DR五大优点以及平板探测器原理介绍

在X线摄影中，数字化X线影像同普通X线影像相比具有图像分辨率高、灰阶度广、图像信息量大，有助于提高诊断准确率。数字化摄片(Digital Radiography，DR)中，X线转换成电信号是通过平板探测器(Flat Plane Detector，FPD)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。

一、 数字化X线影像(DR)的特点及优点

1、 数字影像(DR)具有图像清晰细腻、高分辨率、广灰阶度、信息量大、动态范围大。

2、 密度分辨率高、获取更多影像细节是数字化X线影像(DR)优于普通放射影像最重要的特点。

3、 DR投照速度快，运动伪影的影响很小。尤其对于哭闹易动的儿童和不耐屏气的老年患者。

4、 DR成像具有辐射小。由于数字化X线影像(DR)的平板探测器的灵敏度远高于普通X线片，所以它只需要比较小的能量就可获得满意的图像。拍摄数字化X线影像(DR)要比普通影像辐射量减少30％—70％。

5、数字化影像对骨结构、关节软骨及软组织的显示优于传统的X线影像，数字化影像易于显示纵膈结构如血管和气管，对结节性病变的检出率高于传统的X线影像。

二、 平板探测器的原理及性能分析

平板探测器是DR的核心部件，平板探测器从能量转换方式可以分为两种：间接转换平板探测器(indirect FPD)和直接转换平板探测器(direct FPD)。

1、间接转换平板探测器

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及对比度解析能力的降低。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)。间接转换平板探测器通常有以下几种结构：①碘化铯 ( CsI ) + a-Si(非晶硅)+ 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。②硫氧化( Gd2O2S ) + a-Si(非晶硅) + TFT ：利用??感屏材料硫氧化钆 ( Gd2O2S ) 来完成 X 射线光子至可见光的转换过程。③碘化铯 ( CsI ) / 硫氧化钆 　( Gd2O2S ) + 透镜 / 光导纤维 + CCD / CMOS ：X射线先通过闪烁体或荧光体构成的可见光转换屏，将X射线光子变为可见光图像，而后通过透镜或光导纤维将可见光图像送至光学系统，由CCD采集转换为图像电信号。④ CsI ( Gd2O2S ) + CMOS ：此类技术受制于间接能量转换空间分辨率较差的缺点，虽利用大量低解像度 CMOS 探头组成大面积矩阵，尚无法有效与 TFT 平板优势竞争。

2、直接转换平板探测器

直接转换平板探测器主要是由非晶硒层(amorphous Selemium，a-Se)加薄膜半导体阵列(Thin Film Transistor array，TFT)构成的平板检测器。由于非晶硒是一种光电导材料，因此经X射线曝光后直接形成电子-空穴对，产生电信号，通过TFT检测阵列，再经 A/D转换获得数字化图像。由于非晶硒不产生可见光，没有散射光的影响，因此可以获得比较高的空间分辨率。

3、不同平板探测器性能分析

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(Detective  Quantum  Efficiency，DQE)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。

⑴影响平板探测器DQE的因素

在间接转换平板探测器中，影响DQE的因素主要有两个方面：闪烁体或荧光体层和将可见光转换成电信号的介质。①闪烁体或荧光体层的材料和工艺影响X线转换成可见光的能力，因此对DQE会产生影响。②将可见光转换成电信号也会对DQE产生影响。

直接转换平板探测器中，X线转换成电信号决定于非晶硒层产生的电子-空穴对，DQE的高低取决于非晶硒层产生电荷的能力。总的来说，碘化铯 ( CsI ) + a-Si(非晶硅)+ TFT结构的间接转换平板探测器的极限DQE高于a-Se (非晶硒) 直接转换平板探测器的极限DQE。

⑵影响平板探测器空间分辨率的因素

在直接转换平板探测器中，空间分辨率决定于单位面积内薄膜晶体管矩阵大小。矩阵越大薄膜晶体管个数越多，空间分辨率越高，可以达到很高的空间分辨率。

在间接转换平板探测器中，由于存在散射现象，空间分辨率不仅决定于单位面积内薄膜晶体管矩阵大小，还决定于散射光的控制技术。所以间接转换平板探测器的空间分辨率低于直接转换平板探测器的空间分辨率。

⑶量子探测效率于空间分辨率的关系

对于同一种平板探测器，在不同的空间分辨率时，其DQE是变化的；极限的DQE高，不等于在任何空间分辨率时DQE都高。DQE的计算公式如下：

DQE=S2×MFT2/NSP×X×C

S：信号平均强度；MFT：调制传递函数；X：X线曝光强度；NPS：系统噪声功率谱；C：X线量子系数

从计算公式中可以知道，不同的MFT值中对应不同的DQE，这说明在不同的空间分辨率时有不同的DQE。

间接转换平板探测器的极限DQE比较高，但是随着空间分辨率的提高，其DQE下降得较多；而直接转换平板探测器的极限DQE不如间接转换平板探测器的极限DQE高，但在高空间分辨率时，直接转换平板探测器的DQE高。

4、两种类型的平板探测器在设备上应用

空间分辨率影响图像对细节的分辨能力，DQE影响图像的对比度。在对图像密度分辨率要求比较高的设备上，宜使用间接转换平板探测器，比如胸部投照；在图像空间分辨率要求比较高的设备上，宜使用直接转换平板探测器，比如四肢、关节、乳腺投照。由于乳腺影像对空间分辨率要求非常高，所以乳腺DR机只能用直接转换平板探测器，才能达到要求。

三、小结

总而言之，随着科学技术的发展，平板探测器的性能将得到进一步提高，这将进一步提高数字化影像的质量，为医生提供更好更强的诊断依据。

[参考文献]

[1]聂聪.不同平板探测器DR的比较研究[J].医疗设备信息，2007[4]：87-88.

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