平板探測器的原理及應(yīng)用

平板探測器的原理及應(yīng)用第一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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)與評價第二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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轉(zhuǎn)換成易于存儲和處理，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線曝光時間線陣掃描探測器平板探測器第三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02平板探測器的應(yīng)用第四頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02平板探測器的典型結(jié)構(gòu)第五頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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將X射線轉(zhuǎn)換成已處理的電信號圖像后處理系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換，圖像預(yù)處理，圖像重建等第六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02平板探測器的種類直接能量轉(zhuǎn)換形非晶態(tài)硒（AmorphousSelenium，a-Se）間接能量轉(zhuǎn)換形

非晶態(tài)硅（AmorphousSelenium，a-Si+碘化銫(CsI)/硫氧化釓(gá)(GdOS/Gd2O2S)CCD第七頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02直接型-非晶態(tài)硒典型結(jié)構(gòu)： ①非晶硒層（a-Se）

光電導(dǎo)材料 ②薄膜半導(dǎo)體陣列 （ThinFilmTransistorarray，TFT）尺寸數(shù)十厘米第八頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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)。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層存儲電荷。讀出TFT層存儲的電荷，放大并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后輸出到計算機。所有電荷信號被讀取后，消除殘余電荷，恢復(fù)到初始狀態(tài)。X射線第九頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02非晶硒平板探測器的特點直接進行光電轉(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射線強度增大而增大

第十頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02直接型-非晶態(tài)硒美國Hologic公司DirectRay產(chǎn)品指標(biāo)成像范圍35cmx43cm像素數(shù)量3560x3072像素尺寸139μm空間分辨率3.6Lp/mm成像時間5-7s曝光周期30s像素深度14bitSonialvisionSnfire指標(biāo)成像范圍43cmx43cm像素數(shù)量2880x2880像素尺寸150μm空間分辨率3.3Lp/mm快速R/F切換0.5s像素深度14bit日本島津公司第十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02間接型-非晶態(tài)硅①閃爍體或熒光體層

+②非晶硅層（a-Si）（具有光電二極管作用）

+③TFT陣列第十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02間接型-非晶態(tài)硅基本工作過程原理：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：對電荷信號逐行取出，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再傳送至計算機，從而形成X射線數(shù)字圖像閃爍體層非晶硅陣列集成電路讀出板列驅(qū)動板X射線第十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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高能粒子在閃爍體上瞬時激發(fā)的閃光脈沖第十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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： 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系列也是唯一能實現(xiàn)移動的X射線探測器第十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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6-7μm

厚度為500-600μm

外圍用鉈包裹減少漫射第十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02非晶硒與碘化銫吸收系數(shù)隨著非晶硒厚度的提升（500μm到700μm）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。第十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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

第十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02間接型-閃爍體①碘化銫和硫化釓發(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。

②使用CsI做涂層的探測器轉(zhuǎn)換效率比硫氧化釓?fù)繉痈??？梢姽獾谑彭?，共三十八頁?022年，8月28日2012-02CCD探測器反射式第二十頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02CCD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芯片第二十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02CCD探測器工作原理①采用閃爍體將X線能量轉(zhuǎn)換為可見熒光②采用反射/透鏡/光纖進行縮小并傳入CCD③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裝置④讀取電荷信號，經(jīng)放大、A/D等處理后生成數(shù)字信號第二十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02CCD型和CMOS型CCDCMOS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：控制讀出第二十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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。第二十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02平板探測器的主要參數(shù)DQE---DetectiveQuantumEfficiency

量子探測效率SR---SpatialResolution

空間分辨率MTF---ModulationTransferFunction

調(diào)制傳遞函數(shù)S/N---SignaltoNoiseratio

信噪比

第二十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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=

第二十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02量子探測效率-DQE其中G是探測器的增益，Φ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。另一種計算方法：第二十七頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02空間分辨率空間分辨率是指圖像每個像素點的大小特征是調(diào)制傳遞函數(shù)MTF第二十八頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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。第二十九頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）MTF對比

500μm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第三十頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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)第三十一頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）一種便于理解的MTF的圖解方法第三十二頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02噪聲平板探測器的噪聲主要來源于兩個方面：

a：探測器電子學(xué)噪聲（?。?/p>

b：X射線圖像量子噪聲RQA5測試標(biāo)準(zhǔn)下一個大小為150μm的像素通常可以吸收1400個X光子，此時量子噪聲約為37個X光子，而讀出噪聲則僅相當(dāng)于3—5個X光子第三十三頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02其他參數(shù)記憶效應(yīng)(memoryeffect)表示圖像殘留的參數(shù)，通常用兩個參量來表示殘留因子的變化一次曝光20S后記憶效應(yīng)(Short-termmemoryeffect20s)如：0.1%一次曝光60S后記憶效應(yīng)(Short-termmemoryeffect60s)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X射線吸收率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)

第三十四頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02其他參數(shù)線性(Linearity)最大的線性劑量(X-raymaximumlineardose)：表示探測器可達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０－Ｄmax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）第三十五頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02其他參數(shù)探測器圖像獲取時間探測器預(yù)備時間曝光等待時間曝光窗口圖像讀出時間對于非晶硅探測器典型值為2.8S左右實際一般為5～6S第三十六頁，共三十八頁，2022年，8月28日2012-02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)（Detectortemperaturecoefficient)暗電流