平板探測(cè)器的原理及應(yīng)用演示文稿

平板探測(cè)器的原理及應(yīng)用演示文稿2012-02當(dāng)前1頁(yè)，總共39頁(yè)。平板探測(cè)器的原理及應(yīng)用當(dāng)前2頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02平板探測(cè)器通過(guò)面陣探測(cè)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(duì)于線陣探測(cè)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(cè)器平板探測(cè)器當(dāng)前3頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02平板探測(cè)器的應(yīng)用當(dāng)前4頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02平板探測(cè)器的典型結(jié)構(gòu)當(dāng)前5頁(yè)，總共39頁(yè)。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(cè)器將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，圖像重建等當(dāng)前6頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02平板探測(cè)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當(dāng)前7頁(yè)，總共39頁(yè)。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)十厘米當(dāng)前8頁(yè)，總共39頁(yè)。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(duì)在外加電場(chǎng)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(guò)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)。X射線當(dāng)前9頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02非晶硒平板探測(cè)器的特點(diǎn)直接進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換沒(méi)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

當(dāng)前10頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02直接型-非晶態(tài)硒美國(guó)Hologic公司DirectRay產(chǎn)品指標(biāo)成像范圍35cmx43cm像素?cái)?shù)量3560x3072像素尺寸139μm空間分辨率3.6Lp/mm成像時(shí)間5-7s曝光周期30s像素深度14bitSonialvisionSnfire指標(biāo)成像范圍43cmx43cm像素?cái)?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日本島津公司當(dāng)前11頁(yè)，總共39頁(yè)。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陣列當(dāng)前12頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02間接型-非晶態(tài)硅基本工作過(guò)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(jiàn)光圖像，b：可見(jiàn)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(duì)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)字圖像閃爍體層非晶硅陣列集成電路讀出板列驅(qū)動(dòng)板X射線當(dāng)前13頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02閃爍體和熒光體能將在X線照射下激發(fā)出可見(jiàn)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(guò)程閃爍是指單個(gè)高能粒子在閃爍體上瞬時(shí)激發(fā)的閃光脈沖當(dāng)前14頁(yè)，總共39頁(yè)。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(jiàn)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系列也是唯一能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的X射線探測(cè)器當(dāng)前15頁(yè)，總共39頁(yè)。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當(dāng)前16頁(yè)，總共39頁(yè)。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(duì)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。當(dāng)前17頁(yè)，總共39頁(yè)。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

當(dāng)前18頁(yè)，總共39頁(yè)。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(zhǎng)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(cè)器轉(zhuǎn)換效率比硫氧化釓?fù)繉痈摺？梢?jiàn)光當(dāng)前19頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02CCD探測(cè)器反射式當(dāng)前20頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02CCD探測(cè)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芯片當(dāng)前21頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02CCD探測(cè)器工作原理①采用閃爍體將X線能量轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)熒光②采用反射/透鏡/光纖進(jìn)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(chǔ)裝置④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)當(dāng)前22頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02CCD型和CMOS型CCDCMOS沒(méi)有電荷轉(zhuǎn)移功能，需要經(jīng)過(guò)X-Y選址電路。PD：產(chǎn)生蓄積電荷MOS-Fet：控制讀出當(dāng)前23頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02平板探測(cè)器類型的選擇觀察和區(qū)分不同組織的密度，因此對(duì)密度分辨率的要求比較高。宜使用非晶硅平板探測(cè)器的DR，這樣DQE比較高，容易獲得較高對(duì)比度的圖像需要對(duì)細(xì)節(jié)要有較高的顯像，對(duì)空間分辨率的要求很高，因此宜采用非晶硒平板探測(cè)器的DR，以獲得高空間分辨率的圖像。當(dāng)前24頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02平板探測(cè)器的主要參數(shù)DQE---DetectiveQuantumEfficiency

量子探測(cè)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

當(dāng)前25頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02量子探測(cè)效率-DQE定義：探測(cè)器（增感屏，膠片，IP,FPD)探測(cè)到的光量子與發(fā)射到探測(cè)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(lái)表示，一般為百分?jǐn)?shù)。

DQE=

當(dāng)前26頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02量子探測(cè)效率-DQE其中G是探測(cè)器的增益，Φ是單位面積的X射線探測(cè)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：當(dāng)前27頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02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當(dāng)前28頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）MTF為探測(cè)器對(duì)比度空間頻率轉(zhuǎn)移函數(shù)通常用來(lái)表示探測(cè)器對(duì)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(duì)于影像系統(tǒng)來(lái)說(shuō)可以獲得更好的圖像對(duì)比度。當(dāng)前29頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）MTF對(duì)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當(dāng)前30頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）空間頻率優(yōu)化通過(guò)濾波器改善調(diào)制傳遞函數(shù)當(dāng)前31頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）一種便于理解的MTF的圖解方法當(dāng)前32頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02噪聲平板探測(cè)器的噪聲主要來(lái)源于兩個(gè)方面：

a：探測(cè)器電子學(xué)噪聲（小）

b：X射線圖像量子噪聲RQA5測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)下一個(gè)大小為150μm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3—5個(gè)X光子當(dāng)前33頁(yè)，總共39頁(yè)。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(gè)參量來(lái)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(hào)X射線吸收率X射線－可見(jiàn)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)

當(dāng)前34頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02其他參數(shù)線性(Linearity)最大的線性劑量(X-raymaximumlineardose)：表示探測(cè)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(lái)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）當(dāng)前35頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02其他參數(shù)探測(cè)器圖像獲取時(shí)間探測(cè)器預(yù)備時(shí)間曝光等待時(shí)間曝光窗口圖像讀出時(shí)間對(duì)于非晶硅探測(cè)器典型值為2.8S左右實(shí)際一般為5～6S當(dāng)前36頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02其他參數(shù)溫度穩(wěn)定性（Stability）額定條件下探測(cè)器的輸出隨溫度的變化率，被稱為探測(cè)器的溫度系數(shù)（Detectortemperaturecoefficient)暗電流無(wú)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)生噪聲和干擾當(dāng)前37頁(yè)，總共39頁(yè)。2012-02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(duì)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