平板探测器的性能及适用范围

1.平板探测器性能

平板探测器性能是图像质量一个重要度量标准，也为探测器制造商和用户提供一个指南，制造商按标准中规定的性能要求制造，用户按探测器性能技术参数选择配置探测器。关于探测器性能如ASTM E2736-2010标准中介绍的那样，成像系统最终的图像质量来源于探测器固有属性和射线照相方法本身两个方面，而探测器一些固有属性影响图像质量，其中包括：①对于给定剂量的信号和噪声性能；②基本空间分辨率；③规范化的信噪比；④检测效率；⑤探测器滞后；⑥内部散射辐射；⑦坏像素；⑧可达到的对比灵敏度；⑨特定的材料厚度范围是取决于DDA使用及被测试部件。另一个重要因素是使用X射线成像的辐射能量。

1）信号和噪声性能：是通过给定DDA辐射剂量，在DDA有响应的信号记录，噪声是在使用DDA上相同剂量读取变化的信号。DDA的信号和噪声特性是依赖于辐射质量和探测器的结构。辐射质量是使用射线束光谱，直接关系到DDA的效率，是探测器中闪烁体与一量子闪烁的效率。量子效率越高的闪烁体，应该有更高的SNR。DDA这里指是使用闪烁体结构类型、使用类型的信号转换链，并且关系到电子产品设计。

2）基本空间分辨率：探测器的空间分辨率，在图像内以一个像素取样考虑，确定检测能力的特性。选择DDA的空间分辨率，同样重要的是在设计或选择一个探测器系统。从图像对比度和空间分辨率方面，它是可选取的最大的像素，这将决定射线检测关心的检测能力。

3）规范化的信噪比：比较DDA像素体系结构第一近似值可以被视为由探测器产生的基本空间分辨率（SRb）。对于规范化的88.6μm的因子（系数）是用来自胶片规范化程序的基限值。这个与胶片的光密度测定仪圆孔面积是一样的，数字显示正方形取样框边88.6μm。DDA的正方形像素可以对照胶片1∶1，因此按规范化的信噪比计算式来计算。

4）检测效率：一个DDA的效率表示它的速率达到一个信噪比数值。通常这是用一幅图像表示，它是依赖于入射到DDA剂量的信噪比。比较好的估量效率，是规范化的信噪比和入射到DDA表面上的平方根剂量两者之间是线性的关系。当剂量设置为1mGy，规范化的信噪比在这一点上是曲线的斜率，它是代表采用光束质量的一种效率值。

5）探测器滞后：探测器滞后现象，是曝光完成观察后不久，在DDA内得到残余信号和重像（幻影）。探测器滞后发生或因为闪烁体的滞后效应或者在电子电路内涉及有限的时标。探测器滞后是通常表示为在特定曝光时间，信号保留的百分之一值。

6）内部散射辐射：主要是探测器结构闪烁体层内光的散射降低信噪比。

7）坏像素：在DDA性能规范范围外的任何一个像素称为坏像素。商业上可用的DDA通常有坏像素。

8）可达到对比灵敏度（CSa）和特定的材料厚度范围（SMTR）：是指使用DDA最佳对比灵敏度，通过使用一个影像（幻影）和精确射线照相规程，并降低了散射辐射含量，此图像可称为可达到的对比灵敏度。按此可以推测DDA的最好的性能。同样，特定材料厚度范围，定义在某辐射光束质量下可以成像的材料最大界限度的一个固定图像质量。CSa和SMTR这两个参数是辐射剂量和曝光时间函数，通过试验可绘制出适用DDA的特定材料厚度范围和可达到对比灵敏度曲线图。对大的组件和厚度多变的部件的SMTR是选DDA一个首选参数。

数字平板探测器具体制造性能参数、性能测试项目、校准方法及注意事项，制造商和供应商附有详细的使用文件。表3-14列出部分探测器性能的主要技术参数。

表3-14 数字平板探测器主要技术参数

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注：探测器类型：非晶硅；转换屏：CsI（碘化铯），DRZ Plus或Gd2O2S：Tb（硫氧化钆）。

①1Mrad=10⁴ Gy。

2.平板探测器的适用范围

用于医疗和工业成像上的平板探测器，正如医用和工业用的射线胶片一样，没有严格禁用划分界限。射线胶片已经标准化和系列化，并按标准规定管理和按类别性能参数使用，探测器目前还达不到这一点，但将来会走向系统化和标准化。

平板探测器在工业上主要用于钢铁、铜及铜合金、铝及铝合金、钛及钛合金、镍及镍合金等材料部件的制造、安装、在用检测的数字射线成像检测系统中。

对于探测器类型和参数选用和射线照相法相似，根据检测对象、材质、厚度、技术要求、检测等级来选择成像用射线源，选择探测器。探测器类型的选取不像射线照相胶片选用那么详细、具体，基本按像素尺寸、空间分辨率、固有不清晰度、射线能量范围等技术参数选用，详见4.1.2节空间分辨率指标及表4-1中规定的探测器主要技术参数。

选择像素尺寸和选择胶片一样，不要单纯追求像素尺寸（胶片粒度）越小越好，能满足被检件要求即可，选择一定要适度。如果从像素尺寸范围来考虑：

1）0.05mm以下分辨率适用于集成电路成像检测；

2）0.05～0.125mm分辨率适用于焊接接头成像检测；

3）0.1～0.2mm分辨率适用于铸件成像检测；

4）0.2～0.4mm分辨率适用于工业CT和医疗诊断。

美国ASTM E2736-2010标准推荐，选择DDA应立足于预计最小危险缺陷、主体对比度、信噪比和DDA像素尺寸。覆盖一个缺陷最佳的像素数目，有效“像素”的像素覆盖最长缺陷尺寸，一般可选4～6个像素，如可行的最佳应选用大于6个像素。