数字平板成像技术简介

数字平板直接成像（Director Digital Panel Radigraphy，DR）技术是在计算机技术的基础上发展起来的，并具有很大的发展潜力。数字平板技术与胶片法或CR技术处理过程不同，在单次透照中，不需更换胶片或存储荧光版，只要几秒钟数据采集，就可以观察到图像，检测速度和效率大大高于胶片和CR技术。除不能分割和弯曲外，其他与胶片和CR具有几乎相同的适应性和应用范围。与图像增强器实时成像系统相比，不仅成像区均匀，没有边缘几何变形，而且空间分辨率和灵敏度要高得多，图像质量已接近或达到胶片照相水平。与LDA线阵列扫描相比，数字平板可做成大面积平板一次曝光形成图像。

数字平板技术有非晶硅（a-Si）、非晶硒（a-Se）和CMOS三种。

1.非晶硅和非晶硒平板

（1）非晶硅和非晶硒数字平板结构

非晶硅数字平板由玻璃衬底的非结晶硅阵列板，表面涂有闪烁体—碘化铯，下方是按阵列方式排列的薄膜晶体管电路（TFT）组成。TFT像素单元的大小直接影响图像的空间分辨率，每一个单元具有电荷接收电极信号存储电容与信号传输器。通过数据网线与扫描电路连接。非晶硒数字板结构与非晶硅不同，表面不用碘化铯闪烁体而直接用硒涂层。

（2）两种数字平板不同点

1）两种数字平板成像原理不同，非晶硅平板成像称为间接成像；非晶硒平板成像为直接成像（见图2-27）。

图2-27 平板成像原理

2）电荷来源不同，对于间接成像X射线首先撞击非晶硅平板上的闪烁层，该层与撞击的射线能量成正比关系发出光电子，这些光电子被下面的硅二极管阵列采集到，并将它们转化为电荷，X射线转换为光线需要中间媒体—闪烁层。对直接成像X射线直接撞击非晶硒平板上的硒涂层，硒层直接将X射线转化为电荷。

（3）数字平板技术成像原理

硅或硒元件按吸收射线剂量的多少，产生正比例的正负电荷对，存储于薄膜晶体管内的电容器中，所存的电荷与其后产生的影像黑度（灰度）成正比。

扫描控制器读取电路将光电信号转换为数字信号，数据处理后获得的数字化图像在影像监视器上显示。图像采集和处理包括图像的选择、图像校正、噪声处理、动态范围、灰阶重建、输出匹配等过程，在计算机控制下完全自动化。

上述过程完成后，扫描控制器自动对平板内感应介质进行恢复。

（4）数字平板成像效果

1）目前非晶硅和非晶硒成像空间分辨率尚不如胶片；

2）非晶硒和非晶硅相比，前者提供更好的空间分辨率，因硒板成像系统是X射线直接撞击硒层产生，散射很小，图像精度很高。非晶硅是间接系统的闪烁层产生的光线，到达光电探测器前会出现轻微散射，效果不佳。

3）非晶硅和非晶硒可做成大面积平板，目前使用成像平板尺寸可达400×300mm。

4）非晶硅板获取图像速度比非晶硒板更快，最快可达到每秒70帧图像，可代替图像增强器使用。

2.CMOS数字平板

CMOS数字平板由集成的CMOS记忆芯片构成，CMOS（Complementary Metal-Oxide-Silicon）是互补金属氧化物硅半导体。

（1）类型：CMOS数字平板有三种类型

1）小尺寸平板：50mm×100mm；100mm×100mm。

2）扫描式平板：可制很大尺寸，有75mm×200mm～600mm×900mm。

3）棒状（条状）分割相扫描器，可检尺寸达2000mm大部件。(www.xing528.com)

（2）活性像元探头技术

把所有的电子控制和放大电路置放在每一个图像探头上，取代一般探测器在边沿布线的结构。这种探测器抗振性更强，寿命更长。CMOS探测器结构（活性像元探头）如图2-28所示。

（3）扫描式图像接收板

从外形看是一个平板，其厚度约为75mm，内部有一个类似于目前扫描仪的移动系统，采用精确螺纹螺杆技术传动。

CMOS的工作温度范围很宽。几乎所有的数字探测器的电子噪声都会随温度增加而增大，而CMOS受温度影响非常小。非晶硅面板温度变化10℃时需要再标定。CMOS探测器在0.55～43.3℃变化范围内不需要定标。

CMOS探测器填充系数高达90%以上，高出非晶硅探测器约60%。

图2-28 CMOS数字平板结构和工作示意图

（4）轴外检测

轴外检测是指一种使探测器避免X射线的直接照射的设计，扫描式图像接收板的轴外检测结构如图2-29所示。

1）X射线通过一狭槽触发光纤一端的闪烁材料，光纤另一端与CMOS探测器连接，该CMOS线性阵列探测器由铅板或钨板屏蔽以防辐射。因为辐射束被屏蔽，CMOS探测器有很高信噪比。

图2-29 轴外检测结构示意图

2）结构优点：①消除散射；

②减少辐射对探测器直接冲击（辐射噪声）；③延长探测器寿命。

CMOS探测器的每一个像素是被独立放大，不受相邻像素的影响，因而能消除或减少浮散或拖影现象，并且在有很高能量辐射的情况下也能很好的工作。

一般探测器，单个像素被直接辐射过度照射时，将产生图像浮散，因为像素把信号传输给每行和每列的电子放大器，当一个或更多的像素被过度照射后，同行或同列其他像素会受其影响产生浮散或拖影现象。

（5）改进CMOS探测器使用的辐射源

1）X射线源：脉冲整流的恒压电源；

2）电流从几微安到30A；

3）能量接受450keV～20MeV。

（6）空间分辨率

指成像系统上能够辨认的最小结构尺寸，主要受到探测器的像素的限制。小型CMOS探测器的像素尺寸为39～48μm²，扫描式CMOS线阵列探测器像素尺寸为80μm²，在没经过几何放大的情况下，要比非晶硅或非晶硒接收板的空间分辨率精度高约30%，用微焦点X射线源结合用几何放大技术，空间分辨率可达几微米。

使用小型CMOS系统曝光时间为0.5～3s，把数据修正并把图像传输到计算机工作站，并显示出来约10s。采用扫描式系统，如精度为80μm，图像接收板的扫描速度最高可达2.5m/min。