平板探測器的原理及應用ppt課件

1、2012-02,平板探測器的原理及應用,2012-02,主要內(nèi)容,平板探測器的概念 非晶硅平板探測器 非晶硒平板探測器 CMOS平板探測器 平板探測器的指標與評價,2012-02,平板探測器,通過面陣探測器，取代傳統(tǒng)膠片等材料。 將X射線透照工件生成的圖像信號轉(zhuǎn)換成易于存儲和處理，符合一定行業(yè)標準的數(shù)字圖像。 相對于線陣探測器 提高圖像的讀出速度 減少X線曝光時間,線陣掃描探測器,平板探測器,2012-02,平板探測器的應用,2012-02,平板探測器的典型結構,2012-02,典型的平板型DR組成,X線高壓發(fā)生器 產(chǎn)生高壓（高壓，燈絲，高壓整流，交換閘） X線球管 產(chǎn)生X射線 準直器 減少散

2、射線控制照射野 平板探測器 將X射線轉(zhuǎn)換成已處理的電信號 圖像后處理系統(tǒng) A/D轉(zhuǎn)換，圖像預處理，圖像重建等,2012-02,平板探測器的種類,直接能量轉(zhuǎn)換形 非晶態(tài)硒（Amorphous Selenium，a-Se） 間接能量轉(zhuǎn)換形 非晶態(tài)硅（Amorphous Selenium，a-Si+碘化銫(CsI) /硫氧化釓(g)( GdOS/Gd2O2S) CCD,2012-02,直接型-非晶態(tài)硒,典型結構： 非晶硒層（a-Se） 光電導材料 薄膜半導體陣列 （Thin Film Transistor array，TFT,尺寸數(shù)十厘米,2012-02,非晶硒型成像原理,向非晶硒層加正向偏置電壓（

3、0-5kv），即預置初始狀態(tài)。 X射線照射,非晶硒層產(chǎn)生電子、空穴對在外加電場下產(chǎn)生電流，并在TFT層存儲電荷。 讀出TFT層存儲的電荷，放大并經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后輸出到計算機。 所有電荷信號被讀取后，消除殘余電荷，恢復到初始狀態(tài),2012-02,非晶硒平板探測器的特點,直接進行光電轉(zhuǎn)換沒有散射，清晰度要高 物理性能穩(wěn)定 介電常數(shù)低 電阻率高 暗電流小 光電吸收效率高 光電導效率隨X射線強度增大而增大,2012-02,直接型-非晶態(tài)硒,美國Hologic公司,日本島津公司,2012-02,間接型-非晶態(tài)硅,閃爍體或熒光體層 + 非晶硅層（a-Si） （具有光電二極管作用） + TFT陣列,2012

4、-02,間接型-非晶態(tài)硅,基本工作過程原理： a：入射的X射線圖像經(jīng)碘化銫閃爍晶體轉(zhuǎn)換為可見光圖像， b：可見光圖像由下一層的非晶硅光電二極管陣列轉(zhuǎn)換為電荷圖像 c：對電荷信號逐行取出，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，再傳送至計算機，從而形成X射線數(shù)字圖像,2012-02,閃爍體和熒光體,能將在X線照射下激發(fā)出可見光的發(fā)光晶體物質(zhì)統(tǒng)稱閃爍體或熒光體， 熒光是指在X線激發(fā)停止后持續(xù)（10-8s）發(fā)光的過程 閃爍是指單個高能粒子在閃爍體上瞬時激發(fā)的閃光脈沖,2012-02,間接型-閃爍體：硫氧化釓,作用：將X射線光子轉(zhuǎn)化成可見光光子發(fā)射,特點： 成像速度快 性能穩(wěn)定 成本較低,層狀排布（散射線造成的不清晰度較大）

5、 主要有日本佳能生產(chǎn)的CXDI系列 也是唯一能實現(xiàn)移動的X射線探測器,2012-02,間接型-閃爍體：碘化銫,用碘化銫 作為光電裝換的介質(zhì) 碘化銫（CsI:T1閃爍體） 連續(xù)排列、針狀 直徑約為6-7m 厚度為500-600m 外圍用 鉈包裹 減少漫射,2012-02,非晶硒與碘化銫吸收系數(shù),隨著非晶硒厚度的提升（500m到700m）對X光的吸收率也隨之上升 資料中介紹：碘化銫厚度的的增加，吸收系數(shù)上升，但圖像分辨率下降。 隨X射線能量增高，非晶硒和碘化銫的吸收系數(shù)都隨之下降,2012-02,間接型-閃爍體,硫氧化釓 碘化銫 非晶硅 響應,2種閃爍體的光譜特性和非晶硅的響應特性,2012-02

6、,間接型-閃爍體,碘化銫和硫化釓發(fā)射光譜與a-Si光電二極管量子效率譜均以波長550nm處出現(xiàn)峰值且具有很好的匹配關系。 使用CsI做涂層的探測器轉(zhuǎn)換效率比硫氧化釓涂層高,可見光,2012-02,CCD探測器,反射式,2012-02,CCD探測器,直射式 光纖式 CCD尺寸小，一般為3-5cm2,閃爍體一般為碘化銫 光學纖維 CCD芯片,閃爍體一般為碘化銫 光學透鏡 CCD芯片,2012-02,CCD探測器工作原理,采用閃爍體將X線能量轉(zhuǎn)換為可見熒光 采用反射/透鏡/光纖進行縮小并傳入CCD 產(chǎn)生光生電子，電子數(shù)與光子數(shù)成正比。并以電荷形式存入存儲裝置 讀取電荷信號，經(jīng)放大、A/D等處理后生成

7、數(shù)字信號,2012-02,CCD型和CMOS型,CCD,CMOS 沒有電荷轉(zhuǎn)移功能，需要經(jīng)過X-Y選址電路。 PD：產(chǎn)生蓄積電荷 MOS-Fet：控制讀出,2012-02,平板探測器類型的選擇,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。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 需要對細節(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,2012-02,平板探測器的主要參數(shù),DQE - Detective Quantum Efficiency 量子探測效率 SR - Spatial Resolutio

8、n 空間分辨率 MTF - Modulation Transfer Function 調(diào)制傳遞函數(shù) S /N - Signal to Noise ratio 信噪比,2012-02,量子探測效率-DQE,定義：探測器（增感屏，膠片，IP,FPD)探測到的光量子與發(fā)射到探測器上的量子數(shù)目比 通常用 輸出信噪比的平方與輸入信噪比的平方之比來表示，一般為百分數(shù)。 DQE,2012-02,量子探測效率-DQE,其中G是探測器的增益， 是單位面積的X射線探測器輸入的量子 MTF是調(diào)制傳遞函數(shù)， NPS是噪聲功率譜,另一種計算方法,2012-02,空間分辨率,空間分辨率是指圖像每個像素點的大小 特征是調(diào)制

9、傳遞函數(shù) MTF,2012-02,調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF,MTF為探測器對比度空間頻率轉(zhuǎn)移函數(shù) 通常用來表示探測器對于圖像細節(jié)的分辨能力 在系統(tǒng)應用的空間頻率范圍內(nèi)MTF值越高則空間頻率特性越好，對于影像系統(tǒng)來說可以獲得更好的圖像對比度,2012-02,調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF,MTF對比 500m層厚結構化碘化銫晶體 和 粉末狀增感屏,注：圖像上亮度分布相鄰的黑線或白線的距離定義為空間周期,2012-02,調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF,空間頻率優(yōu)化 通過濾波器改善調(diào)制傳遞函數(shù),2012-02,調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF,一種便于理解的MTF的圖解方法,2012-02,噪聲,平板探測器的噪聲主要來源于兩個方面：

10、a：探測器電子學噪聲 （小） b：X射線圖像量子噪聲 RQA5測試標準下一個大小為150m的像素通?？梢晕?400個X光子，此時量子噪聲約為37個X光子，而讀出噪聲則僅相當于35個X光子,2012-02,其他參數(shù),記憶效應(memory effect) 表示圖像殘留的參數(shù)，通常用兩個參量來表示殘留因子的變化 一次曝光20S后記憶效應(Short-term memory effect 20s) 如：0.1% 一次曝光60S后記憶效應(Short-term memory effect 60s) 如：0.02% 靈敏度（Sensitivity）響應度 一定光譜范圍內(nèi)，單位曝光量的輸出信號 X射線吸

11、收率 X射線可見光轉(zhuǎn)換系數(shù) 填充系數(shù) 光電二極管光電轉(zhuǎn)換系數(shù),2012-02,其他參數(shù),線性(Linearity) 最大的線性劑量(X-ray maximum linear dose)： 表示探測器可達到線性度要求的劑量范圍上限 非線性度(Non-linearity)： 用百分比來表示在max最大的線性劑量之間輸出的非線性程度 微分非線性度（Linearity-differential-FT） 積分非線性度(Linearity-integral-FT） 空間非線性度(Linearity-spatial-FT,2012-02,其他參數(shù),探測器圖像獲取時間 探測器預備時間 曝光等待時間 曝光窗口

12、圖像讀出時間 對于非晶硅探測器典型值為2.8S左右 實際一般為56 S,2012-02,其他參數(shù),溫度穩(wěn)定性（Stability） 額定條件下探測器的輸出隨溫度的變化率，被稱為探測器的溫度系數(shù)（Detector temperature coefficient) 暗電流 無光和電輸入下的輸出電流。（半導體發(fā)熱） 限制了器件的信號處理能力、動態(tài)范圍 產(chǎn)生噪聲和干擾,2012-02,非晶硒型,優(yōu)點： 1、轉(zhuǎn)換效率高； 2、動態(tài)范圍廣； 3、空間分辨率高； 4、銳利度好； 缺點： 1、對X線吸收率低，在低劑量條件下圖像質(zhì)量不能很好的保證，而加大X線劑量，不但加大病源射線吸收，且對X光系統(tǒng)要求過高。 2、