平板探测器（精选五篇）
平板探测器 篇1
珍珠是一种古老的有机宝石, 产在珍珠贝类和珠母贝类软体动物体内, 由内分泌作用而生成。珍珠的形状多种多样, 有圆形、梨形、蛋形、泪滴形、纽扣形和任意形, 其中以圆形为佳[1]。长期以来, 海水养殖珍珠的结构类型缺乏系统的划分及分类, 对珍珠的质量不能很明确地进行鉴定。传统的方法是用砗磲贝加工珠核, 在核外生长珠质, 珍珠层的厚度由人工随机取样, 从中间剖开测量, 从而造成珍珠质量的不确定性及对珍珠的损坏。为实现对珍珠厚度的无损测量及消除人的主观性, 针对珍珠的形成结构, 本文利用X射线的平板探测器成像对珍珠珠核内圆提取进行了研究, 为后续测量珍珠厚度提供支持。
射线检测是常规无损检测的重要方法之一, 广泛应用于航空、航天、核电、国防以及其他工业部门, 在工业生产和国民经济中发挥了重要作用[2]。在生产实际中, 射线检测操作过程具有复杂、运行成本高、结果不易保存、查询携带不便以及评判人员眼睛易受强光损伤等缺点。 为了解决上述问题, 20世纪90年代末出现了X射线数字照相 (DR, Digital Radiography ) 检测技术。X射线数字照相系统中使用了平板探测器 (flat panel detector) , 其像元尺寸可小于0.1mm, 因此其成像质量及分辨率几乎可与胶片照相媲美, 同时还克服了胶片照相的缺点, 也为图像的计算机处理提供了方便[3]。平板探测器检测技术是在接受X射线后直接产生数字信号, 减少了影像链中的中间环节。因此, 基于平板探测器的X射线数字成像系统在无损检测和评价 (NDT/NDE) 、集装箱扫描、电路板检查以及医疗应用等方面具有广阔的应用前景[4]。
1 检测原理及试验材料
1.1 检测原理
X射线成像系统由X射线发生器、线阵探测器、图像采集卡和显示设备组成, 成像过程如图1所示。
当X射线穿透被检物料时, 由于X光子与被检物料原子相互作用而导致X射线能量衰减。其衰减程度与待检物料组分、厚度及入射射线能量有关。穿透被检物料的X射线照射在线阵探测器 (LDA, Linear Diode Arrays ) 内的闪烁荧光屏上, 被转化为可见光, 再经光电转换产生电信号, 通过信号处理器处理获取图像。所获取的图像像素值反映了射线穿透被检测物体衰减的程度, 从而反映了被检测物体的组分变化。
根据珍珠各层组织对X射线吸收不等这一特性, X射线束穿过某一选定层面, 探测器接收到沿X射线束方向排列的、各体素吸收X射线后衰减值的总和为已知值, 形成该总量的各体素X射线衰减值为未知值。 当X射线发生源和探测器围绕珍珠做相对直线运动后, 用迭代方法求出每一体素的X射线衰减值, 并进行图像重建, 得到珍珠不同密度组织的黑白图像。
1.2 实验装置
实验装置系统主要有X射线发生器、线阵检测器、输送系统、图像采集卡和主控计算机, 如图2所示。包括:高压X射线发生器及控制器 (PXS5-926EA型, 电压10～90kV, 最大功率8W) ;X射线平板探测器 (HR, Remote RadEye , 美国Rad-icon, 有效区域27mm×36mm, 22 lp/mm (22.5 μm) 分辨率, 12位数字信号输出) 和图像采集卡 (美国magenation, PXD1000) 。试验参数为:X射线发生器电压与电流分别为70kV和0.4mA;检测器积分时间为2.52ms。
1.3 试验材料
广西防城海水养殖珍珠, 共24粒。首先, 对每个样本进行编号, 每粒采集16幅图像;然后, 剖开珠壳进行人工检测, 看是否附着珍珠珠质外层。
2 结果与讨论
X射线图像的一个重要特点就是图像的灰度值和样本厚度与密度有关。海水养殖的珍珠可以分成珠核与珠外珠质, 由于结晶系及形成物质的差异, 使得珠核及珠外物质对X射线的吸收率不同, 导致了珠核与珠外物质在平板探测器中放大一定的倍率后会有明显的分层现象。利用这一现象, 通过图像处理可以提取到珍珠珠核的边界, 为测定珠核的大小及珍珠质的厚度提供理论依据。
2.1 X射线图像校准
尽管平板探测器具备引言中的一些优良特性, 但是由于X射线源的不同, 接收器内电子线路的不一致性及其正常变化, 会引起平板探测器上不同像元在同样X射线剂量辐射的情况下产生不同的输出信号。导致这一现象产生的原因主要是随机噪声、偏置误差、像元响应不一致和瑕疵像元等。对于随机噪声, 最有效的消除方法就是采用多幅图叠加取平均值的方法[5]。对均匀射线辐射探测器所获得的图像, 用多幅平均的方法去掉随机噪声后, 图像质量得到了提高, 但通过16幅叠加取平均的方法去噪耗时太长。在实验的过程中, 4幅图像叠加处理后即可获得与16幅图叠加处理大致相当的结果, 如图3所示。
c) 16幅叠加图像
2.2 图像处理
1) 图像经过叠加之后, 图3 (b) 还存在一些颗粒噪声, 而对这些图像进行线性滤波, 可以去除图像中的这一部分噪声。领域平均法是空间域平滑噪声技术[7]。 具体方法为:对f (i, j) 中的每一个像点 (m, n) , 取其领域为11×11, 将该领域内121个元素值的平均值作为处理后图像像素点 (m, n) 处的灰度, 如图4 (a) 所示。
2) 对均值滤波后的珍珠图像采用自动阈值法进行分割, 得到的图像取反后如图4 (b) 所示。
3) 采用ostu方法, 对珍珠图像整体去背景后的二值图像取反, 结果如图4 (c) 所示。
4) 用图4 (b) 和图4 (c) 作异运算, 同为黑或白的像素归为1, 黑白相异时归为0, 结果如图4 (d) 所示。
5) 二值图像区域标志。在二值图像中, 相互连接的黑像素集合成为一个 (黑) 区域, 如图4 (d) 所示。通过对图像f内每个区域进行标志操作 (标号) , 求得区域的数目, 计算区域黑像素面积。选用8领域连接, 示例标志块如图5所示。
6) 利用区域面积自动阈值法, 把标志块中区域面积小的标志块去除。
7) 去除面积小的标志块之后, 进行轮廓提取。边缘能够勾画出目标物体, 使观察者一目了然。对于要提取的图像为二值图像, 如果原图中有一点为黑, 且它的8领域内各点皆为黑, 即将该点删除, 掏空内部点。轮廓提取为下一步检测珍珠内圆起了非常关键的作用, 如图6 (a) 所示。
8) HOUGH圆变换检测圆。由于珍珠珠核为圆形, 可以用HOUGH圆变换进行检测[8], 利用珍珠对噪声不敏感的性质, 对所得到的结果可以有效地滤除噪声影响, 提高了结果的置信度。但是HOUGH圆变换的运算量大, 需要一定的处理时间。该示例拟合圆如图6 (b) 所示。
(a) 轮廓提取 (b) Hough变换
3 结论
1) 本文采用的处理方法能有效地提取出珍珠珠核的外部边缘。
2) 在采集到的24幅珍珠图像中, 能正确提取出其中20幅图像中的珍珠内圆, 正确率达到了85%。
3) 错判的原因是由于受X-射线平板探测器采集的图像噪声及处理过程中为减少运算量, 采用的降质处理的影响。
4) 本文针对X射线图像的成像质量及噪声影响, 利用4幅图像叠加使图像质量得到了提高。图像处理方法也能较好地提取到了珠核的内圆, 为后续可靠、准确地测量出珍珠厚度提供支持。
参考文献
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[7]杨淑莹.VC++图像处理程序设计[M].北京:清华大学出版社, 2003.
飞利浦DR平板探测器的日常维护 篇2
飞利浦DR平板探测器作为一种数字化X线摄影 (digital radiography, DR) 技术, 其替换了基于IP板成像的间接计算机X摄影 (CR成像) , 实现了X线摄影数字化技术, 提高了放射科的影像质量与工作效率, 为临床检验提供了重要的诊断依据, 目前被应用于我院放射科。由于飞利浦DR系统的核心为平板探测器, 其性能是保证影像质量的关键所在, 在日常工作中应注意进行维修性保养, 以减少机器的损坏, 才能为工作提供更大便利。
1 平板探测器性能分析及影响性能因素分析
平板探测器是一种半导体检测器, 也是数字化摄影的核心部分, 一般分为碘化铯或非晶硅间接式平板探测器和非晶硒的直接式平板探测器, 其作用是将X线的光量子信号转换成数字信号。飞利浦DR平板探测器为间接式平板探测器, 是由碘化铯层、非晶硅阵列、行驱动电路、信号读出电器组成, 两个探测器分别位于检查床、壁装支架位, 尺寸为43cm×43cm, 像素尺寸143μm, 矩阵为3000×3000, 计3120×3120像素, 图像空间分辨率可达3.5Lp/mm。
由于平板探测器属精密仪器, 在日常工作中, 机房环境是影响平板探测器工作的重要因素之一, 机房环境包括温度、温度、卫生清洁等因素。电子元件维持良好的性能需恒定、适宜的温度, 保持25℃左右的环境, 温度过高或过低均可能引起设备异常工作, 温度过高则可导致信息读出错误, 损坏探测器;环境湿度过高会降低元器件的绝缘性能;元器件上覆盖灰尘过多, 会影响成像效果, 并有可能遮盖探测器冷却设备入口导致散热不良。
2 飞利浦DR平板探测器的日常保养
日常维护性保养是保证DR平板探测器正常运行, 保证图像质量、设备寿命的关键所在。基本平板探测器DR系统的维护, 与常规X线机相比, 应格外注意平板探测器的维护, 其主要包括日常保持室内环境、保持清洁及定期校准等方面工作。
(1) 保持室内环境恒温恒湿
在工作中需随时观察室温, 最好做到时时记录, 保持室温的稳定性, 通常探测器温度保持在 (40±3) ℃, 研究认为, 如环境温度达49℃, 每提高1.1℃, 元器件故障率将增加100%.。相对湿度保持在40%～60%左右, 以达到环境适宜, 有利于探测器空气散热冷却。特别是冬天和夏天, 更需要室内环境达到设备运行的要求, 可使用空气调节器、除湿器、温度计、湿度剂进行温湿度监测。
(2) 保持仪器清洁
定期清理探测仪, 保持仪器整洁, 防止平板上积灰, 导致影响图像清晰度及洁净度, 影响成像效果导致医师误诊。清洁时采用干净软擦布、中性肥皂液擦洗, 不宜使用带腐蚀性的溶剂, 磨损性去污用的干净软剂或抛光剂, 防止损坏仪器。
(3) 定期校准
每1～2个月左右做一次平板探测器校准。平板探测仪作为一种精密的电子设备, 在使用过程中可能出现探测矩阵某一行或某一列像素失效, 表现为图像上点状或细线状伪影, 这是由于在电场作用下, 导体中电子发生定向运动出现空洞, 使原有成像功能丧失;定期校准可屏蔽失效的像素, 另外在一些特殊情况下, 如系统突然断电、图像出现伪像、环境温度发生剧烈变化而导致平板探测仪无法正常工作时, 均需给予校准, 一般校准过程为30min, 做增益校准和像素校准。
增益校准按软件设定程度进行操作, 按次序逐次、各曝光10次;曝光条件为70kV、2.72mAs、7.1ms’;壁装支架探测器校准曝光条件为70kV、5.52mAs、14.2ms’;曝光结束后出现“Gain Calibration was successful”表示增益校准成功, 可进行下一步校准。
像素校准同增益校准步骤一致, 按次曝光为各12次, 曝光条件为70kV、1.92mAs、7.1msA、0.918 mAs、3.92 mAs等不等, 曝光全部结束后会出现“Pixel Calibration was successful”的提示表示像素校准成功, 此时可结束校准, 退出界面。
校准时球管中心对准检查床, 或壁装支架中心, 设定检查床SID=110cm, 壁装支架SID=150cm, 抽出滤线栅, 21mmAL过滤板插入束光器前的导轨中, 固定, 照射野43cm×43cm, 其中不能有任何物体, 必要时给予清洁, 分别对检查床及壁装支架的平板探测器进行较准。
如出现校准失败, 应检查滤线栅是否已取出, 检查床床面导轨是否处于X照射野之外;如无误但校准仍为失败, 则需咨询客服部。平板探测器校准应由技师专人负责, 不得随意操作, 防止误操作损伤机器。
总之, 飞利浦DR平板探测器的日常维护性保养是保证图像质量, 保证机器正常运行, 为临床提供准确诊断依据的关键所在;在保养时, 应注意保持机器运行恒湿、恒温, 保证机器在正常环境下运行, 保持机器清洁, 定期校准, 以延长设备运行寿命, 保持高质量图像。
摘要：飞利浦DR平板探测器作为一种数字化X线摄影 (digital radiography, DR) 技术, 其日常维护性保养主要包括日常保持室内环境、保持清洁及定期校准等方面工作, 以延长设备运行寿命, 保持高质量图像。
关键词：飞利浦,DR技术,平板探测器,维护性保养
参考文献
[1]何建华, 冯黎建.飞利浦DR平板探测器的日常维护性保养分析[J].中国现代医生.2011, 49 (8) :80-81.
[2]薄夫军, 张永寿, 刘乃智, 宋天一.非晶硒DR平板探测器的结构原理及维护保养[J].中国医学设备.2010, 7 (2) :65.
[3]胡安宁.数字化摄影 (DR) 成像质量相关技术的分析与优化[J].中国医疗设备.2009, 2 (4) :92.
[4]胡安宁.数字化摄影 (DR) 成像质量相关技术因素的分析与优化[J].中国医疗设备.2009, (4) :65-66
平板探测器 篇3
1 DR系统
DR成像系统主要由Χ射线源、平板探测器 (Flat Panel Detector, FPD) 、工控计算机等组成 (如图1所示) 。Χ射线源发出Χ射线光子, 穿透工件后被平板探测器接收并转换为电信号, 再由A/D转换电路转换为数字化信息, 传输至计算机生成数字图像, 并显示、保存。DR检测系统于近几年逐渐应用于工业检测中, 随着技术的发展, 探测器性能的不断优化, DR成像系统的图片质量接近胶片成像, 缺陷检出率比胶片成像系统高出很多。此外, DR技术同样存在许多技术问题尚待解决, 比如DR图像处理技术、平板探测器的校正等。DR检测系统原理示意图如图1所示。
2 平板探测器
DR检测系统采用平板探测器作为图像采集设备, 具有成像快速、便捷的特点, 比传统胶片拥有更高的量子检测效率 (DQE) 。平板探测器的数字成像动态范围广、散射损耗低、图像采集速度快。
平板探测器根据能量转换方式分为直接转换型和间接转换型。直接转换型FPD使用光导体材料, 经Χ射线曝光后转化为电信号, 通过薄膜半导体阵列 (Thin Film Transistor array, TFT) 存储, 再经过A/D转换得到数字图像;间接型转换型FPD使用闪烁晶体经Χ射线曝光后将Χ射线转换为可见光, 再由光电二极管阵列转换为电信号并逐行取出转换为数字图像。
平板探测器成像质量的性能指标主要从3个方面评价:量子检测效率 (Detective Quantum Efficiency, DQE) 、空间分辨率 (Spatial Resolution, SR) 、调制传递函数 (Modulation Transfer Function, MTF) 。DQE表示探测器探测到的光子量与入射量子数之比, 数值越高, 则量子利用率越高, 其决定于空间频率。空间分辨率决定了图像对最小物体空间几何尺寸的分辨能力。DR成像空间分辨率的提高是目前DR技术的研究难点之一。MTF由探测器的物理结构决定, 可反映成像系统对图像细节的分辨能力, 决定了对比度的损失程度, 其数值范围为0~1, 数值越高, 则表明成像越真实。
3 响应特性实验和结果分析
本实验使用Varian Paxscan 2520V平板探测器, 可对1~14 mm厚的钛合金阶梯试块透照不同能量和强度的Χ射线, 固定积分时间为200 ms, 并能提取DR成像原始数据、测定灰度均值、获取不同厚度试块的能量和强度响应曲线。具体如图2和图3所示。
随着阶梯试块厚度的增大, 强度响应和能量响应曲线的斜率逐渐减小。由此可得出, DR系统中线衰减系数会随着强度和能量的增大而减小。
在DR系统中, 中积分时间极短, 胶片曝光曲线中曝光量的概念在DR系统中无实际意义。通过管电压代替曝光量, 积分时间为200 ms, 透照不同的管电流得到灰度值为23 000的图像时, 得到管电压与厚度的关系曲线如图4所示。通过观察, 管电压与厚度的关系图像非常直观, 随着管电流的增大, 管电压和厚度特性曲线的斜率会相应减小。
4 结束语
在DR检测系统中研究平板探测器对不同能量和强度Χ射线的响应特性对合理选择射线透照条件具有重要的意义, 可大大提高成像质量, 并辅助选择最佳的辐射剂量。
摘要：平板探测器是DR系统中主要的成像设备, 掌握平板探测器的响应特性可大大提高影像质量、降低剂量、提高检测效率。研究了平板探测器对Χ射线能量和强度的响应特性, 从而为DR检测技术提供指导。
关键词：DR检测,平板探测器,成像设备,响应特性
参考文献
平板探测器 篇4
目前大部分商用的小动物微型CT系统采用微焦点射线管作为源,用磷屏或影像增强器将射线转化为可见光,再通过光纤锥或透镜由CCD直接采集光信号成像[3]。但是CCD作为探测器不仅会带来几何失真等问题[4],而且很难实现较大面积成像。因而,越来越多的微型CT系统,特别是应用于小动物成像的系统开始采用平板探测器取代CCD[5]。
我们开发的系统采用焦点尺寸为100µm的微焦点射线源和非晶硅的平板探测器,通过高精度旋转载物台带动样品进行360°旋转步进扫描成像。对投影的数据采用锥形束的FDK算法进行三维重建[6]。对平板探测器的分辨率、信噪比以及系统的视场和空间分辨率进行了测量。最后用兔股骨作为样本验证系统的成像性能。
1 系统设计
1.1 系统结构
研制的系统结构如图1所示,由微焦点射线源、非晶硅的平板探测器、旋转载物台以及用于信号采集控制和图像重建的图形工作站(XW8200,HP)构成。平板探测器通过数据接口(Cameralink)与工作站上的图像采集卡(PXICI CL1,EPIX)相连。工作站通过并口直接控制微焦点射线源开关,并控制旋转台(7SRA1200,赛凡光电)步进扫描。
X射线管采用钨靶微焦点射线源(GDX-50,西安光机所),焦点大小约为100μm,射线张角为24°,功率小于75 W,管电压在30 kV-70 kV连续可调,管电流在200μA-700μA连续可调。射线通过厚度为0.6mm的铝箔过滤低能量射线,以减少样本吸收剂量和硬化伪影。探测器采用非晶硅的平板探测器(Pax Scan 1313,Varian Medical System),其工作原理是通过闪烁层将X射线转化为可见光,再用紧贴闪烁层的TFT阵列将可见光转化为电荷并读出,属于间接探测方式。虽然其调制传递函数(modulation transfer function,MTF)和噪声等效量子数(noise equivalent quanta,NEQ)不及直接探测方式的非晶硒平板探测器,但是稳定性比硒板好,因而多用于CT成像[7]。详细性能参数如表1所示。
1.2 平板探测器性能
MTF反映了一个系统对不同频率成分的信号的调制度,而系统的分辨率从本质上讲是系统所能传递高频信号的能力,因此测试平板探测器的MTF可以反映系统的分辨能力。通常测量平板探测器MTF方法是通过测量样品与空气的界面获得边沿扩展函数(edge spread function,ESF),再对ESF求导可得线扩展函数(line spread function,LSF)[8],或者使用狭缝直接测得LSF[9],最后对LSF进行傅立叶变换即可得到系统的MTF。我们使用边沿直线度为5μm、厚度为1.5 mm的铁板边沿作为样品,在1倍放大倍率下测试平板探测器的MTF,结果表明,在调制度为10%时平板探测器的空间频率为31 lp/cm。
除了分辨率,在判断X射线成像质量时通常还会使用NEQ。NEQ定义为在不同的空间频率f下,单位面积符合泊松分布的入射光子数目,可以用下式(1)来描述[10]
其中噪声功率谱(noise power spectra,NPS)描述的是成像系统符合泊松分布的光子噪声。测量二维的NPS后采用半径平均法估算出一维的NPS[11],再通过式(1)使用已知的MTF和NPS计算,可得NEQ曲线。本文按此方法得到的NEQ测量结果显示,噪声功率主要集中在31 lp/cm以下的低频部分。
1.3 系统几何参数校准
系统的几何结构如图1所示,θ表示X射线的有效张角,D表示平板探测器的成像尺寸,FOV(field of view)表示视场大小,SOD(source to object distance)和SDD(source to detector distance)分别表示射线源到样品和探测器的距离,其中SDD大小由射线张角和平板探测器的成像面积决定。系统几何参数确定了系统放大倍率M和视场的大小FOV,可表示为:
系统放大倍率M对成像分辨率是有直接影响的。假设射线源焦点尺寸为n,射线源对投影图的模糊可由sinc函数近似的描述,其尺寸可近似表示为[12]:
由式(4)可知,当放大倍率减小时,由射线源尺寸带来的模糊会减小。但是,放大倍率不可能无限减小,这一方面受成像样本尺寸的限制,另一方面放大倍率的减小会使X射线的光子密度减小,不利于信噪比的提高,并且会降低密度分辨率。
类似的,若平板探测器的像素间距为n',探测器的采样模糊也可由sinc函数近似的描述,其尺寸可由下式近似表示[12]:
由式(5)可知,当样本向射线源趋近时,即放大倍率增加时,由于探测器的有限像素间距带来的模糊会减小,但是这也会受到视场大小的限制。由于射线源尺寸和探测器采样带来的模糊是相互独立的,由此二者带来的系统模糊则可由式(6)近似表示为[2]:
由以上分析,我们设定系统放大倍率为2,这时FOV=6.5cm,孔径足够对包括大鼠在内的小动物进行成像,由式(5)可估算出系统分辨率在200µm-130µm之间。
由于图像重构的FDK算法是在射线源、旋转台和探测器的几何位置为理想情况下的算法,而装配时往往会很难满足这个条件,一旦装配误差较大必然会带来系统成像分辨率的损失,甚至产生伪影,因此准确的测量和校准SOD与SDD是非常重要的。然而,由于射线源的焦点位置在射线管中,平板探测器由于有碳纤维的表面保护层,射线源焦点和成像平面的位置难以准确确定,使SOD与SDD很难直接测量。这里我们采用Yang,et al.提出的方法[13],用金属球作为样品,通过分析两金属球在四个不同旋转角度的投影图,对包括源在探测器的投影位置、SOD、SDD和旋转轴相对重建平面的倾角进行了计算,再根据测量结果矫正其位置,直到最终误差小于1个探测器像素。对探测器的倾角ω和φ两个参数装配精度由于较易控制在±1°,并且对最终重建结果的影响不会超过1%,可以不用校正。
系统经过几何参数校准,最终调整后测得旋转轴的倾斜角为0.07°,放大倍率为1.94,FOV为6.7cm,射线源在探测器上的像素坐标位置为(513,476)。
1.4 数据采集与重建
工作站通过图像采集卡控制平板探测器采集数据,并以平板探测器的输出同步信号为基准进行整个系统的采集控制。当控制程序从缓存中读取出一帧数据后,驱动旋转载物台转1.8°,依次旋转360°后,将从各角度获得的数据保存。
由于平板探测器有信号放大倍率的漂移和像素坏点,因此在图像重建之前对原始图像必须进行增益校准、偏移校准和坏点校正。图像重建使用FDK算法,采用的滤波核函数是RL(Ram-Lak)滤波器,以保证系统的分辨率。
2 成像结果
本文介绍的成像结果是系统在参数设置为:射线源管电压45k V,管电流600μA,平板探测器刷新速度1帧/s,采集200幅投影图像时获得的。
2.1 重建图像的分辨率
理论上成像系统的分辨率反映了系统对样本的细节显示能力,可使用无限小样本来进行测量,得到系统的点扩展函数,再由瑞利判据可知,系统点扩展函数的半高全宽即是其分辨率。实际通常使用尺寸相对分辨率可以忽略的物体来替代无限小样本。我们用直径为35μm的金属丝作为样品,使用微型CT系统对其横截面进行层析成像,并求出沿某一方向的LSF,结果如图2所示,实测半高全宽约为185μm。由于系统使用锥形束重建算法,因此理论分辨率在各方向是相同的,某一方向的分辨率即可代表微型CT在三维空间的成像分辨率。
2.2 小动物样品成像
微型CT系统的主要应用是骨成像。本文用离体的兔股骨作为样本进行试验,重建结果如图3所示,能清晰地看到骨小梁等结构。
3 讨论
研制了一套基于平板探测器和微焦点射线源的小动物微型CT系统,结果表明它适合于小动物成像。
本系统采用的微焦点射线源,焦点直径为100μm,在低放大倍率(2-3倍)时,它对系统分辨率的影响不会超过20μm。但是,随着放大倍率的增大,射线源的焦点会严重影响系统分辨率。而且放大倍率增大必然带来成像孔径的减小,因此本系统并不适合在更高的放大倍率下成像。对于探测器来说,虽然有更小的像素间距的其他产品,但是由于非晶硅探测器的结构是在闪烁层下使用TFT阵列采集信号,因此小的像素间距必然受工艺限制致使填充率下降,从而影响信噪比[14]。而本系统采用的探测器有13cm×13cm的成像面积和127μm的像素尺寸,兼顾了成像孔径的大小、分辨率和信噪比。
此外,系统采用的探测器采样速率最高可达30fps,因此采集600张图片只需要20s,这必然会大大减少实验动物接受的辐射剂量和成像时间。当然,这也对旋转系统的响应速度和性能提出了较高的要求。
摘要：介绍了一套适用于小动物成像的高分辨微型CT成像系统。该系统采用用焦点为100μm的微焦点射线源和成像面积为13cm×13cm的平板探测器测量数据,以旋转扫描的锥束算法进行图像重建。经测试,平板探测器的MTF在调制度10%时,可达到31lp/cm;CT系统放大倍率为1.94时,分辨率可达185μm。用兔股骨为样品,可清晰观察到骨小梁结构,表明该系统可高分辨地实现小动物样本的三维结构成像。
平板探测器 篇5
关键词：平板探测器,非晶硅平板探测器,数字X线摄影
DR (Digitied Radiography) 即数字X线摄影, 其核心部件是平板探测器 (Flat panel Detector) 。平板探测器分两大类:直接转换型的非晶硒平板探测器和间接转换型的非晶硅平板探测器。在间接转换型中依据转换材料的不同又分为碘化铯非晶硅平板探测器和硫氧化钆非晶硅平板探测器[1]。
1 材料和方法
1.1 德国西门子DR两台:AXIOM Aristos和MULTIX, X线系统为500mA, 立式滤线器配备相同参数的固定式滤线栅板:栅比R=15 1, 栅密度N=80 Lp/cm, 焦距F0=180cm。电离室自动曝光控制 (AEC) 。
1.2 AXIOM Aristos配置成像平板为法国Trixell 公司17×17in的碘化铯非晶硅平板探测器;MULTIX配置成像平板为日本佳能公司14×17in的硫氧化钆非晶硅平板探测器。
1.3 在健康体检人群中选择20至30岁的中等身材男性200名, 随机分为两组各100名;分别用碘化铯非晶硅平板探测器和硫氧化钆非晶硅平板探测器进行胸部后前位摄影, 千伏值固定在125 kV, 使用AEC曝光, AEC探测野选取两上探测野。曝光结束后记录每个人所需要的mAs值。
1.4 图像显示效果阅片, 使用西门子PACS Magic View 300软件, 阅片工作站是双竖屏21寸专业液晶显示器, 分辨率3M。
1.5 影像评价方法: (a) 锁骨、左心影内分辨出肺纹理; (b) 心脏、纵膈、横膈边缘清晰锐利; (c) 左侧肺动脉与心影重叠处清晰显示, 其宽度清晰可测; (d) 棘突清晰显示, 椎弓根可见, 纵膈区的异常可以辨别; (e) 气管隆突角、左主支气管下缘可见; (f) 肺门血管角清晰, 右下肺动脉内径清晰可测。
2 结果
碘化铯非晶硅平板探测器所需的mAs值在0.96至1.39之间, 均值为1.08 mAs;硫氧化轧非晶硅平板探测器所需的mAs值在2.21至3.42之间, 均值为2.56 mAs。而影像的显示效果依据上述的评价方法未见明显差异。
3 讨论
3.1 选择男性是因为女性乳房的个体差异较大, 影响曝光量的差异也较大;中等身材健康体检的正常胸片是尽可能排除因个体差异而引起的曝光量误差, 过于肥胖或过于消瘦或有病变都要剔除。
3.2 非晶体硅平板探测器结构与成像原理:非晶硅平板探测器的表面是一层闪烁体材料 (碘化铯或硫氧化钆) , 再下一层是以非晶体硅为材料的光电二极管电路, 最底层为电荷读出电路。闪烁体材料将X射线转换成可见光;非晶硅光电二极管阵列层以矩阵单元将可见光转换成电荷信号, 再由读出电路将电荷信号转换成数字信号, 完成数字化采集, 然后输出到计算机系统中成像[2,4]。由此可知, 闪烁体材料将X射线转换成可见光效率的高低, 就是X射线剂量的多少。也叫探测器系统的探测量子效率DQE (Detective Quantum Efficiency) 。
3.3图像质量的评价:由两名影像医学副主任医师分别阅片, 按照1.5影像评价方法的6点逐一评价, 完全符合则为优、有缺陷为良。每幅图像按6项内容列表打勾, 最后作统计处理, 发现两组影像的显示无明显差异。
3.4碘化铯非晶硅平板探测器与硫氧化轧非晶硅平板探测器相比mAs值可以降低一半以上, 碘化铯与非晶硅的结合具有最高的DQE值的材料[3]。对于延长X线管寿命, 减少X射线对病人及工作人员的辐射有重要意义。
参考文献
[1]石梅生, 张慧, 陈平, 等.几种数字化X线成像技术及其性能探讨[J].中国医学装备, 2007, 4 (3) :24-26.
[2]杜昱平, 张永顺.平板探测器DR与CCD探测器DR的基本结构与比较[J].医疗卫生装备, 2006, 27 (8) :60-62.
[3]崔玉贵, 杨奕, 曹志义, 等.直接数字化X线摄影技术[J].影像技术, 2007, 2:57-60.