在X线照射下激发出可见光的发光晶体物
8、质统称闪烁体或荧光体，v荧光是指在X线激发停止后持续（10-8s）发光的过程v闪烁是指单个高能粒子在闪烁体上瞬时激发的闪光脉冲HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.间接型-闪烁体：硫氧化钆v作用：将X射线光子转化成可见光光子发射特点：成像速度快性能稳定成本较低 层状排布（散射线造成的不清晰度较大） 主要有日本佳能生产的CXDI系列也是唯一能实现移动的X射线探测器HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.间接型-闪烁体：碘化铯v用碘化铯 作为光电装换的介质碘化铯（CsI:T1闪烁体） 连续排列、针状
9、直径约为6-7m 厚度为500-600m 外围用 铊包裹 减少漫射HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.间接型-闪烁体硫氧化钆碘化铯非晶硅 响应2种闪烁体的光谱特性和非晶硅的响应特性 HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.间接型-闪烁体 碘化铯和硫化钆发射光谱与a-Si光电二极管量子效率谱均以波长550nm处出现峰值且具有很好的匹配关系。 使用CsI做涂层的探测器转换效率比硫氧化钆涂层高。可见光HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.影响非晶硅平板
10、探测器的图像质量的因素v-影响非晶硅平板探测器DQE的因素主要有两个方面：闪烁体的涂层和晶体管。首先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，目前常见的闪烁体涂层材料有两种：碘化铯和硫氧化钆。碘化铯对X线的转换效率要高于硫氧化钆，但是碘化铯的成本比较高，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。使用硫氧化钆做涂层的探测器成像速度快，性能稳定，成本较低，但是转换效率不如碘化铯。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。v影响非晶硅平板探测器空间分辨率的因素：由于可
11、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。HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.非晶硅型平板探测器的优缺点v优点： 1. 转换效率高, 动态范围广；2. 空间分辨率高；3. 在低分辨率区X线吸收率高（原因是其原子序数高于非晶硒）；4. 环境适应性强。v缺点： 1. 高剂量时DQE不如非晶硒型；2. 因有荧光转换层故存在轻微散射效应；3. 锐利度相对略低于非晶硒型。HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.T
12、rixell 公司Pixium 4600产品指标v成像范围43cmx43cmv像素数量 3121x3121v像素尺寸143mv空间分辨 3.2Lp/mmv成像时间5-7sv像素深度14bitGE公司 Definium 6000产品指标v成像范围41cmx41cmv像素数量 2000x2000v像素尺寸200mv空间分辨 2.5Lp/mmv成像时间5-7sv像素深度14bitHONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.CCD探测器v反射式HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.2012-02CCD探测器v
13、直射式v光纤式 CCD尺寸小，一般为3-5cm2闪烁体一般为碘化铯 光学纤维 CCD芯片闪烁体一般为碘化铯 光学透镜 CCD芯片HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.2012-02CCD探测器工作原理v采用闪烁体将X线能量转换为可见荧光v采用反射/透镜/光纤进行缩小并传入CCDv产生光生电子，电子数与光子数成正比。并以电荷形式存入存储装置v读取电荷信号，经放大、A/D等处理后生成数字信号HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.平板探测器的主要参数vDQE - Detective Quantum E
14、fficiency 量子探测效率vSR - Spatial Resolution 空间分辨率vMTF - Modulation Transfer Function 调制传递函数vS /N - Signal to Noise ratio 信噪比HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.2012-02量子探测效率-DQE定义：探测器（增感屏，胶片，IP,FPD)探测到的光量子与发射到探测器上的量子数目比通常用 输出信噪比的平方与输入信噪比的平方之比来表示，一般为百分数。 DQE= HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES C
15、O., LTD.2012-02空间分辨率v空间分辨率是指图像每个像素点的大小 特征是调制传递函数 MTF MTF为探测器对比度空间频率转移函数 通常用来表示探测器对于图像细节的分辨能力 在系统应用的空间频率范围内MTF值越高则空间频率特性好 对于影像系统来说可以获得更好的图像对比度。HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.量子检测效率DQE与空间分辨率的关系v-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=S2MFT2/NSPXCvS：信号平均强度
16、，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线量子系数。从公式可以看出在不同的MTF值中对应不同的DQE，也就是说在不同的空间分辨率时有不同的DQE。HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.v-非晶硅平板探测器的极限DQE比较高，但是随着空间分辨率的提高，其DQE下降得较多，而非晶硒平板探测器的极限DQE不如非晶硅平板探测器高，但是随着空间分辨率的提高，其DQE反而超过了非晶硅平板探测器。v这种特性说明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。平板探测类型的选择平板探
17、测类型的选择HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.平板探测器类型的选择v观察和区分不同组织的密度，因此对密度分辨率的要求比较高。宜使用非晶硅平板探测器的DR，这样DQE比较高，容易获得较高对比度的图像v需要对细节要有较高的显像，对空间分辨率的要求很高，因此宜采用非晶硒平板探测器的DR，以获得高空间分辨率的图像。HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.v由于DQE影响图像的对比度，空间分辨率影响图像对细节的分辨能力，在临床应用中用应根据不同的检查部位来选择不同类型的平板探测器，对于像胸部这样的检查，
18、重点在于观察和区分不同组织的密度，因此对密度分辨率的要求比较高，在这种情况下，宜使用非晶硅平板探测器的DR，这样DQE比较高，容易获得较高对比度的图像，更有利于诊断；对于乳腺检查，需要对细节要有较高的显像，对空间分辨率的要求很高因此宜采用非晶硒平板探测器，以获取高空间分辨率的图像，目前绝大多数厂家的数字乳腺机都采用了非晶硒平板探测器。平板探测器类型的选择平板探测器类型的选择HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.其他参数v记忆效应(memory effect)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 一次曝光20S后记忆效应(Sho
19、rt-term memory effect 20s) 如：0.1%一次曝光60S后记忆效应(Short-term memory effect 60s) 如：0.02% v灵敏度（Sensitivity）响应度一定光谱范围内，单位曝光量的输出信号X射线吸收率X射线可见光转换系数填充系数光电二极管光电转换系数 HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.其他参数v探测器图像获取时间探测器预备时间曝光等待时间曝光窗口图像读出时间对于非晶硅探测器典型值为2.8S左右实际一般为56 SHONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.其他参数v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（Detector temperature coefficient)v暗电流无光和电输入下的输出电流。（半导体发热）限制了器件的信号处理能力、动态范围产生噪声和干扰HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.各种DR探测器的比较类型DQEMTF灵敏度记忆效应非晶硒低高低有碘化铯非晶硅高略低高无氧化钆非晶硅低低高无HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.谢谢！
