平板探测器的原理及应用

2012-02
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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 35cm x43cm 像素数量 3560x3072 像素尺寸 139μm 空间分辨率 3.6Lp/mm 成像时间 5-7s 曝光周期 30s 像素深度 14bit
• 日本岛津公司
Sonialvision Snfire指标
平板探测器的原理及应用
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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
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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。
• 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
硫氧化钆 碘化铯 非晶硅 响应
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间接型-闪烁体
① 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。
② 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
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CCD探测器
• 反射式
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• 直射式
CCD探测器
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
• 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。
X射线
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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
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，
闪烁体层
X射线
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 非晶硅阵列
列驱动板
送至计算机，从而形成
集成电路读出板
X射线数字图像
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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，
• 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
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• CCD
CCD型和CMOS型
• CMOS
– 没有电荷转移功能， 需要经过X-Y选址电 路。
– CCD
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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
• 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。
• 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
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平板探测器的种类
• 直接能量转换形
– 非晶态硒（Amorphous Selenium，a-Se）
• 间接能量转换形
– 非晶态硅（Amorphous Selenium，a-Si+碘 化铯(CsI) /硫氧化钆(gá)( GdOS/Gd2O2S)
• 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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线阵扫描探测器 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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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
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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
– PD：产生蓄积电荷 – MOS-Fet：控制读出
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平板探测器类型的wk.baidu.com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。
成像范围 43cm x43cm 像素数量 2880x2880 像素尺寸 150μm 空间分辨率 3.3Lp/mm 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
• 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
• 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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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
• MTF --- Modulation Transfer Function 调制传递函数
• S /N --- Signal to Noise ratio 信噪比