不同類型平板探測器的DQE測量比較

2019-06-17 07:56:36孫智勇孟昭陽金玉博遼寧省醫療器械檢驗檢測院遼寧沈陽110179

中國醫療器械信息 2019年9期

關鍵詞：劑量

孫智勇孟昭陽金玉博遼寧省醫療器械檢驗檢測院（遼寧沈陽 110179）

內容提要：簡要介紹不同X射線影像探測器現狀以及影像質量的客觀評估方法DQE。同時，選取市場上的主流產品進行測試與比較。

目前市場上，采用碘化銫（CsI）或者硫氧化釓（GOS）閃爍材料的非晶硅平板探測器是最為主流的數字X射線影像設備。近三十年來，間接式的基于閃爍材料+非晶硅TFT面板的平板探測器已經獲得了長足的發展，技術已經十分的成熟、穩定，形成了從傳感器面板到探測器設計、制造商，再到平板DR制造商的完整的產業鏈。在X射線影像設備領域，間接式平板探測器已經成為主流，在世界各地所有的醫學影像和工業檢測領域，都已占據市場主導地位。

如何比較多年以來先后出現的不同的X射線影像技術呢？一個較客觀且被廣泛DR廠家及影像學家所接受的方法是評價探測器的DQE（Detective Quantum Eきciency）。DQE可以簡單的描述為一個探測器輸出信號的信噪比與輸入信號的信噪比之比的平方。一個探測器實質上是一個將原始輸入X射線影像經過多次的信號轉換，最終輸出一個數字或者模擬圖像的系統。一個探測器系統又可分解為多級的“子探測器”的級聯，每一級“子探測器”都可以定義一個DQE，而整個探測器的DQE就是其所有“子探測器”DQE的積。

1.不同類型平板探測器的介紹

1.1 非晶硅

近三十年，間接式平板探測器技術已經十分成熟、穩定，占據了市場的主導地位。其原理是通過將閃爍材料（如碘化銫或硫氧化釓等）與非晶硅TFT+PIN（p-i-n結構的光電二極管）耦合。當X射線入射時，閃爍材料的原子或分子的內層電子被X射線激發后返回原有狀態時會以可見光光子的形式釋放能量。可見光光子通過光電作用在PIN中產生電子-空穴對，其中的電子隨著X射線劑量的累積而線性累積。X射線曝光完成后，累計的電子通過TFT開關，經過電荷放大和AD轉換，逐行讀出而成為圖像。

1.2 非晶硒

半導體材料的X射線探測器，即Photoconductor的探測器相比非晶硅平板探測器，省略了閃爍層，減少了將X射線信號先轉化為可見光信號的步驟，因此也叫做直接式的探測器。非晶硒的平板探測器，由于像素可以做的較小，且因為直接轉化，圖像品質相對于間接式平板探測器更為優異，因而在數字乳腺X射線攝影中獲得了巨大的成功。

然而，非晶硒平板探測器壽命較短，對環境要求較高，相比于非晶硅平板其技術還不夠成熟，其主要應用于數字乳腺X射線攝影。以非晶硒平板探測器為代表的直接式平板探測器，由于影像鏈的縮短，的確提供了更加優質的圖像。然而直接式平板探測器還需要解決穩定性的工藝問題，才可能得到更加廣泛的應用。

1.3 CMOS探測器

其原理與非晶硅平板探測器類似，只是成像的面陣換成了CMOS傳感器。使用了放大電路的CMOS探測器，電子噪聲大大降低，使得低劑量下圖像質量相比于非晶硅平板探測器有了顯著的提升。另外，CMOS探測器由于單晶硅電子遷移率遠高于非晶硅，因此圖像讀取速度也相比非晶硅大大提高。鑒于這些優異的特性，CMOS探測器在一些領域如牙科CBCT已經獲得了相當大的市場份額。

然而，CMOS探測器還面臨兩個瓶頸：①單晶硅的耐輻射問題，有的CMOS廠商宣稱已經解決，但還有待市場驗證；②更主要的問題是，CMOS晶圓面積有限（目前較成熟的且成本可控的只是8寸晶圓），即使拼接多塊CMOS Sensor，也難以超過30cm×40cm的面積。對于醫學影像最常用的43cm×43cm，或35cm×43cm來說，都太小了，無法應用。這兩個瓶頸導致了CMOS傳感器在很長一段時間內還是無法取代非晶硅平板探測器。