进入电子暗盒(片盒)时代的DR无线平板探测器

进入电子片盒时代的DR平板探测器

影像技术学教授曹厚德（文本上传已征得曹教授同意）

探测器是DR摄影系统中的关键部件，其制造技术自然为核心技术。上世纪90年代起，我国的制造业已具备一定的基础，且知识产权意识也进一步加强，在引进技术的同时，开始注重自主研发。进入21世纪，一批海归精英相聚一起，开始着手进行平板探测器的自主研发与生产。

一历史回眸

上世纪八十年代中后期，在一次与国外专家的学术交流中，一位外国专家介绍了他以“电子片盒（Electronic Cassette）”命名的平板探测器研究成果。当时笔者对这位专家的成果非常钦佩，但对其名称持不同观点。分歧在于当时的平板探测器既有“辫子”（电源输入线）又有“尾巴”（信号输出线），因此其使用方便程度肯定与传统的片盒不同。经过热烈的讨论后形成的共识是：电子片盒是平板探测器的发展方向。时至今日，电子片盒的愿景已实现，回顾其发展历程，不无借鉴。

自从X线进入临床应用的近百年历史中，增感屏—胶片—片盒“三位一体”的模式一直是图像记录的主要技术方法。20世纪80年代，CR登堂入室使X线摄影从此进入数字化时代。但是，X线摄影的纪录介质（X线胶片、增感屏、CR成像板）的外形尺寸都依旧遵循ISO-4090标准。时至今日，X线机的片盒承载盘（cassette tray）尺寸符合ISO-4090标准的X线机仍在世界范围的发展中国家/地区大量生产和销售。平板探测器DR问世后，在其发展进程中，可兼容传统X线机片盒承载盘及无线传输的特点成为业界关注的热点，因为此时的DR已与传统的片盒、CR成像板的技术方式接近。但是尚若干主要技术瓶颈有待克服，导致这种平板探测器仍然无法像片盒一样可以随意在任何X线机和任何条件下操作。

二实施电子暗盒的技术瓶颈及克服

（一）.体积的小型化

由于集成电路技术水平的限制，平板探测器的信号读出和处理的电路系统，还需较大的体积和比较严苛的散热条件，导致当时所有的平板探测器都无法按照ISO-4090的标准设计尺寸。

进入21世纪之后，电子技术的发展带来模拟前端芯片的逐渐小型化和高度集成化，可编程逻辑阵列（FPGA）之类的技术也开始在消费电子，汽车电子等领域应用，促进将电子设备的尺寸逐渐缩小。相同的故事也发生在放射影像领域，首次将平板探测器的尺寸缩小到片盒尺寸。

（二）.曝射的自动同步控制

DR技术由于薄膜晶体管（TFT）结构在没有X线照射的情况下仍然会积累暗电流因而造成图像伪影，所以DR探测器需随时和高压发生器沟通曝射的顺序，以保证X线产生之前暗电流被清除干净。这种工作机制导致平板探测器一直需要一根通讯线和高压发生器之间在曝射时序上握手，限制了一块平板只能在一台特定x线机上使用，无法像片盒一样自由移动。

克服此瓶颈的第一个突破口出现在2012年，“一种数字摄影自动曝光控制装置及控制方法”的专利在中国提交并在2013年获得公示，首次在有线探测器上应用这种无需曝射同步的探测器技术开始在不少国际厂家逐步采用类似的技术并形成了一个等效的名词：AED(automatic exposure detection)。这是我国科技工作者在此领域作出的重大贡献。目前平板探测器主流的技术有两类，①中心区域受照射可触发采集；②全幅面受照射可触发采集,。这种全幅面触发的AED技术适合在儿科、四肢等专科领域应用，在照射野偏离平板中心的情况下特别适用。

（三）.内置wifi传输

由于DR平板探测器自身并不具备图像存储和处理能力，拍摄完成后图像需通过有线网络传输到PC,通过PC图像工作站进行图像处理。所以也导致平板探测器和PC之间必须有物理连线，限制了平板探测器的移动。因此第一代无线平板探测器仍需要一台无线AP来为平板探测器提供无线网络，这就限制了在没有wifi基础设施的病房的应用，以及在没有配置AP的移动拍片机改造上，这种无线探测器很难直接替换片盒或CR的成像板。

解决途径为平板探测器必须自身成为wifi路由器，平板电脑工作站可以连接到平板探测器提供的wifi 上，目前这种方式已经逐渐成为当前电子片盒的主流应用模式。

（四）.图像存储和智能处理

无论片盒还是CR成像板，都能自身存储一张X线片的介质。通过wifi传输图像的电子片盒如遇到无线信号不良的情况，平板探测器仍然必须保证诊断图像的数据安全。所以平板内部存储图像成为一个必须的技术方法。

当前Flash存储器在智能化手机，平板电脑上已经大量应用。同理目前主流的电子片盒式平板探测器的内部图像存储都至少在50幅以上。

当前已解决了上述4个技术瓶颈的平板探测器结构如（图1），这就构成了一个真正意义上的“电子片盒”。

（图1）真正意义上的电子片盒平板探测器示意图

由于上述技术瓶颈的逐一克服，使DR真正进入电子片盒时代。

操作人员可以像曾经使用传统片盒一样摆位拍摄，既可以在病房wifi环境不良时，使用平板自身AP 给平板电脑预览图像，或将平板带到护士站的工作计算机上集中读出图像，又可以在病房wifi良好时直接将图像通过网络无线传输到图像工作站和PACS。

三电子片盒DR临床应用的优越性

电子片盒时代的DR使X线摄影在临床医学中发挥的作用更大，是毋庸置疑的。其主要优越性除图像质量的提高外，应为促进X线摄影流程的优化。此外，还适用于各种容量级别及不同型号的X线机（图2）。

图2：各种图像记录介质的不同工作流程。

（完）