1、平板探測器的原理及應(yīng)用,1,行業(yè)重點(diǎn),主要內(nèi)容,平板探測器的概念 非晶硅平板探測器 非晶硒平板探測器 CMOS平板探測器 平板探測器的指標(biāo)與評價(jià),2,行業(yè)重點(diǎn),平板探測器,通過面陣探測器，取代傳統(tǒng)膠片等材料。 將X射線透照工件生成的圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于存儲(chǔ)和處理，符合一定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字圖像。 相對于線陣探測器 提高圖像的讀出速度 減少X線曝光時(shí)間,線陣掃描探測器,平板探測器,3,行業(yè)重點(diǎn),平板探測器的應(yīng)用,4,行業(yè)重點(diǎn),平板探測器的典型結(jié)構(gòu),5,行業(yè)重點(diǎn),典型的平板型DR組成,X線高壓發(fā)生器 產(chǎn)生高壓（高壓，燈絲，高壓整流，交換閘） X線球管 產(chǎn)生X射線 準(zhǔn)直器 減少散射線控制照射野 平板探測器

2、 將X射線轉(zhuǎn)換成已處理的電信號(hào) 圖像后處理系統(tǒng) A/D轉(zhuǎn)換，圖像預(yù)處理，圖像重建等,6,行業(yè)重點(diǎn),平板探測器的種類,直接能量轉(zhuǎn)換形 非晶態(tài)硒（Amorphous Selenium，a-Se） 間接能量轉(zhuǎn)換形 非晶態(tài)硅（Amorphous Selenium，a-Si+碘化銫(CsI) /硫氧化釓(g)( GdOS/Gd2O2S) CCD,7,行業(yè)重點(diǎn),直接型-非晶態(tài)硒,典型結(jié)構(gòu)： 非晶硒層（a-Se） 光電導(dǎo)材料 薄膜半導(dǎo)體陣列 （Thin Film Transistor array，TFT）,尺寸數(shù)十厘米,8,行業(yè)重點(diǎn),非晶硒型成像原理,向非晶硒層加正向偏置電壓（0-5kv），即預(yù)置初始狀態(tài)。

3、 X射線照射,非晶硒層產(chǎn)生電子、空穴對在外加電場下產(chǎn)生電流，并在TFT層存儲(chǔ)電荷。 讀出TFT層存儲(chǔ)的電荷，放大并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后輸出到計(jì)算機(jī)。 所有電荷信號(hào)被讀取后，消除殘余電荷，恢復(fù)到初始狀態(tài)。,9,行業(yè)重點(diǎn),非晶硒平板探測器的特點(diǎn),直接進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換沒有散射，清晰度要高 物理性能穩(wěn)定 介電常數(shù)低 電阻率高 暗電流小 光電吸收效率高 光電導(dǎo)效率隨X射線強(qiáng)度增大而增大,10,行業(yè)重點(diǎn),直接型-非晶態(tài)硒,美國Hologic公司,日本島津公司,11,行業(yè)重點(diǎn),間接型-非晶態(tài)硅,閃爍體或熒光體層 + 非晶硅層（a-Si） （具有光電二極管作用） + TFT陣列,12,行業(yè)重點(diǎn),間接型-非晶態(tài)硅,基本

4、工作過程原理： a：入射的X射線圖像經(jīng)碘化銫閃爍晶體轉(zhuǎn)換為可見光圖像， b：可見光圖像由下一層的非晶硅光電二極管陣列轉(zhuǎn)換為電荷圖像 c：對電荷信號(hào)逐行取出，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再傳送至計(jì)算機(jī)，從而形成X射線數(shù)字圖像,13,行業(yè)重點(diǎn),閃爍體和熒光體,能將在X線照射下激發(fā)出可見光的發(fā)光晶體物質(zhì)統(tǒng)稱閃爍體或熒光體， 熒光是指在X線激發(fā)停止后持續(xù)（10-8s）發(fā)光的過程 閃爍是指單個(gè)高能粒子在閃爍體上瞬時(shí)激發(fā)的閃光脈沖,14,行業(yè)重點(diǎn),間接型-閃爍體：硫氧化釓,作用：將X射線光子轉(zhuǎn)化成可見光光子發(fā)射,特點(diǎn)： 成像速度快 性能穩(wěn)定 成本較低,層狀排布（散射線造成的不清晰度較大） 主要有日本佳能生產(chǎn)的CXDI

5、系列 也是唯一能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的X射線探測器,15,行業(yè)重點(diǎn),間接型-閃爍體：碘化銫,用碘化銫 作為光電裝換的介質(zhì) 碘化銫（CsI:T1閃爍體） 連續(xù)排列、針狀 直徑約為6-7m 厚度為500-600m 外圍用 鉈包裹 減少漫射,16,行業(yè)重點(diǎn),非晶硒與碘化銫吸收系數(shù),隨著非晶硒厚度的提升（500m到700m）對X光的吸收率也隨之上升 資料中介紹：碘化銫厚度的的增加，吸收系數(shù)上升，但圖像分辨率下降。 隨X射線能量增高，非晶硒和碘化銫的吸收系數(shù)都隨之下降。,17,行業(yè)重點(diǎn),間接型-閃爍體,硫氧化釓 碘化銫 非晶硅 響應(yīng),2種閃爍體的光譜特性和非晶硅的響應(yīng)特性,18,行業(yè)重點(diǎn),間接型-閃爍體, 碘化銫和

6、硫化釓發(fā)射光譜與a-Si光電二極管量子效率譜均以波長550nm處出現(xiàn)峰值且具有很好的匹配關(guān)系。 使用CsI做涂層的探測器轉(zhuǎn)換效率比硫氧化釓?fù)繉痈摺?可見光,19,行業(yè)重點(diǎn),CCD探測器,反射式,20,行業(yè)重點(diǎn),CCD探測器,直射式 光纖式 CCD尺寸小，一般為3-5cm2,閃爍體一般為碘化銫 光學(xué)纖維 CCD芯片,閃爍體一般為碘化銫 光學(xué)透鏡 CCD芯片,21,行業(yè)重點(diǎn),CCD探測器工作原理,采用閃爍體將X線能量轉(zhuǎn)換為可見熒光 采用反射/透鏡/光纖進(jìn)行縮小并傳入CCD 產(chǎn)生光生電子，電子數(shù)與光子數(shù)成正比。并以電荷形式存入存儲(chǔ)裝置 讀取電荷信號(hào)，經(jīng)放大、A/D等處理后生成數(shù)字信號(hào),22,行業(yè)重點(diǎn)

7、,CCD型和CMOS型,CCD,CMOS 沒有電荷轉(zhuǎn)移功能，需要經(jīng)過X-Y選址電路。 PD：產(chǎn)生蓄積電荷 MOS-Fet：控制讀出,23,行業(yè)重點(diǎn),平板探測器類型的選擇,觀察和區(qū)分不同組織的密度，因此對密度分辨率的要求比較高。宜使用非晶硅平板探測器的DR，這樣DQE比較高，容易獲得較高對比度的圖像 需要對細(xì)節(jié)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。,24,行業(yè)重點(diǎn),平板探測器的主要參數(shù),DQE - Detective Quantum Efficiency 量子探測效率 SR - Spatial Resolution 空間分辨率 MTF

8、 - Modulation Transfer Function 調(diào)制傳遞函數(shù) S /N - Signal to Noise ratio 信噪比,25,行業(yè)重點(diǎn),量子探測效率-DQE,定義：探測器（增感屏，膠片，IP,FPD)探測到的光量子與發(fā)射到探測器上的量子數(shù)目比 通常用 輸出信噪比的平方與輸入信噪比的平方之比來表示，一般為百分?jǐn)?shù)。 DQE=,26,行業(yè)重點(diǎn),量子探測效率-DQE,其中G是探測器的增益， 是單位面積的X射線探測器輸入的量子 MTF是調(diào)制傳遞函數(shù)， NPS是噪聲功率譜。,另一種計(jì)算方法：,27,行業(yè)重點(diǎn),空間分辨率,空間分辨率是指圖像每個(gè)像素點(diǎn)的大小 特征是調(diào)制傳遞函數(shù) MTF

9、,28,行業(yè)重點(diǎn),調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）,MTF為探測器對比度空間頻率轉(zhuǎn)移函數(shù) 通常用來表示探測器對于圖像細(xì)節(jié)的分辨能力 在系統(tǒng)應(yīng)用的空間頻率范圍內(nèi)MTF值越高則空間頻率特性越好，對于影像系統(tǒng)來說可以獲得更好的圖像對比度。,29,行業(yè)重點(diǎn),調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）,MTF對比 500m層厚結(jié)構(gòu)化碘化銫晶體 和 粉末狀增感屏,注：圖像上亮度分布相鄰的黑線或白線的距離定義為空間周期,30,行業(yè)重點(diǎn),調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）,空間頻率優(yōu)化 通過濾波器改善調(diào)制傳遞函數(shù),31,行業(yè)重點(diǎn),調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）,一種便于理解的MTF的圖解方法,32,行業(yè)重點(diǎn),噪聲,平板探測器的噪聲主要來源于兩個(gè)方面： a：探

10、測器電子學(xué)噪聲 （小） b：X射線圖像量子噪聲 RQA5測試標(biāo)準(zhǔn)下一個(gè)大小為150m的像素通?？梢晕?400個(gè)X光子，此時(shí)量子噪聲約為37個(gè)X光子，而讀出噪聲則僅相當(dāng)于35個(gè)X光子,33,行業(yè)重點(diǎn),其他參數(shù),記憶效應(yīng)(memory effect) 表示圖像殘留的參數(shù)，通常用兩個(gè)參量來表示殘留因子的變化 一次曝光20S后記憶效應(yīng)(Short-term memory effect 20s) 如：0.1% 一次曝光60S后記憶效應(yīng)(Short-term memory effect 60s) 如：0.02% 靈敏度（Sensitivity）響應(yīng)度 一定光譜范圍內(nèi)，單位曝光量的輸出信號(hào) X射線吸收率

11、X射線可見光轉(zhuǎn)換系數(shù) 填充系數(shù) 光電二極管光電轉(zhuǎn)換系數(shù),34,行業(yè)重點(diǎn),其他參數(shù),線性(Linearity) 最大的線性劑量(X-ray maximum linear dose)： 表示探測器可達(dá)到線性度要求的劑量范圍上限 非線性度(Non-linearity)： 用百分比來表示在max最大的線性劑量之間輸出的非線性程度 微分非線性度（Linearity-differential-FT） 積分非線性度(Linearity-integral-FT） 空間非線性度(Linearity-spatial-FT）,35,行業(yè)重點(diǎn),其他參數(shù),探測器圖像獲取時(shí)間 探測器預(yù)備時(shí)間 曝光等待時(shí)間 曝光窗口 圖像

12、讀出時(shí)間 對于非晶硅探測器典型值為2.8S左右 實(shí)際一般為56 S,36,行業(yè)重點(diǎn),其他參數(shù),溫度穩(wěn)定性（Stability） 額定條件下探測器的輸出隨溫度的變化率，被稱為探測器的溫度系數(shù)（Detector temperature coefficient) 暗電流 無光和電輸入下的輸出電流。（半導(dǎo)體發(fā)熱） 限制了器件的信號(hào)處理能力、動(dòng)態(tài)范圍 產(chǎn)生噪聲和干擾,37,行業(yè)重點(diǎn),非晶硒型,優(yōu)點(diǎn)： 1、轉(zhuǎn)換效率高； 2、動(dòng)態(tài)范圍廣； 3、空間分辨率高； 4、銳利度好； 缺點(diǎn)： 1、對X線吸收率低，在低劑量條件下圖像質(zhì)量不能很好的保證，而加大X線劑量，不但加大病源射線吸收，且對X光系統(tǒng)要求過高。 2、硒層對溫度敏感，使用條