Principle and application of a-Si sensor panel/Gui Chaowei, Tang Xiaowei,
Zhai Junpeng, et al//China Medical Equipment,2009,6(9):10-13.
[Abstract] By introducing the material properties, working principles and clinical applications of the photomicrograph of an a-Si sensor panel, the paper indicates the advantages and disadvantages, the development direction and the importance of the technology in the Digital Radiography system.
[Key words] Digital radiography; Flat plane detector; Cesium iodide; Amorphous silicon
[First-author's address] Division for Repair of Medical Equipment, Daxing Health
Administration Buearu, Daxing 102600, China.
在数字化摄影(Digital Radiography , DR)中,
X线能量转换成电信号是通过平板探测器( Flat Plane
1 术语
1.1 非晶硅(Amorphous silicon)
Detector ,FPD)来实现的, 所以平板探测器的特性会 对DR 图像质量产生比较大的影响[1]。到目前为止， 碘化铯和非晶体硅（简称非晶硅）的组合在所有物质 中，量子检测效率（DQE）和MTF特性是最好的， GE、西门子、飞利浦和其他多家公司都采用了这种平 板探测器来构建它们的DR系统。非晶硅平板探测器 作为DR的核心部件需要我们积极地去了解和掌握其 技术、原理和应用。
非晶硅是通过蒸化沉淀成型的一种非晶体薄片， 常规集成电路是由晶体硅晶片组成。晶体硅晶片是生 长晶(grown crystals)的切片。非晶硅对于X线接收器 来说是最理想的材料，因为非晶硅对放射线的伤害是 免疫的。供成像器使用的非晶硅被搀入氢和扩散P/N 掺杂物来产生P/N结。
1.2 碘化铯(Cesium iodide) 碘化铯具有高X线接收和高可视光子产量。搀入
①北京市大兴区卫生局医疗器械修理所 北京 102600
②北京市阜外心血管病医院 北京 100037
③北京市大兴区人民医院 北京 102600
0 ZHONGGUOYIXUEZHUANGBEI
钠可产生蓝光，在核粒子检测器中被用作光电阴极。
而搀入铊能产生绿光，可用作硅检测器。CsI（碘化 铯）闪烁层是一种吸收X线并把能量转换为可见光的 化合物。闪烁体材料由厚度为 500～600μm 连续排 列的针状碘化铯晶体构成，针柱直径约6μm。CsI晶 体的针状结构可以像光纤一样把散射光汇集到光电二 极管，可以有效地抑制光线的散射，从而改善探测器 的MTF和DQE特性，不过仍然不能完全克服散射效 应。如图1-1所示。
图 1-1 CsI（碘化铯）闪烁层示意图
碘化铯材料具有优于其它X线荧光体材料的吸收 性能。此外，碘化铯晶体具有良好的X线-电荷转换 特性。据实验研究，单个X线光子可产生 800～1000 个光电子。在当前产品中，碘化铯与非晶硅的结合可 获得最高的DQE值[2]。
1.3 带自动焊接
每个像素单元由具有光敏性的非晶硅光电二极 管及不能感光的开关二极管、行驱动线和列读出线构 成。位于同一行所有像素元的行与驱动线相连，位于 同一列所有像素元的列与读出线相连，以此构成探测 器矩阵的总线系统。这些连接的空间常常比象素的尺 寸还小，为了保证信号的正常传输，经常使用小的柔 性印刷板来连接上千个节点。低密度端一般焊接在附 加电子设备的印刷电路板上。而高密度端使用一个各 向异性的导片与玻片连接来控制温度和压力。柔性电 路一般为一卷像胶片, 因此在大容积上, 吸附过程 (attachment process) 由机器完成。该技术称为带自 动焊接, 该方法称为TAB吸附。
1.4 调制转换参数（MTF）和量子探测效率（DQE）
判断平板探测器图像质量的好坏，通常用调制 转换参数（MTF）和量子探测效率（DQE）来衡 量。MTF值和DQE值高则表明该平板探测器产生 的图像质量能够达到较好的空间分辨率和密度分辨 率。对于一幅图像，能够正常进行诊断的空间频率为
（0.5～3.0）cycles/mm。 量子探测效率（DQE）：是一种对成像系统的信
号和噪声从输入到输出的传输能力的表达，以百分比 表示。DQE 反映的是平板探测器的灵敏度、噪声、X 线剂量和密度分辨率。国际IEC 工作组, IEC SC62B WG33 建立了一种在国际上认可的数字X 线成像系 统DQ E 的方法,即IEC 62220 - 1 。DQ E 测量的 结果是依赖于测量所用的曝光条件和参数设置[3]。
调制转换参数（MTF）：是一个成像系统提取其 目标的对比度作为清晰度函数的能力; MTF 反映的 是平板探测器影像对比度和空间分辨率。MTF 表达 了输入信号与输出信号的比值,该数值越大,表示成像 系统的信息量损失越小。MTF 表达了输入信号与输 出信号的比值,该数值越大,表示成像系统的信息量损 失越小[4]。
2 工作原理
在非晶硅平板探测器(Photomicrograph of an a-Si sensor panel) 的放大图中, 作为开关使用的是 一个薄片三极管(TFT),非常像使用在液晶显示的活 动矩阵里的开关。平板设计中一个重要的目的是取使 用光电二极管(高占空因子)的成像器的最大区域, 这 样使到达光的量浪费最小。信号通过细金属线传输, 该传感器平板的像素中心矩是127μm，占空因子是
35%。如图1-2所示。
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