平板探测器的工作原理及优缺点

只看该作者 · 2020-4-10 23:30

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。

　　（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。