DR平板探测器分类介绍
DR平板探测器分类介绍
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。
CCD探测器和平板DR系统的比较
CCD探测器和平板DR系统的比较探测器系统分类：测器系统原理：非晶硅平板探测器是将闪烁体和感光体集成在一起，闪烁体将X 射线转化为可见光，感光体再将可见光转化为电信号然后采样；非晶硒平板探测器是直接将X射线转化为电信号然后采样。
这两种平板探测器的尺寸都是17英寸x17英寸的。
CCD DR的探测器系统实际上就是一个高分辨率数码相机，内部结构有一个超大的光学镜头和CCD相机。
由17英寸x17英寸的闪烁屏，反射镜面，镜头和CCD感光芯片构成。
闪烁屏将X射线转化为可见光，可见光被镜面反射，然后通过镜头聚焦投射到CCD芯片上。
CCD探测系统可以理解为一个闪烁体和感光体分离，然后通过光学通路连接起来的非晶硅平板。
CCD芯片尺寸相对于平板很小，即使1600万像素的CCD芯片光学尺寸也可以只有2英寸。
感测质量和开发成本：和平板探测不同，CCD探测系统中有光学通路，吸收和反射会损失相当多的光学信息。
早期的CCD芯片技术感光灵敏度不够高，光电转换效率DQE往往低于30%，当曝光时间不足(受辐射量限制)时，信噪比低，图像质量不佳。
而平板探测器没有光学衰减，即使只有30%DQE，也会优于CCD的30%。
不过目前CCD芯片的QE已经可以超过60%，甚至达到80%也有。
一般来讲，平板DR的图像质量优于CCD DR。
从平板探测器和CCD芯片的成本来说，CCD尺寸小，价格比平板要便宜。
平板探测器的材料成本实际上并不高，由于非晶硅光电管阵列和碘化铯都是可以生产，因此实际上最关键的原因在于技术研发成本。
图像的真实性图像的真实性主要来自于信息还原程度，事实上CCDDR面世，在图像真实性存在问题，任何透镜偏转, 都存在像差, 存在中心边缘不一致, 存在色散, 这是光学结构所决定的, 是CCD的先天不足.。
同时成像剂量相比较大，拍摄腰椎侧位常规剂量难以满足临床的需要。
随着平板DR材料成本降低，而且基本实现五年以上的无故障使用寿命，未来市场CCD DR将和CRT医用显示器一样被赶出市场。
DR平板探测器常识
总结
这两个所谓“新技术、新应用”只是迷惑人的文字游戏，其实质是 突出自己与其他产品的区别，引起用户的注意。DR的数字影像 只是为平片提供了进行后处理的可能；但数字平片后处理功能的 开发，必须建立在一个可行及必要的基础上。（在现有医学影像 设备上开展新技术都必须与能否最终解决临床实际问题相结合考 虑，严格讲，在其公开宣传以前，必须有相关的前瞻性临床研究 的证据支持。用户必须注意这些技术的含金量。）事实上，在患 者到放射科进行影像检查的整个流程中，DR提供的平片只是一 个初步筛查的工具，提供的影像是组织重叠像，其最重要的功能 仍然和传统平片一样。如果病变密度与正常组织差别虽然小但仍 然尚能在DR片子上用肉眼分辨出来的程度，最终诊断仍然需要 进一步进行CT和其他检查。数字平片目前不能，以后也不能解 决临床上对大多数病变定量、定性、定位的要求。DR的真正使 命，是在保证影像质量的前提下通过对平片工作流程的改变得到 的革命性的高效率，并不是而且也不可能取代CT或其他诊疗设 备。
三、非直接数字放射摄影（IDR） 和直接数字摄影（DDR）之分
• 1、非直接数字放射摄影（Indirect Digital Radiography，简 称IDR），是一种硅半导体间接采集 X-粒子技术的数字摄影 技术，采用两步数字转换过程，X-光粒子先变成可见光然后 用光电管探测到转换为电信号。它是由Gd2O2S:Tb或Csl构 成X射线的转换屏幕，或称为闪烁体，X射线穿过反射层到达 闪烁体后，激发出可见光子；可见光传递下面光电二极管， 光电二极管触发场效应三极管产生输出信号。这些转换过程 中在物理上有或多或少的能量损失，但对X线吸收效率较高。 • 2、直接数字放射摄影系统（Direct Digital Radiography，简 称DDR）是一种所谓直接X-粒子技术的数字摄影技术，X-光 粒子在硒涂料层变成电信号被探测和转换；不产生可见光， 而只是电子的传导，可避免散射线的产生，理论上没有光电 转换的能量损失。但由于硒层吸收X线效率较差，成像时间 长，实际转换效能并不好。
探测器分类
一、平板DR20世纪90年代后期薄膜晶体管(TFT)技术的出现，很快被应用于DR平板探测器的研制上，并取得突破性进展，随后相继出现了多种类型的平板X射线摄影探测器(FPD)。
平板探测器技术的出现时医学X射线摄影技术的又一次革命。
它的高对比度分辨率、高动态范围、丰富的图像处理功能将X射线的数字时代带入了一个新的高度。
目前主流的平板DR按其探测材料分为三大类，非晶硅、非晶硒和CMOS。
1、非晶硅平板探测器主要由闪烁体、以非晶硅为材料的光电二极管电路和底层TFT电荷信号读出电路组成。
工作时X射线光子激发闪烁体曾产生荧光，荧光的光谱波段在550nm左右，这正是非晶硅的灵敏度峰值。
荧光通过针状晶体传输至非晶硅二极管阵列，后者接受荧光信号并将其转换为电信号，信号送到对应的非晶硅薄膜晶体管并在其电容上形成存储电荷，由信号读出电路并送计算机重建图像。
2、非晶硒平板探测器非晶硒和非晶硅的主要区别在于没有使用闪烁体，而是通过非晶硒材料直接将X 射线转变为电信号，减少了中间环节，因此图像没有几何失真，大大提高了图像质量。
但其也有些缺憾，如对环境要求高（温度范围小，容易造成不可逆的损坏），存在疵点（区域）等，另外由于探测器暴露在X射线下，其抗射线损坏的能力相对较差。
此外，在提高DDR的响应时间时需要克服一定的技术障碍，而且成本较高。
3、 CMOS平板探测器和上面的非晶硅比较，CMOS平板探测器的探测材料为CMOS，由于目前CMOS的像素尺寸可以做到96um或48um，因此相对于上面两种，其分辨率要好很多，可以达到10lp/mm，如美国Rad-Icon公司产品。
可广泛应用于对分辨率要求较高的工业无损检测、医学影像及小动物CT等领域二、CCD DRCCD平面传感器成像方式是先把入射X射线经闪烁体转换为可见光，然后通过镜头或光纤锥直接耦合到CCD芯片上，由CCD芯片将可见光转换为电信号，并得到图像。
CCD平面数字成像技术在20世纪90年代中期就推入了市场，最近几年有了如下几个方面的改进和提高，将更有利于其的发展。
DR技术参数及要求
DR技术参数及要求一、设备名称：数字化X线平板摄影系统。
二、数量：一台。
三、设备要求及用途：进口品牌，适用于临床数字化摄影，能够满足胸部、四肢、头颅、腹部及等部位进行立位、卧位、侧卧位以及特殊体位的X线检查。
四、主要技术参数及要求：1、平板探测器1.1探测器类型：非晶硅整板探测器，非拼接结构。
1.2探测器成像面积：≥41×41cm。
1.3采集像素矩阵：≥3072×3072，有效采集像素≥850万。
1.4极限空间分辨率：≥3.5LP/mm。
1.5图像输出灰阶：≥14bits。
1.6 X射线量子探测效率（DQE）≥60% （RQA5 ,1uGy）。
1.7冷却方式：半导体冷却、自然风冷却或风冷。
2、主机原厂生产高频高压发生器2.1最大输出功率：≥50KW。
2.2最大输出电压：150KV。
2.3逆变频率：≥50kHz。
2.4最大毫安量：≥750mA。
2.5最短曝光容积率：≤1.0mAs。
3、落地式电动多功能机架3.1满足立位胸片、俯卧位、腰椎正侧位以及其他复杂体位的拍片需要。
3.2平衡臂垂直电动升降范围：≥125cm。
3.3 SID电动控制，SID范围：1000—1800mm。
3.4臂旋转范围：-30°— +120°。
°。
+30—°-30探测器电动旋转范围：3.5．3.6具备一键定位功能。
3.7 X线球管和探测器可以旋转以满足特殊角度摄影的需要。
3.8具备彩色显示触摸操作中文界面，具有显示、调整X射线摄影条件；焦点选择；机架位置状态显示；控制机架运动等功能。
3.9 具备机架非接触式（如红外线）自动防碰撞系统。
4、X线球管4.1双焦点：焦点规格≤0.6mm/1.2mm。
4.2焦点最大功率：≥20/60KW。
4.3阳极热容量：≥300kHU。
4.4阳极转速：≥7000转/min。
4.5球管最高管电压：150KV。
4.6最大管电流：≥630mA。
5、滤线栅及限束器5.1具备可更换滤线栅装置，用户可根据需求快速更换滤线栅。
DR平板探测器参数解释
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技术参数及要求
DR技术参数及要求一、设备名称：数字化X线平板摄影系统。
二、数量：一台。
三、设备要求及用途：进口品牌，适用于临床数字化摄影，能够满足胸部、四肢、头颅、腹部及等部位进行立位、卧位、侧卧位以及特殊体位的X线检查。
四、主要技术参数及要求：1、平板探测器1.1探测器类型：非晶硅整板探测器，非拼接结构。
1.2探测器成像面积：≥41×41cm。
1.3采集像素矩阵：≥3072×3072，有效采集像素≥850万。
1.4极限空间分辨率：≥3.5LP/mm。
1.5图像输出灰阶：≥14bits。
1.6 X射线量子探测效率（DQE）≥60% （RQA5 ,1uGy）。
1.7冷却方式：半导体冷却、自然风冷却或风冷。
2、主机原厂生产高频高压发生器2.1最大输出功率：≥50KW。
2.2最大输出电压：150KV。
2.3逆变频率：≥50kHz。
2.4最大毫安量：≥750mA。
2.5最短曝光容积率：≤1.0mAs。
3、落地式电动多功能机架3.1满足立位胸片、俯卧位、腰椎正侧位以及其他复杂体位的拍片需要。
3.2平衡臂垂直电动升降范围：≥125cm。
3.3 SID电动控制，SID范围：1000—1800mm。
3.4臂旋转范围：-30°— +120°。
3.5探测器电动旋转范围：-30°— +30°。
3.6具备一键定位功能。
3.7 X线球管和探测器可以旋转以满足特殊角度摄影的需要。
3.8具备彩色显示触摸操作中文界面，具有显示、调整X射线摄影条件；焦点选择；机架位置状态显示；控制机架运动等功能。
3.9 具备机架非接触式（如红外线）自动防碰撞系统。
4、X线球管4.1双焦点：焦点规格≤0.6mm/1.2mm。
4.2焦点最大功率：≥20/60KW。
4.3阳极热容量：≥300kHU。
4.4阳极转速：≥7000转/min。
4.5球管最高管电压：150KV。
4.6最大管电流：≥630mA。
5、滤线栅及限束器5.1具备可更换滤线栅装置，用户可根据需求快速更换滤线栅。
平板探测器知识
（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CCD，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。
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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（Flat Panel Detector）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(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、硫氧化钆( Gd2O2S ) + a-Si + TFT ：利用増感屏材料硫氧化钆( Gd2O2S ) 来完成X 射线光子至可见光的转换过程。
发展此类技术的公司有美国瓦里安公司、*** Canon 公司解像度160um2 探测器等。
此类材料制造的TFT 平板探测器成像快速、成本较低，但一般灰阶动态范围较低（12 bit 以下），与其它高阶14 bit产品图像诊断质量相比较为不足。
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。
发展此技术的ssRay、Wuestec、新医科技等公司。
其原理可见右图。
新医科技的CCD DR为2K×2K，12Bit图像输出，无论在图像上还是在价格上均是取代CR的最佳产品。
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。
发展此类技术的公司有CaresBuilt、Tradix公司等。
（二）直接能量转换
直接FPD的结构主要是由非晶硒层(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。
从根本上避免了间接转换方式中可见光的散射导致的图像分辨率下降的问题。
虽然在技术上和生产工艺上要求很高，但却是获得高图像质量的理想方式，业内普遍认为直接转换方式是FPD的最终发展方向。
采用这一技术的有岛津，AnRad，Hologic公司等。
直接转换FPD具有理论界限值的卓越分辨率和量子探测率，不仅具备可高分辨率以清晰显示微小血管及病灶，而且具有高灵敏度可大幅降低曝光射线量。
直接转换式FPD无论在低分辨率时还是在高分辨率时均具有极高的DQE值。
对于大物体的检出能力与间接转换型FPD大致相同，但对于微小病变，直间转换型FPD的检出能力更强。
（间接转换型的DQE 低频时虽然显示高值，但在2lp/mm以上时，其值急剧减小。
）直接转换式FPD研发厂家为了得到更高DQE值，获得良好的S/N特性，在降低噪音成分方面做出了更多的努力，尤其是在对图像质量影响最大的配线阻抗噪声和读取放大器的热噪声方面需进行了革新性的改良，将这两种噪声控制在最低程度，使实际测量值达到与理论值基本一致的水平。
直接转换式FPD对于大物体的检出能力与间接转换型大致相同，但对于微小病变，直间转换型具有更强的检出能力。
（间接转换型的DQE低频时虽然显示高值，但在2lp/mm以上时，其值急剧减小。
）
（三）平板的使用与养护
现在不管是非晶硒、非晶硅、CCD这些平板探测器，还是各大知名国际厂商，所有探测器保修最长只有五年。
现在医院在购买期间只注意了牌子，什么高象素，高配置，忽视了服务和设备寿命，而最基本的满足临床使用诊断的这个根本目标没有重视。
平板探测器使用一定年限或者经过一定次数曝光，老化损坏是必然的，不可避免的。
一般在五个以内的坏的可以用软件补，但十个以上就是一片白点，所以这是不可逆的，而且随着曝光次数增加，坏点会成坏道。
在坏点刚刚出现的时候就及时向厂方提出维护，一般情况下还不至于坏到那个程度。
按照理论要求，平板在三到六个月之间是必须要做一次校准的，这个也是医院在购买安装的时候需要向厂方提出的一个合理要求。
而且现在大部分DR操作里面已经开放的平板探测器的校准程序，厂方要求院方一定时间内也要对平板进行校准。
非晶硒怕冷,非晶硅怕潮.工作环境的保持十分重要,在使用中应尽量严格地按照厂家的要求控制机房的环境, 一定要在机房内安装抽湿器和空调，否则会坏的比较快。
另外射线也会造成损伤使转换层老化，效率降低，这与累积剂量有关，就正常的剂量(500uR)而言100万次曝光后仍可保持70%的效率问题并不大。
但一定要注意遮光器(尤其是腰椎侧位等)的使用，否则漏光的部分由于经常接受过量辐射则老化会大大加快。