X光探測器用aSi陣教程第1頁/共29頁一、什么是X射線X射線是一種帶有能量的電磁波或輻射。它的波長只有一億萬分之一厘米，肉眼是看不見的。當高速運動的電子碰撞任何形態(tài)的物質(zhì)時，X光便有可能產(chǎn)生。一般X射線波長：0.001-50nm能量:若取λ=0.1nm，光子能量是可見光的5000倍第2頁/共29頁二、X射線的發(fā)現(xiàn)1895年11月8日是一個星期五。晚上，德國慕尼黑大學的整個校園都沉浸在一片靜悄悄的氣氛當中，大家都回家度周末去了。

但是還有一個房間依然亮著燈光。燈光下，一位年過半百的學者凝視著一疊灰黑色的照相底片在發(fā)呆，仿佛陷入了深深的沉思……

他在思索什么呢？原來，這位學者以前做過一次放電實驗，為了確保實驗的精確性，他事先用錫紙和硬紙板把各種實驗器材都包裹得嚴嚴實實?？墒乾F(xiàn)在，他卻驚奇地發(fā)現(xiàn)，實驗器材附近的東西居然閃爍著熒光！而放電管旁邊這疊原本嚴密封閉的底片，現(xiàn)在也變成了灰黑色—這說明它們已經(jīng)曝光了！第3頁/共29頁

這個一般人很快就會忽略的現(xiàn)象，卻引起了這位學者的注意，使他產(chǎn)生了濃厚的興趣。他想：底片的變化，恰恰說明放電管放出了一種穿透力極強的新射線，它甚至能夠穿透裝底片的袋子！一定要好好研究一下。不過—既然目前還不知道它是什么射線，那么就像列方程時一樣把它設為X吧，就叫它“X射線”好了。這一年的12月他發(fā)表了研究報告?？茖W界把發(fā)現(xiàn)X射線歸功于倫琴，把X射線也叫做倫琴射線。

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倫琴先把一個涂有磷光物質(zhì)的屏幕放在放電管附近，結(jié)果發(fā)現(xiàn)屏幕馬上發(fā)出了亮光。接著，他嘗試著拿一些平時不透光的較輕物質(zhì)—比如書本、橡皮板和木板—放到放電管和屏幕之間去擋那束看不見的神秘射線，可是誰也不能把它擋住，在屏幕上幾乎看不到任何陰影，它甚至能夠輕而易舉地穿透15毫米厚的鋁板！直到他把一塊厚厚的金屬板放在放電管與屏幕之間，屏幕上才出現(xiàn)了金屬板的陰影—看來這種射線還是沒有能力穿透太厚的物質(zhì)。

第5頁/共29頁接下來更為神奇的現(xiàn)象發(fā)生了，當這位學者小心翼翼地伸出手掌，試圖擋在放電管與屏幕之間時，他居然發(fā)現(xiàn)自己的手骨和手的輪廓被清晰地映射到了屏幕的上面。原來這是這種射線一個更為奇特的性質(zhì)：具有相當強度的X射線，可以使肌體內(nèi)的骨骼在磷光屏幕或者照相底片上投下陰影！

這一發(fā)現(xiàn)對于醫(yī)學的價值可是十分重要的，它就像給了人們一副可以看穿肌膚的“眼鏡”，能夠使醫(yī)生的“目光”穿透人的皮肉透視人的骨骼，清楚地觀察到活體內(nèi)的各種生理和病理現(xiàn)象。根據(jù)這一原理，后來人們發(fā)明了X射線機，X射線已經(jīng)成為現(xiàn)代醫(yī)學中一個不可缺少的武器。第6頁/共29頁倫琴所拍攝的第一枚X射線圖片第7頁/共29頁三、X射線成像的特性穿透性、熒光效應、攝影效應、電離效應

第8頁/共29頁四、簡述X射線成像機的歷程1913年美國物理學家克里吉制作出與今天相同的X射線管，這是一種經(jīng)過改進的陰極射線管，從而大大縮短了曝光時間。X射線透視檢查不僅縮短了診斷骨折、異物的時間，還為發(fā)現(xiàn)肺病出了很大的貢獻。這是是用膠片成像的方法。第9頁/共29頁膠片技術(shù)的示意圖X光光源患者膠片第10頁/共29頁20世紀中期，人們在成像系統(tǒng)中裝上X-射線倍增管的圖像接收器，可以通過從照相機中獲取的電信號通過一個視頻前置放大器處理后可以在屏幕上觀看。視頻信號可以轉(zhuǎn)化成數(shù)字形式，以便于數(shù)字處理、存儲與拷貝。第11頁/共29頁上面技術(shù)還不是純粹的數(shù)字技術(shù)，因而在20世紀70年代就有人預測會逐步演變產(chǎn)生光電子—X光成像技術(shù)。數(shù)字成像技術(shù)擁有快速處理、即時顯示圖像、信息存儲等優(yōu)異的功能。第12頁/共29頁五、X線成像的基本原理X線之所以能使人體在熒屏上或膠片上形成影像，一方面是基于X線的特性，即其穿透性、熒光效應和攝影效應；另一方面是基于人體組織有密度和厚度的差別。由于存在這種差別，當X線透過人體各種不同組織結(jié)構(gòu)時，它被吸收的程度不同，所以到達熒屏或膠片上的X線量即有差異。這樣，在熒屏或X線上就形成黑白對比不同的影像。第13頁/共29頁當強度均勻的X線穿透厚度相等的不同密度組織結(jié)構(gòu)時，由于吸收程度不同，在X線片上或熒屏上顯出具有黑白(或明暗)對比、層次差異的X線影像。在人體結(jié)構(gòu)中，胸部的肋骨密度高，對X線吸收多，照片上呈白影；肺部含氣體密度低，X線吸收少，照片上呈黑影。第14頁/共29頁X光平板探測器也是應用于這個原理，只是將熒光屏和膠片換成X光信號轉(zhuǎn)換板，這一項技術(shù)更新，就使平板探測器（FD）技術(shù)具備巨大的優(yōu)勢——利用FD技術(shù)可以即時采集到患者圖像，對圖像進行后期處理，輕松保存和傳送圖像。第15頁/共29頁X光平板探測的控制圖X射線轉(zhuǎn)換器像素控制回路數(shù)字控制接口數(shù)據(jù)傳輸陣列信號控制回路磁帶盒網(wǎng)絡接口數(shù)據(jù)接口

主機第16頁/共29頁六、數(shù)字式X射線機陣列構(gòu)成與LCD的TFT構(gòu)成一致，，只不過在TFT上要加入感光層，而且LCD是用TFT做開關(guān)控制像素的明暗狀態(tài)，而X射線機則是用像素感知到光在開啟TFT，向主機傳遞信號。第17頁/共29頁七、數(shù)字式X射線機的種類及概要目前推出的產(chǎn)品可歸納為間接型與直接型兩種，間接型者由探測器矩陣（detectormatrix）組成。其區(qū)分是根據(jù)存儲在每個像素上存儲電容上的成像信號如何通過入射-X射線輻射產(chǎn)生來區(qū)分的。第18頁/共29頁間接型探測器是在有源矩陣上放置一層合適厚度的發(fā)光材料的形式。陣列每個像素上放置由薄膜非晶態(tài)硅制成的光電二極管，用以將光轉(zhuǎn)換成電荷沉積。在光電二極管矩陣上被覆有摻鉈的碘化銫［CsI（Tl）］閃爍光電晶體。透過被檢體后的入射X線，激發(fā)光電二極管產(chǎn)生光電流，隨之就在光電二極管自身的電容上積分形成儲存電荷。每一像素的儲存電荷量和與之對應范圍內(nèi)的入射X線光子能量與數(shù)量成正比。第19頁/共29頁直接型者則是在每一個像素上均勻沉積一層合適厚度的光電導材料形成的。用非晶態(tài)硒涂覆在TFT陣列上。透過被檢體后的入射X線在硒層中產(chǎn)生電子-空穴對，在外施偏壓的電場作用下，電子和空穴向相反方向移動形成電流，隨之在TFT積分形成儲存電荷。其原理與干板靜電攝影近似，所不同者在于借助有源陣列輸出而非干板靜電攝影靠帶電碳粉顯影，從而達到即時輸出圖像。第20頁/共29