平板探测器原理
平板探测器的原理及应用
平板探测器的原理及应用1. 简介平板探测器是一种常用于科学研究和工业应用的探测器，其原理基于能量的转换和信号的放大，可以实现对多种物理量或信号的检测和测量。
本文将介绍平板探测器的原理和应用领域。
2. 原理平板探测器的工作原理基于能量的转换，通过将被测量的物理量转换为电荷或电压信号来实现信号的采集和处理。
2.1 材料选择平板探测器的材料选择非常重要，常见的材料有硅(Si)、镓(GaAs)、硅锗(Ge)等。
这些材料具有良好的导电性能和较高的灵敏度，能够实现高效的能量转换。
2.2 结构设计平板探测器通常由P型半导体和N型半导体组成的PN结构构成。
当外加电压施加于其上时，形成电场，当有质子或光子等粒子进入探测器时，引起PN结内的电离和电荷产生。
这些电荷会在电场的驱动下漂移至电极，产生电流或电压信号。
3. 应用领域平板探测器由于其灵敏度高、响应快等特点，在许多领域得到广泛应用。
3.1 核物理平板探测器在核物理研究中扮演着重要角色，因为它能够探测到高能粒子、射线等。
在核物理实验中，平板探测器可以用于测量实验样品中的粒子能谱、运动轨迹以及粒子的电荷和能量等信息。
3.2 生命科学在生命科学研究中，平板探测器可用于细胞测量、蛋白质分析，甚至用于药物研发和基因检测等领域。
平板探测器能够提供准确的数据，并帮助科学家更好地了解生命现象。
3.3 材料科学平板探测器在材料科学中被广泛应用于材料分析和性能测试等。
通过对材料中的粒子进行测量和分析，可以评估材料的成分、结构和性能，从而指导材料的制备过程和应用。
3.4 辐射检测平板探测器能够探测和测量各种辐射，包括射线、γ射线、X射线等。
在辐射监测和辐射治疗等领域，平板探测器可用于监测辐射剂量，确保人员和环境的安全。
4. 总结平板探测器是一种重要的科学仪器，其原理基于能量的转换和信号的放大。
通过选择适当的材料和合理的结构设计，可以实现高效、准确的信号检测和测量。
平板探测器在核物理、生命科学、材料科学和辐射检测等领域都有广泛的应用。
平板探测器的工作原理及优缺点1
平板探测器的工作原理及优缺点（一）碘化铯/非晶硅型：概括原理：X线先经荧光介质材料转换成可见光，再由光敏元件将可见光信号转换成电信号，最后将模拟电信号经A/D转换成数字信号。
具体原理：1、曝光前，先使硅表面存储阳离子而产生均一电荷，导致在硅表面产生电子场;2、曝光期间，在硅内产生电子-空穴对，且自由电子游离到表面，导致在硅表面产生潜在的电荷影像，在每一点上电荷密度与局部X线强度相当。
3、曝光后，X线图像被储存在每一个像素中；4、半导体转换器读出每一个素，完成模数转换。
优点：1、转换效率高；2、动态范围广；3、空间分辨率高；4、在低分辨率区X线吸收率咼（原因是其原子序数咼于非晶硒）；5、环境适应性强。
缺点：1、高剂量时DQE不如非晶硒型；2、因有荧光转换层故存在轻微散射效应；3、锐利度相对略低于非晶硒型。
（二）非晶硒型概括原理：光导半导体直接将接收的X线光子转换成电荷，再由薄膜晶体管阵列将电信号读出并数字化。
具体原理:1、X线入射光子在非晶硒层激发出电子-空穴对；2、电子和空穴在外加电场的作用下做反向运动，产生电流，电流的大小与入射的X 线光子数量成正比；3、这些电流信号被存储在TFT的极间电容上，每一个TFT和电容就形成一个像素单元。
优点：1、转换效率高；2、动态范围广；3、空间分辨率高；4、锐利度好；缺点：1、对X线吸收率低，在低剂量条件下图像质量不能很好的保证，而加大X线剂量，不但加大病源射线吸收，且对X光系统要求过高。
2、硒层对温度敏感，使用条件受限，环境适应性差。
（三）CCD型CCD感光原件是在晶圆上（Circular disk）藉由加工技术『蚀刻』出来（见上图）。
90年代初期CCD规格较没有统一，因此呈现混乱的局面，特别是发展厂商希望以不同的生产技术和切割方式创造最佳利润，以至于特殊规格出现导致例外的发展。
概括原理：由增感屏作为X线的交互介质，加CCD来数字化X线图像。
具体原理：以MOS!容器型为例：是在P型Si的表面生成一层SiO2,再在上面蒸镀一层多晶硅作为电极，给电极P型Si衬底加一电压，在电极下面就形成了一个低势能区，即势阱。
平板探测器的原理及应用
2012-02
CCD型和CMOS型 • CCD • CMOS
– 没有电荷转移功能， 需要经过X-Y选址电 路。 – PD：产生蓄积电荷 – MOS-Fet：控制读出
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平板探测器类型的选择
• 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。宜使用非晶硅平板 探测器的DR，这样DQE比较高，容易获得 较高对比度的图像 • 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 测器的DR，以获得高空间分辨率的图像。
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调制传递函数（MTF）
• 一种便于理解的MTF的图解方法
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噪声
• 平板探测器的噪声主要来源于两个方面： a：探测器电子学噪声 （小） b：X射线图像量子噪声
– RQA5测试标准下一个大小为150μm的像素 通常可以吸收1400个X光子，此时量子噪 声约为37个X光子，而读出噪声则仅相当于 3—5个X光子
线阵扫描探测器
• 相对于线阵探测器
– 提高图像的读出速度 – 减少X线曝光时间
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平板探测器
平板探测器的应用
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平板探测器的典型结构
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典型的平板型DR组成 • X线高压发生器
– 产生高压（高压，灯丝，高压整流，交换闸）
• X线球管
– 产生X射线
• 准直器
– 减少散射线控制照射野
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碘化铯/非晶硅型
• 优点： 1、转换效率高； 2、动态范围广； 3、空间分辨率高； 4、在低分辨率区X线吸收率高（原子序数 高）； 5、环境适应性强。 • 缺点： 1、高剂量时DQE不如非晶硒型； 2、因有荧光转换层故存在轻微散射效应； 3、锐利度相对略低于非晶硒型。
平板探测器ct原理
平板探测器ct原理
平板探测器CT原理是指一种基于平板探测器的计算机断层扫描（CT）成像技术。
该技术主要基于X射线的能量与物质的吸收关系，将人体或物体进行多个角度的扫描，通过计算机对数据进行重建，最终得到三维图像。
平板探测器是一种新型的X射线探测器，由许多微小的像素组成，具有高分辨率和高效率的特点。
在CT扫描中，平板探测器产生的电
信号将被转换为数字信号，传递给计算机进行图像重建。
与传统的旋转式探测器不同，平板探测器CT在成像角度、分辨
率和吸收率上都具有更高的效率。
同时，由于平板探测器无需移动，所以可以大大减少成像时间和辐射剂量。
总之，平板探测器CT技术是一种快速、准确、低辐射的成像技术，具有广泛的应用前景，可用于医学、生物学、材料科学等领域的研究和应用。
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平板探测器的原理及应用
平板探测器的原理及应用
平板探测器中的电离辐射会通过探测电极产生电离电子和正离子，电离电子和正离子分别向两个不同的方向运动，由于探测电极上的电位差，会使得电离电子和正离子受到电场力的作用向探测电极移动。
当电离粒子通过探测电极时，会引起电荷耦合效应，形成电子-空穴对，从而产生一个电荷脉冲信号。
在核科学上，平板探测器被用于测量原子核的衰变，分析放射性同位素的特性和测量核反应截面等。
在医学诊断上，平板探测器被用于放射性核素的摄取和分布的测量，如核医学诊断中的放射性核素显像。
在辐射防护中，平板探测器被用于监测环境中的辐射水平，评估辐射安全性。
在生物学研究中，平板探测器被用于研究辐射对生物体的影响，如细胞辐射治疗和基因突变的研究。
在材料分析中，平板探测器被用于测量材料中的辐射损伤和材料中的杂质。
此外，平板探测器还可以用于探测宇宙线、太阳风和宇宙微射线等天文学研究。
总之，平板探测器通过测量电离辐射产生的电荷脉冲信号来实现对电离辐射能量和粒子数目的测量。
由于其结构紧凑、易于制造和使用以及精确的测量能力，平板探测器被广泛应用于核科学、医学诊断、辐射防护、生物学研究和材料分析等领域中。
直接平板探测器的工作原理
直接平板探测器的工作原理
直接平板探测器是一种广泛应用于粒子探测的探测器，其工作原理如下：
1. 探测介质：直接平板探测器一般由半导体材料（如硅）制成。
硅具有较高的电子运动率和较小的禁带宽度，适合用于粒子探测。
2. 探测电荷：当粒子进入探测器并与探测介质发生相互作用时，会产生电离效应。
这些电离效应会导致探测介质中的原子或分子失去或获得电荷。
3. 电荷收集：探测器内部设置有电场，可以将电离效应引起的电子和正孔分离。
由于电子和正孔具有相反的电荷，它们会朝着相反的方向移动。
4. 电流测量：探测器两端设置了电极，可以测量电子和正孔在探测介质中移动产生的电流。
电流信号的大小与粒子在探测介质中产生的电离效应数量有关，从而可以反映粒子的能量和轨迹等信息。
5. 信号处理：探测器测得的电流信号会经过放大、滤波和数字化等处理，进而可以通过计算机或其他数据采集系统处理和分析，得到粒子的相关信息。
平板探测器原理
平板探测器原理从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。
平板探测器是什么？
平板探测器是什么？
平板探测器（FPDs）是最常见的直接数字探测器。
它们分为两大类：
1.间接FPDs。
非晶硅（a-Si）是最常见的商用平板探测器材料。
将非晶硅探测器与探测器外层由碘化铯（CsI）或氧化钆（Gd2O2S）制成的闪烁体结合在一起，将X射线转化为光。
由于这种转换，非晶硅探测器被认为是一种间接成像设备。
光被引导通过非晶硅光电二极管层，在那里被转换成数字输出信号。
然后，数字信号由薄膜晶体管（TFTs）或光纤耦合CCD读出。
2.直接FPDs。
非晶硒（a-Se）平板探测器被称为“直接”探测器，因为X射线光子被直接转换成电荷。
在这种设计中，平板的外层通常是高压偏置电极。
X射线光子在非晶硒中产生电子-空穴对，这些电子和空穴的迁移取决于偏置电压电荷的电势。
当这些空穴被电子取代时，硒层中产生的电荷模式由TFT阵列、有源矩阵阵列、静电计探针或微等离子体线寻址读出。
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平板探测器原理从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。
）早期的非晶硒平板存在的缺陷包括温度适应性差以及成像速度慢。
发展此类技术的公司有收购了DRC 公司的Hologic 公司和和台湾新医科技。
目前在国内我们最熟悉的平板为美国公司Hologic（Hologic、柯达、珠海友通、沈阳东软、北京东健等公司使用）生产非晶硒平板，由于直接能量转换图像质量极佳，深受医生的喜爱。
（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。
各型平板探测器的优缺点（一）碘化铯/非晶硅型：概括原理：X线先经荧光介质材料转换成可见光，再由光敏元件将可见光信号转换成电信号，最后将模拟电信号经A/D转换成数字信号。
具体原理：1、曝光前，先使硅表面存储阳离子而产生均一电荷，导致在硅表面产生电子场；2、曝光期间，在硅内产生电子-空穴对，且自由电子游离到表面，导致在硅表面产生潜在的电荷影像，在每一点上电荷密度与局部X线强度相当。
3、曝光后，X线图像被储存在每一个像素中；4、半导体转换器读出每一个素，完成模数转换。
优点： 1、转换效率高；2、动态范围广；3、空间分辨率高；4、在低分辨率区X线吸收率高（原因是其原子序数高于非晶硒）；5、环境适应性强。
缺点：1、高剂量时DQE不如非晶硒型；2、因有荧光转换层故存在轻微散射效应；3、锐利度相对略低于非晶硒型。
佳能DR已独家采用目前世界上最先进的荧光介质氧化钆，有效弥补和改善了上述缺点。
（二）非晶硒型概括原理：光导半导体直接将接收的X线光子转换成电荷，再由薄膜晶体管阵列将电信号读出并数字化。
具体原理：1、X 线入射光子在非晶硒层激发出电子-空穴对；2、电子和空穴在外加电场的作用下做反向运动，产生电流，电流的大小与入射的X线光子数量成正比；3、这些电流信号被存储在TFT的极间电容上，每一个TFT和电容就形成一个像素单元。
优点：1、转换效率高；2、动态范围广；3、空间分辨率高；4、锐利度好；缺点： 1、对X线吸收率低，在低剂量条件下图像质量不能很好的保证，而加大X线剂量，不但加大病源射线吸收，且对X光系统要求过高。
2、硒层对温度敏感，使用条件受限，环境适应性差。
（三）CCD型概括原理：由增感屏作为X线的交互介质，加CCD来数字化X 线图像。
具体原理：以MOS电容器型为例：是在P型Si的表面生成一层SiO2，再在上面蒸镀一层多晶硅作为电极，给电极P型Si 衬底加一电压，在电极下面就形成了一个低势能区，即势阱。
势阱的深浅与电压有关。
电压越高势阱越深。
而光生成电子就储于势阱之中。
光生电子多少与光强成正比。
所以所存储的电荷量也就反应了该点的亮度。
上百万的光敏单元所存储的电荷就形成与图像对应的电荷图像。
优点：1、空间分辨率高；2、几何失真小；3、均匀一致性好。
缺点：1、转换效率低（原因是CCD系统采用增感屏为其X线交互介质，它的MTF调制传递函数和DQE量子检测效能都不会超过增感屏。
另外，由于增感屏被X线激发的荧光通常只有小于1%能够通过镜头进入CCD）。
2、生产工艺难：CCD面积难以做大，需多片才能获得足够的尺寸，这便带来了拼接的问题，导致系统复杂度升高可靠性降低，且接缝两面有影像偏差。
3、像素大小由CCD的最小体积决定，而CCD体积制造工艺受限。
以上CCD技术的这些固有缺陷，使其已经不能代表DR系统的主流发展方向，逐步淘汰中。