DR平板探测器常识.ppt
DR平板探测器常识,非晶硒和非晶硅平板探测器的区别,在数字化摄片中，X线能量转换成电信号是通过平板探测器来实现的，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。选择DR必然要考虑到平板探测器的选择。平板探测器的性能指标会对图像产生很大的影响，医院也应当根据实际需要选择适合自己的平板探测器。,DR平板探测器可以分为两种：非晶硒平板探测器和非晶硅平板探测器，从能量转换的方式来看，前者属于直接转换平板探测器，后者属于间接转换平板探测器。,非晶硒平板探测器,非晶硒平板探测器主要由非晶硒层TFT构成。入射的X射线使硒层产生电子空穴对，在外加偏压电场作用下，电子和空穴对向相反的方向移动形成电流，电流在薄膜晶体管中形成储存电荷。每一个晶体管的储存电荷量对应于入射X射线的剂量，通过读出电路可以知道每一点的电荷量，进而知道每点的X线剂量。由于非晶硒不产生可见光，没有散射线的影响，因此可以获得比较高的空间分辨率。,非晶硅平板探测器,非晶硅平板探测器由碘化铯等闪烁晶体涂层与薄膜晶体管或电荷耦合器件或互补型金属氧化物半导体构成它的工作过程一般分为两步，首先闪烁晶体涂层将X线的能量转换成可见光；其次TFT或者CCD，或CMOS将可见光转换成电信号。由于在这过程中可见光会发生散射，对空间分辨率产生一定的影响。虽然新工艺中将闪烁体加工成柱状以提高对X线的利用及降低散射，但散射光对空间分辨率的影响不能完全消除。,不同平板探测器的比较,评价平板探测器成像质量的性能指标主要有两个：量子探测效率和空间分辨率。DQE决定了平板探测器对不同组织密度差异的分辨能力；而空间分辨率决定了对组织细微结构的分辨能力。考察DQE和空间分辨率可以评估平板探测器的成像能力,非晶硅平板探测器,影响DQE的因素主要有两个方面：闪烁体的涂层和晶体管。首先闪烁体涂层的材料和工艺影响了X线转换成可见光的能力，因此对DQE会产生影响。目前常见的闪烁体涂层材料有两种：碘化铯和硫氧化钆。碘化铯将X线转换成可见光的能力比硫氧化钆强但成本比较高；将碘化铯加工成柱状结构，可以进一步提高捕获X线的能力，并减少散射光。使用硫氧化钆做涂层的探测器成像速度快，性能稳定，成本较低，但是转换效率不如碘化铯涂层高。其次将闪烁体产生的可见光转换成电信号的方式也会对DQE产生影响。在碘化铯(或者硫氧化钆)+薄膜晶体管(TFT)这种结构的平板探测器中，由于TFT的阵列可以做成与闪烁体涂层的面积一样大，因此可见光不需要经过透镜折射就可以投射到TFT上，中间没有可以光子损失，因此DQE也比较高；在碘化铯+CCD(或者CMOS)这种结构的平板探测器中，由于CCD(或者CMOS)的面积不能做到与闪烁体涂层一样大，所以需要经过光学系统折射、反射后才能将全部影像投照到CCD(或者CMOS)上，这过程使光子产生了损耗，因此DQE比较低。,非晶硅平板探测器,影响空间分辨率的因素：由于可见光的产生，存在散射现象，空间分辨率不仅仅取决于单位面积内薄膜晶体管矩阵大小，而且还取决于对散射光的控制技术。总的说来，间接转换平板探测器的空间分辨率不如直接转换平板探测器的空间分辨率高。,非晶硒平板探测器,X线转换成电信号完全依赖于非晶硒层产生的电子空穴对，DQE的高低取决于非晶硒层产生电荷能力。总的说来，CsI+TFT这种结构的间接转换平板探测器的极限DQE高于a-Se直接转换平板探测器的极限DQE。,非晶硒平板探测器,由于没有可见光的产生，不发生散射，空间分辨率取决于单位面积内薄膜晶体管矩阵大小。矩阵越大薄膜晶体管的个数越多，空间分辨率越高，随着工艺的提高可以做到很高的空间分辨率。,量子探测效率与空间分辨率的关系,对于同一种平板探测器，在不同的空间分辨率时，其DQE是变化的；极限的DQE高，不等于在任何空间分辨率时DQE都高。DQE的计算公式如下：DQE=S2MFT2/NSPXCS：信号平均强度；MTF：调制传递函数；X：X线曝光强度；NPS：系统噪声功率谱；C：X线量子系数从计算公式中我们可以看到，在不同的MTF值中对应不同的DQE，也就是说在不同的空间分辨率时有不同的DQE。,非晶硅平板探测器的极限DQE比较高，但是随着空间分辨率的提高，其DQE下降得较多；而非晶硒平板探测器的极限DQE不如间接转换平板探测器的极限DQE高，但是随着空间分辨率的提高，其DQE下降比较平缓，在高空间分辨率时，DQE反而超过了非晶硅平板探测器。这种特性说明非晶硅平板探测器在区分组织密度差异的能力较强；而非晶硒平板探测器在区分细微结构差异的能力较高。,不同类型的平板探测器在临床上的应用,由于DQE影响了图像的对比度，空间分辨率影响图像对细节的分辨能力。在摄片中应根据不同的检查部位来选择不同类型平板探测器的DR。对于象胸部这样的检查，重点在于观察和区分不同组织的密度，因此对密度分辨率的要求比较高。在这种情况下，宜使用非晶硅平板探测器的DR，这样DQE比较高，容易获得较高对比度的图像，更有利于诊断；对于象四肢关节、乳腺这些部位的检查，需要对细节要有较高的显像，对空间分辨率的要求很高，因此宜采用非晶硒平板探测器的DR，以获得高空间分辨率的图像。目前绝大多数厂家的数字乳腺机都采用了非晶硒平板探测器，正是由于乳腺摄片对空间分辨率要求很高，而只有非晶硒平板探测器才可能达到相应的要求。,总结,不同类型的平板探测器由于材料、结构、工艺的不同而造成DQE和空间分辨率的差异。DQE影响了对组织密度差异的分辨能力；而空间分辨率影响了对细微结构的分辨能力。目前还没有一款DQE和空间分辨率都做得很高的平板探测器，因此需要在两者间做一个平衡。所以在购买和使用DR时，应该根据购买DR的主要用途和具体的检查部位去选择和使用不同类型平板探测器的DR，只有这样才能拍摄出最有利于诊断的图像。,DR系统设备的某些技术实质,一、某厂商的所谓“能量减影”二、某厂商的所谓“组织均衡”三、非直接数字放射摄影（IDR）和直接数字摄影（DDR）之分四、非晶硒平板所谓“直接能量转换”而没有能量损失,一、某厂商的所谓“能量减影”,1、“能量减影”的本质是采用两种不同的曝光条件对同一物质进行分次曝光，分别得到较低密度和较高密度物质的单独影像。目前主要应用在胸部，试图克服平片上肋骨对部分肺组织的遮挡这个缺陷。2、能量减影的最终目的，是希望看到被肋骨做遮盖的病变。那么，对什么样的患者这样做呢？由谁来做对患者进行两次曝光的决定呢？一个患者从临床医生办公室拿到检查申请单，到放射科拍片，涉及到的三个角色（患者、临床医师、技师）都没有这样的预见及决定能力，也没有这样的权力。3、实际上，在常规平片工作流程最后的诊断环节，诊断医生面临三种可能：第一，肋骨后有软组织病变，但看不见，医生此时没理由让这样的患者进行第二次曝光；第二，肋骨后的确没有软组织病变，不需要进行第二次曝光；第三，肋骨后的软组织病变范围超出了肋骨的宽度，在肺组织的对比下可以看见，这时，就有了必须进一步进行详细检查的指征，但无论从定性、定量、定位还是技术实施的可能性（该技术要求在极短时间内进行两次曝光）看，显然已经超出了DR能力的范围，必须用CT及其他设备进行。4、这个技术的提出，是受启发于临床上某个肺部的病变已经被CT证实为肋骨遮挡，平片没发现。因此技术提出者认为如果去掉肋骨，病变就能够显示出来了。这是一种典型的回顾性思维，只是冲着解决问题而去，却没注意问题发生的实际环境是否允许这样的解决方案。,二、某厂商的所谓“组织均衡”,1、“组织均衡”是使密度差别较大的组织在同一影像上显示；本质上就是分别在相对狭窄的灰度范围内分别观察低密度和高密度组织，在PACS诊断工作站上可以用调整灰度和对比度实现。这个所谓“先进技术”同前者一样同属文字游戏而几乎没有实际应用价值。2、对使用诊断工作站的大夫来说，在显示器上调整灰度和对比度观察不同密度的组织是很自然的事情。3、对没有诊断工作站的医院，由于他们面对的影像仍然是胶片，这个技术或许有用。但这个调整需要一定的时间，即使一个普通地市级医院，技术员的工作强度已经很大，根本没时间做这样的事情，其他流量更大的大型医院，实施这样的费时的后处理，可能性几乎没有。,总结,这两个所谓“新技术、新应用”只是迷惑人的文字游戏，其实质是突出自己与其他产品的区别，引起用户的注意。DR的数字影像只是为平片提供了进行后处理的可能；但数字平片后处理功能的开发，必须建立在一个可行及必要的基础上。（在现有医学影像设备上开展新技术都必须与能否最终解决临床实际问题相结合考虑，严格讲，在其公开宣传以前，必须有相关的前瞻性临床研究的证据支持。用户必须注意这些技术的含金量。）事实上，在患者到放射科进行影像检查的整个流程中，DR提供的平片只是一个初步筛查的工具，提供的影像是组织重叠像，其最重要的功能仍然和传统平片一样。如果病变密度与正常组织差别虽然小但仍然尚能在DR片子上用肉眼分辨出来的程度，最终诊断仍然需要进一步进行CT和其他检查。数字平片目前不能，以后也不能解决临床上对大多数病变定量、定性、定位的要求。DR的真正使命，是在保证影像质量的前提下通过对平片工作流程的改变得到的革命性的高效率，并不是而且也不可能取代CT或其他诊疗设备。,三、非直接数字放射摄影（IDR）和直接数字摄影（DDR）之分,1、非直接数字放射摄影（Indirect Digital Radiography，简称IDR），是一种硅半导体间接采集 X-粒子技术的数字摄影技术，采用两步数字转换过程，X-光粒子先变成可见光然后用光电管探测到转换为电信号。它是由Gd2O2S:Tb或Csl构成X射线的转换屏幕，或称为闪烁体，X射线穿过反射层到达闪烁体后，激发出可见光子；可见光传递下面光电二极管，光电二极管触发场效应三极管产生输出信号。这些转换过程中在物理上有或多或少的能量损失，但对X线吸收效率较高。2、直接数字放射摄影系统（Direct Digital Radiography，简称DDR）是一种所谓直接X-粒子技术的数字摄影技术，X-光粒子在硒涂料层变成电信号被探测和转换；不产生可见光，而只是电子的传导，可避免散射线的产生，理论上没有光电转换的能量损失。但由于硒层吸收X线效率较差，成像时间长，实际转换效能并不好。,三、非直接数字放射摄影（IDR）和直接数字摄影（DDR）之分,3、不论是什么技术类型的平板都是为了获得尽可能真实的诊断图像；就目前可行的生产工艺水平，非晶硅间接数字转化技术是生产平板的最佳选择，这也是PHILIPS、SIEMENS、GE等大型医疗设备厂商采用非晶硅平板的原因；尤其是Trixell平板的独特工艺，使其成像质量远高于非晶硒板，也高于其他非晶硅板。（Trixell平板CsI闪烁体层由于晶体结构的关系，在信号转换时也有少许光散射的发生，能量有少许损失，但对最终图像质量影像不大；其较高的量子检测效能（DQE）可在较低剂量曝光情况下获得高质量的图像；由于成像快，可用于透视及时间减影等领域，大大增加了X线检查的使用范围。）4、放射影像的质量是由许多因素共同作用形成的，仅仅突出在单个转换过程中能量损失多少是无法保证高质量诊疗图像的，还得看实际转换效率和最终成像质量如何，不能光看某技术的单项理论值。5、几乎所有世界级的专家学者都认可非晶硅板在成像质量稳定性上好于非晶硒板。,四、非晶硒平板所谓“直接能量转换”而没有能量损失,1、“使用光导材料非晶硒的平板不产生可见光，而只是电子的传导，没有散、折射线产生的能量损失，对提高图像清晰度有好处。”2、理论上说，非晶硒平板没有光电转化过程中的能量损失，但并不代表其转化效果出色，更不代表其成像质量高；事实上低放射剂量时其成像质量是难以满足诊疗需求的；也就是说要想获得高质量的影像非晶硒板必需很高的放射剂量；其高剂量照射的成像质量才勉强与以Trixell平板为代表的非晶硅板在低剂量时的成像质量相当。这是与降低患者和工作人员辐射伤害的环保要求背道而驰的。,四、非晶硒平板所谓“直接能量转换”而没有能量损失,3、以硒作为光电导体可以直接将光信号转换为电信号，在理论上确实没有可见光转换为电子信号这一过程，避免了散射的发生；但是硒层对入射的X线吸收率很低会丢失了很多原始信息；所谓“直接转换”的过程速度也很慢，不仅影响工作效率而且信息丢失也很严重；因此在低剂量条件下图像质量无法保证，必须用很大的放射剂量才能得到有效诊断图像。通过分析其工作过程我们得知：所谓“非晶硒是直接转换没有能量损失”的说法纯属断章取义，只是避免了非晶硅类平板光电转换这一过程的能量损失，但绝对不是没有能量损失；相反由于其硒层对X线吸收率低、X光粒子转为电子的速度慢及最终成像速度慢而导致大量信息丢失，其影像质量比非晶硅平板（尤其是Trixell平板）是有很大差距的，不得已只能靠增加放射剂量来弥补其信息丢失过多的缺陷。另一个致命的缺点是硒层对于温度特别敏感，稳定可用性极差，使用条件受到很大限制，而且易坏易损，返修率很高。4、非晶硒型平板第一个缺陷是需要比其他平板高得多的放射剂量才能得到符合诊断要求的影像质量；第二个缺陷是其硒层对温度非常敏感，稳定性差，使用条件受到很大限制，而且由于其对温度的极度敏感导致毁损率奇高。,四、非晶硒平板所谓“直接能量转换”而没有能量损失,总体看非晶硒平板技术是目前还很不成熟，具体表现为需要放射剂量较高、稳定性很差、返修率奇高。其代表厂商Hologic平板碰到了不可逾越的技术难题，已经退出DR系统设备市场。,谢谢观赏,WPS 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