數(shù)字平板探測器培訓

1、數(shù)字平板探測器數(shù)字平板探測器2非晶硅平板探測器介紹非晶硅平板探測器介紹2 非晶硅平板探測器廠家及類型非晶硅平板探測器廠家及類型3概述概述213概述概述在平板在平板DR數(shù)字化攝影中，數(shù)字化攝影中，X線能量轉換成電信號是通過平板探測器線能量轉換成電信號是通過平板探測器（Flat panel Detector)來實現(xiàn)的來實現(xiàn)的,所以平板探測器的特性會對所以平板探測器的特性會對DR圖像質圖像質量產生比較大的影響。量產生比較大的影響。選擇選擇DR必然考慮到平板探測器的選擇，平版探測器的性能指標會對圖像必然考慮到平板探測器的選擇，平版探測器的性能指標會對圖像產生很大的影響。產生很大的影響。 目前市場上存在

2、的平板探測器主要有兩種：目前市場上存在的平板探測器主要有兩種：非晶硒平板探測器和非晶硅平板探測器，從能量轉換的方式來看，前者非晶硒平板探測器和非晶硅平板探測器，從能量轉換的方式來看，前者屬于直接轉換平板探測器，后者屬于間接轉換平板探測器。屬于直接轉換平板探測器，后者屬于間接轉換平板探測器。 4概述概述 非晶硒平板探測器主要由非晶硒非晶硒平板探測器主要由非晶硒TFT構成。入射的構成。入射的X射線射線使硒層產生電子空穴對，在外加偏壓電場作用下，電子和使硒層產生電子空穴對，在外加偏壓電場作用下，電子和空穴對向相反的方向移動形成電流，電流在薄膜晶體管中空穴對向相反的方向移動形成電流，電流在薄膜晶體管中

3、形成儲存電荷量對應于入射形成儲存電荷量對應于入射X射線的劑量，通過讀出電路射線的劑量，通過讀出電路可以知道每一點的電荷量，進而知道每點的可以知道每一點的電荷量，進而知道每點的X射線劑量。射線劑量。由于非晶硒不產生可見光，沒有散射線的影響，因此可以由于非晶硒不產生可見光，沒有散射線的影響，因此可以獲得比較高的空間分辨率。獲得比較高的空間分辨率。5概述概述 非晶硅平板探測器主要由碘化銫等閃爍涂層與薄膜晶體管（非晶硅平板探測器主要由碘化銫等閃爍涂層與薄膜晶體管（TFT）構成。它的工作過程一般分為兩步，首先閃爍晶體涂層將構成。它的工作過程一般分為兩步，首先閃爍晶體涂層將X射線能量射線能量轉換成可見光，

4、其次轉換成可見光，其次TFT將可見光轉換成電信號，由于在這個過程中將可見光轉換成電信號，由于在這個過程中可見光會發(fā)生散射，對空間分辨率產生一定的影響，雖然新工藝中將可見光會發(fā)生散射，對空間分辨率產生一定的影響，雖然新工藝中將閃爍體加工成柱狀以提高對閃爍體加工成柱狀以提高對X線的利用及降低散射，但散射光對空間線的利用及降低散射，但散射光對空間分辨率的影響不能完全消除。分辨率的影響不能完全消除。6概述概述影響非晶硅平板探測器的圖像質量的因素影響非晶硅平板探測器的圖像質量的因素-影響非晶硅平板探測器影響非晶硅平板探測器DQE的因素主要有兩個方面：閃爍體的涂層和晶體管。的因素主要有兩個方面：閃爍體的涂

5、層和晶體管。首先閃爍體涂層的材料和工藝影響了首先閃爍體涂層的材料和工藝影響了X線轉換成可見光的能力，因此對線轉換成可見光的能力，因此對DQE會產生影響，目前常見的閃爍體涂層材料有兩種：碘化銫和硫氧化釓。碘化銫會產生影響，目前常見的閃爍體涂層材料有兩種：碘化銫和硫氧化釓。碘化銫對對X線的轉換效率要高于硫氧化釓，但是碘化銫的成本比較高，將碘化銫加工成線的轉換效率要高于硫氧化釓，但是碘化銫的成本比較高，將碘化銫加工成柱狀結構，可以進一步提高捕獲柱狀結構，可以進一步提高捕獲X線的能力，并減少散射光。使用硫氧化釓做線的能力，并減少散射光。使用硫氧化釓做涂層的探測器成像速度快，性能穩(wěn)定，成本較低，但是轉換

6、效率不如碘化銫。涂層的探測器成像速度快，性能穩(wěn)定，成本較低，但是轉換效率不如碘化銫。-其次將閃爍體產生的可見光轉換成電信號的方式也會對其次將閃爍體產生的可見光轉換成電信號的方式也會對DQE產生影響，薄膜產生影響，薄膜晶體管晶體管FTF的設計及工藝也會影響探測器的的設計及工藝也會影響探測器的DQE。-影響非晶硅平板探測器空間分辨率的因素：由于可見光的產生，存在散射現(xiàn)象影響非晶硅平板探測器空間分辨率的因素：由于可見光的產生，存在散射現(xiàn)象，空間分辨率不僅僅取決于對散射光的控制技術?？偟膩碚f，間接轉換平板探，空間分辨率不僅僅取決于對散射光的控制技術。總的來說，間接轉換平板探測器的空間分辨率不如直接轉換

7、型平板探測器高。測器的空間分辨率不如直接轉換型平板探測器高。7概述概述影響非晶硒平板探測器的圖像質量的因素影響非晶硒平板探測器的圖像質量的因素-X線轉換成電信號完全依賴于非晶硒層產生的電子空穴對，線轉換成電信號完全依賴于非晶硒層產生的電子空穴對，DQE的高低取決于的高低取決于非晶硒產生的電荷能力。非晶硒產生的電荷能力。-由于沒有可見光的產生，不發(fā)生散射，空間分辨率取決于單位面積內薄膜晶體由于沒有可見光的產生，不發(fā)生散射，空間分辨率取決于單位面積內薄膜晶體管矩陣大小，矩陣越大薄膜晶體管的個數(shù)越多，空間分辨率越高，隨著工藝的管矩陣大小，矩陣越大薄膜晶體管的個數(shù)越多，空間分辨率越高，隨著工藝的提高可

8、以做到很高的空間分辨率。提高可以做到很高的空間分辨率。8概述概述量子檢測效率量子檢測效率DQE與空間分辨率的關系與空間分辨率的關系-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，極限的是變化的，極限的DQE高，不等于在任何空間分辨率時高，不等于在任何空間分辨率時DQE都高，都高，DQE的計算公式如下：的計算公式如下：DQE=S2*MFT2/NSP*X*CS：信號平均強度，：信號平均強度，MFT是調制傳遞函數(shù)，是調制傳遞函數(shù)，X是是X線曝光強度，線曝光強度，NPS是系統(tǒng)噪聲是系統(tǒng)噪聲功率譜，功率譜，C是是X線量子系數(shù)。線量子系數(shù)。從公

9、式可以看出在不同的從公式可以看出在不同的MTF值中對應不同的值中對應不同的DQE，也就是說在不同的空間分，也就是說在不同的空間分辨率時有不同的辨率時有不同的DQE。9概述概述-非晶硅平板探測器的極限非晶硅平板探測器的極限DQE比較高，但是隨著空間分辨率的提高，其比較高，但是隨著空間分辨率的提高，其DQE下降得較多，而非晶硒平板探測器的極限下降得較多，而非晶硒平板探測器的極限DQE不如非晶硅平板探測器高，但是不如非晶硅平板探測器高，但是隨著空間分辨率的提高，其隨著空間分辨率的提高，其DQE反而超過了非晶硅平板探測器。反而超過了非晶硅平板探測器。-這種特性說明非晶硅平板探測器在區(qū)分組織密度差異的能

10、力較強，而非晶硒這種特性說明非晶硅平板探測器在區(qū)分組織密度差異的能力較強，而非晶硒平板探測器在區(qū)分細微結構差異的能力較高。平板探測器在區(qū)分細微結構差異的能力較高。非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器 DQE 曲線曲線非晶硒平板探測器非晶硒平板探測器 DQE 曲線曲線10概述概述由于由于DQE影響圖像的對比度，空間分辨率影響圖像對細節(jié)的分辨能力，在臨床影響圖像的對比度，空間分辨率影響圖像對細節(jié)的分辨能力，在臨床應用中用應根據(jù)不同的檢查部位來選擇不同類型的平板探測器，對于像胸部這應用中用應根據(jù)不同的檢查部位來選擇不同類型的平板探測器，對于像胸部這樣的檢查，重點在于觀察和區(qū)分不同組織的密度，因此對密度分

11、辨率的要求樣的檢查，重點在于觀察和區(qū)分不同組織的密度，因此對密度分辨率的要求比較高，在這種情況下，宜使用非晶硅平板探測器的比較高，在這種情況下，宜使用非晶硅平板探測器的DR，這樣，這樣DQE比較高，容比較高，容易獲得較高對比度的圖像，更有利于診斷；對于乳腺檢查，需要對細節(jié)要有較易獲得較高對比度的圖像，更有利于診斷；對于乳腺檢查，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，以獲取高高的顯像，對空間分辨率的要求很高因此宜采用非晶硒平板探測器，以獲取高空間分辨率的圖像，目前絕大多數(shù)廠家的數(shù)字乳腺機都采用了非晶硒平板探測空間分辨率的圖像，目前絕大多數(shù)廠家的數(shù)字乳腺機都采

12、用了非晶硒平板探測器。器。11概述概述 由于早期非晶硒平板探測器制作工藝存在缺陷，大面陣探測器的穩(wěn)定性較差由于早期非晶硒平板探測器制作工藝存在缺陷，大面陣探測器的穩(wěn)定性較差在市場占有率逐年減少，在市場占有率逐年減少，DR市場上主要以非晶硅平板探測器為主。市場上主要以非晶硅平板探測器為主。目前非晶硒平板探測器主要用于乳腺目前非晶硒平板探測器主要用于乳腺DR上。上。 以下主要介紹非晶硅平板探測器。以下主要介紹非晶硅平板探測器。12非晶硅平板探測器介紹非晶硅平板探測器介紹2 非晶硅平板探測器廠家及類型非晶硅平板探測器廠家及類型3概述概述2113非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器組成：閃

13、爍體、非晶硅平板探測器組成：閃爍體、a-si FTF陣列、采集控制電路陣列、采集控制電路非晶硅平板探測器獲取一幅圖像主要分為以下三步：非晶硅平板探測器獲取一幅圖像主要分為以下三步：-X 射線經過閃爍體轉化為可見光。射線經過閃爍體轉化為可見光。-可見光經過可見光經過A-SI FTF光電轉換為電信號進行存儲。光電轉換為電信號進行存儲。-電信號經過讀出電路讀出并經電信號經過讀出電路讀出并經AD轉換形成數(shù)字信號，傳至計算機形成轉換形成數(shù)字信號，傳至計算機形成數(shù)字圖像。數(shù)字圖像。14非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器閃爍體材料主要有：碘化銫（閃爍體材料主要有：碘化銫（CSI:TI)、硫氧化釓、硫氧化釓(

14、Gd2O2S:Tb)柱狀碘化銫（柱狀碘化銫（CSI:TI)硫氧化釓硫氧化釓碘化銫和硫氧化釓發(fā)射光譜與碘化銫和硫氧化釓發(fā)射光譜與a-si光電二極管量子效率譜均在光電二極管量子效率譜均在波長波長550nm處出現(xiàn)峰值具有很好處出現(xiàn)峰值具有很好的匹配性的匹配性使用使用CsI做涂層的探測器轉換效率做涂層的探測器轉換效率比硫氧化釓涂層高。比硫氧化釓涂層高。15非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器A-si TFT由具有光敏性的非晶硅光電二極管及不能感光由具有光敏性的非晶硅光電二極管及不能感光的三級管、行驅動線和列讀出線構成的三級管、行驅動線和列讀出線構成16非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器探測器為外圍電路探測器

15、為外圍電路探測器為外圍電路由：時序控制器，行驅動電路，讀出電路，探測器為外圍電路由：時序控制器，行驅動電路，讀出電路，A/D轉換電路轉換電路,通訊及控制電路組成。在時序控制器的統(tǒng)一指揮下行驅動將像素的電荷逐行通訊及控制電路組成。在時序控制器的統(tǒng)一指揮下行驅動將像素的電荷逐行檢出，經檢出，經A/D轉化電路轉化成數(shù)字信號，由網絡通訊接口發(fā)送至轉化電路轉化成數(shù)字信號，由網絡通訊接口發(fā)送至PC。17非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器平板探測器的內部平板探測器的內部18非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器平板探測器的主要指標平板探測器的主要指標有效像素尺寸，如有效像素尺寸，如143um19非晶硅平板探測器非晶

16、硅平板探測器有效成像面積：指探測器能夠用于獲取信息的范圍，目前最大為有效成像面積：指探測器能夠用于獲取信息的范圍，目前最大為17”X17”像素矩陣：有效攝影尺寸像素矩陣：有效攝影尺寸/有效像素尺寸有效像素尺寸 如：如：43cm/143um=300020非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器量子檢測效率（量子檢測效率（DQE）：）：表示探測器的性能，即所給劑量實際給予圖像的百分比。如表示探測器的性能，即所給劑量實際給予圖像的百分比。如60%和影像質量成正比、患者劑量呈反比和影像質量成正比、患者劑量呈反比21非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器動態(tài)范圍：即寬容度，是能夠顯示為信號強度不同的從最小到最大幅度范

17、圍。動態(tài)范圍：即寬容度，是能夠顯示為信號強度不同的從最小到最大幅度范圍。如：如：14bit=2的的14次方次方常見平板探測器的動態(tài)范圍是常見平板探測器的動態(tài)范圍是14bit模擬模擬X光機的動態(tài)范圍窄曝光寬容度小光機的動態(tài)范圍窄曝光寬容度小DR的動態(tài)范圍寬曝光寬容度大的動態(tài)范圍寬曝光寬容度大22非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器空間分辨率：指在高對比度的情況下鑒別細節(jié)的能力，即顯示最小體積病灶空間分辨率：指在高對比度的情況下鑒別細節(jié)的能力，即顯示最小體積病灶或結構的能力，一般空間分辨率由或結構的能力，一般空間分辨率由X線束的幾何尺寸所決定，與線束的幾何尺寸所決定，與X線劑量大小線劑量大小無關，空間

18、分辨率有一定的極限，空間分辨率受到探測器像素的大小、采樣間無關，空間分辨率有一定的極限，空間分辨率受到探測器像素的大小、采樣間隔以及隔以及X線的焦點大小等的限制。線的焦點大小等的限制。理論極限空間分辨率的計算方法：理論極限空間分辨率的計算方法：1/有效像素尺寸有效像素尺寸X0.5，如平板探測器的像素尺寸為，如平板探測器的像素尺寸為143um,理論極限空間分辨理論極限空間分辨率為率為 1/143x0.5=3.5lp/mm23非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器噪聲：噪聲：平板探測器的噪聲主要來源于兩個方面：平板探測器的噪聲主要來源于兩個方面：1、探測器電子學噪聲（?。?、探測器電子學噪聲（小）2、X射

19、線圖像量子噪聲射線圖像量子噪聲-例：例：RQA5測試標準下一個大小為測試標準下一個大小為150um的像素通?？梢晕盏南袼赝ǔ？梢晕?400個個X光子光子此時量子噪聲約為此時量子噪聲約為37個個X光子，而電子噪聲則僅相當于光子，而電子噪聲則僅相當于3-5個個X光子。光子。24非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器靈敏度：靈敏度：非晶硅平板探測器的靈敏度由幾個方面的因素決定：非晶硅平板探測器的靈敏度由幾個方面的因素決定：X射線吸收率，射線吸收率，X射線射線-可見光轉化系數(shù)，填充系數(shù)和光電二極光可見光可見光轉化系數(shù)，填充系數(shù)和光電二極光可見光-電子轉換系數(shù)。電子轉換系數(shù)。通常用通常用X射線靈敏度射線靈

20、敏度S表示表示如科標注探測器如科標注探測器X射線靈敏度射線靈敏度S為：為：S 1000e- /nGy/pel DN-5 Beam表示該探測器在標準表示該探測器在標準DN-5 X射線下每射線下每nGy在單個像素產生的電荷為在單個像素產生的電荷為1000，由于由于X射線靈敏度射線靈敏度S與與X射線的質有關通常要求射線的質標準如射線的質有關通常要求射線的質標準如 ：DN-5 Beam25非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器線性：線性：探測器的線性通常用以下幾個參數(shù)表示探測器的線性通常用以下幾個參數(shù)表示最大的線性劑量：表示探測器可達到線性度的要求的劑量范圍上限最大的線性劑量：表示探測器可達到線性度的要求的

21、劑量范圍上限非線性度：用百分比來表示在非線性度：用百分比來表示在0-Dmax最大的線性劑量之間的輸出的非線性程最大的線性劑量之間的輸出的非線性程度，通常包含微分非線性度，幾分非線性度，空間非線性度三個參數(shù)。度，通常包含微分非線性度，幾分非線性度，空間非線性度三個參數(shù)。記憶效應：記憶效應：表示圖像殘影的參數(shù)，通常用兩個參量來表示殘留因子的變化表示圖像殘影的參數(shù)，通常用兩個參量來表示殘留因子的變化一次曝光一次曝光20S后探測器短期記憶效應，如后探測器短期記憶效應，如0.1%一次曝光一次曝光60S后探測器短期記憶效應，如后探測器短期記憶效應，如0.02%需要注意的是此處的數(shù)值是在正常曝光條件下，如出

22、現(xiàn)過曝光情形則大于此數(shù)需要注意的是此處的數(shù)值是在正常曝光條件下，如出現(xiàn)過曝光情形則大于此數(shù)值。值。26非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器成像周期：成像周期：Cycle time 如：如：6S 27非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器探測器的溫度穩(wěn)定性探測器的溫度穩(wěn)定性額定條件下探測器的輸出隨著溫度的變化，被稱為探測器的溫度系數(shù)，通常額定條件下探測器的輸出隨著溫度的變化，被稱為探測器的溫度系數(shù)，通常用此參數(shù)來衡量探測器的溫度特性，對于探測器圖像系統(tǒng)通常會設計溫度漂移用此參數(shù)來衡量探測器的溫度特性，對于探測器圖像系統(tǒng)通常會設計溫度漂移校正的功能（校正的功能（offsetting correction).

23、 采用在圖像處理中扣除漂移因子的方法采用在圖像處理中扣除漂移因子的方法來保持圖像輸出的穩(wěn)定性。來保持圖像輸出的穩(wěn)定性。28非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器平板探測器圖像校準的必要性：平板探測器圖像校準的必要性：由于由于X射線源不同、探測器內部電子線路的不一致性及其正常變化，都會引起射線源不同、探測器內部電子線路的不一致性及其正常變化，都會引起平板探測器上不同像素在同樣平板探測器上不同像素在同樣X射線劑量輻射的情況下具有不同的輸出信號，射線劑量輻射的情況下具有不同的輸出信號，導致這一現(xiàn)象產生的原因可以歸納為以下幾個方面：導致這一現(xiàn)象產生的原因可以歸納為以下幾個方面：隨機噪聲、偏置誤差、像素響應不一致、壞像素。隨機噪聲、偏置誤差、像素響應不一致、壞像素。平探測器校正可以消除隨機噪聲、對偏置誤差進行修正、修正像素響應一致性平探測器校正可以消除隨機噪聲、對偏置誤差進行修正、修正像素響應一致性對壞像素進行修補。對壞像素進行修補。29非晶硅平板探測器非晶硅平板探測器探測器校正包含：探測器校正包含：Offset calibration、Gain calibration、Defect CalibrationOffset calibration主要用于消除隨機噪聲和偏置誤差需要在無射線下進行主要用于消