DR五大優(yōu)點(diǎn)以及平板探測(cè)器原理介紹

在X線攝影中，數(shù)字化X線影像同普通X線影像相比具有圖像分辨率高、灰階度廣、圖像信息量大，有助于提高診斷準(zhǔn)確率。數(shù)字化攝片(Digital Radiography，DR)中，X線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)是通過平板探測(cè)器(Flat Plane Detector，F(xiàn)PD)來實(shí)現(xiàn)的，所以平板探測(cè)器的特性會(huì)對(duì)DR圖像質(zhì)量產(chǎn)生比較大的影響。

一、 數(shù)字化X線影像(DR)的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)

1、 數(shù)字影像(DR)具有圖像清晰細(xì)膩、高分辨率、廣灰階度、信息量大、動(dòng)態(tài)范圍大。

2、 密度分辨率高、獲取更多影像細(xì)節(jié)是數(shù)字化X線影像(DR)優(yōu)于普通放射影像最重要的特點(diǎn)。

3、 DR投照速度快，運(yùn)動(dòng)偽影的影響很小。尤其對(duì)于哭鬧易動(dòng)的兒童和不耐屏氣的老年患者。

4、 DR成像具有輻射小。由于數(shù)字化X線影像(DR)的平板探測(cè)器的靈敏度遠(yuǎn)高于普通X線片，所以它只需要比較小的能量就可獲得滿意的圖像。拍攝數(shù)字化X線影像(DR)要比普通影像輻射量減少30％—70％。

5、數(shù)字化影像對(duì)骨結(jié)構(gòu)、關(guān)節(jié)軟骨及軟組織的顯示優(yōu)于傳統(tǒng)的X線影像，數(shù)字化影像易于顯示縱膈結(jié)構(gòu)如血管和氣管，對(duì)結(jié)節(jié)性病變的檢出率高于傳統(tǒng)的X線影像。

二、 平板探測(cè)器的原理及性能分析

平板探測(cè)器是DR的核心部件，平板探測(cè)器從能量轉(zhuǎn)換方式可以分為兩種：間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器(indirect FPD)和直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器(direct FPD)。

1、間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器

間接FPD的結(jié)構(gòu)主要是由閃爍體或熒光體層加具有光電二極管作用的非晶硅層(amorphous Silicon，a-Si)再加TFT陣列構(gòu)成。其原理為閃爍體或熒光體層經(jīng)X射線曝光后，將X射線光子轉(zhuǎn)換為可見光，而后由具有光電二極管作用的非晶硅層變?yōu)閳D像電信號(hào)，最后獲得數(shù)字圖像。在間接FPD的圖像采集中，由于有轉(zhuǎn)換為可見光的過程，因此會(huì)有光的散射問題，從而導(dǎo)致圖像的空間分辨率及對(duì)比度解析能力的降低。閃爍體目前主要有碘化銫(CsI，也用于影像增強(qiáng)器)，熒光體則有硫氧化釓(GdSO，也用于增感屏)。間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器通常有以下幾種結(jié)構(gòu)：①碘化銫 ( CsI ) + a-Si(非晶硅)+ TFT：當(dāng)有 X 射線入射到 CsI 閃爍發(fā)光晶體層時(shí)，X 射線光子能量轉(zhuǎn)化為可見光光子發(fā)射,可見光激發(fā)光電二極管產(chǎn)生電流, 這電流就在光電二極管自身的電容上積分形成儲(chǔ)存電荷. 每個(gè)象素的儲(chǔ)存電荷量和與之對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)的入射 X 射線光子能量與數(shù)量成正比。②硫氧化( Gd2O2S ) + a-Si(非晶硅) + TFT ：利用??感屏材料硫氧化釓 ( Gd2O2S ) 來完成 X 射線光子至可見光的轉(zhuǎn)換過程。③碘化銫 ( CsI ) / 硫氧化釓 　( Gd2O2S ) + 透鏡 / 光導(dǎo)纖維 + CCD / CMOS ：X射線先通過閃爍體或熒光體構(gòu)成的可見光轉(zhuǎn)換屏，將X射線光子變?yōu)榭梢姽鈭D像，而后通過透鏡或光導(dǎo)纖維將可見光圖像送至光學(xué)系統(tǒng)，由CCD采集轉(zhuǎn)換為圖像電信號(hào)。④ CsI ( Gd2O2S ) + CMOS ：此類技術(shù)受制于間接能量轉(zhuǎn)換空間分辨率較差的缺點(diǎn)，雖利用大量低解像度 CMOS 探頭組成大面積矩陣，尚無法有效與 TFT 平板優(yōu)勢(shì)競(jìng)爭(zhēng)。

2、直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器

直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器主要是由非晶硒層(amorphous Selemium，a-Se)加薄膜半導(dǎo)體陣列(Thin Film Transistor array，TFT)構(gòu)成的平板檢測(cè)器。由于非晶硒是一種光電導(dǎo)材料，因此經(jīng)X射線曝光后直接形成電子-空穴對(duì)，產(chǎn)生電信號(hào)，通過TFT檢測(cè)陣列，再經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換獲得數(shù)字化圖像。由于非晶硒不產(chǎn)生可見光，沒有散射光的影響，因此可以獲得比較高的空間分辨率。

3、不同平板探測(cè)器性能分析

評(píng)價(jià)平板探測(cè)器成像質(zhì)量的性能指標(biāo)主要有兩個(gè)：量子探測(cè)效率(Detective Quantum Efficiency，DQE)和空間分辨率。DQE決定了平板探測(cè)器對(duì)不同組織密度差異的分辨能力；而空間分辨率決定了對(duì)組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨能力?？疾?DQE和空間分辨率可以評(píng)估平板探測(cè)器的成像能力。

⑴影響平板探測(cè)器DQE的因素

在間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器中，影響DQE的因素主要有兩個(gè)方面：閃爍體或熒光體層和將可見光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的介質(zhì)。①閃爍體或熒光體層的材料和工藝影響X線轉(zhuǎn)換成可見光的能力，因此對(duì)DQE會(huì)產(chǎn)生影響。②將可見光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)也會(huì)對(duì)DQE產(chǎn)生影響。

直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器中，X線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)決定于非晶硒層產(chǎn)生的電子-空穴對(duì)，DQE的高低取決于非晶硒層產(chǎn)生電荷的能力?？偟膩碚f，碘化銫 ( CsI ) + a-Si(非晶硅)+ TFT結(jié)構(gòu)的間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器的極限D(zhuǎn)QE高于a-Se (非晶硒) 直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器的極限D(zhuǎn)QE。

⑵影響平板探測(cè)器空間分辨率的因素

在直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器中，空間分辨率決定于單位面積內(nèi)薄膜晶體管矩陣大小。矩陣越大薄膜晶體管個(gè)數(shù)越多，空間分辨率越高，可以達(dá)到很高的空間分辨率。

在間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器中，由于存在散射現(xiàn)象，空間分辨率不僅決定于單位面積內(nèi)薄膜晶體管矩陣大小，還決定于散射光的控制技術(shù)。所以間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器的空間分辨率低于直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器的空間分辨率。

⑶量子探測(cè)效率于空間分辨率的關(guān)系

對(duì)于同一種平板探測(cè)器，在不同的空間分辨率時(shí)，其DQE是變化的；極限的DQE高，不等于在任何空間分辨率時(shí)DQE都高。DQE的計(jì)算公式如下：

DQE=S2×MFT2/NSP×X×C

S：信號(hào)平均強(qiáng)度；MFT：調(diào)制傳遞函數(shù)；X：X線曝光強(qiáng)度；NPS：系統(tǒng)噪聲功率譜；C：X線量子系數(shù)

從計(jì)算公式中可以知道，不同的MFT值中對(duì)應(yīng)不同的DQE，這說明在不同的空間分辨率時(shí)有不同的DQE。

間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器的極限D(zhuǎn)QE比較高，但是隨著空間分辨率的提高，其DQE下降得較多；而直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器的極限D(zhuǎn)QE不如間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器的極限D(zhuǎn)QE高，但在高空間分辨率時(shí)，直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器的DQE高。

4、兩種類型的平板探測(cè)器在設(shè)備上應(yīng)用

空間分辨率影響圖像對(duì)細(xì)節(jié)的分辨能力，DQE影響圖像的對(duì)比度。在對(duì)圖像密度分辨率要求比較高的設(shè)備上，宜使用間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器，比如胸部投照；在圖像空間分辨率要求比較高的設(shè)備上，宜使用直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器，比如四肢、關(guān)節(jié)、乳腺投照。由于乳腺影像對(duì)空間分辨率要求非常高，所以乳腺DR機(jī)只能用直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器，才能達(dá)到要求。

三、小結(jié)

總而言之，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，平板探測(cè)器的性能將得到進(jìn)一步提高，這將進(jìn)一步提高數(shù)字化影像的質(zhì)量，為醫(yī)生提供更好更強(qiáng)的診斷依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]聶聰.不同平板探測(cè)器DR的比較研究[J].醫(yī)療設(shè)備信息，2007[4]：87-88.

更多醫(yī)療電子信息請(qǐng)關(guān)注：21ic醫(yī)療電子頻道