DR平板探測器常識——非晶硒和非晶硅平板探測器的區(qū)別

DR平板探測器常識——非晶硒和非晶硅平板探測器的區(qū)別

    在數(shù)字化攝片中，X線能量轉(zhuǎn)換成電信號是通過平板探測器來實現(xiàn)的，所以平板探測器的特性會對DR圖像質(zhì)量產(chǎn)生比較大的影響。選擇DR必然要考慮到平板探測器的選擇。平板探測器的性能指標(biāo)會對圖像產(chǎn)生很大的影響，醫(yī)院也應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際需要選擇適合自己的平板探測器。

    DR平板探測器可以分為兩種：非晶硒平板探測器和非晶硅平板探測器，從能量轉(zhuǎn)換的方式來看，前者屬于直接轉(zhuǎn)換平板探測器，后者屬于間接轉(zhuǎn)換平板探測器。

    非晶硒平板探測器主要由非晶硒層TFT構(gòu)成。入射的X射線使硒層產(chǎn)生電子空穴對，在外加偏壓電場作用下，電子和空穴對向相反的方向移動形成電流，電流在薄膜晶體管中形成儲存電荷。每一個晶體管的儲存電荷量對應(yīng)于入射X射線的劑量，通過讀出電路可以知道每一點的電荷量，進(jìn)而知道每點的X線劑量。由于非晶硒不產(chǎn)生可見光，沒有散射線的影響，因此可以獲得比較高的空間分辨率。

非晶硅平板探測器由碘化銫等閃爍晶體涂層與薄膜晶體管或電荷耦合器件或互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體構(gòu)成它的工作過程一般分為兩步，首先閃爍晶體涂層將X線的能量轉(zhuǎn)換成可見光；其次TFT或者CCD，或CMOS將可見光轉(zhuǎn)換成電信號。由于在這過程中可見光會發(fā)生散射，對空間分辨率產(chǎn)生一定的影響。雖然新工藝中將閃爍體加工成柱狀以提高對X線的利用及降低散射，但散射光對空間分辨率的影響不能*消除。

 一、不同平板探測器的比較

    評價平板探測器成像質(zhì)量的性能指標(biāo)主要有兩個：量子探測效率和空間分辨率。DQE決定了平板探測器對不同組織密度差異的分辨能力；而空間分辨率決定了對組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨能力。考察DQE和空間分辨率可以評估平板探測器的成像能力。

（1）影響平板探測器DQE的因素

    在非晶硅平板探測器中，影響DQE的因素主要有兩個方面：閃爍體的涂層和將可見光轉(zhuǎn)換成電信號的晶體管。

    首先閃爍體涂層的材料和工藝影響了X線轉(zhuǎn)換成可見光的能力，因此對DQE會產(chǎn)生影響。目前常見的閃爍體涂層材料有兩種：碘化銫和硫氧化釓。碘化銫將X線轉(zhuǎn)換成可見光的能力比硫氧化釓強(qiáng)但成本比較高；將碘化銫加工成柱狀結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提高捕獲X線的能力，并減少散射光。使用硫氧化釓做涂層的探測器成像速度快，性能穩(wěn)定，成本較低，但是轉(zhuǎn)換效率不如碘化銫涂層高。

    其次將閃爍體產(chǎn)生的可見光轉(zhuǎn)換成電信號的方式也會對DQE產(chǎn)生影響。在碘化銫(或者硫氧化釓)+薄膜晶體管(TFT)這種結(jié)構(gòu)的平板探測器中，由于TFT的陣列可以做成與閃爍體涂層的面積一樣大，因此可見光不需要經(jīng)過透鏡折射就可以投射到TFT上，中間沒有可以光子損失，因此DQE也比較高；在碘化銫+CCD(或者CMOS)這種結(jié)構(gòu)的平板探測器中，由于CCD(或者CMOS)的面積不能做到與閃爍體涂層一樣大，所以需要經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)折射、反射后才能將全部影像投照到CCD(或者CMOS)上，這過程使光子產(chǎn)生了損耗，因此DQE比較低。

    在非晶硒平板探測器中，X線轉(zhuǎn)換成電信號*依賴于非晶硒層產(chǎn)生的電子空穴對，DQE的高低取決于非晶硒層產(chǎn)生電荷能力?？偟恼f來，CsI+TFT這種結(jié)構(gòu)的間接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)QE高于a-Se直接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)QE。

（2）影響平板探測器空間分辨率的因素

    在非晶硅平板探測器中，由于可見光的產(chǎn)生，存在散射現(xiàn)象，空間分辨率不僅僅取決于單位面積內(nèi)薄膜晶體管矩陣大小，而且還取決于對散射光的控制技術(shù)?？偟恼f來，間接轉(zhuǎn)換平板探測器的空間分辨率不如直接轉(zhuǎn)換平板探測器的空間分辨率高。

    在非晶硒平板探測器中，由于沒有可見光的產(chǎn)生，不發(fā)生散射，空間分辨率取決于單位面積內(nèi)薄膜晶體管矩陣大小。矩陣越大薄膜晶體管的個數(shù)越多，空間分辨率越高，隨著工藝的提高可以做到很高的空間分辨率。

二、量子探測效率與空間分辨率的關(guān)系

    對于同一種平板探測器，在不同的空間分辨率時，其DQE是變化的；極限的DQE高，不等于在任何空間分辨率時DQE都高。DQE的計算公式如下：

DQE=S2×MFT2/NSP×X×C 

S：信號平均強(qiáng)度；MTF：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)

    從計算公式中我們可以看到，在不同的MTF值中對應(yīng)不同的DQE，也就是說在不同的空間分辨率時有不同的DQE。

    非晶硅平板探測器的極限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；而非晶硒平板探測器的極限D(zhuǎn)QE不如間接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)QE高，但是隨著空間分辨率的提高，其DQE下降比較平緩，在高空間分辨率時，DQE反而超過了非晶硅平板探測器。這種特性說明非晶硅平板探測器在區(qū)分組織密度差異的能力較強(qiáng)；而非晶硒平板探測器在區(qū)分細(xì)微結(jié)構(gòu)差異的能力較高。 

三、不同類型的平板探測器在臨床上的應(yīng)用

    由于DQE影響了圖像的對比度，空間分辨率影響圖像對細(xì)節(jié)的分辨能力。在攝片中應(yīng)根據(jù)不同的檢查部位來選擇不同類型平板探測器的DR。重點在于觀察和區(qū)分不同組織的密度，因此對密度分辨率的要求比較高。在這種情況下，宜使用非晶硅平板探測器的DR，這樣DQE比較高，容易獲得較高對比度的圖像，更有利于診斷；對于象四肢關(guān)節(jié)、乳腺這些部位的檢查，需要對細(xì)節(jié)要有較高的顯像，對空間分辨率的要求很高，因此宜采用非晶硒平板探測器的DR，以獲得高空間分辨率的圖像。目前絕大多數(shù)廠家的數(shù)字乳腺機(jī)都采用了非晶硒平板探測器，正是由于乳腺攝片對空間分辨率要求很高，而只有非晶硒平板探測器才可能達(dá)到相應(yīng)的要求。

    由此可見，不同類型的平板探測器由于材料、結(jié)構(gòu)、工藝的不同而造成DQE和空間分辨率的差異。DQE影響了對組織密度差異的分辨能力；而空間分辨率影響了對細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨能力。目前還沒有一款DQE和空間分辨率都做得很高的平板探測器，因此需要在兩者間做一個平衡。所以在購買和使用DR時，應(yīng)該根據(jù)購買DR的主要用途和具體的檢查部位去選擇和使用不同類型平板探測器的DR，只有這樣才能拍攝出zui有利于診斷的圖像。