DR平板探测器分类介绍

DR平板探测器分类介绍从1995年RSNA上推出第一台平板探测器（FlatPanelDetector）设备以来，随着近年平板探测技术取得飞跃性的发展，在平板探测器的研发和生产过程中，平板探测技术可分为直接和间接两类。

（一）间接能量转换间接FPD的结构主要是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶硅层(amorphousSilicon，a-Si)再加TFT阵列构成。

其原理为闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，最后获得数字图像。

在间接FPD的图像采集中，由于有转换为可见光的过程，因此会有光的散射问题，从而导致图像的空间分辨率极对比度解析能力的降低。

换闪烁体目前主要有碘化铯(CsI，也用于影像增强器)，荧光体则有硫氧化钆(GdSO，也用于增感屏)，采用CsI+a-Si+TFT 结构的有Trixell和GE公司等，而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon和瓦里安公司等。

1、碘化铯(CsI)+a-Si+TFT：当有X射线入射到CsI闪烁发光晶体层时，X射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流,这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷.每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射X射线光子能量与数量成正比。

发展此类技术的有法国Trixell公司解像度143um2探测器(SIEMENS、Philips、汤姆逊合资)、美国GE解像度200um2探测器(收购的EG&G公司)等。

其原理见右图。

Trixell 公司（目前有西门子、飞利浦、万东、上医厂、长青、泛太平洋等厂家使用，成本约9.5万美金）用的是Csl柱状晶体结构的闪烁体涂层，此种结构可以减少可见光的闪射，但由于工艺复杂难以生成大面积平板，所以采用四块小板拼接成17″×17″大块平板，拼接处图像由软件弥补。

GE、佳能（佳能、东芝、岛津使用）的平板是使用Csl或Gd2O2S:Tb涂层，因不是柱状晶体结构，所以能量损失较Trixell严重。

CCD探测器和平板DR系统的比较探测器系统分类：测器系统原理：非晶硅平板探测器是将闪烁体和感光体集成在一起，闪烁体将X 射线转化为可见光，感光体再将可见光转化为电信号然后采样；非晶硒平板探测器是直接将X射线转化为电信号然后采样。

这两种平板探测器的尺寸都是17英寸x17英寸的。

CCD DR的探测器系统实际上就是一个高分辨率数码相机，内部结构有一个超大的光学镜头和CCD相机。

由17英寸x17英寸的闪烁屏，反射镜面，镜头和CCD感光芯片构成。

闪烁屏将X射线转化为可见光，可见光被镜面反射，然后通过镜头聚焦投射到CCD芯片上。

CCD探测系统可以理解为一个闪烁体和感光体分离，然后通过光学通路连接起来的非晶硅平板。

CCD芯片尺寸相对于平板很小，即使1600万像素的CCD芯片光学尺寸也可以只有2英寸。

感测质量和开发成本：和平板探测不同，CCD探测系统中有光学通路，吸收和反射会损失相当多的光学信息。

早期的CCD芯片技术感光灵敏度不够高，光电转换效率DQE往往低于30%，当曝光时间不足(受辐射量限制)时，信噪比低，图像质量不佳。

而平板探测器没有光学衰减，即使只有30%DQE，也会优于CCD的30%。

不过目前CCD芯片的QE已经可以超过60%，甚至达到80%也有。

一般来讲，平板DR的图像质量优于CCD DR。

从平板探测器和CCD芯片的成本来说，CCD尺寸小，价格比平板要便宜。

平板探测器的材料成本实际上并不高，由于非晶硅光电管阵列和碘化铯都是可以生产，因此实际上最关键的原因在于技术研发成本。

图像的真实性图像的真实性主要来自于信息还原程度，事实上CCDDR面世，在图像真实性存在问题，任何透镜偏转, 都存在像差, 存在中心边缘不一致, 存在色散, 这是光学结构所决定的, 是CCD的先天不足.。

同时成像剂量相比较大，拍摄腰椎侧位常规剂量难以满足临床的需要。

随着平板DR材料成本降低，而且基本实现五年以上的无故障使用寿命，未来市场CCD DR将和CRT医用显示器一样被赶出市场。

一、平板DR20世纪90年代后期薄膜晶体管(TFT)技术的出现，很快被应用于DR平板探测器的研制上，并取得突破性进展，随后相继出现了多种类型的平板X射线摄影探测器(FPD)。

平板探测器技术的出现时医学X射线摄影技术的又一次革命。

它的高对比度分辨率、高动态范围、丰富的图像处理功能将X射线的数字时代带入了一个新的高度。

目前主流的平板DR按其探测材料分为三大类，非晶硅、非晶硒和CMOS。

1、非晶硅平板探测器主要由闪烁体、以非晶硅为材料的光电二极管电路和底层TFT电荷信号读出电路组成。

工作时X射线光子激发闪烁体曾产生荧光，荧光的光谱波段在550nm左右，这正是非晶硅的灵敏度峰值。

荧光通过针状晶体传输至非晶硅二极管阵列，后者接受荧光信号并将其转换为电信号，信号送到对应的非晶硅薄膜晶体管并在其电容上形成存储电荷，由信号读出电路并送计算机重建图像。

2、非晶硒平板探测器非晶硒和非晶硅的主要区别在于没有使用闪烁体，而是通过非晶硒材料直接将X 射线转变为电信号，减少了中间环节，因此图像没有几何失真，大大提高了图像质量。

但其也有些缺憾，如对环境要求高（温度范围小，容易造成不可逆的损坏），存在疵点（区域）等，另外由于探测器暴露在X射线下，其抗射线损坏的能力相对较差。

此外，在提高DDR的响应时间时需要克服一定的技术障碍，而且成本较高。

3、 CMOS平板探测器和上面的非晶硅比较，CMOS平板探测器的探测材料为CMOS，由于目前CMOS的像素尺寸可以做到96um或48um，因此相对于上面两种，其分辨率要好很多，可以达到10lp/mm，如美国Rad-Icon公司产品。

可广泛应用于对分辨率要求较高的工业无损检测、医学影像及小动物CT等领域二、CCD DRCCD平面传感器成像方式是先把入射X射线经闪烁体转换为可见光，然后通过镜头或光纤锥直接耦合到CCD芯片上，由CCD芯片将可见光转换为电信号，并得到图像。

CCD平面数字成像技术在20世纪90年代中期就推入了市场，最近几年有了如下几个方面的改进和提高，将更有利于其的发展。

选择更符合中国国情的DRDR系统，即直接数字化X射线摄影系统。

广义上指直接将X线光子通过电子暗盒转换为数字化图像的系统，由扫描控制器、影像监示器、电子暗盒系统控制器等组成。

而狭义上的直接数字化X射线摄影系统即DDR （Direct Digital Radiography），通常指采用平板探测器的影像直接转换技术的数字放射射影，是真正意义上的直接数字化X射线摄影系统。

数字X光机（DR）的分类及比较分析1、按照探测器类型可以将数字X光机分为非晶硅平板DR（主流）、非晶硒平板DR和CCD型DR（主流）：2、按照机架结构可以将数字X光机分为悬吊型DR、UC臂型DR和U臂型DR：CCD型DR比平板型DR更适合中国国情目前能够大规模、高质量生产平板型DR探测器的厂家主要有TREXELL（西门子、泰雷兹、飞利浦合资）、瓦里安、三星、东芝等寥寥几家，技术垄断不言而喻。

与碘化铯非晶硅平板DR相比，CCD型DR从线对等技术角度来看，图像质量略差一筹。

这是因为碘化铯非晶硅平板DR的成像是1:1对称的，没有光学传导的过程，信号衰减较少，而CCD型DR由于制造工艺的问题，必须采用光学系统来传导信号，信号衰减是客观存在的。

如果需要达到和非晶硅平板DR相媲美的成像质量，必须要采用更高分辨率的CCD相机、更高感光度的超大口径光学镜头和更先进的图像处理技术，成本骤升。

目前优质的CCD DR的材料成本实际上可能还会比平板型更高。

其实，平板探测器的材料成本实际上并不高，由于非晶硅光电管阵列和碘化铯都是自己生产，因此实际上成本只有十万元人民币左右，而卖给中国用户的价格高达五十万元人民币，其中最关键的原因在于技术垄断。

综上可知，我国平板型DR研发技术和制造能力还较欧美发达国家有所差距，DR产品的市场占有率还是以性价比更高的CCD型为主。

最主要在于，CCD型DR 符合当前我国医疗改革，设备升级的大趋势。

国家统计信息中心数据显示，截至2014年2月底，全国医疗卫生机构数达97.5万个，其中公立医院13392个，民营医院11432个，基层医疗卫生机构 91.6万个。

DR平板探测器参数解释1、调制传递函数(MTF)MTF的涵义:就就是描述系统再现成像物体空间频率范围的能力,理想的成像系统要求100%再现成像物体细节,但现实中肯定存在不同程度的衰减,所以MTF 始终<1,它说明成像系统不能把输入的影像全部再现出来,换句话说,凡就是经过成像系统所获得的图像都不同程度损失了影像的对比度。

MTF值越大,成像系统再现成像物体细节能力越强。

系统的MTF就是必须要测定的。

要评价数字X线摄影系统的固有成像质量,必须计算出不受主观影响的、系统所固有的预采样MTF2、空间分辨率DR的空间分辨率指图像空间范围内的解像力或解像度,以能够分辨清楚图像中黑白相间线条的能力来表示。

黑白相间的线条简称线对一对黑白相间的线条称之为一个线对,分辨率的线性表达单位就是线对l毫米(LPlmm)。

在单位宽度范围内能够分辨清楚线对数越多,表示图像空间分辨率越高。

图像分辨率可用分辨率测试卡直接测出。

但空间分辨率的提高不就是无限的,其与探测器对X线光子的检测灵敏度、动态范围信噪比等有密切关系。

厂商在DR宣传材料中标注的分辨率很多都就是根据像素大小计算出来的而不就是临床上真正关心的系统分辨率。

但在实际临床X线成像过程中影响分辨率的因素有很多;例如X线焦点、SID(胶片距)、患者运动、曝光时间、探测器感光灵敏度、像素大小、计算机图像处理、显示器性能等。

系统中的每一个子系统发生变化都会影响整个系统的分辨率(所谓”木桶效应“)。

尤其要注意的就是监视器分辨率,DR系统探测器本身的分辨率一般高于系统所配监视器的分辨率。

目前临床所用最高档CRT型与LCD型显示器显示像素为2K×2、5K。

这些监视器都就是当作选件卖的,而DR系统本身所带监视器都为128O×1O24或1600×1200的普通计算机用监视器。

从提高工作效率讲,屏读电子闯片就是发展方向。

所以在追求高分辨率的时候不要忘记监视器这一环。

DR平板探测器参数解释1、调制传递函数(MTF)MTF的涵义:就就是描述系统再现成像物体空间频率范围的能力,理想的成像系统要求100%再现成像物体细节,但现实中肯定存在不同程度的衰减,所以MTF始终<1,它说明成像系统不能把输入的影像全部再现出来,换句话说,凡就是经过成像系统所获得的图像都不同程度损失了影像的对比度。

MTF值越大,成像系统再现成像物体细节能力越强。

系统的MTF就是必须要测定的。

要评价数字X线摄影系统的固有成像质量,必须计算出不受主观影响的、系统所固有的预采样MTF2、空间分辨率DR的空间分辨率指图像空间范围内的解像力或解像度,以能够分辨清楚图像中黑白相间线条的能力来表示。

黑白相间的线条简称线对一对黑白相间的线条称之为一个线对,分辨率的线性表达单位就是线对l毫米(LPlmm)。

在单位宽度范围内能够分辨清楚线对数越多,表示图像空间分辨率越高。

图像分辨率可用分辨率测试卡直接测出。

但空间分辨率的提高不就是无限的,其与探测器对X线光子的检测灵敏度、动态范围信噪比等有密切关系。

厂商在DR宣传材料中标注的分辨率很多都就是根据像素大小计算出来的而不就是临床上真正关心的系统分辨率。

但在实际临床X线成像过程中影响分辨率的因素有很多;例如X线焦点、SID(胶片距)、患者运动、曝光时间、探测器感光灵敏度、像素大小、计算机图像处理、显示器性能等。

系统中的每一个子系统发生变化都会影响整个系统的分辨率(所谓”木桶效应“)。

尤其要注意的就是监视器分辨率,DR系统探测器本身的分辨率一般高于系统所配监视器的分辨率。

目前临床所用最高档CRT型与LCD型显示器显示像素为2K×2、5K。

这些监视器都就是当作选件卖的,而DR系统本身所带监视器都为128O×1O24或1600×1200的普通计算机用监视器。

从提高工作效率讲,屏读电子闯片就是发展方向。

所以在追求高分辨率的时候不要忘记监视器这一环。

平板DR探测器原理(天地智慧医疗)从 1995年RSNA上推出第一台平板探测器（Flat Panel Detector）设备以来，随着近年平板探测技术取得飞跃性的发展，在平板探测器的研发和生产过程中，平板探测技术可分(天地智慧医疗)为直接和间接两类。

（一）间接能量转换(天地智慧医疗)间接FPD的结构主要是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶硅层(amorphous Silicon，a-Si)再加TFT阵列构成。

其原理为闪烁体或荧光体层经X射线曝光后，将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号，最后获得数字图像。

在间接FPD的图像采集中，由于有转换为可见光的过程，因此会有光的散射问题，从而导致图像的空间分辨率极对比度解析能力的降低。

换闪烁体目前主要有碘化铯(CsI，也用于影像增强器)，荧光体则有硫氧化钆(GdSO，也用于增感屏)，采用CsI+a-Si+TFT结构的有Trixell、瓦里安和GE公司等，而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon等。

1、碘化铯 ( CsI ) + a-Si + TFT ：当有 X 射线入射到 CsI 闪烁发光晶体层时，X 射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流, 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷. 每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射 X 射线光子能量与数量成正比。

发展此类技术的有法国 Trixell 公司解像度 143um2 探测器 ( SIEMENS、Philips、汤姆逊合资 ) 、美国 GE 解像度 200um2 探测器 ( 收购的 EG & G 公司 ) 等。

其原理见右图。

Trixell公司（目前有西门子、飞利浦、等厂家使用，成本约9.5万美金）用的是Csl柱状晶体结构的闪烁体涂层，此种结构可以减少可见光的闪射，但由于工艺复杂难以生成大面积平板，所以采用四块小板拼接成17″×17″大块平板，拼接处图像由软件弥补。

DR平板探测器常识——非晶硒和非晶硅平板探测器的区别在数字化摄片中，X线能量转换成电信号是通过平板探测器来实现的，所以平板探测器的特性会对DR图像质量产生比较大的影响。

选择DR必然要考虑到平板探测器的选择。

平板探测器的性能指标会对图像产生很大的影响，医院也应当根据实际需要选择适合自己的平板探测器。

DR平板探测器可以分为两种：非晶硒平板探测器和非晶硅平板探测器，从能量转换的方式来看，前者属于直接转换平板探测器，后者属于间接转换平板探测器。

非晶硒平板探测器主要由非晶硒层TFT构成。

入射的X射线使硒层产生电子空穴对，在外加偏压电场作用下，电子和空穴对向相反的方向移动形成电流，电流在薄膜晶体管中形成储存电荷。

每一个晶体管的储存电荷量对应于入射X射线的剂量，通过读出电路可以知道每一点的电荷量，进而知道每点的X线剂量。

由于非晶硒不产生可见光，没有散射线的影响，因此可以获得比较高的空间分辨率。

非晶硅平板探测器由碘化铯等闪烁晶体涂层与薄膜晶体管或电荷耦合器件或互补型金属氧化物半导体构成它的工作过程一般分为两步，首先闪烁晶体涂层将X线的能量转换成可见光；其次TFT或者CCD，或CMOS将可见光转换成电信号。

由于在这过程中可见光会发生散射，对空间分辨率产生一定的影响。

虽然新工艺中将闪烁体加工成柱状以提高对X线的利用及降低散射，但散射光对空间分辨率的影响不能完全消除。

Ø 不同平板探测器的比较评价平板探测器成像质量的性能指标主要有两个：量子探测效率和空间分辨率。

DQE决定了平板探测器对不同组织密度差异的分辨能力；而空间分辨率决定了对组织细微结构的分辨能力。

考察DQE和空间分辨率可以评估平板探测器的成像能力。

（1）影响平板探测器DQE的因素在非晶硅平板探测器中，影响DQE的因素主要有两个方面：闪烁体的涂层和将可见光转换成电信号的晶体管。

首先闪烁体涂层的材料和工艺影响了X线转换成可见光的能力，因此对DQE会产生影响。