李金霞 楊 旭 趙宏波

1 引言

數(shù)字化X線攝影（Digital Radiography，簡(jiǎn)稱DR），是上世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的X線攝影新技術(shù)，以其更快的成像速度、更便捷的操作、更高的成像分辨率等顯著優(yōu)點(diǎn)，成為數(shù)字X線攝影技術(shù)的主導(dǎo)方向，并得到世界各國(guó)的臨床機(jī)構(gòu)和影像學(xué)專家認(rèn)可。DR的技術(shù)核心是平板探測(cè)器，平板探測(cè)器是一種精密和貴重的設(shè)備，對(duì)成像質(zhì)量起著決定性的作用，熟悉探測(cè)器的性能指標(biāo)有助于我們提高成像質(zhì)量和減少X線輻射劑量。

2 基本構(gòu)成和原理

2.1 非晶硒平板探測(cè)器

非晶硒（a-Se）為直接式平板探測(cè)器結(jié)構(gòu)，主要由集電矩陣、硒層、電介層、頂層電極和保護(hù)層等構(gòu)成。集電矩陣由按陣元方式排列的薄膜晶體管（TFT）組成。非晶硒半導(dǎo)體材料在薄膜晶體管陣列上方通過(guò)真空蒸鍍生成約0.5 mm厚、38 mm×45 mm見(jiàn)方的薄膜，它對(duì)X線很敏感，并有很高的圖像解析能力。

頂層電極接高壓電源，當(dāng)有X線入射時(shí)，由于高壓電源在非晶硒表面形成的電場(chǎng)，它們只能沿電場(chǎng)方向垂直穿過(guò)絕緣層、X射線半導(dǎo)體、電子封閉層，到達(dá)非晶硒，不會(huì)出現(xiàn)橫向偏離從而出現(xiàn)光的散射。非晶硒陣列直接將X射線轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，記憶在存儲(chǔ)電容器里，脈沖控制門電路使薄膜晶體管導(dǎo)通，把記憶在存儲(chǔ)電容器里的電荷送達(dá)電荷放大器輸出，完成光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換，再經(jīng)數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，形成數(shù)字圖像輸入計(jì)算機(jī)，并由計(jì)算機(jī)將該影像還原在監(jiān)視器上由醫(yī)生觀察監(jiān)視器直接診斷。

2.2 非晶硅平板探測(cè)器

非晶硅平板探測(cè)器為間接數(shù)字化X線成像，其基本結(jié)構(gòu)為表面是一層閃爍體材料（碘化銫或硫氧化），再下一層是以非晶體硅為材料的光電二極管電路，最底層為電荷讀出電路。

位于探測(cè)器表面的閃爍體將透過(guò)人體后衰減的X線轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光，閃爍體下的非晶硅光電二極管陣列又將可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，在光電二極管自身的電容上形成存儲(chǔ)電荷，每個(gè)像素的存儲(chǔ)電荷量與入射X線強(qiáng)度成正比，在控制電路的作用下，掃描讀出各個(gè)像素的存儲(chǔ)電荷，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸出數(shù)字信號(hào)，傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理從而形成X線數(shù)字影像。

3 影響圖像質(zhì)量的主要性能參數(shù)

判斷平板探測(cè)器圖像質(zhì)量的好壞，通常用調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）和量子轉(zhuǎn)換效率(DQE)來(lái)衡量。MTF和DQE值高則表明該平板探測(cè)器產(chǎn)生的圖像質(zhì)量能夠達(dá)到較好的空間分辨率和密度分辨率。

3.1 影響平板探測(cè)器DQE的因素

量子探測(cè)效率（DQE）是一種對(duì)成像系統(tǒng)信號(hào)和噪聲從輸入到輸出的傳輸能力的表達(dá)，以百分比表示。DQE反映的是平板探測(cè)器的靈敏度、噪聲、X線劑量和密度分辨率。

在非晶硅平板探測(cè)器中，影響DQE的因素主要有兩個(gè)方面：閃爍體的涂層和將可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的晶體管。

首先閃爍體涂層的材料和工藝影響了X線轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的能力，所以對(duì)DQE會(huì)產(chǎn)生影響。目前常見(jiàn)的閃爍體涂層材料有兩種：碘化銫和硫氧化釓。碘化銫將X線轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)光的能力比硫氧化釓強(qiáng)但成本比較高；將碘化銫加工成柱狀結(jié)構(gòu)，可以進(jìn)一步提高捕獲X線的能力，并減少散射光。使用硫氧化釓做涂層的探測(cè)器成像速率快，性能穩(wěn)定，成本較低，但是轉(zhuǎn)換效率不如碘化銫涂層高。其次將閃爍體產(chǎn)生的可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的方式也會(huì)對(duì)DQE產(chǎn)生影響。在碘化銫(或者硫氧化釓) 薄膜晶體管(TFT)這種結(jié)構(gòu)的平板探測(cè)器中，因?yàn)門FT的陣列可以做成與閃爍體涂層的面積一樣大，所以可見(jiàn)光不需要經(jīng)過(guò)透鏡折射就可以投射到TFT上，中間沒(méi)有光子損失，所以DQE也比較高；在非晶硒平板探測(cè)器中，X線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)完全依賴于非晶硒層產(chǎn)生的電子空穴對(duì)，DQE的高低取決于非晶硒層產(chǎn)生電荷能力?？偟恼f(shuō)來(lái)，CsI TFT這種結(jié)構(gòu)的間接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器的極限D(zhuǎn)QE高于a-Se直接轉(zhuǎn)換平板探測(cè)器的極限D(zhuǎn)QE。

對(duì)于同一種平板探測(cè)器，在不同的空間分辨率時(shí)，其DQE是變化的；極限的DQE高，不等于在任何空間分辨率時(shí)DQE都高。DQE的計(jì)算公式如下：

DQE=S2×MFT2/NSP×X×C

S：信號(hào)平均強(qiáng)度；MTF：調(diào)制傳遞函數(shù)；X：X線曝光強(qiáng)度；NPS：系統(tǒng)噪聲功率譜；C：X線量子系數(shù)從計(jì)算公式中我們可以看到，在不同的MTF值中對(duì)應(yīng)不同的DQE，也就是說(shuō)在不同的空間分辨率時(shí)有不同的DQE。

國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)量了不同系統(tǒng)在70 KVp，21 mm鋁濾片條件下的DQE值。從表1中可以看出，隨著空間分辨率的增加，DQE呈下降趨勢(shì)；在空間分辨率較低時(shí)，非晶硅平板探測(cè)器的DQE最高；在空間分辨率較低時(shí)，非晶硒平板探測(cè)器的DQE最高。

表1 量子探測(cè)效率DQE

3.2 調(diào)制傳遞函數(shù)對(duì)圖像質(zhì)量的影響

調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）是描述系統(tǒng)再現(xiàn)成像物體空間頻率范圍的能力。理想的成像系統(tǒng)要求100%再現(xiàn)成像物體細(xì)節(jié)，但現(xiàn)實(shí)中肯定存在不同程度的衰減，所以MTF始終＜1，它說(shuō)明成像系統(tǒng)不能把輸入的影像全部再現(xiàn)出來(lái)，換句話說(shuō)，凡是經(jīng)過(guò)成像系統(tǒng)所獲得的圖像都不同程度損失了影像的對(duì)比度。MTF值越大，成像系統(tǒng)再現(xiàn)成像物體細(xì)節(jié)能力越強(qiáng)。系統(tǒng)的MTF是必須要測(cè)定的。要評(píng)價(jià)數(shù)字X線攝影系統(tǒng)的固有成像質(zhì)量，必須計(jì)算出不受主觀影響的、系統(tǒng)所固有的預(yù)采樣MTF。

國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)的測(cè)量結(jié)果表明，相比于非晶硅平板探測(cè)器，非晶硒平板探測(cè)器具有最優(yōu)的MTF值，但空間分辨率增加時(shí)，非晶硅平板探測(cè)器的MTF迅速下降，而非晶硒平板探測(cè)器仍能保持較好的MTF值，這是與非晶硒平板探測(cè)器直接將入射的不可見(jiàn)X光光子直接轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的成像原理密切相關(guān)的。

4 不同類型的平板探測(cè)器在臨床上的應(yīng)用

因?yàn)镈QE影響了圖像的相比較度，空間分辨率影響圖像對(duì)細(xì)節(jié)的分辨能力。在攝片中應(yīng)根據(jù)不同的檢查部位來(lái)選擇不同類型平板探測(cè)器的DR。對(duì)于胸部這樣的檢查，重點(diǎn)在于觀察和區(qū)別不同組織的密度，所以對(duì)密度分辨率的要求比較高。在這種情況下，宜使用非晶硅平板探測(cè)器的DR，這樣DQE比較高，容易獲得較高相比較度的圖像，更有助于診斷；對(duì)于四肢關(guān)節(jié)、乳腺這些部位的檢查，需要對(duì)細(xì)節(jié)有較高的顯像，對(duì)空間分辨率的要求很高，所以宜采用非晶硒平板探測(cè)器的DR，以獲得高空間分辨率的圖像。目前絕大部分廠家的數(shù)碼乳腺機(jī)都采用了非晶硒平板探測(cè)器，正是因?yàn)槿橄贁z片對(duì)空間分辨率要求很高，而只有非晶硒平板探測(cè)器才可能達(dá)到相應(yīng)的要求。

因而可知，不同類型的平板探測(cè)器因?yàn)椴牧?、結(jié)構(gòu)、工藝的不同而造成DQE和空間分辨率的差異。DQE影響了對(duì)組織密度差異的分辨能力；而空間分辨率影響了對(duì)細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨能力。目前還沒(méi)有一款DQE和空間分辨率都做得很高的平板探測(cè)器，所以需要在二者間做一個(gè)平衡。

[1]張亞敏，申浩.非晶硒DR探測(cè)器平板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及正常使用要求[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備，2008，5(6)：26.

[2]薄夫軍，張永壽，劉乃智，等.非晶硒DR平板探測(cè)器的結(jié)構(gòu)原理及維護(hù)保養(yǎng)[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備，2010，7(2)：64.

[3]杜昱平，張永順.平板探測(cè)器DR與CCD探測(cè)器DR的基本結(jié)構(gòu)與比較[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備，2006，27：(8).

[4]桂朝偉，唐曉薇，翟俊鵬，等.碘化銫非晶硅平板探測(cè)器的原理及應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備，2009，6(9)：10.

[5]趙春陽(yáng)，馬麗萍.200例高千伏胸片非晶硅和非晶硒圖像質(zhì)量對(duì)比分析[J].放射學(xué)實(shí)踐，2007，22(10).

[6]胡熙芳，劉文濤.數(shù)字化攝影(DR)圖像質(zhì)量控制[J]，中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備，2009，6(7)：39.

[7]桂朝偉，姜山，唐曉薇.試述D R軟件系統(tǒng)對(duì)圖像質(zhì)量的影響[J].中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備，2010，7(10)：7.