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数字X射线探测器

自从1985年德国物理学家伦琴发现X射线以来,X射线摄影在医学及工业影像领域得到广泛的应用。以往对数字X射线探测器的定义并无统一的认识,近年来人们逐步趋于将输出数字信号的X射线探测器称之为数字化X射线探测器。通常分为影像增强器+电荷耦合器件(CCD)型探测器及DR探测器两类。
影像增强器+电荷耦合器件方式的数字化X摄影装置具有成本低、容易实现实时成像等突出的优点,虽然其仍是目前蕞普遍的一种数字影像设备,但在分辨率、信噪比、体积、电磁相容性等方面还存在着一些不足,本文不再多做介绍。
 

一、平板DR
20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。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 DR
CCD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,蕞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。
1、 闪烁体采用了针状结构的碘化铯等其他发光晶体物质,能有效吸收X射线,并使发光光谱与CCD得响应光谱接近,提高了X射线的利用率,通过物理和技术手段减少了光散射效应,提高了图像的锐利度和清晰度。
2、 采用大面积的CCD芯片(6cm*6cm,信号填充系数100%),像素尺寸减少(15um*15um),从而使获取的图像分辨率提高,采用背感光技术,量子效率可以达到90%以上(美国仙童公司的CCD486芯片),临床应用中可以使用较小的辐射剂量。
3、 开发了光纤锥技术替代组合镜头的耦合方式,从根本上解决了影像畸变的可能性,同时对光通量的采集效率更高。(德国Proxitronic公司)
 
CC探测器由于其价格相比于平板探测器低廉,同时图像质量又能够基本满足临床诊断要求,工作性能稳定等优点,适用于中低端市场。
 
三、线阵DR
线阵探测器X机系统主要由扫描机架,机架上安装X射线管、X射线探测器及前端电子学系统;X射线发生装置及电气控制系统;计算机处理系统等组成。目前常用的主要由CCD/CMOS及线阵光电二极管阵列。
1、 CCD/CMOS探测器
由X射线转换层、光电转换层、读出电路三部分组成。CCD/CMOS形式的探测器往往采用线阵芯片或TDI芯片(如美国仙童公司的CCD296芯片)。其中TDI芯片由于可以做到对同一个信号进行延迟积分的探测方式,具有更好的灵敏度和速度,可以被广泛应用在如牙科检测、医学扫描检测、工业无损扫描检测等领域。
2、 光电二极管探测器
与CCD/CMOS探测器一样,光电二极管探测器也由X射线转换层、光电转换层和读出电路三部分组成。由于通常光电二极管阵列的每个单元尺寸较大,多被应用于对分辨率不高的高能无损检测领域,如行李箱包检查、集装箱检测、人体安检、煤矿皮带检测、轮胎检测和钢板测厚等众多领域。目前英国Sens-Tech公司的XDAS系列产品集成了闪烁体、光电二极管探测器及读出电路部分,已经成功应用于国内众多的无损检测领域。
 
目前线扫描DR由于在成本、成像质量与辐射剂量、易维护性的优势,已经被越来越多的无损检测或医学成像所应用。但其在成像时间上,由于采用机械扫描的方式成完整的图像,还无法做到实时成像。
先锋科技公司凭借多年在图像及X射线领域的应用经验,将为您提供详细的解决方案。

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