DR平板探测器技术
?主要内容
?平板探测器的结构与原理
直接平板探测技术
间接平板探测技术
电荷耦合器件探测技术
?平板探测器的主要参数
空间分辨率、对比度分辨率、像素尺寸、
DQE、动态范围
?屏/片、CR与DR系统的比较
一.总述
?与屏/片系统及CR系统相比，DR系统的核
心部件为平板探测器，它是一种将X线能量
直接转化为电信号，产生X线图像的检测
器。
?它可被称为是放射学历史上最为重要的技
术突破之一。
二.平板探测器的结构与原理
2.1平板探测器的种类
?根据探测器技术（X线转换方式）的不同，
可主要分为以下三种。分别为：
（1）直接平板探测技术（非晶硒）；
（2）间接平板探测技术（非晶硅+碘化
铯）；
（3）电荷耦合器件探测器，即CCD转换平板
探测器（X线闪烁体+CCD二极管陈列）；
2.2直接平板探测技术
这种探测器的结构主要由非晶硒层
(AmorphousSelenium，a-Se)加薄膜晶
体管阵列(ThinFilmTransistorarray，
TFT)构成。它将X线能量直接转变成数字
信号。
非晶硒平板探测器结构
基本像素单元（探测元）示意图
2.2直接平板探测技术
?X线转换单元
?应用非晶硒(a—Se)为光电材料将X线转换
成电子信号。当X线照射非晶硒层时，入射
的X射线光子在硒层中产生电子空穴对并
形成电流。
2.2直接平板探测技术
?像素矩阵（探测元阵列）
?用薄膜晶体管(TFT)技术在一玻璃基层上组
装几百万个探测元的阵列，每个探测元包
括一个电容和一个TFT，且对应图像的一个
象素。
2.2直接平板探测技术
?像素矩阵（探测元阵列）
?TFT每个象素具有电荷接收电极，信号储存
电容及信号传输器，通过数据网线与扫描
电路连接。最后由读出电路读取数字信号
并还原成影像。
2.2直接平板探测技术
?像素矩阵（探测元阵列）
?场效应管（FET）的开关作用。
?像素信号逐一按顺序读出、放大，送到A/D
转换器。
2.2直接平板探测技术
?应用
?采用这一技术的有DRC，东芝，岛津，
AnRad公司等。现在最著名的是美国
HOLOGIC公司研制和生产的（早期是
DUPONT公司开发研制的）非晶硒层TFT
探测板。
2.3间接平板探测技术
?间接能量转换平板探测器的结构由闪烁体或
荧光体层涂上有光电二极管作用的非晶硅层
(amorphousSilicon，a-Si)再加TFT(Thin
FilmTransistor)阵列构成。
碘化铯-非晶硅平板探测器结构
2.3间接平板探测技术
?它利用荧光物质（碘化铯）将X线转化为可
见光，在由光电采集电路转换成图像电荷
信号。
吸收X线
发射可见光
Photons
CesiumIodide(CsI)
Light
AmorphousSiliconPanel
(Photodiode/TransistorArray)
Electrons
转化数字信号
DigitalData
ReadOutElectronics
探测器
光吸收
产生电子-空穴
2.3间接平板探测技术
?荧光材料层
?多利用CsI闪烁体。通常由高原子序数的物
质组成，对X线有高的吸收能力。
?CSI与非晶硅的结合是具有最高的DQE(量
子测量效率)值的材料。
2.3间接平板探测技术
?探测元阵列层
?入射的X线在闪烁晶体层被转化成为可见光
后，再由光电二极管矩阵转换成电信号。
2.3间接平板探测技术
?X光会产生散射，从而对图像质量有较大的
影响。
2.3间接平板探测技术
6μmNeedle
diameter
“松针”状闪烁晶体材料
2.3间接平板探测技术
?“松针”状闪烁晶体材料种植在非晶硅上。
2.3间接平板探测技术
?应用
?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。
2.4电荷耦合器件探测技术
?碘化铯(CsI)/硫氧化钆(Gd2O2S)+透
镜/光导纤维+CCD/CMOS
2.5直接与间接转换技术的对比
（1）间接转换技术
?CsI闪烁体层由于晶体结构的关系，在传递
信号的同时不可避免的有光散射的发生，
吸收率有所下降，对图像质量略有影响但
并不严重。
?间接转换具有较高的量子检测效能，可在
较低剂量X线曝光情况下获得高质量的图
像。
?另外其成像速很快，透视及时间减影等领
域，增大了X线的使用范围。
2.5直接与间接转换技术的对比
（2）直接转换技术
?以硒作为光电导体可以直接将光信号转换
为电信号，避免散射的发生。
?相对于间接转换技术，直接转换对X线吸收
率低，在低剂量条件下图像质量不能很好
保证。且硒对温度较敏感，使用条件受到
限制。
2.5直接与间接转换技术的对比
（3）小结
从空间分辨率上看，非晶硒板比非晶硅板
表现出更好的分辨性能。根据实测数据显
示，直接转换技术的分辨率平均可达到
3.8Lp/mm，而间接转换的平均分辨率在
3.0Lp/mm左右。
参见黄邻彬、储晓阳、林盛才DR平板探测器的应用探讨
2.5直接与间接转换技术的对比
（3）小结
从曝光剂量上看，非晶硅板具有较高的量
子检出效能，故而其曝光剂量比之同等条
件下的非晶硒板有明显降低，基本是后者
的1/2。故而从剂量角度考虑，间接转换技
术更具优势。
参见黄邻彬、储晓阳、林盛才DR平板探测器的应用探
讨
2.5直接与间接转换技术的对比
（3）小结
从成像速度上看，非晶硒板比之非晶硒板
成像更加迅速。这一特点决定了用作透视
的平板探测器多采用间接转换技术。
三.平板探测器的主要参数
平板探测器的主要参数
3.1空间分辨率
?DR的空间分辨率指图
像空间范围内的解像
力或解像度，以能够
分辨清楚图像中黑白
相间线条的能力来表
示。黑白相间的线条
简称线对，一对黑白
相间的线条称之为一
个线对，分辨率的线
性表达单位是线对/毫
米（LP/mm）。
平板探测器的主要参数
3.1空间分辨率
?空间分辨率受很多因素的影响与制约。
?像素大小也是影响空间分辨率的重要因素
之一。
平板探测器的主要参数
3.1空间分辨率
?探测器元件的尺寸和距离仅仅为我们提供
了系统的最大空间分辨率，由于光的散射
或电荷的扩散，探测器的有效空间分辨率
会有所损失，但对于直接转换探测器，有
效空间分辨率接近最大空间分辨率。
平板探测器的主要参数
3.2对比度分辨率
?图像对比度性能主要反映了系统捕获和显
示物体真是反差的能力。
平板探测器的主要参数
3.3像素尺寸
?在探测器面积一定的条件下为了增加空间
分辨率，可以减小像素尺寸，降低单位像
素面积，增加像素密度。
?但是单位像素的面积越小，会使像素有效
因子减少，像素的感光性能越低，信噪比
降低，动态范围变窄。因此这种减小像素
尺寸的方法不可能无限制地增大分辨率，
相反会引起图像质量的恶化。
平板探测器的主要参数
3.3像素尺寸
?增加了的空间分辨率又被因此带来的噪声
淹没，要弥补此问题就要增大X线曝光剂
量。这与X线影像技术的发展是相违背的。
因此要选择适当的像素尺寸，不能一味的
减小像素尺寸。
像素尺寸选择
平板探测器的主要参数
3.3像素尺寸
?通常情况下，平板探测器空间分辨率大多
在2．5~3．6lp／mm，对应于探测器像素
单元大小为139—200μm，像素矩阵介于
2000x2000-3000x3000之间。
平板探测器的主要参数
3.4探测量子效率（DetectiveQuantum
Efficiency，DQE）
?其定义为探测器输出影像的信噪比与输入
影像信噪比的比值
DQE=
SNR
2
atdetectoroutput
SNR
2
atdetectorinput
平板探测器的主要参数
3.4探测量子效率
?DQE是一种对成像系统的信号和噪声从输
入到输出的传输能力的表达。
?DQE数值越大，表示所采集影像信噪比损
失越小，即视频链对噪声的贡献越小。
平板探测器的主要参数
3.4探测量子效率
?DQE与探测器的感光材料、结构和工艺有
关，其中也与像素大小密切关联。图像噪
声与每个像素单元接收的有效光子数成反
比，一般说像素尺寸大，像素内所包含的
光子数增加，会降低图像噪声，提高检测
灵敏度和DQE
平板探测器的主要参数
3.4探测量子效率
?控制噪声/提高DQE的方法：
–高效的闪烁体与高象素填充因子
–闪烁物与探测器间的有效连接
–减低电子的噪音
平板探测器的主要参数
3.5动态范围
?动态范围是衡量探测器性能的一个关键指
标，是指探测器能够线性地探测出X线入射
剂量的变化，其最低剂量与最高剂量之
比。假如，DR探测器能线性地探测出剂量
变化最低值是1μGy，剂量低于1μGy时输
出都是0；能探测的最高值是10mGy，剂量
再高输出也是相同；那么两输入剂量高低
之比是1μGy：10mGy＝1：10000（即10
的4次方），为该探测器的动态范围。
四.屏/片、CR与DR系统的比较
屏/片、CR与DR系统的比较
?4.1成像原理
屏/片带有患者信息的X线入射到胶片上，通
过显影、定影、水洗和干燥等过程最终
形成不可后期处理的模拟影像。
CR它是一种X线间接转换技术。利用IP作
为X线检测器，利用其核心层光激励发
光物质的特性将光信号进行采集与转
换，输出可后处理的数字影像。
DR它是一种X线直接转换技术。利用特殊
结构直接把X线光子转化成电信号并输
出数字影像。
屏/片、CR与DR系统的比较
?4.2图像分辨力
屏/片
屏片系统的空间分辨率十分出色，可
达到4.0LP/mm。
CRX线散射与光散射降低了图像的分辨
率。与屏/片系统比较，CR系统空间分
辨率有时稍显不足；与DR系统相比，
CR系统主要不足是时间分辨率较差，
不能满足动态器官和结构的显示。
DRDR系统不存在光学模糊，其空间分辨
率比CR系统出色，接近屏/片；密度分
辨率也高于CR系统。
屏/片、CR与DR系统的比较
?4.3曝光剂量
屏/片
由于影像接受部分技术限制，屏/片技
术所需的剂量是很大的。
CR
与常规摄影剂量相比，在获得同样质量
图像的情况下所用理论X线计量要小于
前者。但是IP的潜影随时间的推移信号
在衰减，因此在小剂量曝光的情况下，
仍难获得满意的图像。
DRDR系统具有较高的曝光宽容度和量子
检测效率，故而曝光条件有所降低。相
比传统胸片剂量仅为常规剂量的1/4。
屏/片、CR与DR系统的比较
?4.4工作效率
屏/片传统方式摄影后须将胶片进行显影、定影
等一系列冲洗过程，全程需几分钟时间，
且每张胶片只能利用一次，效率较低。
CR
CR系统中，IP曝光后需拿到激光扫描仪读
出，整个过程有多个步骤，相对DR系统
时间较长。和传统屏/片相比，工作时间提
高并不显著，但IP可重复使用，应用效率
大大提高。
DR
DR系统在曝光完毕后，只需经过几秒到
十几秒的时间即可看到数字图像。
谢谢！
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