探測器DQE

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

DQE =S 2 ×M F T 2 /N SP ×X ×C

S : 信號(hào)平均強(qiáng)度 ; M T F : 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 M TF 值中對(duì)應(yīng)不同的 DQE , 也就是說在不同的空間分辨率時(shí)有不同的 DQE 。間接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限 DQ E 比較高 , 但是隨著空間分辨率的提高 , 其 DQE 下降得較多 ;而直接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限 DQE 不如間接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限 DQ E 高 , 但是隨著空間分辨率的提高 , 其 DQ E 下降比較平緩 , 在高空間分辨率時(shí) , DQE 反而超過了間接轉(zhuǎn)換的平板探測器 。這種特性說明間接平板探測器在區(qū)分組織密度差異的能力較強(qiáng) ; 而直接轉(zhuǎn)換的平板探測器在區(qū)分細(xì)微結(jié)構(gòu)差異的能力較高 。

評(píng)價(jià)平板探測器成像質(zhì)量的性能指標(biāo)主要有兩個(gè) : 量子探測效率 ( Detective Q uantum E fficiency , DQE)和空間分辨率 。 DQ E 決定了平板探測器對(duì)不同組織密度差異的分辨能力 ;而空間分辨率決定了對(duì)組織細(xì)微結(jié)構(gòu)的分辨能力 ?？疾?DQ E和空間分辨率可以評(píng)估平板探測器的成像能力 。

在間接轉(zhuǎn)換的平板探測器中 , 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)換成可見光的能力 , 因此對(duì) DQ E 會(huì)產(chǎn)生影響 。目前常見的閃爍體涂層材料有兩種 : 碘化銫 (C sI ) 和硫氧化釓 (Gd2O 2S )。 碘化銫將 X線轉(zhuǎn)換成可見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器成像速度快 , 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)生的可見光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的方式也會(huì)對(duì)DQ E 產(chǎn)生影響 。在碘化銫 ( 或者硫氧化釓) +薄膜晶體管( T FT)這種結(jié)構(gòu)的平板探測器中, 由于 TF T 的陣列可以做成與閃爍體涂層的面積一樣大 , 因此可見光不需要經(jīng)過透鏡折射就可以投射到 TF T 上 , 中間沒有可以光子損失 , 因此 DQE 也比較高 ; 在碘化銫 (CsI )+CCD( 或者 CM OS) 這種結(jié)構(gòu)的平板探測器中 , 由于 C CD( 或者 C M OS)的面積不能做到與閃爍體涂層一樣大 , 所以需要經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)折射 、反射后才能將全部影像投照到 C CD( 或者 C M OS)上 , 這過程使光子產(chǎn)生了損耗 , 因此 DQE 比較低 。

直接轉(zhuǎn)換平板探測器中 , 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), DQ E 的高低取決于非晶硒層產(chǎn)生電荷能力 ?？偟恼f來 ,C sI +T FT 這種結(jié)構(gòu)的間接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限 DQE 高于 a -Se 直接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)Q E 。

在直接轉(zhuǎn)換平板探測器中 , 由于沒有可見光的產(chǎn)生 , 不發(fā)生散射 , 空間分辨率取決于單位面積內(nèi)薄膜晶體管矩陣大小 。矩陣越大薄膜晶體管的個(gè)數(shù)越多 , 空間分辨率越高 , 隨著工藝的提高可以做到很高的空間分辨率 。

在間接轉(zhuǎn)換的平板探測器中 , 由于可見光的產(chǎn)生 , 存在散射現(xiàn)象 , 空間分辨率不僅僅取決于單位面積內(nèi)薄膜晶體管矩陣大小 , 而且還取決于對(duì)散射光的控制技術(shù) ?？偟恼f來 ,間接轉(zhuǎn)換平板探測器的空間分辨率不如直接轉(zhuǎn)換平板探測器的空間分辨率高 。

判斷平板探測器圖像質(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)來衡量。MTF和DQE值高則表明該平板探測器產(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 。

影響平板探測器DQE的因素:量子探測效率(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)換成可見光的能力，所以對(duì)DQE會(huì)產(chǎn)生影響。目前常見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，所以可見光不需要經(jīng)過透鏡折射就可以投射到TFT上，中間沒有光子損失，所以DQE也比較高;在非晶硒平板探測器中，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。總的說來，CsI TFT這種結(jié)構(gòu)的間接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)QE高于a-Se直接轉(zhuǎn)換平板探測器的極限D(zhuǎn)QE。

對(duì)于同一種平板探測器，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，也就是說在不同的空間分辨率時(shí)有不同的DQE 。

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，它說明成像系統(tǒng)不能把輸入的影像全部再現(xiàn)出來，換句話說，凡是經(jīng)過成像系統(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MT F。

國際權(quán)威機(jī)構(gòu)的測量結(jié)果表明，相比于非晶硅平板探測器，非晶硒平板探測器具有最優(yōu)的MTF值，但空間分辨率增加時(shí)，非晶硅平板探測器的MTF迅速下降，而非晶硒平板探測器仍能保持較好的MTF值，這是與非晶硒平板探測器直接將入射的不可見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 。