非晶硅平与板探测器bate(参考文献).docVIP

　　非晶硅X射线平板探测器 非晶硅X射线平板探测器是一种以非晶硅光电二极管阵列为核心的X射线影像探测器。在X射线照射下探测器的闪烁体或荧光体层将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阵列变为图像电信号，通过外围电路检出及A/D变换，从而获得数字化图像。由于其经历了Ｘ射线－可见光－电荷图像－数字图像的成像过程，通常也被称作间接转换型平板探测器。非晶硅平板探测器具有成像速度快，良好的空间及密度分辨率，高信噪比，直接数字输出等优点。 从而被广泛的应用于各种数字化Ｘ射线成像装置。本节将从：非晶硅平板探测器基本结构及成像原理；探测器图像预处理；探测器品质参数三个方面对其加以介绍。 1：非晶硅平板探测器基本结构及成像原理 图1：非晶硅平板探测器结构示意图 非晶硅平板探测器基本结构如图1所示，由碘化铯闪烁体层，非晶硅光电二极管阵列，行驱动电路以及图像信号读取电路四部分构成。 非晶硅平板X射线探测器成像的基本过程为： a：位于探测器顶层的碘化铯闪烁晶体将入射的X射线图像转换为可见光图像， b：位于碘化铯层下的非晶硅光电二极管阵列将可见光图像转换为电荷图像 每一像素电荷量的变化与入射X射线的强弱成正比，同时该阵列还将空间上连续的X射线图像转换为一定数量的行和列构成的点阵式图像。点阵的密度决定了图像的空间分辨率 c：在中央时序控制器的统一控制下，居于行方向的行驱动电路与居于列方向的读取电路将电荷信号逐行取出，转换为串行脉冲序列并量化为数字信号。获取的数字信号经通信接口电路传送至图像处理器从而形成X射线数字图像 以上为较为典型的非晶硅平板X射线探测器工作过程，实际应用中还有其它的探测器形式。如用X射线荧光体取代闪烁体，以非晶硅薄膜晶体管阵列取代二极管阵列来构造探测器，但其基本结构及成像过程与上述典型探测器是一致的。 下面将以典型探测器为例详细介绍构成探测器各部分的工作原理，结构特征及其主要的性能参数同时还将涉及对不同形式的探测器性能对比的内容 1．1碘化铯闪烁晶体(Cesium Iodide scintillator) 图2：针状碘化铯晶体层显微照片 探测器所采用的闪烁体材料由连续排列的针状碘化铯晶体构成，针柱的直径约6微米，外表面由重元素铊包裹以形成可见光波导减少漫射。出于防潮的需要闪烁体层生长在薄铝板上，应用时铝板位于X射线的入射方向同时还可起到光波导反射端面的作用。闪烁体层的厚度为500至600微米,通常将碘化铯晶体的这种针状结构称作CsI:T1闪烁体。 1．1．1碘化铯晶体的X射线吸收特性(X-ray absorption) 图3：不同能量X射线的CsI与Se吸收系数对比 由上图可见SCIX射线吸收系数是X射线能量的函数，随着X射线能量的增高材料的吸收系数逐渐降低，材料厚度增加吸收系数升高；在常规诊断X射线能量范围内CsI材料具有优于Se材料及其他X射线荧光体材料的吸收性能。从理论上讲增加材料的厚度可提高材料的吸收系数，但增加材料的厚度会导致图像分辨率的降低。图中给出的厚度为探测器设计中通常采用的典型厚度 1．1．2碘化铯晶体的发射光谱特性(Spectral of CsI light emission) 图4：CsI发射光谱与a-Si光电二极管量子效率谱匹配特性 由图4可见CsI发射光谱与a-Si光电二极管量子效率谱均以波长550nm处出现峰值且具有很好的匹配关系。 碘化铯晶体以上两方面特性使得该材料具有良好的X射线---电荷转换特性（单个DN5 X射线光子可产生800-1000个光电子） 1．1．3结构化碘化铯晶体(CsI：T1)的空间频率响应 图5：500μM层厚结构化碘化铯晶体CsI：T1与粉末状增感屏MTF对比 线性系统的空间频率响应通常采用系统的调制传递函数来（MTF）表示，在系统应用的空间频率范围内MTF值越高则空间频率特性越好，对于影像系统来说可以获得更好的图像对比度，出于提高MTF的需要应采用尽量薄的X射线转换层；但降低转换层的厚度又会带来X射线吸收效率的降低。这是在转换材料的选择和设计上需要平衡的一对矛盾，因此人们通常选用稀有重元素的化合物作为制备X射线闪烁体的材料，另一方面人们还从改变晶体结构着手来改善空间频率响应特性。结构化碘化铯晶体CsI：T1正是这一指导思想下提出的一个较好的解决方案。其具体方法是：通过创造适宜的条件使CsI：T1材料晶体沿着垂直于基底的方向生长，成为相互独立的直径仅为几微米的柱状晶体，晶体的长度可达毫米量级，从而形成类光纤结构。入射X射线激发闪烁晶体产生可见光，其中小于波导全反射角的部分将沿着波导的方向直达探测器表面；大于全反射角的部分将通过在临近晶体表面的多次反射