图像增强器式线阵列X射线数字成像系统

1　成像器件对探测器性能的影响

       现有的线阵列X射线探测器都是由荧光闪烁材料、线性图像传感器、信号调理和图像采集电路以及图像处理软件四大部分构成,各部分的特性对探测器的总体性能都有非常大的影响[1]。

1.1　荧光闪烁材料

       有数十种荧光闪烁材料可用于线阵列X射线探测器,常用的有碘化铯、钨酸镉和硫氧化钆等。不同材料的光谱特性和发光亮度各不相同。由于闪烁体材料的发光亮度较低,需要加大图像传感器的像素尺寸和采用较大的系统增益来提高灵敏度,前者会降低系统分辨率,后者使得图像信噪比降低。

1.2　图像传感器

       图像传感器的长度决定了线阵列X射线探测器的成像区域大小。受集成电路晶片尺寸的限制,制造长达数百毫米的探测器需要使用多段图像传感器进行拼接。由于每段的性能不同,所以需用软件来校正。目前主要采用线性CMOS和光电二极管图像传感器,图像传感器的行扫描频率决定了探测器的检测速度,闪烁体材料的发光特性和图像传感器的光谱特性要相对应。

1.3　电子电路

       包括图像传感器输出信号调理电路和模数转换电路。其中A/D转换器的位数(bit)对探测器的动态范围有较大影响,由于受荧光材料的放光特性和图像传感器的动态范围限制,太高的位数并不会增加探测器的总体动态范围。

1.4　图像采集与处理软件

       按照设置的采样参数和行频,从探测器获取图像数据。其中,数据校正是一个最核心的功能,它可以消除射线场、闪烁体材料、图像传感器和电子电路各部分的不均匀性差异。

       从现有的线阵列X射线探测器制造原理可以发现:由于图像传感器直接接收的是闪烁体材料发出的低亮度荧光,需要采用较大的像素尺寸来提高感光的灵敏性,使得系统分辨率降低;当像素尺寸较小时,则需要较长时间的曝光,从而使得检测速度变慢。也就是说,系统分辨率与检测速度之间形成了一对矛盾,因而极大地限制了线阵列X射线探测器的应用范围。

2　图像增强器采用的新技术

       图像增强器是在荧光板成像基础上发展起来的一种将X射线转换为高亮度可见光的装置。由于荧光板在射线照射后发出的荧光强度低,所以利用光电增强的方法可在输出屏上得到明亮的可见光图像。早期的图像增强器分辨率较低、对比度不高、信噪比低且使用寿命较短。当前图像增强器在输入窗、输出窗的荧光材料和结构等方面作了较大改进,正向高性能方向发展[2]。