数字平板探测器培训

1、数字平板探测器数字平板探测器2非晶硅平板探测器介绍非晶硅平板探测器介绍2 非晶硅平板探测器厂家及类型非晶硅平板探测器厂家及类型3概述概述213概述概述在平板在平板DR数字化摄影中，数字化摄影中，X线能量转换成电信号是通过平板探测器线能量转换成电信号是通过平板探测器（Flat panel Detector)来实现的来实现的,所以平板探测器的特性会对所以平板探测器的特性会对DR图像质图像质量产生比较大的影响。量产生比较大的影响。选择选择DR必然考虑到平板探测器的选择，平版探测器的性能指标会对图像必然考虑到平板探测器的选择，平版探测器的性能指标会对图像产生很大的影响。产生很大的影响。 目前市场上存在

2、的平板探测器主要有两种：目前市场上存在的平板探测器主要有两种：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。属于直接转换平板探测器，后者属于间接转换平板探测器。 4概述概述 非晶硒平板探测器主要由非晶硒非晶硒平板探测器主要由非晶硒TFT构成。入射的构成。入射的X射线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空穴对向相反的方向移动形成电流，电流在薄膜晶体管中

3、形成储存电荷量对应于入射形成储存电荷量对应于入射X射线的剂量，通过读出电路射线的剂量，通过读出电路可以知道每一点的电荷量，进而知道每点的可以知道每一点的电荷量，进而知道每点的X射线剂量。射线剂量。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。获得比较高的空间分辨率。5概述概述 非晶硅平板探测器主要由碘化铯等闪烁涂层与薄膜晶体管（非晶硅平板探测器主要由碘化铯等闪烁涂层与薄膜晶体管（TFT）构成。它的工作过程一般分为两步，首先闪烁晶体涂层将构成。它的工作过程一般分为两步，首先闪烁晶体涂层将X射线能量射线能量转换成可见光，

4、其次转换成可见光，其次TFT将可见光转换成电信号，由于在这个过程中将可见光转换成电信号，由于在这个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。分辨率的影响不能完全消除。6概述概述影响非晶硅平板探测器的图像质量的因素影响非晶硅平板探测器的图像质量的因素-影响非晶硅平板探测器影响非晶硅平板探测器DQE的因素主要有两个方面：闪烁体的涂层和晶体管。的因素主要有两个方面：闪烁体的涂

5、层和晶体管。首先闪烁体涂层的材料和工艺影响了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。碘化铯会产生影响，目前常见的闪烁体涂层材料有两种：碘化铯和硫氧化钆。碘化铯对对X线的转换效率要高于硫氧化钆，但是碘化铯的成本比较高，将碘化铯加工成线的转换效率要高于硫氧化钆，但是碘化铯的成本比较高，将碘化铯加工成柱状结构，可以进一步提高捕获柱状结构，可以进一步提高捕获X线的能力，并减少散射光。使用硫氧化钆做线的能力，并减少散射光。使用硫氧化钆做涂层的探测器成像速度快，性能稳定，成本较低，但是转换

6、效率不如碘化铯。涂层的探测器成像速度快，性能稳定，成本较低，但是转换效率不如碘化铯。-其次将闪烁体产生的可见光转换成电信号的方式也会对其次将闪烁体产生的可见光转换成电信号的方式也会对DQE产生影响，薄膜产生影响，薄膜晶体管晶体管FTF的设计及工艺也会影响探测器的的设计及工艺也会影响探测器的DQE。-影响非晶硅平板探测器空间分辨率的因素：由于可见光的产生，存在散射现象影响非晶硅平板探测器空间分辨率的因素：由于可见光的产生，存在散射现象，空间分辨率不仅仅取决于对散射光的控制技术。总的来说，间接转换平板探，空间分辨率不仅仅取决于对散射光的控制技术。总的来说，间接转换平板探测器的空间分辨率不如直接转换

7、型平板探测器高。测器的空间分辨率不如直接转换型平板探测器高。7概述概述影响非晶硒平板探测器的图像质量的因素影响非晶硒平板探测器的图像质量的因素-X线转换成电信号完全依赖于非晶硒层产生的电子空穴对，线转换成电信号完全依赖于非晶硒层产生的电子空穴对，DQE的高低取决于的高低取决于非晶硒产生的电荷能力。非晶硒产生的电荷能力。-由于没有可见光的产生，不发生散射，空间分辨率取决于单位面积内薄膜晶体由于没有可见光的产生，不发生散射，空间分辨率取决于单位面积内薄膜晶体管矩阵大小，矩阵越大薄膜晶体管的个数越多，空间分辨率越高，随着工艺的管矩阵大小，矩阵越大薄膜晶体管的个数越多，空间分辨率越高，随着工艺的提高可

8、以做到很高的空间分辨率。提高可以做到很高的空间分辨率。8概述概述量子检测效率量子检测效率DQE与空间分辨率的关系与空间分辨率的关系-对于同一种平板探测器，在不同的空间分辨率时，其对于同一种平板探测器，在不同的空间分辨率时，其DQE是变化的，极限的是变化的，极限的DQE高，不等于在任何空间分辨率时高，不等于在任何空间分辨率时DQE都高，都高，DQE的计算公式如下：的计算公式如下：DQE=S2*MFT2/NSP*X*CS：信号平均强度，：信号平均强度，MFT是调制传递函数，是调制传递函数，X是是X线曝光强度，线曝光强度，NPS是系统噪声是系统噪声功率谱，功率谱，C是是X线量子系数。线量子系数。从公

9、式可以看出在不同的从公式可以看出在不同的MTF值中对应不同的值中对应不同的DQE，也就是说在不同的空间分，也就是说在不同的空间分辨率时有不同的辨率时有不同的DQE。9概述概述-非晶硅平板探测器的极限非晶硅平板探测器的极限DQE比较高，但是随着空间分辨率的提高，其比较高，但是随着空间分辨率的提高，其DQE下降得较多，而非晶硒平板探测器的极限下降得较多，而非晶硒平板探测器的极限DQE不如非晶硅平板探测器高，但是不如非晶硅平板探测器高，但是随着空间分辨率的提高，其随着空间分辨率的提高，其DQE反而超过了非晶硅平板探测器。反而超过了非晶硅平板探测器。-这种特性说明非晶硅平板探测器在区分组织密度差异的能

10、力较强，而非晶硒这种特性说明非晶硅平板探测器在区分组织密度差异的能力较强，而非晶硒平板探测器在区分细微结构差异的能力较高。平板探测器在区分细微结构差异的能力较高。非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器 DQE 曲线曲线非晶硒平板探测器非晶硒平板探测器 DQE 曲线曲线10概述概述由于由于DQE影响图像的对比度，空间分辨率影响图像对细节的分辨能力，在临床影响图像的对比度，空间分辨率影响图像对细节的分辨能力，在临床应用中用应根据不同的检查部位来选择不同类型的平板探测器，对于像胸部这应用中用应根据不同的检查部位来选择不同类型的平板探测器，对于像胸部这样的检查，重点在于观察和区分不同组织的密度，因此对密度分

11、辨率的要求样的检查，重点在于观察和区分不同组织的密度，因此对密度分辨率的要求比较高，在这种情况下，宜使用非晶硅平板探测器的比较高，在这种情况下，宜使用非晶硅平板探测器的DR，这样，这样DQE比较高，容比较高，容易获得较高对比度的图像，更有利于诊断；对于乳腺检查，需要对细节要有较易获得较高对比度的图像，更有利于诊断；对于乳腺检查，需要对细节要有较高的显像，对空间分辨率的要求很高因此宜采用非晶硒平板探测器，以获取高高的显像，对空间分辨率的要求很高因此宜采用非晶硒平板探测器，以获取高空间分辨率的图像，目前绝大多数厂家的数字乳腺机都采用了非晶硒平板探测空间分辨率的图像，目前绝大多数厂家的数字乳腺机都采

12、用了非晶硒平板探测器。器。11概述概述 由于早期非晶硒平板探测器制作工艺存在缺陷，大面阵探测器的稳定性较差由于早期非晶硒平板探测器制作工艺存在缺陷，大面阵探测器的稳定性较差在市场占有率逐年减少，在市场占有率逐年减少，DR市场上主要以非晶硅平板探测器为主。市场上主要以非晶硅平板探测器为主。目前非晶硒平板探测器主要用于乳腺目前非晶硒平板探测器主要用于乳腺DR上。上。 以下主要介绍非晶硅平板探测器。以下主要介绍非晶硅平板探测器。12非晶硅平板探测器介绍非晶硅平板探测器介绍2 非晶硅平板探测器厂家及类型非晶硅平板探测器厂家及类型3概述概述2113非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器组成：闪

13、烁体、非晶硅平板探测器组成：闪烁体、a-si FTF阵列、采集控制电路阵列、采集控制电路非晶硅平板探测器获取一幅图像主要分为以下三步：非晶硅平板探测器获取一幅图像主要分为以下三步：-X 射线经过闪烁体转化为可见光。射线经过闪烁体转化为可见光。-可见光经过可见光经过A-SI FTF光电转换为电信号进行存储。光电转换为电信号进行存储。-电信号经过读出电路读出并经电信号经过读出电路读出并经AD转换形成数字信号，传至计算机形成转换形成数字信号，传至计算机形成数字图像。数字图像。14非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器闪烁体材料主要有：碘化铯（闪烁体材料主要有：碘化铯（CSI:TI)、硫氧化钆、硫氧化钆(

14、Gd2O2S:Tb)柱状碘化铯（柱状碘化铯（CSI:TI)硫氧化钆硫氧化钆碘化铯和硫氧化钆发射光谱与碘化铯和硫氧化钆发射光谱与a-si光电二极管量子效率谱均在光电二极管量子效率谱均在波长波长550nm处出现峰值具有很好处出现峰值具有很好的匹配性的匹配性使用使用CsI做涂层的探测器转换效率做涂层的探测器转换效率比硫氧化钆涂层高。比硫氧化钆涂层高。15非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器A-si TFT由具有光敏性的非晶硅光电二极管及不能感光由具有光敏性的非晶硅光电二极管及不能感光的三级管、行驱动线和列读出线构成的三级管、行驱动线和列读出线构成16非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器探测器为外围电路探测器

15、为外围电路探测器为外围电路由：时序控制器，行驱动电路，读出电路，探测器为外围电路由：时序控制器，行驱动电路，读出电路，A/D转换电路转换电路,通讯及控制电路组成。在时序控制器的统一指挥下行驱动将像素的电荷逐行通讯及控制电路组成。在时序控制器的统一指挥下行驱动将像素的电荷逐行检出，经检出，经A/D转化电路转化成数字信号，由网络通讯接口发送至转化电路转化成数字信号，由网络通讯接口发送至PC。17非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器平板探测器的内部平板探测器的内部18非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器平板探测器的主要指标平板探测器的主要指标有效像素尺寸，如有效像素尺寸，如143um19非晶硅平板探测器非晶

16、硅平板探测器有效成像面积：指探测器能够用于获取信息的范围，目前最大为有效成像面积：指探测器能够用于获取信息的范围，目前最大为17”X17”像素矩阵：有效摄影尺寸像素矩阵：有效摄影尺寸/有效像素尺寸有效像素尺寸 如：如：43cm/143um=300020非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器量子检测效率（量子检测效率（DQE）：）：表示探测器的性能，即所给剂量实际给予图像的百分比。如表示探测器的性能，即所给剂量实际给予图像的百分比。如60%和影像质量成正比、患者剂量呈反比和影像质量成正比、患者剂量呈反比21非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器动态范围：即宽容度，是能够显示为信号强度不同的从最小到最大幅度范

17、围。动态范围：即宽容度，是能够显示为信号强度不同的从最小到最大幅度范围。如：如：14bit=2的的14次方次方常见平板探测器的动态范围是常见平板探测器的动态范围是14bit模拟模拟X光机的动态范围窄曝光宽容度小光机的动态范围窄曝光宽容度小DR的动态范围宽曝光宽容度大的动态范围宽曝光宽容度大22非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器空间分辨率：指在高对比度的情况下鉴别细节的能力，即显示最小体积病灶空间分辨率：指在高对比度的情况下鉴别细节的能力，即显示最小体积病灶或结构的能力，一般空间分辨率由或结构的能力，一般空间分辨率由X线束的几何尺寸所决定，与线束的几何尺寸所决定，与X线剂量大小线剂量大小无关，空间

18、分辨率有一定的极限，空间分辨率受到探测器像素的大小、采样间无关，空间分辨率有一定的极限，空间分辨率受到探测器像素的大小、采样间隔以及隔以及X线的焦点大小等的限制。线的焦点大小等的限制。理论极限空间分辨率的计算方法：理论极限空间分辨率的计算方法：1/有效像素尺寸有效像素尺寸X0.5，如平板探测器的像素尺寸为，如平板探测器的像素尺寸为143um,理论极限空间分辨理论极限空间分辨率为率为 1/143x0.5=3.5lp/mm23非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器噪声：噪声：平板探测器的噪声主要来源于两个方面：平板探测器的噪声主要来源于两个方面：1、探测器电子学噪声（小）、探测器电子学噪声（小）2、X射

19、线图像量子噪声射线图像量子噪声-例：例：RQA5测试标准下一个大小为测试标准下一个大小为150um的像素通常可以吸收的像素通常可以吸收1400个个X光子光子此时量子噪声约为此时量子噪声约为37个个X光子，而电子噪声则仅相当于光子，而电子噪声则仅相当于3-5个个X光子。光子。24非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器灵敏度：灵敏度：非晶硅平板探测器的灵敏度由几个方面的因素决定：非晶硅平板探测器的灵敏度由几个方面的因素决定：X射线吸收率，射线吸收率，X射线射线-可见光转化系数，填充系数和光电二极光可见光可见光转化系数，填充系数和光电二极光可见光-电子转换系数。电子转换系数。通常用通常用X射线灵敏度射线灵

20、敏度S表示表示如科标注探测器如科标注探测器X射线灵敏度射线灵敏度S为：为：S 1000e- /nGy/pel DN-5 Beam表示该探测器在标准表示该探测器在标准DN-5 X射线下每射线下每nGy在单个像素产生的电荷为在单个像素产生的电荷为1000，由于由于X射线灵敏度射线灵敏度S与与X射线的质有关通常要求射线的质标准如射线的质有关通常要求射线的质标准如 ：DN-5 Beam25非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器线性：线性：探测器的线性通常用以下几个参数表示探测器的线性通常用以下几个参数表示最大的线性剂量：表示探测器可达到线性度的要求的剂量范围上限最大的线性剂量：表示探测器可达到线性度的要求的

21、剂量范围上限非线性度：用百分比来表示在非线性度：用百分比来表示在0-Dmax最大的线性剂量之间的输出的非线性程最大的线性剂量之间的输出的非线性程度，通常包含微分非线性度，几分非线性度，空间非线性度三个参数。度，通常包含微分非线性度，几分非线性度，空间非线性度三个参数。记忆效应：记忆效应：表示图像残影的参数，通常用两个参量来表示残留因子的变化表示图像残影的参数，通常用两个参量来表示残留因子的变化一次曝光一次曝光20S后探测器短期记忆效应，如后探测器短期记忆效应，如0.1%一次曝光一次曝光60S后探测器短期记忆效应，如后探测器短期记忆效应，如0.02%需要注意的是此处的数值是在正常曝光条件下，如出

22、现过曝光情形则大于此数需要注意的是此处的数值是在正常曝光条件下，如出现过曝光情形则大于此数值。值。26非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器成像周期：成像周期：Cycle time 如：如：6S 27非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器探测器的温度稳定性探测器的温度稳定性额定条件下探测器的输出随着温度的变化，被称为探测器的温度系数，通常额定条件下探测器的输出随着温度的变化，被称为探测器的温度系数，通常用此参数来衡量探测器的温度特性，对于探测器图像系统通常会设计温度漂移用此参数来衡量探测器的温度特性，对于探测器图像系统通常会设计温度漂移校正的功能（校正的功能（offsetting correction).

23、 采用在图像处理中扣除漂移因子的方法采用在图像处理中扣除漂移因子的方法来保持图像输出的稳定性。来保持图像输出的稳定性。28非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器平板探测器图像校准的必要性：平板探测器图像校准的必要性：由于由于X射线源不同、探测器内部电子线路的不一致性及其正常变化，都会引起射线源不同、探测器内部电子线路的不一致性及其正常变化，都会引起平板探测器上不同像素在同样平板探测器上不同像素在同样X射线剂量辐射的情况下具有不同的输出信号，射线剂量辐射的情况下具有不同的输出信号，导致这一现象产生的原因可以归纳为以下几个方面：导致这一现象产生的原因可以归纳为以下几个方面：随机噪声、偏置误差、像素响应不一致、坏像素。随机噪声、偏置误差、像素响应不一致、坏像素。平探测器校正可以消除随机噪声、对偏置误差进行修正、修正像素响应一致性平探测器校正可以消除随机噪声、对偏置误差进行修正、修正像素响应一致性对坏像素进行修补。对坏像素进行修补。29非晶硅平板探测器非晶硅平板探测器探测器校正包含：探测器校正包含：Offset calibration、Gain calibration、Defect CalibrationOffset calibration主要用于消除随机噪声和偏置误差需要在无射线下进行主要用于消