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据年会传出的信息:
全世界50%的放射科将在5年内全部数字化而成为无胶片科室;
70%的放射科10年内实现。
在设备引进时,数字化X线机自然应列为首先。
PAXSCAN4030是40cmX30cm非晶硅直接数字化平板成像系统。
该系统是由非晶硅影像板、高清晰度监视器和装有高性能软件的工作站组成,可以省去任何摄影X线胶片。
曝光后立即成像,PAXSCAN产生一个12-bit灰阶的图像,具有胶片相同的图像质量。
PAXSCAN系统安装简单直接,专门为医院现有X光机升级为数字X光机而设计。
一、术语(Glossary)
1、非晶硅(Amorphoussilicon)
硅是通过蒸化沉淀成型的一种非晶体薄片.常规集成电路是由晶体硅晶片组成。
晶体硅晶片是生长晶(growncrystals)的切片。
非晶硅装置可以做的比晶体大的多,因为需要的是非单晶。
非晶硅对于X线接收器来说是最理想的材料,因为非晶硅对放射线的伤害是免疫的.供成象器使用的非晶硅被搀入氢和扩散P/N掺杂物产生P/N结。
2、碘化铯(Cesiumiodide)
大部分高效的闪烁体在诊断X线能量段内,碘化铯具有高X线接收和高可视光子产量。
搀入钠(sodium)产生兰光,在核粒子检测器中被用作光电阴极.搀入铊(thallium),被用为硅检测器,因为它产生绿光。
CsI:
Na具有极强的吸湿性和易潮性,一般使用需要环境控制。
TI适度吸湿但易保护,适合在空气中使用。
对于成像,这两种类型逐渐开发成为一种高密度的细柱,供给一个光导纤维,提高分辨率。
3、带自动焊接
传感器上的每行和每列必须独立和外部电子设备连接。
这些连接的空间常常比象素的尺寸还小.为了连接上千个节点,小的柔性印刷板被使用,每个板含有一个集成电路,在玻片上汇集了许多信号(一般128或更多)到节点(20-30)。
低密度端容易与带附加电子设备的印刷电路板焊接。
高密度端使用一个各向异性的导片与玻片连接控制温度和压力。
因为柔性电路一般为一卷像胶片,至少在大容积上,吸附过程(attachmentprocess)由机器完成。
该技术称为带自动焊接,该方法称为TAB吸附。
为了方便现在称小的柔性板为TABs。
4、调制传递函数(Modulationtransferfunction)(MTF)
与对比度传递函数相似,是由比条纹更准确的正弦波(sine)组成的光学图表示。
选择频率信号的振幅(amplitude)被称为该频率的调制深度。
整个系统的MTF可以用单个元件的MTF相乘来定义。
二、原理
1、传感器平板(SENSORPANEL)
传感器平板的目的是聚集通过X线接收产生的电荷,逐行扫描电荷放大器。
电荷存储设备是光电导体成象器内的电容器或使用闪烁体的平板内的光电二极管.熟知允许电荷溢流的开关可以是一个二极管,一个二极管对或一个薄片三极管.所有这些存储装置的组合都可以工作,每一个都有其缺点和优点.Varian产品中使用了光电二极管TFT的组合,因为该组合使用简单,工业有效(市场上可以买到),设计灵活.
2、非晶硅传感器平板的放大(Photomicrographofana-Sisensorpanel)
图中,开关使用的是一个薄片三极管(TFT),非常像使用在液晶显示的活动矩阵里的开关。
平板设计中一个重要的目的是取使用光电二极管(高占空因子)的成象器的最大区域,这样使到达光的量浪费最小。
信号通过细金属线传输,该传感器平板的象素中心矩是127微米,占空因子是35%。
当前,瓦瓦里安产品中使用的是高占空因子的平板。
3、非晶硅平板电路图(Circuitdiagramofanamorphoussilliconsensorpanel)
在运行中,光电二极管通过加给它的一个外部电压反向偏置.当TFT开关低时,通过闪烁体的光产生的电荷聚集在二极管上.读出时,这一行被给与电压,打开这一行的开关.电荷从被选中行的所有二极管中沿数据线同时流出.在大型电路中,这样将产生几千个信号必须同时被读出。
瓦里安已经开发了一个用户128通道低噪音装置,具有大的电荷存储容量。
该目的是为了适应非晶硅传感器平板宽的动态范围。
三、X线转换(X-rayconversion)
三种方法转换X线为可读出的电荷可用非晶硅来完成.它们是本征导电;
光敏电阻和闪烁体方法。
每种方法都有它的缺点和优点,把它们应用到X线成象器上都有一定的局限性。
在所有方法中,每桢被读出之前,电荷被聚集,Gamma摄像机记录它所接收到的X线光子数。
此技术基本上没有被用于X线成像,因为收到的X线光子太多而不能记录。
1、本征电导方法(TheIntrinsicMethod)
到达的X线被非晶硅二极管捕获,产生空穴-电子对.应用极把电荷分开。
因为每5电子伏X线能量,产生一个电荷对,信号高。
由于非晶硅接收的X线非常低,所有光电二极管需要10-20mm厚。
制造这样厚的非晶硅设备是不可行的.本征电子装置是用晶体硅制造的,一排或二排可以使用,但价格比较高。
2、光敏电阻原理(ThePhotoconductorMethod)
光敏物质具有比硅更高的对X线的接收能力,在光敏物质上涂一层传导电荷的采集板作为一个电容器。
当X线被接收,它同样产生空穴-电子对但产生的电荷必须被存储在外层,防止外部串扰。
应用场不仅可以隔离电荷,而且还可引导电荷到正下面的采集板,修正图像锐化。
通常,光敏电阻,硒也有相对低的X线吸收能力,要求大约20电子伏才能电子-空穴对。
这限制了需要的最小剂量和产生信号的大小。
具有低能量要求和高
X线吸收的其它物质正在开发。
3、闪烁体原理(TheScintillatorMethod)
闪烁体是一种吸收X线并把能量转换为可见光的化合物。
好的闪烁体每个X线光子可以产生许多个可见光光子,每1kVX线输出20-50个可见光光子。
闪烁体通常是由高原子序数的物质组成,高原子序数的物质有高的X线接收能力,和一个低浓度的催化剂,它直接把光谱转换为可见光光子散射。
闪烁体是粒状的像磷或晶体像瑟二极管。
4、磷闪烁体结构
磷是一种受到X线发光的物质。
用于X线成像的磷是由稀土硫氧化物搀入其它稀土元素组成.通常是硫氧化钆(gadolinium)和硫氧化镧(lanthanum)搀入铽(terbium).它们发射兰到绿光极易和胶片灵敏度相匹配。
使用不同的颗粒和化合物可以产生不同的分辨率和亮度.在使用时,它们与蓝色黏合剂混合,涂上塑料薄膜。
这种设计可以紧贴X光胶片提高灵敏度。
但它们也紧贴非晶硅光电管使电子X线检测器灵敏度至少和胶片一样好磷屏产生一个可见光光子需要几十电子伏,X线接收是好的。
涂层必须厚来阻止高能射线,否则光散射是一个问题。
5、碘化铯闪烁体结构
为了分辨率和亮度更好的结合,铯二极管被使用。
CsiI有实用的特性,在适当的蒸发条件下,它随着细针的排列密度而变化(10-20mmindiameter)。
这样产生的晶体作为光导管,可见光光子产生在输入层附近,输入层要求比较厚(upto1mm),保持高的分辨率.因为铯有大的原子数,它是一个优秀的X线接收器,所以,这种金属对于输入的X线非常适用。
产生每个光子需要20-25电子伏。
当搀入铊(thallium)CsI激发出550nm的光,正是非晶硅光谱灵敏度的峰值.在当前的产品的中,碘化铯与非晶硅的结合具有最高的DQE值材料。
四、传感器平板
传感器平板的目的是聚集通过X线接收产生的电荷,逐行扫描电荷放大器。
电荷存储设备是光电导体成象器内的电容器或使用闪烁体的平板内的光电二极管。
熟知允许电荷溢流的开关可以是一个二极管,一个二极管对或一个薄片三极管。
所有这些存储装置的组合都可以工作,每一个都有其缺点和优点。
Varian产品中使用了光电二极管TFT的组合,因为该组合使用简单,工业有效(市场上可以买到),设计灵活。
1、非晶硅传感器平板的放大(Photomicrographofana-Sisensorpanel)
图中,开关使用的是一个薄片晶体管(TFT),非常像使用在液晶显示的活动矩阵里的开关。
平板设计中一个重要的目的是取使用光电二极管(高占空因子)的成象器的最大区域,这样使到达光的量浪费最小。
信号通过细金属线传输,该传感器平板的象素中心矩是127微米,占空因子是35%。
当前,瓦里安产品中使用的是高占空因子的平板。
2、非晶硅平板电路图(Circuitdiagramofanamorphoussilliconsensorpanel)}
在运行中,光电二极管通过加给它的一个外部电压反向偏置.当TFT开关低时,通过闪烁体的光产生的电荷聚集在二极管上。
读出时,这一行被给与电压,打开这一行的开关。
电荷从被选中行的所有二极管中沿数据线同时流出。
在大型电路中,这样将产生几千个信号必须同时被读出。
瓦里安已经开发了一个用户128通道低噪音装置,具有大的电荷存储容量。
五、实时处理
1、主处理器
从传感器平板成像程序的初期,瓦里安就已经掌握了该原理,数据离开瓦里安产品之前,所有图像处理必须提供给用户一个实时的清晰准确的图像数据。
更进一步,很明显这些处理不得不致力于硬件,因为商用图像处理板很昂贵,必须依靠标准计算机。
对于这些成象器,被设计为16-bit的程序管路处理器,处理40兆象素/秒,用FPGA装置执行。
实时的功能包括:
偏移量(offset)校正和增益,逐个象素(pixelbypixel)
黑电平箝定(clamping)
污点插补(blemishinterpolation)
桢积累(accumulation)和均化(averaging)
为了支持该处理器在不同操作模式下具有图像校正数据,每个NVRAM和SDRAM达128Mbit被提供。
2、辅助处理器(AuxiliaryProcessor)
用户要求的后处理,第二插入式处理器可以被增加。
这样可以提供下面这些附加的实时功能:
X线曝光控制,图像数据柱型图窗口化
扫描转换为常规视频格式
查找目录(tables),GAMMA校正
降噪可变递归滤波
所有这些功能都是通过外部软件控制。
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