DR五大優(yōu)點以及平板探測器原理介紹

在X線攝影中，數(shù)字化X線影像同普通X線影像相比具有圖像分辨率高、灰階度廣、圖像信息量大，有助于提高診斷準確率。數(shù)字化攝片(Digital Radiography，DR)中，X線轉(zhuǎn)換成電信號是通過平板探測器(Flat Plane Detector，F(xiàn)PD)來實現(xiàn)的，所以平板探測器的特性會對DR圖像質(zhì)量產(chǎn)生比較大的影響。

一、 數(shù)字化X線影像(DR)的特點及優(yōu)點

1、 數(shù)字影像(DR)具有圖像清晰細膩、高分辨率、廣灰階度、信息量大、動態(tài)范圍大。

2、 密度分辨率高、獲取更多影像細節(jié)是數(shù)字化X線影像(DR)優(yōu)于普通放射影像最重要的特點。

3、 DR投照速度快，運動偽影的影響很小。尤其對于哭鬧易動的兒童和不耐屏氣的老年患者。

4、 DR成像具有輻射小。由于數(shù)字化X線影像(DR)的平板探測器的靈敏度遠高于普通X線片，所以它只需要比較小的能量就可獲得滿意的圖像。拍攝數(shù)字化X線影像(DR)要比普通影像輻射量減少30％—70％。

5、數(shù)字化影像對骨結構、關節(jié)軟骨及軟組織的顯示優(yōu)于傳統(tǒng)的X線影像，數(shù)字化影像易于顯示縱膈結構如血管和氣管，對結節(jié)性病變的檢出率高于傳統(tǒng)的X線影像。

二、 平板探測器的原理及性能分析

平板探測器是DR的核心部件，平板探測器從能量轉(zhuǎn)換方式可以分為兩種：間接轉(zhuǎn)換平板探測器(indirect FPD)和直接轉(zhuǎn)換平板探測器(direct FPD)。

1、間接轉(zhuǎn)換平板探測器

間接FPD的結構主要是由閃爍體或熒光體層加具有光電二極管作用的非晶硅層(amorphous Silicon，a-Si)再加TFT陣列構成。其原理為閃爍體或熒光體層經(jīng)X射線曝光后，將X射線光子轉(zhuǎn)換為可見光，而后由具有光電二極管作用的非晶硅層變?yōu)閳D像電信號，最后獲得數(shù)字圖像。在間接FPD的圖像采集中，由于有轉(zhuǎn)換為可見光的過程，因此會有光的散射問題，從而導致圖像的空間分辨率及對比度解析能力的降低。閃爍體目前主要有碘化銫(CsI，也用于影像增強器)，熒光體則有硫氧化釓(GdSO，也用于增感屏)。間接轉(zhuǎn)換平板探測器通常有以下幾種結構：①碘化銫 ( CsI ) + a-Si(非晶硅)+ TFT：當有 X 射線入射到 CsI 閃爍發(fā)光晶體層時，X 射線光子能量轉(zhuǎn)化為可見光光子發(fā)射,可見光激發(fā)光電二極管產(chǎn)生電流, 這電流就在光電二極管自身的電容上積分形成儲存電荷. 每個象素的儲存電荷量和與之對應范圍內(nèi)的入射 X 射線光子能量與數(shù)量成正比。②硫氧化( Gd2O2S ) + a-Si(非晶硅) + TFT ：利用??感屏材料硫氧化釓 ( Gd2O2S ) 來完成 X 射線光子至可見光的轉(zhuǎn)換過程。③碘化銫 ( CsI ) / 硫氧化釓 　( Gd2O2S ) + 透鏡 / 光導纖維 + CCD / CMOS ：X射線先通過閃爍體或熒光體構成的可見光轉(zhuǎn)換屏，將X射線光子變?yōu)榭梢姽鈭D像，而后通過透鏡或光導纖維將可見光圖像送至光學系統(tǒng)，由CCD采集轉(zhuǎn)換為圖像電信號。④ CsI ( Gd2O2S ) + CMOS ：此類技術受制于間接能量轉(zhuǎn)換空間分辨率較差的缺點，雖利用大量低解像度 CMOS 探頭組成大面積矩陣，尚無法有效與 TFT 平板優(yōu)勢競爭。

2、直接轉(zhuǎn)換平板探測器

直接轉(zhuǎn)換平板探測器主要是由非晶硒層(amorphous Selemium，a-Se)加薄膜半導體陣列(Thin Film Transistor array，TFT)構成的平板檢測器。由于非晶硒是一種光電導材料，因此經(jīng)X射線曝光后直接形成電子-空穴對，產(chǎn)生電信號，通過TFT檢測陣列，再經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字化圖像。由于非晶硒不產(chǎn)生可見光，沒有散射光的影響，因此可以獲得比較高的空間分辨率。

3、不同平板探測器性能分析

評價平板探測器成像質(zhì)量的性能指標主要有兩個：量子探測效率(Detective Quantum Efficiency，DQE)和空間分辨率。DQE決定了平板探測器對不同組織密度差異的分辨能力；而空間分辨率決定了對組織細微結構的分辨能力?？疾?DQE和空間分辨率可以評估平板探測器的成像能力。

⑴影響平板探測器DQE的因素

在間接轉(zhuǎn)換平板探測器中，影響DQE的因素主要有兩個方面：閃爍體或熒光體層和將可見光轉(zhuǎn)換成電信號的介質(zhì)。①閃爍體或熒光體層的材料和工藝影響X線轉(zhuǎn)換成可見光的能力，因此對DQE會產(chǎn)生影響。②將可見光轉(zhuǎn)換成電信號也會對DQE產(chǎn)生影響。

直接轉(zhuǎn)換平板探測器中，X線轉(zhuǎn)換成電信號決定于非晶硒層產(chǎn)生的電子-空穴對，DQE的高低取決于非晶硒層產(chǎn)生電荷的能力?？偟膩碚f，碘化銫 ( CsI ) + a-Si(非晶硅)+ TFT結構的間接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)QE高于a-Se (非晶硒) 直接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)QE。

⑵影響平板探測器空間分辨率的因素

在直接轉(zhuǎn)換平板探測器中，空間分辨率決定于單位面積內(nèi)薄膜晶體管矩陣大小。矩陣越大薄膜晶體管個數(shù)越多，空間分辨率越高，可以達到很高的空間分辨率。

在間接轉(zhuǎn)換平板探測器中，由于存在散射現(xiàn)象，空間分辨率不僅決定于單位面積內(nèi)薄膜晶體管矩陣大小，還決定于散射光的控制技術。所以間接轉(zhuǎn)換平板探測器的空間分辨率低于直接轉(zhuǎn)換平板探測器的空間分辨率。

⑶量子探測效率于空間分辨率的關系

對于同一種平板探測器，在不同的空間分辨率時，其DQE是變化的；極限的DQE高，不等于在任何空間分辨率時DQE都高。DQE的計算公式如下：

DQE=S2×MFT2/NSP×X×C

S：信號平均強度；MFT：調(diào)制傳遞函數(shù)；X：X線曝光強度；NPS：系統(tǒng)噪聲功率譜；C：X線量子系數(shù)

從計算公式中可以知道，不同的MFT值中對應不同的DQE，這說明在不同的空間分辨率時有不同的DQE。

間接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)QE比較高，但是隨著空間分辨率的提高，其DQE下降得較多；而直接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)QE不如間接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)QE高，但在高空間分辨率時，直接轉(zhuǎn)換平板探測器的DQE高。

4、兩種類型的平板探測器在設備上應用

空間分辨率影響圖像對細節(jié)的分辨能力，DQE影響圖像的對比度。在對圖像密度分辨率要求比較高的設備上，宜使用間接轉(zhuǎn)換平板探測器，比如胸部投照；在圖像空間分辨率要求比較高的設備上，宜使用直接轉(zhuǎn)換平板探測器，比如四肢、關節(jié)、乳腺投照。由于乳腺影像對空間分辨率要求非常高，所以乳腺DR機只能用直接轉(zhuǎn)換平板探測器，才能達到要求。

三、小結

總而言之，隨著科學技術的發(fā)展，平板探測器的性能將得到進一步提高，這將進一步提高數(shù)字化影像的質(zhì)量，為醫(yī)生提供更好更強的診斷依據(jù)。

[參考文獻]

[1]聶聰.不同平板探測器DR的比較研究[J].醫(yī)療設備信息，2007[4]：87-88.

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