平板探测器

第三节数字X线摄影装置DR 

l 自从1972年X线CT问世后,医学影像领域出现了数字化浪潮,但传统X线影 

像的数字化最晚; 

l 1980年在北美放射学会(RSNA)的产品展览会上DR和DF的展品引起了全世 

界的关注,从此,以DSA系统为代表的DF(数字荧光X线摄影)得到了高速发 

展; 

l 1982年又研制出CR系统。20世纪80年代中期,各国厂商竞相开发DR和CR; 

l 20世纪90年代又大力研制直接DR的探测器,推出了一些实用的DDR设备。 

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数字化X射线照相检测(Digital Radiography, 

简称DR),通常指采用电子成像板技术-平板检测器 

技术(FPD Technique)。 

由于电子转换模式不同又分为间接转换型DR和直 

接转换型DR。 


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工作原理:(系统控制器、高压X线发生器触发) 

X线管 → 准直器(定位) → 人体 → 影像增强管(光 

学系统,形成荧光影像) → 摄像机(形成视频电信 

号)→ 模拟视频信号采集、模/数转换(Analog to 

digit;A/D) → 计算机中(存储、分析、保存)。 

在80年代初,开始了在X线 

电视系统的基础上,利用计算 

机对图像信号进行数字化处理, 

使模拟视频信号经过采样模数 

转换(A/D)后直接进入计算机 

进行存储、处理和保存,此即 

为数字x线成像。 


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DR图像优点: 

示清楚; 

度大; 

像后处理; 

较高分辨率; 

图像锐利度好,细节显 

X线剂量小,曝光宽容 

可根据临床需要进行图 

快速成图像(如8秒),加 

快诊断速度 

⑥实现放射科无胶片化, 

科室之间、医院之间网络化, 

便于教学与会诊。 


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一、间接转换型DR系统(Indirect DR,IDR) 

1.基本结构 

图像监视器 

影像接收器数据采集器图象处理器存储器 

X线机系统控制器 


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2.工作原理 

l把X线转换为可见光,成像系统的关键部件 

是获取图像的平板探测器 ; 

l由CCD或真空摄像管转换成模拟信号; 

l由A/D转换为数字信号 

用平板检测器 FPD取代影像增强器 

(I.I.)也是必然的发展趋势。生产这种平 

板探测器厂家有VARINA、通用电器、法国 

TRIXELL(由西门子、飞利浦、Thales三 

家合资建立)、 CANON等,在国内用得较 

多的是VARINA生产的。 


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n 间接转换式的平板探测器 

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 

(amorphousSilicon,a-Si)再加薄膜半导体阵列 

(ThinFilm Transistorarray ,TFT)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。 

在间接转换式的图像采集中,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。 

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(GOS,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GOS+a-Si+TFT有Canon和瓦里安公司等。 


佳能公 

司的DR 

平板探 

测器 

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佳能CXDI-50G是一款便携式的X射线数字成像探测器。CXDI-50G具有 

14x17英寸(35x43厘米)的成像区域,足以满足临床不同体位的检查需要, 

特别适合于胸部和腹部的X光成像;它轻巧,必要时便于患者轻松手持;它 

耐用可靠,适用于大量不同环境下的检查。 

l 用途:普通X线摄影 

l 平板探测器:闪烁体和非晶硅 

l 传感器: LANMIT 4 (大面积新型传感器和TFT) 

l 闪烁体:硫氧化钆 

l 成像尺寸:14x17英寸(35x43厘米) 

l 像素:2208x2688像素(共计590万像素,像素间距160微米) 

l 接口:DICOM 3.0,以太网 10/100 Base 


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二、直接转换型DR系统(Direct DR,DDR) 

以平板半导体探测器(flat-panel detector)或硒鼓为 

媒介,把X射线直接转换为电子数字信号。 

电子成像板由大量微小的带有薄膜晶体管(TFT)的探 

测器成阵列排列而成。 


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l目前有两种,一种为线扫描,一种为平板面 

成像探测器。 


美国瓦里安公司的线阵列DR探测器 

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n 直接转换式的平板探测器 

主要由非晶硒层 ( Amorphous Selenium,aSe ) 加薄膜半导体阵列 

( Thin Film Transistor array,TFT ) 构成。 

非晶硒经X射线曝光后直接形成电子-空穴对,在顶电极的作用下, 

自由电子游离到表面,而空穴向非晶硒层下面的薄膜晶体管阵列移动, 

产生电信号,通过TFT检测阵列,再经A/D转换获得数字化图像。每个薄 

膜晶体管的尺寸为 139 x 139 μm ,相当于14 x 17 英寸的范围内有 

2560 x 3106 个象素单元,每个象素单元均可独立接受非晶硒层产生的 

电荷,并在控制电路的触发下把单元储存的电荷传输到外围读出电路。 

由于这个过程是将X线信息(不经过光的转换)直接转换为电信息, 

避免了间接转换方式中可见光的散射导致的图像分辨率下降的问题,所 

以又称为直接DR 或DDR。业内普遍认为直接转换方式的平板探测器是最 

终发展方向。采用这一技术的有新医科技、美国Hologic、岛津等。 

Agfa公司的DR板 


Canon公司的DR板 

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三、DR与CR比较 

l 图像清晰度优于CR 

l 噪声源比CR少,没有二次激励引起的噪声 

l 拍片速度快于CR 

l X线转换效率高;CR潜影随时间衰减 

l 探测器寿命长,可用10年;CR的IP可用1年 


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四、数字化射线检测技术的其他方法 

l 胶片扫描数字成像系统(FDR) 

利用X光胶片数字化扫描仪对已有的传统X线胶片扫描使之转换成数 

字化图像。这是利用光电转换的原理,使用氦氖激光,通过多面体旋转 

式反光镜对已有的X射线胶片进行扫描(一般都是采用透射式扫描,与 

普通家用扫描器的反射式扫描不同),由快速多路自动跟踪接收器将接 

收到的光信号转变为电信号,经过模拟/数字转换器转换成数字信号资 

料,从而可以在计算机中存储并再利用。 

这种方法由于是先有照相胶片然后再进行二次扫描转换,相对速度 

较慢,费用高且扫描仪结构复杂,实现了胶片图像转换为数字化图像, 

而且也必然存在转换损失导致的失真(尽管对于高性能的X光胶片数字 

化扫描仪来说,这种失真度可能很小),因此不适宜做大工作量的数字 

化转换。 

Agfa公司的X光胶片数字化扫描仪 


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l CMOS平板探测器 

是Cares Built公司研制的,像素尺寸为76μm,空间分辨率达到 

6.1LP/mm,是目前空间分辨率较高的探测器。但系统成像速度比较慢, 

生成1幅预览图像需要18s,生成1幅能诊断图像从曝光到处理完成需要 

120s的时间,探测器成像有效尺寸为17″×16.6″。 

工作原理:当X线穿过被照体时,形成强弱不同的X线束,该X线束 

入射到探测器荧光层,产生与入射X线束相对应的荧光。由光学系统将 

这些荧光耦合到CMOS芯片上。再由CMOS芯片光信号转换成电信号,并将 

这些电信号储存起来,从而捕获到所需要的图像信息。所捕获到的图像 

信息经放大与读出电路读出并送到图像处理系统进行处理。转换屏同样 

有用CsI和GdSO两类材料之分。 

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 

本意是指互补金属氧化物半导体,一种大规模应用于 

集成电路芯片制造的原料)是微机主板上的一块可读 

写的RAM芯片,用来保存当前系统的硬件配置和用户 

对某些参数的设定。CMOS可由主板的电池供电,即使 

系统掉电,信息也不会丢失。 

在今日,CMOS制造工艺也被应用于制作数码影像 

器材的感光元件。虽然在用途上与过去CMOS电路主要 

作为固件或计算工具的用途非常不同,但基本上它仍 

然是采取CMOS的工艺,只是将纯粹逻辑运算的功能转 

变成接收外界光线后转化为电能,再透过芯片上的数 

码─类比转换器(ADC)将获得的影像讯号转变为数 

码讯号输出。 


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l CCD数字成像的进展 

CCD(charge coupled devices)平面数字成像技术在20世纪90年代 

中期就推入市场,是一种比较成熟的技术,它是由数量众多的光敏单元 

排列组成面阵,光敏单元可小至50μm 2 以下,空间分辨率很高,几何失 

真小,均匀性和一致性好。 

工作原理: CCD对X射线不敏感,所以先把入射X线经闪烁器(如荧 

光屏)转换为可见光,经反光镜反射由组合镜头或由组合镜头直接耦合 

到CCD芯片上,由CCD芯片将可见光信号转换成电信号,再由计算机把电 

信号变为数字信号。 

CCD是一种半导体装置,能够把光学影像转化为数字 

信号。 CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)。一 

块CCD上包含的像素数越多,其提供的画面分辨率也就越 

高。CCD的作用就像胶片一样,但它是把图像像素转换成 

数字信号。 

CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛,只不 

过摄像机中使用的是点阵CCD,即包括x、y两个方向用于 

摄取平面图像,而扫描仪中使用的是线性CCD,它只有x 

一个方向,y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。 


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第四节数字减影血管造影系统DSA 

DSA是20世纪80年代兴起的,使计算机与常规X线血管 

造影相结合的一种新方法。DSA由美国的威斯康星大学的 

Mistretta组和亚利桑纳大学的Nadelman组首先研制成功, 

于1980年11月在芝加哥召开的北美放射学会上公布于世。 

Nudelman于1977年获得首张DSA图像。将人体同一部 

位的两张影像相减,骨骼和软组织等背景影像被消除,只 

留下含有造影剂的血管影像。 


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n DSA优点: 

图像消除了骨骼和软组织结构; 

采集快速,随意重放; 

同一部位可重现减影或不减影影像; 

④可实时将透视像放大1~4倍,也可根 

据诊断需要将存盘影像重新调出(load); 


能动态观察血管在造影各期中的表现; 

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n DSA缺点: 

碘过敏患者(重者可出现过敏性休克 

和惊厥)禁止此项检查; 

受检者的呼吸动作、肢体活动、肠道 

蠕动、心脏搏动、肌肉收缩等均影响效果; 


空间分辨率不如传统X线技术高。 

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一、基本原理 

X线照射人体 → 经影像增强器转变成荧光图像 → 将 

图像处理成电子信号 → 输入电子计算机 → 模/数转换、 

放大 → 数字化图像[造影剂未达欲检部位前摄取的影像称 

为蒙片(mask),造影剂到达欲检部位时所摄取的影像称为 

被减影图像]→ mask与被减影片数据相减 → 血管影像数 

据→ 数/模转换 → 数字减影图像(只有血管的图像)。 


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n DSA-时间减影法 

①先实施血管造影使检查部位连续成像,在系列图像中取血管内尚无造影 

剂和含造影剂最多的图像各一帧; 

②将这同一部位的两帧图像的数字矩阵,用计算机处理,使两个数矩中代 

表骨及软组织的数字抵销,而代表血管的数字保留; 

③再经数/模转换器变为只有血管造影图像 

这两帧图像叫做减影对,因是在不同时间摄取,故称时间减影法。 

此法易受运动影响而产生配准不良,血管模糊。 


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二、基本结构 

l ①射线质量稳定的X线机,由X光发生器和影像链 

构成; 

l ②快速图像处理机,接受影像链的模拟图像进行 

数字化并实时地处理系列图像并显示之; 

l ③X线定位系统和机架,包括导管床和支架,为 

了方便使用,具有多轴旋转和移动功能; 

l ④系统控制部分,具有多种接口,用于协调X光机、 

机架、计算机处理器和外设联动等; 

l ⑤图像显示、存储等外部设备和网络传输部分。 


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三、DSA对设备的特殊要求 

lX线发生装置要能承受连续脉冲曝光负荷 

l采用可变视野I.I 

l采用大孔径,光圈可自动调节的镜头 

lX线影像亮度可自动控制,保证不同部位和不 

同条件下都能得到好的影像 

l要求图像冻结技术 

l多用双C、单C、U+C臂系统,定位准确,减少 

注药及曝光次数。 


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四、现代DSA设备和新技术 

(一)现代DSA设备特征 

l高压发生器采用智能型,不受电源波动影 

响。 

l输出功率可达100KW,设有温度自动监控系 

统。 

l缩光器为全自动虹膜型 

l自动安全保护装置,如机架、床的位置自 

动预警。 


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(二)DSA新技术 

l 数字电影减影以数字快速超脉冲进行图像采集 

l 旋转血管造影采集图像同时,C型臂支架绕病人 

旋转180度,从而获得三维图像。 

l 步进式血管造影导管床携病人自动移动,从而获 

得血管全程减影。 

l 自动最佳角度定位只要给定任意两个角度(至 

少间隔30度),就可自动寻找最佳投射角度。 

l 双平面血管造影两台DSA同步控制,实时获得正、 

侧两个方向的造影像。 


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平板探测器

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