微觀平板DR優勢特點及平板探測器原理介紹
時間:2015-01-13 10:16:45 來源: 杭州美諾瓦近年來，我國國產平板DR研發制造能力在飛速進步。在X線攝影中，數字化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。數字化攝片(Digital Radiography，DR)中，X線轉換成電信號是通過平板探測器(Flat Plane Detector，FPD)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。
國內醫療設備面對國際醫療器械巨頭在高端醫療市場的狙擊，國內廠家不僅把握核心技術，更以價格優勢取得基層醫療機構的信賴。就以美諾瓦醫療科技的平板DR來說，其價格相對較低，適合小型醫院和社區衛生服務中心等基層醫療機構。研究機構統計，國產品牌平板DR的銷量在逐年擴大，在國內DR市場中占有重要地位，打破原有進口平板和國產CCD兩強壟斷的格局。
以美諾瓦的數字化X線影像(DR)設備為例，觀其DR的特點及優點
1、美諾瓦數字影像(DR)具有圖像清晰細膩、高分辨率、廣灰階度、信息量大、動態范圍大。
2、而且其密度分辨率高、獲取更多影像細節是美諾瓦數字化X線影像(DR)優于普通放射影像最重要的特點。
3、美諾瓦DR投照速度快，運動偽影的影響很小，拍片質量高。尤其對于哭鬧易動的兒童和不耐屏氣的老年患者。
4、最重要的是美諾瓦DR成像具有輻射小的優勢。由于其數字X光機(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。拍攝數字化X線影像(DR)要比普通影像輻射量減少30％—70％。
5、數字化影像對骨結構、關節軟骨及軟組織的顯示優于傳統的X線影像，美諾瓦數字化影像易于顯示縱膈結構如血管和氣管，對結節性病變的檢出率高于傳統的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換方式可以分為兩種：間接轉換平板探測器(indirect FPD)和直接轉換平板探測器(direct FPD)。
1、間接轉換平板探測器
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X射線曝光后，將X射線光子轉換為可見光，而后由具有光電二極管作用的非晶硅層變為圖像電信號，最后獲得數字圖像。在間接FPD的圖像采集中，由于有轉換為可見光的過程，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 閃爍發光晶體層時，X 射線光子能量轉化為可見光光子發射,可見光激發光電二極管產生電流, 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的入射 X 射線光子能量與數量成正比。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換屏，將X射線光子變為可見光圖像，而后通過透鏡或光導纖維將可見光圖像送至光學系統，由CCD采集轉換為圖像電信號。④ CsI ( Gd2O2S ) + CMOS ：此類技術受制于間接能量轉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 平板優勢競爭。
2、直接轉換平板探測器
直接轉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X射線曝光后直接形成電子-空穴對，產生電信號，通過TFT檢測陣列，再經 A/D轉換獲得數字化圖像。由于非晶硒不產生可見光，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?nbsp;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換成電信號的介質。①閃爍體或熒光體層的材料和工藝影響X線轉換成可見光的能力，因此對DQE會產生影響。②將可見光轉換成電信號也會對DQE產生影響。
直接轉換平板探測器中，X線轉換成電信號決定于非晶硒層產生的電子-空穴對，DQE的高低取決于非晶硒層產生電荷的能力?？偟膩碚f，碘化銫 ( CsI ) + a-Si(非晶硅)+ TFT結構的間接轉換平板探測器的極限DQE高于a-Se (非晶硒) 直接轉換平板探測器的極限DQE。
⑵影響平板探測器空間分辨率的因素
在直接轉換平板探測器中，空間分辨率決定于單位面積內薄膜晶體管矩陣大小。矩陣越大薄膜晶體管個數越多，空間分辨率越高，可以達到很高的空間分辨率。
在間接轉換平板探測器中，由于存在散射現象，空間分辨率不僅決定于單位面積內薄膜晶體管矩陣大小，還決定于散射光的控制技術。所以間接轉換平板探測器的空間分辨率低于直接轉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：調制傳遞函數；X：X線曝光強度；NPS：系統噪聲功率譜；C：X線量子系數
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。
間接轉換平板探測器的極限DQE比較高，但是隨著空間分辨率的提高，其DQE下降得較多；而直接轉換平板探測器的極限DQE不如間接轉換平板探測器的極限DQE高，但在高空間分辨率時，直接轉換平板探測器的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，宜使用直接轉換平板探測器，比如四肢、關節、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，這將進一步提高數字化影像的質量，為醫生提供更好更強的診斷依據。
國內醫療設備面對國際醫療器械巨頭在高端醫療市場的狙擊，國內廠家不僅把握核心技術，更以價格優勢取得基層醫療機構的信賴。就以美諾瓦醫療科技的平板DR來說，其價格相對較低，適合小型醫院和社區衛生服務中心等基層醫療機構。研究機構統計，國產品牌平板DR的銷量在逐年擴大，在國內DR市場中占有重要地位，打破原有進口平板和國產CCD兩強壟斷的格局。
以美諾瓦的數字化X線影像(DR)設備為例，觀其DR的特點及優點
1、美諾瓦數字影像(DR)具有圖像清晰細膩、高分辨率、廣灰階度、信息量大、動態范圍大。
2、而且其密度分辨率高、獲取更多影像細節是美諾瓦數字化X線影像(DR)優于普通放射影像最重要的特點。
3、美諾瓦DR投照速度快，運動偽影的影響很小，拍片質量高。尤其對于哭鬧易動的兒童和不耐屏氣的老年患者。
4、最重要的是美諾瓦DR成像具有輻射小的優勢。由于其數字X光機(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。拍攝數字化X線影像(DR)要比普通影像輻射量減少30％—70％。
5、數字化影像對骨結構、關節軟骨及軟組織的顯示優于傳統的X線影像，美諾瓦數字化影像易于顯示縱膈結構如血管和氣管，對結節性病變的檢出率高于傳統的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換方式可以分為兩種：間接轉換平板探測器(indirect FPD)和直接轉換平板探測器(direct FPD)。
1、間接轉換平板探測器
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X射線曝光后，將X射線光子轉換為可見光，而后由具有光電二極管作用的非晶硅層變為圖像電信號，最后獲得數字圖像。在間接FPD的圖像采集中，由于有轉換為可見光的過程，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 閃爍發光晶體層時，X 射線光子能量轉化為可見光光子發射,可見光激發光電二極管產生電流, 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的入射 X 射線光子能量與數量成正比。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換屏，將X射線光子變為可見光圖像，而后通過透鏡或光導纖維將可見光圖像送至光學系統，由CCD采集轉換為圖像電信號。④ CsI ( Gd2O2S ) + CMOS ：此類技術受制于間接能量轉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 平板優勢競爭。
2、直接轉換平板探測器
直接轉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X射線曝光后直接形成電子-空穴對，產生電信號，通過TFT檢測陣列，再經 A/D轉換獲得數字化圖像。由于非晶硒不產生可見光，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?nbsp;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換成電信號的介質。①閃爍體或熒光體層的材料和工藝影響X線轉換成可見光的能力，因此對DQE會產生影響。②將可見光轉換成電信號也會對DQE產生影響。
直接轉換平板探測器中，X線轉換成電信號決定于非晶硒層產生的電子-空穴對，DQE的高低取決于非晶硒層產生電荷的能力?？偟膩碚f，碘化銫 ( CsI ) + a-Si(非晶硅)+ TFT結構的間接轉換平板探測器的極限DQE高于a-Se (非晶硒) 直接轉換平板探測器的極限DQE。
⑵影響平板探測器空間分辨率的因素
在直接轉換平板探測器中，空間分辨率決定于單位面積內薄膜晶體管矩陣大小。矩陣越大薄膜晶體管個數越多，空間分辨率越高，可以達到很高的空間分辨率。
在間接轉換平板探測器中，由于存在散射現象，空間分辨率不僅決定于單位面積內薄膜晶體管矩陣大小，還決定于散射光的控制技術。所以間接轉換平板探測器的空間分辨率低于直接轉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：調制傳遞函數；X：X線曝光強度；NPS：系統噪聲功率譜；C：X線量子系數
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。
間接轉換平板探測器的極限DQE比較高，但是隨著空間分辨率的提高，其DQE下降得較多；而直接轉換平板探測器的極限DQE不如間接轉換平板探測器的極限DQE高，但在高空間分辨率時，直接轉換平板探測器的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，宜使用直接轉換平板探測器，比如四肢、關節、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，這將進一步提高數字化影像的質量，為醫生提供更好更強的診斷依據。
