从 1995年RSNA上推出第一台平板探测器(Flat Panel Detector)设备以来,随着近年平板探测技术取得飞跃性的发展,在平板探测器的研发和生产过程中,平板探测技术可分为直接和间接两类。
(一)间接能量转换
间接FPD的结构主要是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶硅层(amorphous Silicon,a-Si)再加TFT阵列构成。其原理为闪烁体或荧光体层经X射线曝光后,将X射线光子转换为可见光,而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号,最后获得数字图像。在间接FPD的图像采集中,由于有转换为可见光的过程,因此会有光的散射问题,从而导致图像的空间分辨率极对比度解析能力的降低。换闪烁体目前主要有碘化铯(CsI,也用于影像增强器),荧光体则有硫氧化钆(GdSO,也用于增感屏),采用CsI+a-Si+TFT结构的有Trixell和GE公司等,而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon和瓦里安公司等。
1、碘化铯 ( CsI ) + a-Si + TFT :当有 X 射线入射到 CsI 闪烁发光晶体层时,X 射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流, 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷. 每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射 X 射线光子能量与数量成正比。发展此类技术的有法国 Trixell 公司解像度 143um2 探测器 ( SIEMENS、Philips、汤姆逊合资 ) 、美国 GE 解像度 200um2 探测器 ( 收购的 EG & G 公司 ) 等。其原理见右图。Trixell公司(目前有西门子、飞利浦、万东、上医厂、长青、泛太平洋等厂家使用,成本约9.5万美金)用的是Csl柱状晶体结构的闪烁体涂层,此种结构可以减少可见光的闪射,但由于工艺复杂难以生成大面积平板,所以采用四块小板拼接成17″×17″大块平板,拼接处图像由软件弥补。 GE、佳能(佳能、东芝、岛津使用)的平板是使用Csl或Gd2O2S:Tb涂层,因不是柱状晶体结构,所以能量损失较Trixell 严重。
2、硫氧化钆 ( Gd2O2S ) + a-Si + TFT :利用増感屏材料硫氧化钆 ( Gd2O2S ) 来完成 X 射线光子至可见光的转换过程。发展此类技术的公司有美国瓦里安公司、*** Canon 公司解像度 160um2 探测器等。此类材料制造的 TFT 平板探测器成像快速、成本较低,但一般灰阶动态范围较低(12 bit 以下),与其它高阶14 bit产品图像诊断质量相比较为不足。
3、碘化铯 ( CsI ) / 硫氧化钆 ( Gd2O2S ) + 透镜 / 光导纤维 + CCD / CMOS :X射线先通过闪烁体或荧光体构成的可见光转换屏,将X射线光子变为可见光图像,而后通过透镜或光导纤维将可见光图像送至光学系统,由CCD采集转换为图像电信号。发展此技术的ssRay、Wuestec、新医科技等公司。其原理可见右图。新医科技的CCD DR为2K×2K,12Bit图像输出,无论在图像上还是在价格上均是取代CR的最佳产品。
4、CsI ( Gd2O2S ) + CMOS :此类技术受制于间接能量转换空间分辨率较差的缺点,虽利用大量低解像度 CMOS 探头组成大面积矩阵,尚无法有效与 TFT 平板优势竞争。发展此类技术的公司有CaresBuilt、Tradix公司等。
(一)间接能量转换
间接FPD的结构主要是由闪烁体或荧光体层加具有光电二极管作用的非晶硅层(amorphous Silicon,a-Si)再加TFT阵列构成。其原理为闪烁体或荧光体层经X射线曝光后,将X射线光子转换为可见光,而后由具有光电二极管作用的非晶硅层变为图像电信号,最后获得数字图像。在间接FPD的图像采集中,由于有转换为可见光的过程,因此会有光的散射问题,从而导致图像的空间分辨率极对比度解析能力的降低。换闪烁体目前主要有碘化铯(CsI,也用于影像增强器),荧光体则有硫氧化钆(GdSO,也用于增感屏),采用CsI+a-Si+TFT结构的有Trixell和GE公司等,而采用GdSO+a-Si+TFT有Canon和瓦里安公司等。
1、碘化铯 ( CsI ) + a-Si + TFT :当有 X 射线入射到 CsI 闪烁发光晶体层时,X 射线光子能量转化为可见光光子发射,可见光激发光电二极管产生电流, 这电流就在光电二极管自身的电容上积分形成储存电荷. 每个象素的储存电荷量和与之对应范围内的入射 X 射线光子能量与数量成正比。发展此类技术的有法国 Trixell 公司解像度 143um2 探测器 ( SIEMENS、Philips、汤姆逊合资 ) 、美国 GE 解像度 200um2 探测器 ( 收购的 EG & G 公司 ) 等。其原理见右图。Trixell公司(目前有西门子、飞利浦、万东、上医厂、长青、泛太平洋等厂家使用,成本约9.5万美金)用的是Csl柱状晶体结构的闪烁体涂层,此种结构可以减少可见光的闪射,但由于工艺复杂难以生成大面积平板,所以采用四块小板拼接成17″×17″大块平板,拼接处图像由软件弥补。 GE、佳能(佳能、东芝、岛津使用)的平板是使用Csl或Gd2O2S:Tb涂层,因不是柱状晶体结构,所以能量损失较Trixell 严重。
2、硫氧化钆 ( Gd2O2S ) + a-Si + TFT :利用増感屏材料硫氧化钆 ( Gd2O2S ) 来完成 X 射线光子至可见光的转换过程。发展此类技术的公司有美国瓦里安公司、*** Canon 公司解像度 160um2 探测器等。此类材料制造的 TFT 平板探测器成像快速、成本较低,但一般灰阶动态范围较低(12 bit 以下),与其它高阶14 bit产品图像诊断质量相比较为不足。
3、碘化铯 ( CsI ) / 硫氧化钆 ( Gd2O2S ) + 透镜 / 光导纤维 + CCD / CMOS :X射线先通过闪烁体或荧光体构成的可见光转换屏,将X射线光子变为可见光图像,而后通过透镜或光导纤维将可见光图像送至光学系统,由CCD采集转换为图像电信号。发展此技术的ssRay、Wuestec、新医科技等公司。其原理可见右图。新医科技的CCD DR为2K×2K,12Bit图像输出,无论在图像上还是在价格上均是取代CR的最佳产品。
4、CsI ( Gd2O2S ) + CMOS :此类技术受制于间接能量转换空间分辨率较差的缺点,虽利用大量低解像度 CMOS 探头组成大面积矩阵,尚无法有效与 TFT 平板优势竞争。发展此类技术的公司有CaresBuilt、Tradix公司等。