平板探测器的工作原理和比较各平板探测器优缺点
2013-01-26 08:08
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非晶硒型平板探测器
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, 动态范围广; 2. 空间分辨率高; 3. 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。
碘化铯/非晶硅型平板探测器
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, 动态范围广;2. 空间分辨率高;3. 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);4. 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。
CCD型平板探测器
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。
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