数字平板探测器的原理及应用

    数字阵列成像(平板成像)在国外发达国家已经被广泛应用于医疗和无损检测中。在无损检测中，无论是取代胶片成像，还是取代影像增强器实时成像都已被广泛接受，成为新一代的射线成像产品。

 1数字平板成像历史

20世纪70年代美国对X射线数字成像进行了广泛和深入的研究，但那时尚无法有效地设计和生产出可靠而且经济的数字X射线成像系统。20世纪80年代中期，射线工作者和医学工作者终于等到了计算机射线成像(CR)中的成像板(IP板)技术。这种体积小、轻便、便于携带的成像装置，开始淘汰了X射线照相所用的胶片、化学试剂和射线透视成像中笨重的影像增强器。20世纪90年代后期，在硅谷Varian的技术中心，第一个商业可用的非晶硅平板数字X射线探测器FPD诞生。

2数字平板成像

2. 1成像原理

平板X射线成像器是以固态集成电路技术为基础，在很多方面和可见光数字照相和摄像芯片相似。X射线成像和可见光成像的主要差别是探测器的尺寸。用于照相和摄像的CCD和CM()S成像器的尺寸通常是1～2 cm。由于X射线不容易聚焦，成像器需要与成像物体的尺寸相当，这就需要尺寸很大的集成电路。大面积的集成电路以非晶硅薄膜晶体管(TFT)阵列的形式出现，其中应用最广泛和最成功的探测器被称为“间接”探测器。这些探测器以连接到X射线闪烁体的非晶硅阵列光电二极管为基础。图2显示了基本的X射线转化链。平板成像最常用的闪烁体是硫氧化扎和碘化艳。

    间接数字X射线成像过程是:X射线管发射的X射线光子穿过目标物体，没有被物体吸收的X射线光子撞击一层闪烁体材料，闪烁体材料将它们转化成可见光光子。接着，这些光子撞击光电二极管阵列，光电二极管阵列将它们转化成电子，这些电子可以激活非晶硅层的像素。激活的像素产生电子数据，它可以被计算机转化成高质量的目标物体图像并在显示器上显示。

    平板探测器由一片附有薄层非晶硅的玻璃组成。非晶硅以极小的尺寸刻印成数百万晶体管，排列成高度有序的阵列。每个薄膜晶体管附着在高吸收性的光电二极管上，从而形成各个像素。光子撞击光电二极管，转化成电荷的两个载体，叫做电子空穴对，一个电子空穴对包括一个带负电的电子和一个带正电的空穴(空白的能量空间就像一个带正电的电子)。由于产生的电荷载体会随着进人的光子的强度变化而变化，电子图像也就产生了，它可以通过计算机迅速读取和解释产生数字图像。

    尽管非晶硅有很好的电子性能，但它不是一种特别好的X射线光子吸收体。因此，X射线首先撞击由硫氧化扎或碘化艳组成的闪烁体。这个闪烁物可以吸收X射线并将它转化成可见光光子，然后进人光电二极管阵列。由于碘化艳是一种很好的X射线吸收体，并能把它们转化成可见光光子，非晶硅能把这种能量最好地转化成电荷载体。碘化艳和非晶硅这两种材料的结合产生了当今使用最高的量子检测效率(DQE)。量子检测效率是衡量成像器性能的尺度。高量子检测效率意味着同样剂量时可以获得更好的图像质量，或者使用较低剂量仍能获得相同质量的图像。