如何选择平板探测器

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。

2要求2.1图像质量及成像性能2.1.1线对分辨率在70 kV的条件下，标称有效成像区域下的线对分辨率：a)无衰减体模的情况下应不小于3.7 lp/mm。

b)有衰减体模（纯度大于99.5%的20 mm厚的铝）情况下应不小于3.7 lp/mm。

2.1.2低对比度分辨率在85 kV、探测器表面的空气比释动能不低于2.1.10中最大线性剂量的50%的条件下，低对比度分辨率的最小值应不大于0.0035。

2.1.3影像均匀性在70 kV、1.8 mSID、探测器中央区域表面空气比释动能为2.1.10中最大线性剂量的20% 的条件下，影像规定采样点灰度值的标准差R 与灰度值均值V m 之比不应大于2.2%。

R≤2.2% ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅（1）Vm式中：R ——灰度值标准差；V m ——灰度值均值。

2.1.4残影在最短曝光间隔为16 s的条件下，无可见残影存在。

2.1.5伪影无可见伪影存在。

2.1.6调制传递函数（MTF）在RQA5条件下在空间频率为1.0 lp/mm、2.0 lp/mm上的MTF数值分别为0.58、0.3，偏差均不超过-0.04。

2.1.7量子探测效率（DQE）在RQA5、10 μGy剂量条件下在空间频率为0、0.5 lp/mm、1.0 lp/mm、1.5 lp/mm、2.0 lp/mm、2.5 lp/mm、3.0 lp/mm、3.5 lp/mm上的DQE数值分别为0.7、0.53、0.43、0.36、0.32、0.27、0.21、0.14，偏差均不超过-0.06。

2.1.8像素间距和像素矩阵a)像素间距为140 μm。

b) 像素矩阵：MPX3543R探测器为2 560×3 072，MPX4343R探测器为3 072×3 072。

2.1.9有效成像区域有效成像区域在x、y两个方向上的最大尺寸，使用MPX3543R探测器时为35 cm×43 cm，使用MPX4343R平板探测器时为43 cm×43 cm。

CMOS平板探测器与⾮晶硅平板探测器前⾔在C形臂X射线机中，早期的探测器都是影像增强器。

在2000年，⾮晶硅平板探测器最早在⼤C上开始应有，很快就完全取代了增强器。

但直到2006年才出现在移动C形臂上，直到2012年，全球⼀共才卖出去2百台平板移动C形臂，在全球移动C形臂的装机中只占0.4%。

主要还是因为⾮晶硅平板的低剂量DQE差，在脊柱成像上和影像增强器相⽐差很多。

在2010年前后，CMOS平板探测器开始在Mini C形臂上得到应⽤。

CMOS探测器的低剂量DQE⽐影像增强器⾼，在图像质量上⾼于⾮晶硅平板和影像增强器。

但是由于价格昂贵，由⼀⽚8英⼨晶圆制作的⼩尺⼨（13cmx13cm、15cmx12cm）的CMOS探测器最早是⽤在⼯业探伤、⽛科成像以及mini C形臂领域。

随着技术的进步，⼤约在2016年，20cm和30cm⼤尺⼨CMOS探测器才由GE OEC开始⽤到移动C形臂上。

现在⼀块20cm的⾮晶硅平板探测器价格已经⾮常接近⼀个影像增强器配上⼀个主流的百万像素CCD相机价格。

⾮晶硅平板探测器尽管低剂量DQE差，在脊柱成像上不如增强器。

⼀台⾮晶硅平板C臂的成本和⼀台影像增强器C臂成本差不多，但是售价⾮常⾼。

在2019年，两⼤影像增强器供商之⼀的法国泰雷兹公司宣布停产影像增强器，吹响了⽤平板探测器全⾯取代影像增强器的号⾓；同时，在利益驱动下，许多公司⼀起推动，⾮晶硅平板C形臂在国内开始普及。

CMOS平板探测器价钱昂贵，相同尺⼨的CMOS平板探测器价格是⾮晶硅平板探测器的3-4倍，⼀开始只有少部分⼚家使⽤，最近越来越多的⼤⼚采⽤CMOS探测器，例如GE的晶智和晶锐、西门⼦的Spin和Cios Alpha、奇⽬的多款C臂、还有联影的C形臂等等。

CMOS平板探测器和⾮晶硅平板探测器相⽐，具有低剂量DQE⾼（⽂献1、⽂献4)、可以全分辨率下获得全帧率图像(⽂献3）、拖尾⼩（⽂献2）。

由西门⼦公司和霍普⾦斯医学院合作的研究（⽂献6），对⽐了30cm的CMOS探测器和⾮晶硅探测器在透视成像和3D成像上的性能：CMOS探测器的噪声⽐⾮晶硅探测器低2-3倍；单帧剂量低于50nGy时，CMOS的DQE更⾼。

（一）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1CCD，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。

目前常见的闪烁体涂层材料有两种：碘化铯和硫氧化钆。