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從 1995年RSNA上推出 台平板探測器(Flat Panel Detector)設備以來,隨着近年平板探測技術取得飛躍性的發展,在平板探測器的研發和生產過程中,平板探測技術可分為直接和間接兩類。
(一)間接能量轉換
間接FPD的結構主要是由閃爍體或熒光體層加具有光電二極管作用的非晶硅層(amorphous Silicon,a-Si)再加TFT陣列構成。其原理為閃爍體或熒光體層經X射線曝光后,將X射線光子轉換為可見光,而後由具有光電二極管作用的非晶硅層變為圖像電信號, 獲得數字圖像。在間接FPD的圖像採集中,由於有轉換為可見光的過程,因此會有光的散射問題,從而導致圖像的空間分辨率極對比度解析能力的降低。換閃爍體目前主要有碘化銫(CsI,也用於影像增強器),熒光體則有硫氧化釓(GdSO,也用於增感屏),採用CsI+a-Si+TFT結構的有Trixell和GE公司等,而採用GdSO+a-Si+TFT有Canon和瓦里安公司等。
1、碘化銫 ( CsI ) + a-Si + TFT :當有 X 射線入射到 CsI 閃爍發光晶體層時,X 射線光子能量轉化為可見光光子發射,可見光激發光電二極管產生電流, 這電流就在光電二極管自身的電容上積分形成儲存電荷. 每個象素的儲存電荷量和與之對應範圍內的入射 X 射線光子能量與數量成正比。發展此類技術的有法國 Trixell 公司解像度 143um2 探測器 ( SIEMENS、Philips、湯姆遜合資 ) 、美國 GE 解像度 200um2 探測器 ( 收購的 EG & G 公司 ) 等。其原理見右圖。Trixell公司(目前有西門子、飛利浦、萬東、上醫廠、長青、氾太平洋等廠家使用,成本約9.5萬美金)用的是Csl柱狀晶體結構的閃爍體塗層,此種結構可以減少可見光的閃射,但由於工藝複雜難以生成大麵積平板,所以採用四塊小板拼接成17″×17″大塊平板,拼接處圖像由軟件彌補。 GE、佳能(佳能、東芝、島津使用)的平板是使用Csl或Gd2O2S:Tb塗層,因不是柱狀晶體結構,所以能量損失較Trixell 嚴重。
2、硫氧化釓 ( Gd2O2S ) + a-Si + TFT :利用増感屏材料硫氧化釓 ( Gd2O2S ) 來完成 X 射線光子至可見光的轉換過程。發展此類技術的公司有美國瓦里安公司、*** Canon 公司解像度 160um2 探測器等。此類材料製造的 TFT 平板探測器成像快速、成本較低,但一般灰階動態範圍較低(12 bit 以下),與其它高階14 bit產品圖像診斷質量相比較為不足。
3、碘化銫 ( CsI ) / 硫氧化釓 ( Gd2O2S ) + 透鏡 / 光導纖維 + CCD / CMOS :X射線先通過閃爍體或熒光體構成的可見光轉換屏,將X射線光子變為可見光圖像,而後通過透鏡或光導纖維將可見光圖像送至光學系統,由CCD採集轉換為圖像電信號。發展此技術的ssRay、Wuestec、新醫科技等公司。其原理可見右圖。新醫科技的CCD DR為2K×2K,12Bit圖像輸出,無論在圖像上還是在價格上均是取代CR 產品。
4、CsI ( Gd2O2S ) + CMOS :此類技術受制于間接能量轉換空間分辨率較差的缺點,雖利用大量低解像度 CMOS 探頭組成大麵積矩陣,尚無法有效與 TFT 平板優勢競爭。發展此類技術的公司有CaresBuilt、Tradix公司等。
(二)直接能量轉換
直接FPD的結構主要是由非晶硒層(amorphous Selemium,a-Se)加薄膜半導體陣列(Thin Film Transistor array,TFT)構成的平板檢測器。由於非晶硒是一種光電導材料,因此經X射線曝光后直接形成電子-空穴對,產生電信號,通過TFT檢測陣列,再經A/D轉換獲得數字化圖像。從根本上避免了間接轉換方式中可見光的散射導致的圖像分辨率下降的問題。雖然在技術上和生產工藝上要求很高,但卻是獲得高圖像質量的理想方式,業內普遍認為直接轉換方式是FPD的最終發展方向。採用這一技術的有島津,AnRad,Hologic公司等。
直接轉換FPD具有理論界限值的卓越分辨率和量子探測率,不僅具備可高分辨率以清晰顯示微小血管及病灶,而且具有高靈敏度可大幅降低曝光射線量。直接轉換式FPD無論在低分辨率時還是在高分辨率時均具有極高的DQE值。對於大物體的檢出能力與間接轉換型FPD大致相同,但對於微小病變,直間轉換型FPD的檢出能力更強。(間接轉換型的DQE低頻時雖然顯示高值,但在2lp/mm以上時,其值急劇減小。)直接轉換式FPD研發廠家為了得到更高DQE值,獲得良好的S/N特性,在降低噪音成分方面做出了更多的努力,尤其是在對圖像質量影響 配線阻抗噪聲和讀取放大器的熱噪聲方面需進行了革新性的改良,將這兩種噪聲控制在 程度,使實際測量值達到與理論值基本一致的水平。直接轉換式FPD對於大物體的檢出能力與間接轉換型大致相同,但對於微小病變,直間轉換型具有更強的檢出能力。(間接轉換型的DQE低頻時雖然顯示高值,但在2lp/mm以上時,其值急劇減小。)
(三)平板的使用與養護
現在不管是非晶硒、非晶硅、CCD這些平板探測器,還是各大 國際廠商,所有探測器保修最長只有五年。現在醫院在購買期間只注意了牌子,什麼高象素,高配置,忽視了服務和設備壽命,而最基本的滿足臨床使用診斷的這個根本目標沒有重視。
平板探測器使用一定年限或者經過一定次數曝光,老化損坏是必然的,不可避免的。一般在五個以內的坏的可以用軟件補,但十個以上就是一片白點,所以這是不可逆的,而且隨着曝光次數增加,坏點會成坏道。在坏點剛剛出現的時候就及時向廠方提出維護,一般情況下還不至於坏到那個程度。按照理論要求,平板在三到六個月之間是必須要做一次校準的,這個也是醫院在購買安裝的時候需要向廠方提出的一個合理要求。而且現在大部分DR操作裡面已經開放的平板探測器的校準程序,廠方要求院方一定時間內也要對平板進行校準。
非晶硒怕冷,非晶硅怕潮.工作環境的保持十分重要,在使用中應儘量嚴格地按照廠家的要求控制機房的環境, 一定要在機房內安裝抽濕器和空調,否則會坏的比較快。另外射線也會造成損傷使轉換層老化,效率降低,這與累積劑量有關,就正常的劑量(500uR)而言100萬次曝光后仍可保持70%的效率問題並不大。但一定要注意遮光器(尤其是腰椎側位等)的使用,否則漏光的部分由於經常接受過量輻射則老化會大大加快。
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