平板探测器的原理及应用
平板探测器的原理及应用
平板探测器的原理及应用1. 简介平板探测器是一种常用于科学研究和工业应用的探测器，其原理基于能量的转换和信号的放大，可以实现对多种物理量或信号的检测和测量。
本文将介绍平板探测器的原理和应用领域。
2. 原理平板探测器的工作原理基于能量的转换，通过将被测量的物理量转换为电荷或电压信号来实现信号的采集和处理。
2.1 材料选择平板探测器的材料选择非常重要，常见的材料有硅(Si)、镓(GaAs)、硅锗(Ge)等。
这些材料具有良好的导电性能和较高的灵敏度，能够实现高效的能量转换。
2.2 结构设计平板探测器通常由P型半导体和N型半导体组成的PN结构构成。
当外加电压施加于其上时，形成电场，当有质子或光子等粒子进入探测器时，引起PN结内的电离和电荷产生。
这些电荷会在电场的驱动下漂移至电极，产生电流或电压信号。
3. 应用领域平板探测器由于其灵敏度高、响应快等特点，在许多领域得到广泛应用。
3.1 核物理平板探测器在核物理研究中扮演着重要角色，因为它能够探测到高能粒子、射线等。
在核物理实验中，平板探测器可以用于测量实验样品中的粒子能谱、运动轨迹以及粒子的电荷和能量等信息。
3.2 生命科学在生命科学研究中，平板探测器可用于细胞测量、蛋白质分析，甚至用于药物研发和基因检测等领域。
平板探测器能够提供准确的数据，并帮助科学家更好地了解生命现象。
3.3 材料科学平板探测器在材料科学中被广泛应用于材料分析和性能测试等。
通过对材料中的粒子进行测量和分析，可以评估材料的成分、结构和性能，从而指导材料的制备过程和应用。
3.4 辐射检测平板探测器能够探测和测量各种辐射，包括射线、γ射线、X射线等。
在辐射监测和辐射治疗等领域，平板探测器可用于监测辐射剂量，确保人员和环境的安全。
4. 总结平板探测器是一种重要的科学仪器，其原理基于能量的转换和信号的放大。
通过选择适当的材料和合理的结构设计，可以实现高效、准确的信号检测和测量。
平板探测器在核物理、生命科学、材料科学和辐射检测等领域都有广泛的应用。
平板探测器的工作原理及优缺点1
平板探测器的工作原理及优缺点（一）碘化铯/非晶硅型：概括原理：X线先经荧光介质材料转换成可见光，再由光敏元件将可见光信号转换成电信号，最后将模拟电信号经A/D转换成数字信号。
具体原理：1、曝光前，先使硅表面存储阳离子而产生均一电荷，导致在硅表面产生电子场;2、曝光期间，在硅内产生电子-空穴对，且自由电子游离到表面，导致在硅表面产生潜在的电荷影像，在每一点上电荷密度与局部X线强度相当。
3、曝光后，X线图像被储存在每一个像素中；4、半导体转换器读出每一个素，完成模数转换。
优点：1、转换效率高；2、动态范围广；3、空间分辨率高；4、在低分辨率区X线吸收率咼（原因是其原子序数咼于非晶硒）；5、环境适应性强。
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。
（二）非晶硒型概括原理：光导半导体直接将接收的X线光子转换成电荷，再由薄膜晶体管阵列将电信号读出并数字化。
具体原理:1、X线入射光子在非晶硒层激发出电子-空穴对；2、电子和空穴在外加电场的作用下做反向运动，产生电流，电流的大小与入射的X 线光子数量成正比；3、这些电流信号被存储在TFT的极间电容上，每一个TFT和电容就形成一个像素单元。
优点：1、转换效率高；2、动态范围广；3、空间分辨率高；4、锐利度好；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，使用条件受限，环境适应性差。
（三）CCD型CCD感光原件是在晶圆上（Circular disk）藉由加工技术『蚀刻』出来（见上图）。
90年代初期CCD规格较没有统一，因此呈现混乱的局面，特别是发展厂商希望以不同的生产技术和切割方式创造最佳利润，以至于特殊规格出现导致例外的发展。
概括原理：由增感屏作为X线的交互介质，加CCD来数字化X线图像。
具体原理：以MOS!容器型为例：是在P型Si的表面生成一层SiO2,再在上面蒸镀一层多晶硅作为电极，给电极P型Si衬底加一电压，在电极下面就形成了一个低势能区，即势阱。
平板探测器ct原理
平板探测器ct原理
平板探测器CT原理是指一种基于平板探测器的计算机断层扫描（CT）成像技术。
该技术主要基于X射线的能量与物质的吸收关系，将人体或物体进行多个角度的扫描，通过计算机对数据进行重建，最终得到三维图像。
平板探测器是一种新型的X射线探测器，由许多微小的像素组成，具有高分辨率和高效率的特点。
在CT扫描中，平板探测器产生的电
信号将被转换为数字信号，传递给计算机进行图像重建。
与传统的旋转式探测器不同，平板探测器CT在成像角度、分辨
率和吸收率上都具有更高的效率。
同时，由于平板探测器无需移动，所以可以大大减少成像时间和辐射剂量。
总之，平板探测器CT技术是一种快速、准确、低辐射的成像技术，具有广泛的应用前景，可用于医学、生物学、材料科学等领域的研究和应用。
- 1 -。
平板探测器的原理及应用
平板探测器的原理及应用
平板探测器中的电离辐射会通过探测电极产生电离电子和正离子，电离电子和正离子分别向两个不同的方向运动，由于探测电极上的电位差，会使得电离电子和正离子受到电场力的作用向探测电极移动。
当电离粒子通过探测电极时，会引起电荷耦合效应，形成电子-空穴对，从而产生一个电荷脉冲信号。
在核科学上，平板探测器被用于测量原子核的衰变，分析放射性同位素的特性和测量核反应截面等。
在医学诊断上，平板探测器被用于放射性核素的摄取和分布的测量，如核医学诊断中的放射性核素显像。
在辐射防护中，平板探测器被用于监测环境中的辐射水平，评估辐射安全性。
在生物学研究中，平板探测器被用于研究辐射对生物体的影响，如细胞辐射治疗和基因突变的研究。
在材料分析中，平板探测器被用于测量材料中的辐射损伤和材料中的杂质。
此外，平板探测器还可以用于探测宇宙线、太阳风和宇宙微射线等天文学研究。
总之，平板探测器通过测量电离辐射产生的电荷脉冲信号来实现对电离辐射能量和粒子数目的测量。
由于其结构紧凑、易于制造和使用以及精确的测量能力，平板探测器被广泛应用于核科学、医学诊断、辐射防护、生物学研究和材料分析等领域中。
直接平板探测器的工作原理
直接平板探测器的工作原理
直接平板探测器是一种广泛应用于粒子探测的探测器，其工作原理如下：
1. 探测介质：直接平板探测器一般由半导体材料（如硅）制成。
硅具有较高的电子运动率和较小的禁带宽度，适合用于粒子探测。
2. 探测电荷：当粒子进入探测器并与探测介质发生相互作用时，会产生电离效应。
这些电离效应会导致探测介质中的原子或分子失去或获得电荷。
3. 电荷收集：探测器内部设置有电场，可以将电离效应引起的电子和正孔分离。
由于电子和正孔具有相反的电荷，它们会朝着相反的方向移动。
4. 电流测量：探测器两端设置了电极，可以测量电子和正孔在探测介质中移动产生的电流。
电流信号的大小与粒子在探测介质中产生的电离效应数量有关，从而可以反映粒子的能量和轨迹等信息。
5. 信号处理：探测器测得的电流信号会经过放大、滤波和数字化等处理，进而可以通过计算机或其他数据采集系统处理和分析，得到粒子的相关信息。
平板DR探测器结构及其成像原理（天地智慧）
平板DR探测器原理(天地智慧医疗)从 1995年RSNA上推出第一台平板探测器（Flat Panel Detector）设备以来，随着近年平板探测技术取得飞跃性的发展，在平板探测器的研发和生产过程中，平板探测技术可分(天地智慧医疗)为直接和间接两类。
（一）间接能量转换(天地智慧医疗)间接FPD的结构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。
其原理为闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，最后获得数字图像。
在间接FPD的图像采集中，由于有转换为可见光的过程，因此会有光的散射问题，从而导致图像的空间分辨率极对比度解析能力的降低。
换闪烁体目前主要有碘化铯(CsI，也用于影像增强器)，荧光体则有硫氧化钆(GdSO，也用于增感屏)，采用CsI+a-Si+TFT结构的有Trixell、瓦里安和GE公司等，而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon等。
1、碘化铯 ( CsI ) + a-Si + TFT ：当有 X 射线入射到 CsI 闪烁发光晶体层时，X 射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流, 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷. 每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射 X 射线光子能量与数量成正比。
发展此类技术的有法国 Trixell 公司解像度 143um2 探测器 ( SIEMENS、Philips、汤姆逊合资 ) 、美国 GE 解像度 200um2 探测器 ( 收购的 EG & G 公司 ) 等。
其原理见右图。
Trixell公司（目前有西门子、飞利浦、等厂家使用，成本约9.5万美金）用的是Csl柱状晶体结构的闪烁体涂层，此种结构可以减少可见光的闪射，但由于工艺复杂难以生成大面积平板，所以采用四块小板拼接成17″×17″大块平板，拼接处图像由软件弥补。
DR平板探测器
2012-02
HONGXIN COMMUNICATION TECHNOLOGIES CO., LTD.
量子检测效率DQE不空间分辨率的关系
-对于同一种平板探测器，在丌同的空间分辨率时，其 DQE是变化的，极限的DQE高，丌等于在仸何空间分辨 率时DQE都高，DQE的计算公式如下： DQE=S2×MFT2/NSP×X×C S：信号平均强度，MFT是调制传逑函数，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 可以看出在丌同的MTF值中对应丌同的DQE，也就是说在 丌同的空间分辨率时有丌同的DQE。
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间接型-闪烁体：硫氧化钆 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
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典型的平板型DR组成
X线高压发生器
产生高压（高压，灯丝，高压整流，交换闸）
X线球管
产生X射线
准直器
减少散射线控制照射野
平板探测器
将X射线转换成已处理的电信号
图像后处理系统
A/D转换，图像预处理，图像重建等
GE公司
Definium 6000产品指标 成像范围 41cmx41cm 像素数量 2000x2000 像素尺寸 200μm 空间分辨 2.5Lp/mm 成像时间 5-7s 像素深度 14bit
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平板探测器
从1995年RSNA上推出第一台平板探测器（Flat Panel Detector）设备以来，随着近年平板探测技术取得飞跃性的发展，在平板探测器的研发和生产过程中，平板探测技术可分为直接和间接两类。
（一）间接能量转换间接FPD的结构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。
其原理为闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，最后获得数字图像。
在间接FPD的图像采集中，由于有转换为可见光的过程，因此会有光的散射问题，从而导致图像的空间分辨率极对比度解析能力的降低。
换闪烁体目前主要有碘化铯(CsI，也用于影像增强器)，荧光体则有硫氧化钆(GdSO，也用于增感屏)，采用CsI+a-Si+TFT结构的有Trixell和GE公司等，而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon和瓦里安公司等。
1、碘化铯( CsI ) + a-Si + TFT ：当有X 射线入射到CsI 闪烁发光晶体层时，X 射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流, 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷. 每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射X 射线光子能量与数量成正比。
发展此类技术的有法国Trixell 公司解像度143um2 探测器( SIEMENS、Philips、汤姆逊合资) 、美国GE 解像度200um2 探测器( 收购的EG & G 公司) 等。
其原理见右图。
Trixell公司（目前有西门子、飞利浦、万东、上医厂、长青、泛太平洋等厂家使用，成本约9.5万美金）用的是Csl柱状晶体结构的闪烁体涂层，此种结构可以减少可见光的闪射，但由于工艺复杂难以生成大面积平板，所以采用四块小板拼接成17″×17″大块平板，拼接处图像由软件弥补。
GE、佳能（佳能、东芝、岛津使用）的平板是使用Csl或Gd2O2S:Tb涂层，因不是柱状晶体结构，所以能量损失较Trixell 严重。
平板DR探测器结构及其成像原理(天地智慧)
平板DR探测器原理(天地智慧医疗)从 1995年RSNA上推出第一台平板探测器（Flat Panel Detector）设备以来，随着近年平板探测技术取得飞跃性的发展，在平板探测器的研发和生产过程中，平板探测技术可分(天地智慧医疗)为直接和间接两类。
（一）间接能量转换(天地智慧医疗)间接FPD的结构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。
其原理为闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，最后获得数字图像。
在间接FPD的图像采集中，由于有转换为可见光的过程，因此会有光的散射问题，从而导致图像的空间分辨率极对比度解析能力的降低。
换闪烁体目前主要有碘化铯(CsI，也用于影像增强器)，荧光体则有硫氧化钆(GdSO，也用于增感屏)，采用CsI+a-Si+TFT结构的有Trixell、瓦里安和GE公司等，而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon等。
1、碘化铯 ( CsI ) + a-Si + TFT ：当有 X 射线入射到 CsI 闪烁发光晶体层时，X 射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流, 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷. 每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射 X 射线光子能量与数量成正比。
发展此类技术的有法国 Trixell 公司解像度 143um2 探测器 ( SIEMENS、Philips、汤姆逊合资 ) 、美国 GE 解像度 200um2 探测器 ( 收购的 EG & G 公司 ) 等。
其原理见右图。
Trixell公司（目前有西门子、飞利浦、等厂家使用，成本约9.5万美金）用的是Csl柱状晶体结构的闪烁体涂层，此种结构可以减少可见光的闪射，但由于工艺复杂难以生成大面积平板，所以采用四块小板拼接成17″×17″大块平板，拼接处图像由软件弥补。
平板探测器性能测试及应用研究
平板探测器性能测试及应用研究平板探测器性能测试及应用研究摘要：平板探测器是一种广泛应用于物理实验和工程领域的重要探测器。
本文就平板探测器的性能测试及应用进行了研究。
首先介绍了平板探测器的基本结构和工作原理，然后对其性能测试方法进行了探讨，包括电离辐射测量、分辨率测试、线性范围测试、噪声水平测试等。
最后，对平板探测器的应用进行了探索和分析，包括核物理实验中的应用、医学成像领域中的应用、空间探测和辐射监测等领域的应用。
通过对平板探测器的性能测试和应用研究，可以更好地了解其潜力和局限，为其在各领域的应用提供理论指导和技术支持。
1. 引言平板探测器是一种半导体探测器，利用感应电荷和电流产生的方法测量辐射的性质和强度。
它具有结构简单、响应速度快、能量分辨率高等优点，因此在物理实验和工程领域得到广泛应用。
为了更好地了解平板探测器的性能和应用，本文对其进行了深入的研究和分析。
2. 平板探测器的基本结构和工作原理平板探测器由P型和N型半导体材料组成，两者之间通过P-N 结连接。
当探测器受到辐射或粒子作用时，会产生离子化，使得P-N结区域中的电荷发生移动，产生电流。
通过测量这个电流的强度和性质，就可以确定辐射的能量和性质。
3. 平板探测器的性能测试方法为了评估平板探测器的性能，需要进行一系列的测试。
首先是电离辐射测量，通过测量在探测器中产生的电荷量和电流，来确定辐射的能量和强度。
其次是分辨率测试，用于评估平板探测器对不同能量的辐射的分辨能力。
然后是线性范围测试，用于确定平板探测器在不同辐射强度下的线性响应范围。
最后是噪声水平测试，用于评估平板探测器的噪声水平，以确定信号检测的可靠性和准确性。
4. 平板探测器的应用研究平板探测器在各个领域都有广泛的应用。
首先是核物理实验中的应用，可以用于测量辐射源的能量和强度，研究核反应和粒子物理现象等。
其次是医学成像领域中的应用，可以用于X射线和伽马射线的检测和成像，帮助医生做出诊断。
平板探测器的原理及应用ppt课件
2
DQE=
S out
N out
2
Sin N in
26
量子探测效率-DQE
– CCD
7
直接型-非晶态硒
典型结构： ①非晶硒层（a-Se）
光电导材料
②薄膜半导体阵列
（Thin Film Transistor array， TFT）
• 尺寸数十厘米
8
非晶硒型成像原理
• 向非晶硒层加正向偏置电 压（0-5kv），即预置初始 状态。
• X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。
• 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。
24
平板探测器的主要参数
• DQE --- Detective Quantum Efficiency 量子探测效率
• SR --- Spatial Resolution 空间分辨率
• 相对于线阵探测器
– 提高图像的读出速度 – 减少X线曝光时间
线阵扫描探测器
平板探测器
3
平板探测器的应用
4
平板探测器的典型结构
5
典型的平板型DR组成
• X线高压发生器
– 产生高压（高压，灯丝，高压整流，交换闸）
• X线球管
– 产生X射线
• 准直器
– 减少散射线控制照射野
• 平板探测器
– 将X射线转换成已处理的电信号
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间接型-闪烁体：碘化铯
• 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 直径约为6-7μm 厚度为500-600μm 外围用 铊包裹 减少漫射
微观DR核心部件 认识更适合国人的CCD探测器
微观DR核心部件认识更适合国人的CCD探测器随着医学科技的不断发展，人们对健康的关注度也越来越高，从而各种现代科技的医疗设备受到市场的关注。
我们都知道各种DR给临床医学和我们的生活带来了极大的便利，它已成为现代人类不可缺少的设备。
认识DR就要认识一下DR的核心部件—平板探测器，从能量转换方式来看可以分为两种：间接转换平板探测器(indirect FPD)和直接转换平板探测器(direct FPD)。
平板探测器的原理及性能分析1、间接转换平板探测器间接FPD的结构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。
其原理为闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，最后获得数字图像。
间接转换平板探测器通常有以下几种结构：①碘化铯+非晶硅(a-Si)+TFT：当有X射线入射到碘化铯（CsI )闪烁发光晶体层时，X 射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流, 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷。
每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射 X 射线光子能量与数量成正比。
②硫氧化+非晶硅(a-Si)+TFT：利用感屏材料硫氧化钆(Gd2O2S)来完成X射线光子至可见光的转换过程。
③碘化铯/硫氧化钆(Gd2O2S)+透镜/光导纤维 + CCD/CMOS：X射线先通过闪烁体或荧光体构成的可见光转换屏，将X射线光子变为可见光图像，而后通过透镜或光导纤维将可见光图像送至光学系统，由CCD采集转换为图像电信号。
④碘化铯(Gd2O2S)+CMOS：此类技术受制于间接能量转换空间分辨率较差的缺点，虽利用大量低解像度 CMOS探头组成大面积矩阵，尚无法有效与TFT平板优势竞争。
2、直接转换平板探测器直接转换平板探测器主要是由非晶硒层(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。
平板探测器知识
平板探测器知识（一）在数字化摄片中，X线能量转换成电信号是通过平板探测器来实现的，所以平板探测器的特性会对DR图像质量产生比较大的影响。
选择DR必然要考虑到平板探测器的选择。
平板探测器的性能指标会对图像产生很大的影响，医院也应当根据实际需要选择适合自己的平板探测器。
DR平板探测器可以分为两种：非晶硒平板探测器和非晶硅平板探测器，从能量转换的方式来看，前者属于直接转换平板探测器，后者属于间接转换平板探测器。
非晶硒平板探测器主要由非晶硒层TFT构成。
入射的X射线使硒层产生电子空穴对，在外加偏压电场作用下，电子和空穴对向相反的方向移动形成电流，电流在薄膜晶体管中形成储存电荷。
每一个晶体管的储存电荷量对应于入射X射线的剂量，通过读出电路可以知道每一点的电荷量，进而知道每点的X线剂量。
由于非晶硒不产生可见光，没有散射线的影响，因此可以获得比较高的空间分辨率。
非晶硅平板探测器由碘化铯等闪烁晶体涂层与薄膜晶体管或电荷耦合器件或互补型金属氧化物半导体构成它的工作过程一般分为两步，首先闪烁晶体涂层将X线的能量转换成可见光；其次TFT或者CCD，或CMOS将可见光转换成电信号。
由于在这过程中可见光会发生散射，对空间分辨率产生一定的影响。
虽然新工艺中将闪烁体加工成柱状以提高对X线的利用及降低散射，但散射光对空间分辨率的影响不能完全消除。
不同平板探测器的比较评价平板探测器成像质量的性能指标主要有两个：量子探测效率和空间分辨率。
DQE决定了平板探测器对不同组织密度差异的分辨能力；而空间分辨率决定了对组织细微结构的分辨能力。
考察DQE和空间分辨率可以评估平板探测器的成像能力。
（1）影响平板探测器DQE的因素在非晶硅平板探测器中，影响DQE的因素主要有两个方面：闪烁体的涂层和将可见光转换成电信号的晶体管。
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。
非晶硅平板探测器的工作原理
非晶硅平板探测器的工作原理
非晶硅平板探测器的工作原理基于光电转换过程。
当探测器受到入射射线时，射线激发探测器中的原子产生电子-空穴对，即载流子。
这些载流子随后向
两侧扩散，并被探测器中的电场收集。
由于非晶硅平板探测器的探测层材料为非晶硅，因此载流子扩散距离较小，一般小于10微米。
探测器中的电场
会使得电子和空穴分别向N型层和P型层集中，从而产生空间电荷区。
这
个空间电荷区主要位于探测器底部，使得整个探测器呈现电容器的结构，可以将探测到的信号电荷收集起来，并将其转换为放大电流信号。
非晶硅平板探测器的放大电流信号随着探测器中电场强度、电压等因素的变化而变化。
通过控制探测器中的电压，可以控制探测器的增益和响应速度。
这种探测器最终实现对入射射线的探测，将X射线转换为可见光，通过感应穿过物体的X射线强度，赋予图像不同灰度的等级，使人可以观察到图像。
以上内容仅供参考，如需更多信息，建议查阅非晶硅平板探测器相关文献或咨询相关学者。
无线平板探测器的原理
无线平板探测器的原理无线平板探测器是一种利用无线电波技术来探测和测量物体位置、尺寸和运动状态的设备。
它主要由无线电收发模块、处理单元和平板天线组成。
下面将详细介绍无线平板探测器的原理和工作方式。
1. 无线电波传播无线平板探测器利用无线电波在空间中传播的特性进行探测。
无线电波是由电磁场变化产生的电磁波，其传播速度与光速相同。
无线电波的传播可通过调制和解调技术来实现信息传输。
2. 探测原理无线平板探测器通过发射一定频率的无线电波，并接收由物体反射回来的信号，从而实现对物体位置、尺寸和运动状态的探测。
当发射的无线电波遇到物体时，会发生散射、反射和绕射等现象。
探测器利用这些现象来对物体进行探测和测量。
3. 无线电收发模块无线平板探测器的无线电收发模块是探测器的核心部分，主要用于发射和接收无线电波。
无线收发模块通常由射频发射器和射频接收器组成。
发射器将输入的电信号转换为对应频率的无线电波，并通过平板天线发射出去。
接收器则接收反射回来的信号，并将其转换为电信号。
4. 处理单元处理单元是无线平板探测器的主要控制和处理部分，负责控制无线电收发模块的工作，并对接收到的信号进行分析和处理。
根据探测需要，处理单元可以实现信号的滤波、增益调整、解调和数字化等功能。
同时，处理单元还可以通过算法和模型对接收到的信号进行分析和处理，从而得到所需的物体位置、尺寸和运动状态等信息。
5. 平板天线平板天线是无线平板探测器的发射和接收装置。
它通过发射和接收无线电波来实现对物体的探测。
平板天线通常采用定向天线，可以将无线电波的辐射和接收方向进行控制。
根据探测要求，可以设计不同形状和尺寸的平板天线，以实现不同的探测和测量需求。
6. 工作原理无线平板探测器的工作原理可以分为发射和接收两个过程。
首先，发射器将输入的信号转换为一定频率的无线电波，并通过平板天线发射出去。
然后，无线电波遇到物体时，部分能量将被物体吸收，部分能量将发生散射、反射和绕射等现象。
平板探测器原理
从1995年RSNA上推出第一台平板探测器（Flat Panel Detector）设备以来，随着近年平板探测技术取得飞跃性的发展，在平板探测器的研发和生产过程中，平板探测技术可分为直接和间接两类。
（一）间接能量转换间接FPD的结构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。
其原理为闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，最后获得数字图像。
在间接FPD的图像采集中，由于有转换为可见光的过程，因此会有光的散射问题，从而导致图像的空间分辨率极对比度解析能力的降低。
换闪烁体目前主要有碘化铯(CsI，也用于影像增强器)，荧光体则有硫氧化钆(GdSO，也用于增感屏)，采用CsI+a-Si+TFT结构的有Trixell和GE公司等，而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon和瓦里安公司等。
1、碘化铯( CsI ) + a-Si + TFT ：当有X 射线入射到CsI 闪烁发光晶体层时，X 射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流, 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷. 每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射X 射线光子能量与数量成正比。
发展此类技术的有法国Trixell 公司解像度143um2 探测器( SIEMENS、Philips、汤姆逊合资) 、美国GE 解像度200um2 探测器( 收购的EG & G 公司) 等。
其原理见右图。
Trixell 公司（目前有西门子、飞利浦、万东、上医厂、长青、泛太平洋等厂家使用，成本约9.5万美金）用的是Csl柱状晶体结构的闪烁体涂层，此种结构可以减少可见光的闪射，但由于工艺复杂难以生成大面积平板，所以采用四块小板拼接成17″×17″大块平板，拼接处图像由软件弥补。
平板探测器工作原理
平板探测器工作原理平板探测器是一种用于探测和测量辐射的装置，广泛应用于核能领域、医学影像学、天文学等领域。
它的工作原理是基于辐射与物质相互作用的过程。
平板探测器的核心部件是一块具有正、负电极的探测器晶片，通常由硅或硒化锌等材料制成。
当辐射射线通过探测器晶片时，它与晶片内的原子核或电子发生相互作用，引起能量损失。
这些能量损失将被转化为电信号，并通过正、负电极之间的电场收集和放大。
平板探测器的工作原理可以通过以下几个步骤来解释：1. 能量沉积：当辐射射线通过探测器晶片时，它与晶片内的原子核或电子碰撞，引起能量沉积。
能量沉积越大，探测器晶片中的电子数目越多。
2. 电离产生：能量沉积导致探测器晶片中的原子被激发或电离，释放出自由电子和空穴。
这些自由电子和空穴被电场推动向探测器晶片的正、负电极运动。
3. 电荷收集：自由电子和空穴通过电场被推向探测器晶片的正、负电极。
正、负电极之间的电位差导致电子和空穴被加速，提高它们的能量，并最终导致它们在电极上形成脉冲信号。
4. 信号放大：探测器晶片上形成的电子和空穴脉冲信号被传输到信号放大器中，在那里被放大，使其可以被进一步测量和分析。
平板探测器的灵敏度和分辨率与多种因素相关，如探测器晶片的材料属性、电场设置、能量沉积和电荷收集效率等。
探测器晶片的材料属性决定了它的能量沉积和电离产生能力，而电场设置则影响了电子和空穴的移动速度和方向，从而影响了电荷收集效率。
通过适当设计探测器晶片的结构和电场分布，可以提高平板探测器的灵敏度和分辨率。
总之，平板探测器工作原理是基于辐射与物质相互作用的过程。
它利用探测器晶片中的能量沉积和电荷收集过程来测量辐射的能量和强度。
通过优化探测器晶片的设计和电场设置，可以提高平板探测器的性能，实现更高的灵敏度和分辨率。
平板探测器知识
（一）在数字化摄片中，X线能量转换成电信号是通过平板探测器来实现的，所以平板探测器的特性会对DR图像质量产生比较大的影响。
选择DR必然要考虑到平板探测器的选择。
平板探测器的性能指标会对图像产生很大的影响，医院也应当根据实际需要选择适合自己的平板探测器。
DR平板探测器可以分为两种：非晶硒平板探测器和非晶硅平板探测器，从能量转换的方式来看，前者属于直接转换平板探测器，后者属于间接转换平板探测器。
非晶硒平板探测器主要由非晶硒层TFT构成。
入射的X射线使硒层产生电子空穴对，在外加偏压电场作用下，电子和空穴对向相反的方向移动形成电流，电流在薄膜晶体管中形成储存电荷。
每一个晶体管的储存电荷量对应于入射X射线的剂量，通过读出电路可以知道每一点的电荷量，进而知道每点的X线剂量。
由于非晶硒不产生可见光，没有散射线的影响，因此可以获得比较高的空间分辨率。
非晶硅平板探测器由碘化铯等闪烁晶体涂层与薄膜晶体管或电荷耦合器件或互补型金属氧化物半导体构成它的工作过程一般分为两步，首先闪烁晶体涂层将X线的能量转换成可见光；其次TFT或者CCD，或CMOS将可见光转换成电信号。
由于在这过程中可见光会发生散射，对空间分辨率产生一定的影响。
虽然新工艺中将闪烁体加工成柱状以提高对X线的利用及降低散射，但散射光对空间分辨率的影响不能完全消除。
Ø 不同平板探测器的比较评价平板探测器成像质量的性能指标主要有两个：量子探测效率和空间分辨率。
DQE决定了平板探测器对不同组织密度差异的分辨能力；而空间分辨率决定了对组织细微结构的分辨能力。
考察DQE和空间分辨率可以评估平板探测器的成像能力。
（1）影响平板探测器DQE的因素在非晶硅平板探测器中，影响DQE的因素主要有两个方面：闪烁体的涂层和将可见光转换成电信号的晶体管。
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。
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2012-02
CCD型和CMOS型 • CCD • CMOS
– 没有电荷转移功能， 需要经过X-Y选址电 路。 – PD：产生蓄积电荷 – MOS-Fet：控制读出
2012-02
平板探测器类型的选择
• 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 • 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。
2012-02
调制传递函数（MTF）
• 一种便于理解的MTF的图解方法
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噪声
• 平板探测器的噪声主要来源于两个方面： a：探测器电子学噪声 （小） b：X射线图像量子噪声
– RQA5测试标准下一个大小为150μm的像素 通常可以吸收1400个X光子，此时量子噪 声约为37个X光子，而读出噪声则仅相当于 3—5个X光子
线阵扫描探测器
• 相对于线阵探测器
– 提高图像的读出速度 – 减少X线曝光时间
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平板探测器
平板探测器的应用
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平板探测器的典型结构
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典型的平板型DR组成 • X线高压发生器
– 产生高压（高压，灯丝，高压整流，交换闸）
• X线球管
– 产生X射线
• 准直器
– 减少散射线控制照射野
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碘化铯/非晶硅型
• 优点： 1、转换效率高； 2、动态范围广； 3、空间分辨率高； 4、在低分辨率区X线吸收率高（原子序数 高）； 5、环境适应性强。 • 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。
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各种DR探测器的比较
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非晶硒平板探测器的特点
• • • • • • • 直接进行光电转换没有散射，清晰度要高 物理性能稳定 介电常数低 电阻率高 暗电流小 光电吸收效率高 光电导效率随X射线强度增大而增大
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直接型-非晶态硒
• 美国Hologic公司
Direct Ray产品指标
成像范围 像素数量
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其他参数
• 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(Short-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%
• 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
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非晶硒型
• 优点： 1、转换效率高； 2、动态范围广； 3、空间分辨率高； 4、锐利度好； • 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，使用条件受限，环境适应性 差。
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其他参数
• 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5～6 S
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其他参数
• 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)
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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。
S out DQE= S in
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N out N in
2
2
量子探测效率-DQE
另一种计算方法：
X射线 闪烁体层
非晶硅阵列
列驱动板
集成电路读出板
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闪烁体和荧光体
• 能将在X线照射下激发出可见光的发光晶体 物质统称闪烁体或荧光体，
• 荧光是指在X线激发停止后持续（<10-8s）发光 的过程 • 闪烁是指单个高能粒子在闪烁体上瞬时激 发的闪光脉冲
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间接型-闪烁体：硫氧化钆
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非晶硒与碘化铯吸收系数
• 随着非晶硒厚度的提升（500μm到700μm）对X 光的吸收率也随之上升 • 资料中介绍：碘化铯厚度的的增加，吸收系数上 升，但图像分辨率下降。 • 随X射线能量增高，非晶硒和碘化铯的吸收系数 都随之下降。
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间接型-闪烁体
2种闪烁体的光谱特性和非晶硅的响应特性
其中G是探测器的增益， Φ是单位面积的X射线探测器输入的量子 MTF是调制传递函数， NPS是噪声功率谱。
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空间分辨率
• 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
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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
• 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
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其他参数 • 线性(Linearity) • 最大的线性剂量(X-ray maximum linear dose)：
平板探测器的原理及应用
2012-02
主要内容
• • • • • 平板探测器的概念 非晶硅平板探测器 非晶硒平板探测器 CMOS平板探测器 平板探测器的指标与评价
2012-02
平板探测器
• 通过面阵探测器， 取代传统胶片等材 料。 将X射线透照 工件生成的图像信 号转换成易于存储 和处理，符合一定 行业标准的数字图 像。
2012-02
直接型-非晶态硒
典型结构： ①非晶硒层（a-Se）
光电导材料
②薄膜半导体阵列
（Thin Film Transistor array， TFT）
• 尺寸数十厘米
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非晶硒型成像原理
X射线
• 向非晶硒层加正向偏置电 压（0-5kv），即预置初始 状态。 • X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。 • 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。 • 所有电荷信号被读取后， 消除残余电荷，恢复到初 始状态。
快速R/F切换 0.5s 像素深度 14bit
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间接型-非晶态硅
①闪烁体或荧光体层 + ②非晶硅层（a-Si）
（具有光电二极管作用）
③
+ TFT阵列
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间接型-非晶态硅
基本工作过ห้องสมุดไป่ตู้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
– 表示探测器可达到线性度要求的剂量范 围上限
• 非线性度(Non-linearity)：
– 用百分比来表示在０－Ｄmax最大的线性 剂量之间输出的非线性程度
• 微分非线性度（Linearity-differential-FT） • 积分非线性度(Linearity-integral-FT） • 空间非线性度(Linearity-spatial-FT）
类型 DQE MTF 灵敏度 记忆效应
非晶硒
碘化铯 非晶硅 氧化钆 非晶硅
2012-02
低
高 低
高
略低 低
低
高 高
有
无 无
谢谢！
2012-02
• 直射式
闪烁体一般为碘化铯
光学透镜 CCD芯片
• 光纤式
闪烁体一般为碘化铯 光学纤维 CCD芯片
CCD尺寸小，一般为3-5cm2
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CCD探测器工作原理 • ①采用闪烁体将X线能量转换为可见荧光 • ②采用反射/透镜/光纤进行缩小并传入CCD • ③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 • ④读取电荷信号，经放大、A/D等处理后生 成数字信号
像素尺寸
• 日本岛津公司
Sonialvision Snfire指标
成像范围 像素数量
像素尺寸 空间分辨率
35cm x43cm 3560x3072
139μm
43cm x43cm 2880x2880
150μm 3.3Lp/mm
空间分辨率 3.6Lp/mm
成像时间 曝光周期
像素深度
5-7s 30s
14bit
在系统应用的空间频率范围内MTF值越高 则空间频率特性越好，对于影像系统来说 可以获得更好的图像对比度。
2012-02
调制传递函数（MTF）
MTF对比
500μm层厚结构化碘化铯晶体 和 粉末状增感屏
注：图像上亮度 分布相邻的黑线 或白线的距离定 义为空间周期
2012-02
调制传递函数（MTF）
空间频率优化 通过滤波器改善调制传递函数
• 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
2012-02