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1、X射线探测器用射线探测器用a-Si阵列工艺技术的研究阵列工艺技术的研究一、什么是一、什么是X射线射线X射线是一种带有能量的电磁波或辐射。它射线是一种带有能量的电磁波或辐射。它的波长只有一亿万分之一厘米，肉眼是看的波长只有一亿万分之一厘米，肉眼是看不见的。当高速运动的电子碰撞任何形态不见的。当高速运动的电子碰撞任何形态的物质时，的物质时，X光便有可能产生。光便有可能产生。一般一般X射线波长：射线波长：0.001-50nm能量能量:若取若取=0.1nm，光子能量是可见光，光子能量是可见光的的5000 倍倍二、X射线的发现1895年年11月月8日是一个星期五。晚上，德国日是一个星期五。晚上，德国慕尼
2、黑大学的整个校园都沉浸在一片静悄悄的慕尼黑大学的整个校园都沉浸在一片静悄悄的气氛当中，大家都回家度周末去了。气氛当中，大家都回家度周末去了。但是还有一个房间依然亮着灯光。灯光下，但是还有一个房间依然亮着灯光。灯光下，一位年过半百的学者凝视着一叠灰黑色的照相一位年过半百的学者凝视着一叠灰黑色的照相底片在发呆，仿佛陷入了深深的沉思底片在发呆，仿佛陷入了深深的沉思他在思索什么呢？原来，这位学者以前做他在思索什么呢？原来，这位学者以前做过一次放电实验，为了确保实验的精确性，他过一次放电实验，为了确保实验的精确性，他事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得事先用锡纸和硬纸板把各种实验器材都包裹得严严实实
3、。可是现在，他却惊奇地发现，实验严严实实。可是现在，他却惊奇地发现，实验器材附近的东西居然闪烁着荧光！而放电管旁器材附近的东西居然闪烁着荧光！而放电管旁边这叠原本严密封闭的底片，现在也变成了灰边这叠原本严密封闭的底片，现在也变成了灰黑色黑色这说明它们已经曝光了！这说明它们已经曝光了！这个一般人很快就会忽略的现象，却引起这个一般人很快就会忽略的现象，却引起了这位学者的注意，使他产生了浓厚的兴趣。了这位学者的注意，使他产生了浓厚的兴趣。他想：底片的变化，恰恰说明放电管放出了他想：底片的变化，恰恰说明放电管放出了一种穿透力极强的新射线，它甚至能够穿透一种穿透力极强的新射线，它甚至能够穿透装底片的袋子
4、！一定要好好研究一下。不过装底片的袋子！一定要好好研究一下。不过既然目前还不知道它是什么射线，那么就既然目前还不知道它是什么射线，那么就像列方程时一样把它设为像列方程时一样把它设为X吧，就叫它吧，就叫它“X射射线线”好了。这一年的好了。这一年的12月他发表了研究报告。月他发表了研究报告。科学界把发现科学界把发现X射线归功于伦琴，把射线归功于伦琴，把X射线射线也叫做伦琴射线。也叫做伦琴射线。 伦琴先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放伦琴先把一个涂有磷光物质的屏幕放在放电管附近，结果发现屏幕马上发出了亮光。电管附近，结果发现屏幕马上发出了亮光。接着，他尝试着拿一些平时不透光的较轻接着，他尝试着拿一些平
5、时不透光的较轻物质物质比如书本、橡皮板和木板比如书本、橡皮板和木板放到放放到放电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射电管和屏幕之间去挡那束看不见的神秘射线，可是谁也不能把它挡住，在屏幕上几线，可是谁也不能把它挡住，在屏幕上几乎看不到任何阴影，它甚至能够轻而易举乎看不到任何阴影，它甚至能够轻而易举地穿透地穿透15毫米厚的铝板！直到他把一块厚毫米厚的铝板！直到他把一块厚厚的金属板放在放电管与屏幕之间，屏幕厚的金属板放在放电管与屏幕之间，屏幕上才出现了金属板的阴影上才出现了金属板的阴影看来这种射线看来这种射线还是没有能力穿透太厚的物质。还是没有能力穿透太厚的物质。接下来更为神奇的现象发生了，当这位学接
6、下来更为神奇的现象发生了，当这位学者小心翼翼地伸出手掌，试图挡在放电管者小心翼翼地伸出手掌，试图挡在放电管与屏幕之间时，他居然发现自己的手骨和与屏幕之间时，他居然发现自己的手骨和手的轮廓被清晰地映射到了屏幕的上面。手的轮廓被清晰地映射到了屏幕的上面。原来这是这种射线一个更为奇特的性质：原来这是这种射线一个更为奇特的性质：具有相当强度的具有相当强度的X射线，可以使肌体内的骨射线，可以使肌体内的骨骼在磷光屏幕或者照相底片上投下阴影！骼在磷光屏幕或者照相底片上投下阴影！这一发现对于医学的价值可是十分重这一发现对于医学的价值可是十分重要的，它就像给了人们一副可以看穿肌肤要的，它就像给了人们一副可以看穿
7、肌肤的的“眼镜眼镜”，能够使医生的，能够使医生的“目光目光”穿透穿透人的皮肉透视人的骨骼，清楚地观察到活人的皮肉透视人的骨骼，清楚地观察到活体内的各种生理和病理现象。根据这一原体内的各种生理和病理现象。根据这一原理，后来人们发明了理，后来人们发明了X射线机，射线机，X射线已经射线已经成为现代医学中一个不可缺少的武器。成为现代医学中一个不可缺少的武器。 伦琴所拍摄的第一枚伦琴所拍摄的第一枚X射线图片射线图片三、三、X射线成像的特性射线成像的特性穿透性、荧光效应、摄影效应、电穿透性、荧光效应、摄影效应、电离效应离效应 四、简述四、简述X射线成像机的历程射线成像机的历程1913年美国物理学家克里吉制
8、作出与今天年美国物理学家克里吉制作出与今天相同的相同的X射线管，这是一种经过改进的阴极射线管，这是一种经过改进的阴极射线管，从而大大缩短了曝光时间。射线管，从而大大缩短了曝光时间。X射线射线透视检查不仅缩短了诊断骨折、异物的时透视检查不仅缩短了诊断骨折、异物的时间，还为发现肺病出了很大的贡献。间，还为发现肺病出了很大的贡献。 这是这是是用胶片成像的方法。是用胶片成像的方法。胶片技术的示意图胶片技术的示意图X光光源光光源患者患者胶片胶片20世纪中期，人们在成像系统中装上世纪中期，人们在成像系统中装上X-射射线倍增管的图像接收器，可以通过从照相线倍增管的图像接收器，可以通过从照相机中获取的电信号通
9、过一个视频前置放大机中获取的电信号通过一个视频前置放大器处理后可以在屏幕上观看。视频信号可器处理后可以在屏幕上观看。视频信号可以转化成数字形式，以便于数字处理、存以转化成数字形式，以便于数字处理、存储与拷贝。储与拷贝。上面技术还不是纯粹的数字技术，因而在上面技术还不是纯粹的数字技术，因而在20世纪世纪70年代就有人预测会逐步演变产生年代就有人预测会逐步演变产生光电子光电子X光成像技术。光成像技术。数字成像技术拥有快速处理、即时显示图数字成像技术拥有快速处理、即时显示图像、信息存储等优异的功能。像、信息存储等优异的功能。五、五、X线成像的基本原理线成像的基本原理X线之所以能使人体在荧屏上或胶片上
10、形成线之所以能使人体在荧屏上或胶片上形成影像，一方面是基于影像，一方面是基于X线的特性，即其穿透线的特性，即其穿透性、荧光效应和摄影效应；另一方面是基性、荧光效应和摄影效应；另一方面是基于人体组织有密度和厚度的差别。由于存于人体组织有密度和厚度的差别。由于存在这种差别，当在这种差别，当X线透过人体各种不同组织线透过人体各种不同组织结构时，它被吸收的程度不同，所以到达结构时，它被吸收的程度不同，所以到达荧屏或胶片上的荧屏或胶片上的X线量即有差异。这样，在线量即有差异。这样，在荧屏或荧屏或X线上就形成黑白对比不同的影像。线上就形成黑白对比不同的影像。当强度均匀的当强度均匀的X线穿透厚度相等的不同密
11、度线穿透厚度相等的不同密度组织结构时，由于吸收程度不同，在组织结构时，由于吸收程度不同，在X线片线片上或荧屏上显出具有黑白上或荧屏上显出具有黑白(或明暗或明暗)对比、对比、层次差异的层次差异的X线影像。在人体结构中，胸部线影像。在人体结构中，胸部的肋骨密度高，对的肋骨密度高，对X线吸收多，照片上呈白线吸收多，照片上呈白影；肺部含气体密度低，影；肺部含气体密度低，X线吸收少，照片线吸收少，照片上呈黑影。上呈黑影。 X光平板探测器也是应用于这个原理，只是光平板探测器也是应用于这个原理，只是将荧光屏和胶片换成将荧光屏和胶片换成X光信号转换板，这一光信号转换板，这一项技术更新，就使平板探测器（项技术更
12、新，就使平板探测器（FD）技术）技术具备巨大的优势具备巨大的优势利用利用FD技术可以即时技术可以即时采集到患者图像，对图像进行后期处理，采集到患者图像，对图像进行后期处理，轻松保存和传送图像。轻松保存和传送图像。 X光平板探测的控制图光平板探测的控制图X射线射线转换器转换器像素控像素控制回路制回路数字控数字控制接口制接口数据传数据传输输阵阵列列信号控制信号控制回路回路磁带盒磁带盒网络接口网络接口数据接口数据接口 主机主机六、数字式六、数字式X射线机阵列构成射线机阵列构成与与LCD的的TFT构成一致，只不过在构成一致，只不过在TFT上上要加入感光层，而且要加入感光层，而且LCD是用是用TFT做开
13、关控做开关控制像素的明暗状态，而制像素的明暗状态，而X射线机则是用像素射线机则是用像素感知到光在开启感知到光在开启TFT，向主机传递信号。，向主机传递信号。七、数字式七、数字式X射线机的种类及概要射线机的种类及概要目前推出的产品可归纳为间接型与直接型两目前推出的产品可归纳为间接型与直接型两种，间接型者由探测器矩阵（种，间接型者由探测器矩阵（detector matrix）组成。其区分是根据存储在每个）组成。其区分是根据存储在每个像素上存储电容上的成像信号如何通过入射像素上存储电容上的成像信号如何通过入射-X射线辐射产生来区分的。射线辐射产生来区分的。间接型探测器是在有源矩阵上放置一间接型探测器
14、是在有源矩阵上放置一层合适厚度的发光材料的形式。阵列层合适厚度的发光材料的形式。阵列每个像素上放置由薄膜非晶态硅制成每个像素上放置由薄膜非晶态硅制成的光电二极管，用以将光转换成电荷的光电二极管，用以将光转换成电荷沉积。在光电二极管矩阵上被覆有掺沉积。在光电二极管矩阵上被覆有掺铊的碘化铯铊的碘化铯CsI（Tl）闪烁光电晶）闪烁光电晶体。体。透过被检体后的入射透过被检体后的入射X线，激发光电二线，激发光电二极管产生光电流，随之就在光电二极管自极管产生光电流，随之就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷。每一像素身的电容上积分形成储存电荷。每一像素的储存电荷量和与之对应范围内的入射的储存电荷量和与
15、之对应范围内的入射X线线光子能量与数量成正比。光子能量与数量成正比。直接型者则是在每一个像素上均匀沉积一直接型者则是在每一个像素上均匀沉积一层合适厚度的光电导材料形成的。用非晶层合适厚度的光电导材料形成的。用非晶态硒涂覆在态硒涂覆在TFT阵列上。透过被检体后的入阵列上。透过被检体后的入射射X线在硒层中产生电子线在硒层中产生电子-空穴对，在外施空穴对，在外施偏压的电场作用下，电子和空穴向相反方偏压的电场作用下，电子和空穴向相反方向移动形成电流，随之在向移动形成电流，随之在TFT积分形成储存积分形成储存电荷。其原理与干板静电摄影近似，所不电荷。其原理与干板静电摄影近似，所不同者在于借助有源阵列输出而非干板静电同者在于借助有源阵列输出而非干板静电摄影靠带电碳粉显影，从而达到即时输出摄影靠带电碳粉显影，从而达到即时输出图像。图像。
