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DR平板探测器常识——非晶硒和非晶硅平板探测器的区别

点击次数:8848 发布时间:2016-08-01

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*消除。

 一、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。碘化铯将X线转换成可见光的能力比硫氧化钆强但成本比较高;将碘化铯加工成柱状结构,可以进一步提高捕获X线的能力,并减少散射光。使用硫氧化钆做涂层的探测器成像速度快,性能稳定,成本较低,但是转换效率不如碘化铯涂层高。

    其次将闪烁体产生的可见光转换成电信号的方式也会对DQE产生影响。在碘化铯(或者硫氧化钆)+薄膜晶体管(TFT)这种结构的平板探测器中,由于TFT的阵列可以做成与闪烁体涂层的面积一样大,因此可见光不需要经过透镜折射就可以投射到TFT上,中间没有可以光子损失,因此DQE也比较高;在碘化铯+CCD(或者CMOS)这种结构的平板探测器中,由于CCD(或者CMOS)的面积不能做到与闪烁体涂层一样大,所以需要经过光学系统折射、反射后才能将全部影像投照到CCD(或者CMOS)上,这过程使光子产生了损耗,因此DQE比较低。

    在非晶硒平板探测器中,X线转换成电信号*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,CsI+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。

(2)影响平板探测器空间分辨率的因素

    在非晶硅平板探测器中,由于可见光的产生,存在散射现象,空间分辨率不仅仅取决于单位面积内薄膜晶体管矩阵大小,而且还取决于对散射光的控制技术。总的说来,间接转换平板探测器的空间分辨率不如直接转换平板探测器的空间分辨率高。

    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。

二、量子探测效率与空间分辨率的关系

    对于同一种平板探测器,在不同的空间分辨率时,其DQE是变化的;极限的DQE高,不等于在任何空间分辨率时DQE都高。DQE的计算公式如下:

DQE=S2×MFT2/NSP×X×C 

S:信号平均强度;MTF:调制传递函数;X:X线曝光强度;NPS:系统噪声功率谱;C:X线量子系数

    从计算公式中我们可以看到,在不同的MTF值中对应不同的DQE,也就是说在不同的空间分辨率时有不同的DQE。

    非晶硅平板探测器的极限DQE比较高,但是随着空间分辨率的提高,其DQE下降得较多;而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。 

三、不同类型的平板探测器在临床上的应用

    由于DQE影响了图像的对比度,空间分辨率影响图像对细节的分辨能力。在摄片中应根据不同的检查部位来选择不同类型平板探测器的DR。重点在于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。在这种情况下,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,更有利于诊断;对于象四肢关节、乳腺这些部位的检查,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。目前绝大多数厂家的数字乳腺机都采用了非晶硒平板探测器,正是由于乳腺摄片对空间分辨率要求很高,而只有非晶硒平板探测器才可能达到相应的要求。

    由此可见,不同类型的平板探测器由于材料、结构、工艺的不同而造成DQE和空间分辨率的差异。DQE影响了对组织密度差异的分辨能力;而空间分辨率影响了对细微结构的分辨能力。目前还没有一款DQE和空间分辨率都做得很高的平板探测器,因此需要在两者间做一个平衡。所以在购买和使用DR时,应该根据购买DR的主要用途和具体的检查部位去选择和使用不同类型平板探测器的DR,只有这样才能拍摄出zui有利于诊断的图像。

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