如何选择平板探测器
DR平板探测器技术
2.2 直接平板探测技术
• 应用 • 采用这一技术的有DRC，东芝，岛津， AnRad公司等。现在最著名的是美国 HOLOGIC公司研制和生产的（早期是 DUPONT公司开发研制的）非晶硒层TFT 探测板。
2.3 间接平板探测技术
• 间接能量转换平板探测器的结构由闪烁体或 荧光体层涂上有光电二极管作用的非晶硅层 (amorphous Silicon，a-Si) 再加TFT (Thin Film Transistor) 阵列构成。
DR平板探测器技术
• 主要内容 • 平板探测器的结构与原理
直接平板探测技术 间接平板探测技术 电荷耦合器件探测技术
• 平板探测器的主要参数
空间分辨率、对比度分辨率、像素尺寸、 DQE、 动态范围
• 屏/片、CR与DR系统的比较
一. 总述
• 与屏/片系统及CR系统相比，DR系统的核 心部件为平板探测器，它是一种将X线能量 直接转化为电信号，产生X线图像的检测 器。 • 它可被称为是放射学历史上最为重要的技 术突破之一。
2.5 直接与间接转换技术的对比
（1）间接转换技术 • CsI闪烁体层由于晶体结构的关系，在传递 信号的同时不可避免的有光散射的发生， 吸收率有所下降，对图像质量略有影响但 并不严重。 • 间接转换具有较高的量子检测效能，可在 较低剂量X线曝光情况下获得高质量的图 像。 • 另外其成像速很快，透视及时间减影等领 域，增大了X线的使用范围。
四. 屏/片、CR与DR系统的比较
屏/片、CR与DR系统的比较
• 4.1 成像原理 屏/片 带有患者信息的X线入射到胶片上，通 过显影、定影、水洗和干燥等过程最终 形成不可后期处理的模拟影像。 它是一种X线间接转换技术。利用IP作 为X线检测器，利用其核心层光激励发 光物质的特性将光信号进行采集与转 换，输出可后处理的数字影像。 它是一种X线直接转换技术。利用特殊 结构直接把X线光子转化成电信号并输 出数字影像。
DR平板探测器参数解释
DR平板探测器参数解释1、调制传递函数(MTF)MTF的涵义:就就是描述系统再现成像物体空间频率范围的能力,理想的成像系统要求100%再现成像物体细节,但现实中肯定存在不同程度的衰减,所以MTF始终<1,它说明成像系统不能把输入的影像全部再现出来,换句话说,凡就是经过成像系统所获得的图像都不同程度损失了影像的对比度。
MTF值越大,成像系统再现成像物体细节能力越强。
系统的MTF就是必须要测定的。
要评价数字X线摄影系统的固有成像质量,必须计算出不受主观影响的、系统所固有的预采样MTF2、空间分辨率DR的空间分辨率指图像空间范围内的解像力或解像度,以能够分辨清楚图像中黑白相间线条的能力来表示。
黑白相间的线条简称线对一对黑白相间的线条称之为一个线对,分辨率的线性表达单位就是线对l毫米(LPlmm)。
在单位宽度范围内能够分辨清楚线对数越多,表示图像空间分辨率越高。
图像分辨率可用分辨率测试卡直接测出。
但空间分辨率的提高不就是无限的,其与探测器对X线光子的检测灵敏度、动态范围信噪比等有密切关系。
厂商在DR宣传材料中标注的分辨率很多都就是根据像素大小计算出来的而不就是临床上真正关心的系统分辨率。
但在实际临床X线成像过程中影响分辨率的因素有很多;例如X线焦点、SID(胶片距)、患者运动、曝光时间、探测器感光灵敏度、像素大小、计算机图像处理、显示器性能等。
系统中的每一个子系统发生变化都会影响整个系统的分辨率(所谓”木桶效应“)。
尤其要注意的就是监视器分辨率,DR系统探测器本身的分辨率一般高于系统所配监视器的分辨率。
目前临床所用最高档CRT型与LCD型显示器显示像素为2K×2、5K。
这些监视器都就是当作选件卖的,而DR系统本身所带监视器都为128O×1O24或1600×1200的普通计算机用监视器。
从提高工作效率讲,屏读电子闯片就是发展方向。
所以在追求高分辨率的时候不要忘记监视器这一环。
DR平板探测器分类介绍
DR平板探测器分类介绍从1995年RSNA上推出第一台平板探测器（FlatPanelDetector）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(amorphousSilicon，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。
平板探测器的原理及应用
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
2012-02
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
2012-02
平板探测器的典型结构
2012-02
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
2012-02
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。
平板探测器及其影像系统产品技术要求mairui
2要求2.1图像质量及成像性能2.1.1线对分辨率在70 kV的条件下，标称有效成像区域下的线对分辨率：a)无衰减体模的情况下应不小于3.7 lp/mm。
b)有衰减体模（纯度大于99.5%的20 mm厚的铝）情况下应不小于3.7 lp/mm。
2.1.2低对比度分辨率在85 kV、探测器表面的空气比释动能不低于2.1.10中最大线性剂量的50%的条件下，低对比度分辨率的最小值应不大于0.0035。
2.1.3影像均匀性在70 kV、1.8 mSID、探测器中央区域表面空气比释动能为2.1.10中最大线性剂量的20% 的条件下，影像规定采样点灰度值的标准差R 与灰度值均值V m 之比不应大于2.2%。
R≤2.2% ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅（1）Vm式中：R ——灰度值标准差；V m ——灰度值均值。
2.1.4残影在最短曝光间隔为16 s的条件下，无可见残影存在。
2.1.5伪影无可见伪影存在。
2.1.6调制传递函数（MTF）在RQA5条件下在空间频率为1.0 lp/mm、2.0 lp/mm上的MTF数值分别为0.58、0.3，偏差均不超过-0.04。
2.1.7量子探测效率（DQE）在RQA5、10 μGy剂量条件下在空间频率为0、0.5 lp/mm、1.0 lp/mm、1.5 lp/mm、2.0 lp/mm、2.5 lp/mm、3.0 lp/mm、3.5 lp/mm上的DQE数值分别为0.7、0.53、0.43、0.36、0.32、0.27、0.21、0.14，偏差均不超过-0.06。
2.1.8像素间距和像素矩阵a)像素间距为140 μm。
b) 像素矩阵：MPX3543R探测器为2 560×3 072，MPX4343R探测器为3 072×3 072。
2.1.9有效成像区域有效成像区域在x、y两个方向上的最大尺寸，使用MPX3543R探测器时为35 cm×43 cm，使用MPX4343R平板探测器时为43 cm×43 cm。
CMOS平板探测器与非晶硅平板探测器
CMOS平板探测器与⾮晶硅平板探测器前⾔在C形臂X射线机中，早期的探测器都是影像增强器。
在2000年，⾮晶硅平板探测器最早在⼤C上开始应有，很快就完全取代了增强器。
但直到2006年才出现在移动C形臂上，直到2012年，全球⼀共才卖出去2百台平板移动C形臂，在全球移动C形臂的装机中只占0.4%。
主要还是因为⾮晶硅平板的低剂量DQE差，在脊柱成像上和影像增强器相⽐差很多。
在2010年前后，CMOS平板探测器开始在Mini C形臂上得到应⽤。
CMOS探测器的低剂量DQE⽐影像增强器⾼，在图像质量上⾼于⾮晶硅平板和影像增强器。
但是由于价格昂贵，由⼀⽚8英⼨晶圆制作的⼩尺⼨（13cmx13cm、15cmx12cm）的CMOS探测器最早是⽤在⼯业探伤、⽛科成像以及mini C形臂领域。
随着技术的进步，⼤约在2016年，20cm和30cm⼤尺⼨CMOS探测器才由GE OEC开始⽤到移动C形臂上。
现在⼀块20cm的⾮晶硅平板探测器价格已经⾮常接近⼀个影像增强器配上⼀个主流的百万像素CCD相机价格。
⾮晶硅平板探测器尽管低剂量DQE差，在脊柱成像上不如增强器。
⼀台⾮晶硅平板C臂的成本和⼀台影像增强器C臂成本差不多，但是售价⾮常⾼。
在2019年，两⼤影像增强器供商之⼀的法国泰雷兹公司宣布停产影像增强器，吹响了⽤平板探测器全⾯取代影像增强器的号⾓；同时，在利益驱动下，许多公司⼀起推动，⾮晶硅平板C形臂在国内开始普及。
CMOS平板探测器价钱昂贵，相同尺⼨的CMOS平板探测器价格是⾮晶硅平板探测器的3-4倍，⼀开始只有少部分⼚家使⽤，最近越来越多的⼤⼚采⽤CMOS探测器，例如GE的晶智和晶锐、西门⼦的Spin和Cios Alpha、奇⽬的多款C臂、还有联影的C形臂等等。
CMOS平板探测器和⾮晶硅平板探测器相⽐，具有低剂量DQE⾼（⽂献1、⽂献4)、可以全分辨率下获得全帧率图像(⽂献3）、拖尾⼩（⽂献2）。
由西门⼦公司和霍普⾦斯医学院合作的研究（⽂献6），对⽐了30cm的CMOS探测器和⾮晶硅探测器在透视成像和3D成像上的性能：CMOS探测器的噪声⽐⾮晶硅探测器低2-3倍；单帧剂量低于50nGy时，CMOS的DQE更⾼。
平板探测器知识【光电检测】
（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1CCD，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。
如何选择平板探测器
• 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
闪烁: 是指单个高能粒子在闪烁体上瞬时激 发的闪光脉冲
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
14
非晶硅（CsI) 平板探测器优缺点
• 优点
• CsI里面的晶体结构为针状，极大提高了光电转化的效率 • 单个像素大于100um，探测器信噪比高；Ｘ射线图像灰度值分辨率和黑白对比度更
Pixel Area
像素总面积
A/D Conversion
或
模数转化
ADC resolution
Frame Rate （fps)
图像采集速率
Energy Range . 工作能量范围
Power Dissipation
功耗
参数含义 说明探测器生产工艺
X射线转化种类
组成探测器的单个像素长x宽 像素排列方式，可计算组成探测器 的总像素 探测器接受X射线的感应区域大小
2. 如果探测器像素为50um，则可以显示物体缺陷为0.25um
一个像素
X射线系统将物体放大
物体缺陷被X放大
放大的缺陷投影完全 盖住一个像素
2. 如果像素尺寸为1微米， 我们可以看到无穷小缺陷，不是最好吗？
• 如果像素尺寸过小，则电容尺寸很小，则电容的容量很小
• 电容的容量很小，探测器吸收很少的X射线，电容充电已经饱和 • 这样，导致X射线图像信噪比很差，X图像不清晰，因为:
• 本体噪音是一个恒定值 （来源：本体电路的电子学噪声 ） • X射线图像量子噪声与像素吸收到的有用X射线光子的比例很少 • 有用X射线信号无法抑制噪音， X图像不清晰
平板探测器的原理及应用
• 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
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。
2012-02
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
– 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）
• 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
射线检测-平板探测器主要技术指标
空间分辨率测试卡 线对测南试2昌.卡5航lp/m空m大学射线检测双丝课像题2质组.5计l编p/mm
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.
pppSS表 统 基 条 探RR征 的 本 件 测bb==探 基 空 下 器探1南/测 本 间 可 固2测U昌器 性 分 分 有器航性 能 辨 辨 不的能 率 的 清)空有，的 决 最 晰大效记基 定 小 度像学S本 了 几UR素射bD指 探 何。=尺线2标 测 细寸S检之 器 节R测一 在 间b 不距(课数采。题字用组射放线编大检技测术系
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。
结力的论 较 能强 力：较非 ，南高晶而昌硅非。航平晶板硒空探平大测板学器探射在测线区器检分在测组区课织分密细题度微组差结编异构的差能异
非晶硅FPD的DQE曲线 非晶硒FPD的DQE曲线
能力。南昌航空大学射线检测课题组编
14. 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
pp无限产暗 输 探 种 根光 制 生电 出 测 现 本和 了 噪流 饱 器 象 原南电 器 声和 上 称 因昌输件和特 时 为 是入 的 干航性 输 光，下 信 扰出 敏： 探空的 号饱 二测当大输 处和 极器饱学出 理特 管的和射电 能性 仅输曝线流 力能出光。检(、产电量产发动测生压以生热态与将上输课) 范积出的出题围蓄现强饱组一饱光和编定和照现极射象，限到的这
10. 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
如何选择一款适合自己的DR设备
如何选择适合自己应用的数字成像DR设备最近接到不少朋友想购买DR设备的咨询电话，希望推荐一款比较好的型号。
那么今天就以这个话题讨论一下如何选择一款适合你自己实情的DR设备。
首先，我们应该了解一下DR的分类：按照摄影架可分为：1、镰刀臂型或UC臂，2、悬吊架型，3、床和胸片架型按照图像采集的器件可分为：1、CCD探测器型，2、平板型现在我们在分析以上说的分类优点和特性：1、镰刀臂型或UC臂：特性：水平光束高度变化范围：20-63英寸/51-160厘米臂旋转角度：±135度探测器中心到地板可以定位的范围从24.5到67英寸（62到 170厘米）SID：40-72英尺/ 100-180厘米全电脑控制bucky、镰刀臂及SID操作预制位置记忆功能，自动到达各个体位全电动操作Bucky倾斜角度：±45度优点：结构比较紧凑，操作简单有手动和一键到位，空间要求小，容易安装，机械故障较少。
2、选调架型：特性：全电动X光球管吊架与1800电动立柱同步伺服移动立柱垂直伸缩范围1.5m天车长轴运动范围3.56m，天车纵轴运动范围2.22m球管垂直旋转+154°/-182°，球管水平旋转+/-120°优点：结构较复杂，操作方便，有手动和一键到位，空间有求大些，安装复杂，机械故障率高。
3、床和胸片架型：特性：不用说大家很熟悉。
优点：机械成熟，故障少，能满足应用要求。
但需配置平板探测器较好。
4、平板和CCD探测器：优缺点：平板成像好，便于移动安装，各部位能满足诊断需要，性能稳定。
缺点就是维修成本高；CCD探测器成像好，适合固定安装，各部位能满足诊断需要，较厚部位稍差些，性能稳定，维修成本低。
5、整机功能从操作步骤分析机型1：登记>选择部位>调整曝光剂量>调整机械位置>摆位>限速器调整>对位>曝光操作>修正图像>发送。
（全手动）机型2：登记>选择部位>摆位>曝光>发送。
不同平板探测器DR的比较研究
（ ｏ ｌｍｅ ｔｒ ｔｌ ｉｅＳ ｍｉ ｏ ｄ ｃｏ ，Ｃ ＯＳ Ｃ ｍｐｅ ｎ ａ ｙＭｅａ ｄ ｅ —Ｃ ｎ ｕ ｔｒ Ｍ ０ｘ ）
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 （ ｔｃｉｅＱｕ ｎ ｕ Ｅｆｉ ｅ ｃ ， Ｄｅｅ ｔ ａ ｔｍ ｆ ｉｎ ｙ ＤＱＥ）和空间分辨 ｖ ｃ 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
题。
直接转换平 板探 测器主要 由非 晶硒层
（Ａｍｏ ｐ ｏ ｓＳ ． ｒ ｈ ｕ ｅ
１ｎｕ ａ ｅ） ＦＴ构成 。 ｅ ｉｍ， —Ｓ Ｔ 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 ， 而知道 每点 的 ｘ线剂量。由于非 晶 进
ｔｃ ｌ ｒ ｙ ｐ ｒ ｏ ｅ ，ｔ ｅ ｓ ｅ ｉｉ ｉｓ ｅ ｅ ｄ ｄ ｔ ｅ ｅ ａ ｎ ｄ ｗｈ ｎ ｂ ｙ ｎ ｎｄ ｕ ｉ Ｒ． ｉ ｕ ａ ｌ ｕ ｐ ｓ ｓ ｈ ｐ ｃ ｆｃ ｔｓ ｕ ｓ ｎ ｅ ｅ ｏ ｂ ｘ ｍｉ ｅ ｅ ｕ ｉ ｇ ａ ｓ ｎｇ ａ Ｄ
［ 中图分类号 】 ７ ＴＨ７ ４
DR平板探测器常识——非晶硒和非晶硅平板探测器的区别
DR平板探测器常识——非晶硒和非晶硅平板探测器的区别在数字化摄片中，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。
各型平板探测器的工作原理及优缺点
各型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线吸收率高（原因是其原子序数高于非晶硒）；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。
佳能DR已独家采用目前世界上最先进的荧光介质氧化钆，有效弥补和改善了上述缺点。
（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电容器型为例：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。
DR平板探测器参数解释
DR平板探测器参数解释1.像素尺寸：表示探测器上每个像素的物理尺寸。
像素尺寸越小，图像分辨率越高，能够显示更多细节。
常用的像素尺寸为150μm至300μm。
2. 探测面积：表示探测器可覆盖的物体表面积。
探测面积越大，能够成像的物体范围越广，适用于不同尺寸的对象。
一般来说，探测面积可选范围从10cm×10cm至43cm×43cm。
3.探测器厚度：指探测器材料的厚度。
较厚的探测器能够延长X射线在探测器中的传播距离，提高探测效率和图像质量。
常见的探测器厚度可选范围从150μm至300μm。
4.图像传输方式：指图像从探测器传输到显示设备的方式。
一般有有线和无线两种方式。
有线传输稳定可靠，但受到连接线的限制。
无线传输方便快捷，无需连接线，但受到传输距离和信号干扰的影响。
6.动态范围：指探测器能够处理的最小和最大信号强度之间的差异。
动态范围越大，探测器能够更好地捕捉到物体的细节，提高图像质量。
一般来说，动态范围为12位至16位。
7.帧速率：表示探测器能够处理的图像帧数。
帧速率越高，能够实时显示物体的动态变化。
常见的帧速率为30帧/秒至60帧/秒。
8.无噪声图像处理技术：指通过软件算法去除图像中的噪声。
无噪声图像处理技术能够提高图像的清晰度和对比度，减少患者的辐射剂量。
9.自动曝光控制：是一种自动化的曝光调节技术。
根据被检测物体的密度和厚度，自动曝光控制能够调整曝光参数，提供适合的图像质量，并减少操作人员的操作繁琐程度。
10.低辐射剂量成像技术：是一种通过优化曝光参数来减少患者接受的辐射剂量的技术。
低辐射剂量成像技术能够保证图像质量的同时，降低对患者的辐射剂量。
综上所述，DR平板探测器的参数解释涵盖了像素尺寸、探测面积、探测器厚度、图像传输方式、输出格式、动态范围、帧速率、无噪声图像处理技术、自动曝光控制和低辐射剂量成像技术等内容。
这些参数的设定对于获得高质量的X射线影像以及保护患者的辐射剂量都具有重要意义。
非晶硅平板探测器和非晶硒平板探测器的有什么区别？
非晶硅平板探测器和非晶硒平板探测器的有什么区别？
平板主要是非晶硅平板探测器和非晶硒平板探测器，非晶硅是间接成像，技术成熟，GPS都在用。
非晶硒是真正意义上的直接成像，那这两者有什么区别呢?
平板探测器构成的DR主要分为两种:
一种是非晶硅平板探测器,属于间接能量转换方式;
A、非晶硅平板探测器原理：
非晶硅平板探测器的结构主要是由闪烁体和感光体(具有光电二极管作用的非晶硅层)集成在一起再加TFT阵列构成;其原理是闪烁体经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，通过TFT检测阵列(排列信号作用)，再经A/D转换最终获得数字化图像。
另一种是非晶硒平板探测器,属于直接能量转换方式。
B、非晶硒平板探测器原理：
非晶硒平板探测器的结构主要是由非晶硒层加TFT阵列构成;其原理是非晶硒层经X射线曝光后直接产生电信号，通过TFT检测阵列，再经A/D转换最终获得数字化图像。
虽然非晶硒平板探测器要比非晶硅平板探测器在图像质量上更清晰，锐利度更好，但非晶硒平板探测器在使用过程中对工作环境要求非常高，寿命短，故障率高，而且维护成本远大于非晶硅平板探测器，因此目前市场上平板探测器以非晶硅平板占主导位置。
简述DR非晶硒探测器优缺点
简述DR非晶硒探测器优缺点
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，电子和空六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。
在非晶硒平板探测器中，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层产生电荷能力。
总的说来，Csl+TFT这种结构的间接转换平板探测器的极限DQE高于a-Se直接转换平板探测器的极限DQE。
在非晶硒平板探测器中，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。
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。
非晶硒平板探测器的极限DQE不如间接转换平板探测器的极限DQE 高，但是随着空间分辨率的提高，其DQE下降比较平缓，在高空间分辨
率时，DQE反而超过了非晶硅平板探测器。
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。
CCD探测器及平板探测器
CCD探测器CCD探测器产品特点1) 反射式单CCD，大面阵设计像素矩阵4K×4K，1700万像素，极限空间分辨率可达到4.6lp/mm。
2) 17×17英寸成像面积,完全满足临床检查需要。
3) CCD防X射线辐射设计,图像质量长期可靠一致，使用成本大幅降低。
主要技术参数有效视野：17英寸x17英寸/ 17英寸x14英寸像素填充系数：100%像素矩阵：4kx4k，3kx3k像素尺寸：108um /140um电源要求：220V AC 10A 50Hz一、电荷耦合器件(ChargeCoupledDevices),简称CCD。
CCD的最基本单元MOS电容器是构成CCD的最基本单元是，它是金属—氧化物—半导体（MOS）器件中结构最为简单的。
CCD原理：1、信号电荷的产生：CCD工作过程的第一步是电荷的产生。
CCD可以将入射光信号转换为电荷输出，依据的是半导体的内光电效应（也就是光生伏特效应）。
2、信号电荷的存储:CCD工作过程的第二步是信号电荷的收集，就是将入射光子激励出的电荷收集起来成为信号电荷包的过程。
3、信号电荷的传输（耦合）：CCD工作过程的第三步是信号电荷包的转移，就是将所收集起来的电荷包从一个像元转移到下一个像元，直到全部电荷包输出完成的过程。
图示为CCD成像区的一小部分（几个像素）。
图像区中这个图案是重复的。
4、信号电荷的检测：CCD工作过程的第四步是电荷的检测，就是将转移到输出级的电荷转化为电流或者电压的过程。
输出类型主要有以下三种：；1）电流输出；2）浮置栅放大器输出；3）浮置扩散放大器输出。
测量过程由复位开始，复位会把前一个电荷包的电荷清除掉。
电荷输送到相加阱。
此时，V out 是参考电平。
在这个期间，外部电路测量参考电平。
二、CCD的基本原理1、CCD的工作过程示意图2、基本原理（1）CCD的MOS结构CCD图像传感器是按一定规律排列的MOS（金属—氧化物—半导体）电容器组成的阵列,其构造如图39所示。
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焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
4
目录
1 X射线检测设备中的核心部件----平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元---像素 4 “非晶硅（CsI) 平板探测器 vs CMOS平板探测器” 工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion ( ADC resolution)含义 8 采样频率 （fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史
• A/D实际功能：将X射线强度转化为数字信号 • A/D的位数就是图像的灰阶 • 14位的A/D，则探测器就是14位
单个像素物理结构 1. 闪烁体 + 光电二极管+ 电容+ A/D转换模块
单个像素大小：是光电二极管尺寸决定
• 如果光电二极管尺寸为127微米，则像素尺寸为127um • 如果光电二极管尺寸为50微米，则像素尺寸为50um
• 物体缺陷大，毫米级 • 被检测产品的密度相对低，X射线穿透物体的时候 二次散射多，从而 “X射线图像量子噪声” 少
因此，我们要侧重：“探测器信噪比”， 需要选择像素大一点的探测器
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
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目录
1 X射线检测设备中的核心部件----平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元---像素 4 “非晶硅（CsI) 平板探测器 vs CMOS平板探测器” 工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion ( ADC resolution)含义 8 采样频率 （fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
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非晶硅（CsI) 平板数字探测器工作原理
基本工作过程原理：
1. 入射的X射线图像经碘化铯闪烁晶体转换为可见光图像， 2. 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 3. 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
至计算机，从而形成X射线数字图像
荧光定义： 指在X线激发停止后， 持续（<10-8s）发光的过程
萤光材料特点： • 转化效率地低 • 荧光材料被X激发后，连续发光 • 连续发光对探测器成像会产生叠加成像效果，叠
加效果在最后X射线图像上呈现为噪音形式
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
16
CMOS平板探测器优缺点
Pixel Area
像素总面积
A/D Conversion
或
模数转化
ADC resolution
Frame Rate （fps)
图像采集速率
Energy Range . 工作能量范围
Power Dissipation
功耗
参数含义 说明探测器生产工艺
X射线转化种类
组成探测器的单个像素长x宽 像素排列方式，可计算组成探测器 的总像素 探测器接受X射线的感应区域大小
从这里看出：探测器图像质量好坏是由单个像素决定。
图像像素是定义：
指由图像是由小方格即所谓的像素 (pixel)组成的，是组成图像的最小 单位。它是以一个单一颜色的小格 存在
像素
数字电路
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
8
像素是平板探测器的核心单元 -----平板探测器结构及其核心单元
像素是平板探测器的核心单元
• 不能一味追求大，也不能一味追求小，是最小缺陷检测能力、探测器信噪比的平衡 • 针对同种制造工艺的探测器
• 半导体和SMT产品，
• 物体缺陷小， 微米级 （甚至是1微米） • 被检测产品的密度相对低，X射线穿透物体的时候 二次散射少，从而 “X射线图像量子噪声” 少
因此，我们要侧重：“探测器的最小缺陷检测能力”， 需要选择像素小一点的探测器 • 金属产品（如铸件）
• 平板探测器物理结构：由许多像素拼接组成的 • 探测器成像能力是由单个像素决定的 • 探测器灰阶就是A/D的位数
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
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单个像素工作原理、结构及像素大小 ------平板探测器结构及其核心单元
单个像素工作原理：
1. 闪烁体或荧光粉 ：接受X射线转化为可见光 2. 光电二极管：接收可见光，转化为电子 3. 电子给电容充电 4. 接到指令，电容放电， 5. 电流通过Ａ/Ｄ转换，变为数字信号 6. 补充：
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
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不同像素尺寸的有不同的优缺点 ------平板探测器结构及其核心单元
1. 如果像素尺寸小，同一几何放大倍数情况下，探测器可以显示更小的缺陷
• 物体缺陷要被平板探测器检测的前提：放大后的物体缺陷图像
投影最少盖住一个像素
• 如果放大倍数是200倍
1. 如果探测器像素为127um，则可以显示物体缺陷为0.64um
碘化铯（CsI:T1闪烁体）结构特点：
• 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
闪烁: 是指单个高能粒子在闪烁体上瞬时激 发的闪光脉冲
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
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非晶硅（CsI) 平板探测器优缺点
• 优点
• CsI里面的晶体结构为针状，极大提高了光电转化的效率 • 单个像素大于100um，探测器信噪比高；Ｘ射线图像灰度值分辨率和黑白对比度更
• 本体噪音是一个恒定值 （来源：本体电路的电子学噪声 ） • X射线图像量子噪声与像素吸收到的有用X射线光子的比例很少 • 有用X射线信号无法抑制噪音， X图像不清晰
• 因此：探测器像素越大，其信噪比升高，， X图像越清晰
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
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如何依据像素大小参数选择探测器 ------平板探测器结构及其核心单元
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
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平板探测器结构 -----平板探测器结构及其核心单元
• 平板探测器是有许多一个个小方格的组成 • 每个小方格单独成像，并输出数字信号代表该小格的黑白值（灰度值） • 这些数字信息传输到电脑，形成X射线图像 • X射线图像的每个单独像素灰度值与探测器的每个小方格一一对应 • 由于这个原因，每个探测器小方格称为像素
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
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产品技术规格表常见参数简单说明
英文参数名称 中文名称
Receptor Type 探测器种类
Conversion Screen / Sensor type Pixel Pitch Pixel Matrix 或 Resolution
闪烁体
像素大小 像素矩阵排列 方式
平板数字探测器的选择
唐立云, 上海 March 8, 2018
Technology with Passion
目录
1 X射线检测设备中的核心部件----平板探测器 2 产品技术规格表常见参数简单说明 3 平板探测器结构及其核心单元---像素 4 “非晶硅（CsI) 平板探测器 vs CMOS平板探测器” 工作原理及优缺点 5 像素矩阵排列 和像素面积 6 常见问题：探测器总像素多，就是探测器的分辨率高 7 A/D Conversion ( ADC resolution)含义 8 采样频率 （fps）与 binning 9 工作能量范围决定探测器寿命的关键因素 10 小结：关键参数的实际用途 11 如何选择探测器及实际举例 12 补充1：能否用评价数码相机的标准：“像素多，相机好。”来评价平板探测器 13 补充2：探测器演化历史
• 像素大小与探测器两个关键参数（最小缺陷检测能力、探测器信噪比）相关联
• 像素尺寸越小，同一几何放大倍数情况下，探测器最小缺陷检测能力更强 • 探测器像素越大，探测器信号的信噪比越高， X图像越清晰
做X射线检测的需求：在发现物体内部缺陷的前提条件下，我们希望图像越清晰却好
因此，我们必须采用折中的办法选择探测器的像素尺寸，
决定X射线图像的灰度等级
探测器生成X射线图像的速度
容许探测器最大工作X射线能量下 探测器工作的功耗，功耗大，则探 测器需要有强制降温措施，如水冷
参数示例
CMOS
Amorphous Silicon
CMOS active
pixel
CsI
sensor
74.8μ m 127 μ m2
1536
x
864
1,024 1,024
• X射线的黑白对比度是否很好，方便我们 人眼看到缺陷
• X射线图像噪音需要尽可能少，噪音多， 有缺陷也无法清晰判别
难题：
• 探测器太专业，涉及参数很多，用户没有时间成为专家。 • 因此，如何判断探测器的好坏，选择合适探测器？
焦点X射线检测系统的主要参数介绍 （再谈）
3
市场上常见探测器产品技术规格表
x
114.9 x 13.0 x
64.6 mm 13.0 cm
14 bits 16 bits