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DR平板探測器常識——非晶硒和非晶矽平板探測器的區別

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DR平板探測器常識——非晶硒和非晶矽平板探測器的區別

發布日期:2017-12-18 作者:來源微博 點擊:

在數字化攝片中,X線能量轉換成電信號是通過平板探測器來實現的,所以平板探測器的特性會對DR圖像質量產生比較大的影響。選擇DR必然要考慮到平板探測器的選擇。平板探測器的性能指標會對圖像產生很大的影響,醫院也應當根據實際需要選擇適合自己的平板探測器。

DR平板探測器可以分為兩種:非晶硒平板探測器和非晶矽平板探測器,從能量轉換的方式來看,前者屬於直接轉換平板探測器,後者屬於間接轉換平板探測器。

非晶硒平板探測器主要由非晶硒層TFT構成。入射的X射線使硒層產生電子空穴對,在外加偏壓電場作用下,電子和空穴對向相反的方向移動形成電流,電流在薄膜晶體管中形成儲存電荷。每一個晶體管的儲存電荷量對應於入射X射線的劑量,通過讀出電路可以知道每一點的電荷量,進而知道每點的X線劑量。由於非晶硒不產生可見光,沒有散射線的影響,因此可以獲得比較高的空間分辨率。

非晶矽平板探測器由碘化銫等閃爍晶體塗層與薄膜晶體管或電荷耦合器件或互補型金屬氧化物半導體構成它的工作過程一般分為兩步,首先閃爍晶體塗層將X線的能量轉換成可見光;其次TFT或者CCD,或CMOS將可見光轉換成電信號。由於在這過程中可見光會發生散射,對空間分辨率產生一定的影響。雖然新工藝中將閃爍體加工成柱狀以提高對X線的利用及降低散射,但散射光對空間分辨率的影響不能完全消除。

 

Ø 不同平板探測器的比較

評價平板探測器成像質量的性能指標主要有兩個:量子探測效率和空間分辨率。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。考察DQE和空間分辨率可以評估平板探測器的成像能力。

(1)影響平板探測器DQE的因素

在非晶矽平板探測器中,影響DQE的因素主要有兩個方麵:閃爍體的塗層和將可見光轉換成電信號的晶體管。

首先閃爍體塗層的材料和工藝影響了X線轉換成可見光的能力,因此對DQE會產生影響。目前常見的閃爍體塗層材料有兩種:碘化銫和硫氧化釓。碘化銫將X線轉換成可見光的能力比硫氧化釓強但成本比較高;將碘化銫加工成柱狀結構,可以進一步提高捕獲X線的能力,並減少散射光。使用硫氧化釓做塗層的探測器成像速度快,性能穩定,成本較低,但是轉換效率不如碘化銫塗層高。

其次將閃爍體產生的可見光轉換成電信號的方式也會對DQE產生影響。在碘化銫(或者硫氧化釓)+薄膜晶體管(TFT)這種結構的平板探測器中,由於TFT的陣列可以做成與閃爍體塗層的麵積一樣大,因此可見光不需要經過透鏡折射就可以投射到TFT上,中間沒有可以光子損失,因此DQE也比較高;在碘化銫+CCD(或者CMOS)這種結構的平板探測器中,由於CCD(或者CMOS)的麵積不能做到與閃爍體塗層一樣大,所以需要經過光學係統折射、反射後才能將全部影像投照到CCD(或者CMOS)上,這過程使光子產生了損耗,因此DQE比較低。

在非晶硒平板探測器中,X線轉換成電信號完全依賴於非晶硒層產生的電子空穴對,DQE的高低取決於非晶硒層產生電荷能力。總的說來,CsI+TFT這種結構的間接轉換平板探測器的極限DQE高於a-Se直接轉換平板探測器的極限DQE。

(2)影響平板探測器空間分辨率的因素

在非晶矽平板探測器中,由於可見光的產生,存在散射現象,空間分辨率不僅僅取決於單位麵積內薄膜晶體管矩陣大小,而且還取決於對散射光的控製技術。總的說來,間接轉換平板探測器的空間分辨率不如直接轉換平板探測器的空間分辨率高。

在非晶硒平板探測器中,由於沒有可見光的產生,不發生散射,空間分辨率取決於單位麵積內薄膜晶體管矩陣大小。矩陣越大薄膜晶體管的個數越多,空間分辨率越高,隨著工藝的提高可以做到很高的空間分辨率。

 

DR平板探測器常識——非晶硒和非晶矽平板探測器的區別

Ø 量子探測效率與空間分辨率的關係

對於同一種平板探測器,在不同的空間分辨率時,其DQE是變化的;極限的DQE高,不等於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;MTF:調製傳遞函數;X:X線曝光強度;NPS:係統噪聲功率譜;C:X線量子係數

從計算公式中香蕉视频app污破解版在线可以看到,在不同的MTF值中對應不同的DQE,也就是說在不同的空間分辨率時有不同的DQE。

非晶矽平板探測器的極限DQE比較高,但是隨著空間分辨率的提高,其DQE下降得較多;而非晶硒平板探測器的極限DQE不如間接轉換平板探測器的極限DQE高,但是隨著空間分辨率的提高,其DQE下降比較平緩,在高空間分辨率時,DQE反而超過了非晶矽平板探測器。這種特性說明非晶矽平板探測器在區分組織密度差異的能力較強;而非晶硒平板探測器在區分細微結構差異的能力較高。

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Ø 不同類型的平板探測器在臨床上的應用

由於DQE影響了圖像的對比度,空間分辨率影響圖像對細節的分辨能力。在攝片中應根據不同的檢查部位來選擇不同類型平板探測器的DR。對於象胸部這樣的檢查,重點在於觀察和區分不同組織的密度,因此對密度分辨率的要求比較高。在這種情況下,宜使用非晶矽平板探測器的DR,這樣DQE比較高,容易獲得較高對比度的圖像,更有利於診斷;對於象四肢關節、乳腺這些部位的檢查,需要對細節要有較高的顯像,對空間分辨率的要求很高,因此宜采用非晶硒平板探測器的DR,以獲得高空間分辨率的圖像。目前絕大多數廠家的數字乳腺機都采用了非晶硒平板探測器,正是由於乳腺攝片對空間分辨率要求很高,而隻有非晶硒平板探測器才可能達到相應的要求。

 

由此可見,不同類型的平板探測器由於材料、結構、工藝的不同而造成DQE和空間分辨率的差異。DQE影響了對組織密度差異的分辨能力;而空間分辨率影響了對細微結構的分辨能力。目前還沒有一款DQE和空間分辨率都做得很高的平板探測器,因此需要在兩者間做一個平衡。所以在購買和使用DR時,應該根據購買DR的主要用途和具體的檢查部位去選擇和使用不同類型平板探測器的DR,隻有這樣才能拍攝出最有利於診斷的圖像。


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