碘化铯非晶硅平板探测器的原理及应用(2)

图 1-2 非晶硅平板探测器结构示意图
 

学术论著
 
中国医学装备2009年9月第6卷第9期 碘化读铯非晶出硅平柱板探测器的原理及应用-桂朝伟等
 

 

图 1-2 非晶硅平板探测器结构示意图

位于探测器顶层的碘化铯闪烁晶体将入射的X线 转换为可见光，可见光激发非晶硅光电二极管阵列， 使光电二极管产生电流，实现从可见光到电信号的转 换，在光电二极管自身的电容上形成储存电荷。每一 像素电荷量的大小与入射X线的强弱成正比，同时该 阵列还将空间上连续的X线图像转换为一定数量的行 和列构成的总阵式图像。点阵的密度决定了图像的空 间分辨率。在中央时序控制器的统一控制下，行驱动 电路与读取电路将电荷信号逐行取出，转换为串行脉 序列并量化为数字信号。获取的数字信号经通信接

 

 
图1-3 非晶硅平板探测器工作原理示意图
 
闪烁体法(The Scintillator Method)。闪烁体是
一种吸收X线并把能量转换为可见光的化合物。好的 闪烁体每个X线光子可以产生许多个可见光光子, 每
1kV X线输出20～50个可见光光子。闪烁晶体通常由 高原子系数的物质组成，它具有高X射线吸收率的特 点；同时又是一种低浓度的触化酶，它可以将X射线 线性转换成可见光。闪烁晶体可以是细粒状的，像磷 光体或晶体，比如碘化铯[6]。
3.1 磷闪烁体结构
磷是一种受到X线激发而发光的物质。用于X 线成像的磷是由稀土硫氧化物搀入其它稀土元素构 成的。通常是在硫氧化钆(gadolinium)和硫氧化镧 (lanthanum)中搀入铽(terbium)，它们发射的蓝或绿 光极易和胶片灵敏度相匹配。使用不同的颗粒和化合 物可以产生不同的分辨率和亮度。在使用时, 将它们 与蓝色黏合剂混合,涂上塑料薄膜。这种设计可以使 闪烁体紧贴X光胶片来提高灵敏度。但涂层必须达到 一定厚度来阻止高能射线，否则光散射是一个问题。
3.2
 
冲
口电路传至图像处理器，从而形成X线数字图像[5]。如 图1-3所示。

3 X线转换
利用非晶硅将X线转换为可读出的电荷一般有三 种方法，它们是本征导电法，光敏电阻法和闪烁体 法。每种方法都有它的优缺点，把它们应用到X线成 像器上都有一定的局限性。目前非晶硅平板探测器一 般使用闪烁体方法来实现X线与电荷间的转换。

 
碘化铯闪烁体结构
碘化铯的使用，比较好的解决了分辨率和亮度不 可兼得的问题。在适当的蒸发条件下, 它随着细针的 排列密度而变化(10～20mm in diameter)。这样产生 的晶体作为光导管, 可见光光子产生在输入层附近, 输入层要求比较厚(up to 1mm),来保持高的分辨率。 铯的原子序数较高, 因此它是一个优秀的X线接收器, 这种金属对于输入的X线非常适用，因为它产生每个 光子只需要20～25 eV。当搀入铊(thallium) 碘化铯可 以激发出550 nm的光，这个波长正是非晶硅光谱灵敏 度的峰值。在当前的产品中,碘化铯与非晶硅的结合 材料具有最高的DQE值。
4 实时处理
4.1 主处理器
从传感器平板成像程序的初期开始,所有的图像 处理必须提供一个实时的清晰准确的图像数据。成像 器被设计为16-bit的程序管路处理器，处理速度为40 兆像素/秒。
实 时 处 理 的 功 能 包 括 : 偏 移 量 ( o f f s e t ) 校 正
 
和增益, 逐个像素(pixel  by pixel)黑电平箝定
(clamping)；污点插补(blemish interpolation)；桢积 累(accumulation)和均化(averaging)。为了支持该处 理器在不同操作模式下具有实时的图像校正数据, 每 个NVRAM和SDRAM最少都必须为128 Mbit。
4.2 辅助处理器(Auxiliary Processor) 为了满足一些特殊的后处理要求，可以增加一个
插入式处理器。这样可以提供下面这些附加的实时功 能:X线曝光控制, 图像数据柱型图窗口化，扫描转换 为常规视频格式，目录查找(tables), GAMMA校正， 降噪可变递归滤波。所有这些功能都是通过外部软件 控制。
4.3 读出放大器
从传感器平板上读出信号时有几千个信号需要 被并行处理，为此，Varian公司专门开发了一种多 通道电荷放大器，来配合宽动态范围的非晶硅平板探 测器。其特点是:128个独立通道，低噪音，大动态范 围，相关双通道取样(correlated double sampling)，
128-to-1 输出多路器(Multiplexer)；1x, 2x, or 4x 芯片存储( on-chip binning)；有源噪音去除 (active noise cancellation)；输入ESD保持；该放大器被安装 在用户TAB包内。
5 临床应用特点
常规X线摄影是以增感屏/胶片为体系,利用X线 的穿透作用、荧光效应和化学作用,使穿过人体后发
 
善和优化了工作流程。
曝光宽容度大：摄影成功率接近100%，容许一 定范围内的曝光误差，并可在后处理中调节、修正成 像。
后处理功能强大：处理功能包括对比度、亮度、 边缘处理、增强、黑白反转、放大、缩小、测量等, 通过这些功能的调节使图像的质量得到改善。
数字化成像：图像的数字化便于在计算机中存 储、传输和调阅，节省存储空间及胶片和冲片液的支 出，数字化方式能直接与 PACS 网络系统相连接， 实现远程会诊。
已知的数据显示，碘化铯材料具有优于其它X线 荧光体材料的吸收性能，碘化铯和非晶硅的组合在所 有物质中，量子检测效率（DQE）是最高的。但是碘 化铯非晶硅平板探测器仍然存在一些缺陷，例如：非 晶硅平板探测的基板是由某种玻璃制成的,像所有玻 璃一样,处理不当容易破碎；在X射线转换过程中需要 经过光电转换，存在光的散射效应；光电二极管的使 用面积（这就是高“填充率”）不高等问题。平板探 测器在X 线转换介质、基材的选择、非晶硅光电二极 管和薄膜晶体管阵列的设计、输出电路的设计等方面 有待进一步的研发。随着一些新材料、新技术应用到 平板探测器当中，将会拍摄出更高质量的诊断图像。(责任编辑：南欧)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(南粤论文中心__代写代发论文_毕业论文带写_广州职称论文代发_广州论文网）