放射醫(yī)學(xué)丨【相關(guān)專業(yè)知識(shí)】CR與DR設(shè)備：DR設(shè)備基本構(gòu)造及其特性

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       DR設(shè)備基本構(gòu)造及其特性

       （一）DR的分類

       按X線曝光方式分類，DR系統(tǒng)按曝光方式分為面成像技術(shù)和線掃描成像技術(shù)，這兩種技術(shù)的主要差別是在探測(cè)器采集方式上的不相同。

       1.面曝光成像方式：面成像技術(shù)的主要特點(diǎn)是探測(cè)器的設(shè)計(jì)采用大面積的面陣探測(cè)器，也稱為平板探測(cè)器（flat plane detector，F(xiàn)PD）：面成像技術(shù)的另一特點(diǎn)是在X線曝光的瞬間，一次性的同時(shí)采集到被檢人體區(qū)域信息。

       目前，使用面成像方式的探測(cè)器包含非晶硅、非晶硒等平板探測(cè)器、CCD探測(cè)器三種。

       2.線曝光成像方式：線掃描成像技術(shù)采用線陣成像的方法。X線曝光時(shí)，X線照射野呈扇形方式垂直于人體，并沿人體長(zhǎng)軸方向，以勻速掃描方式通過人體檢查區(qū)域。線陣探測(cè)器與X線管同步移動(dòng)，透過人體的X線按照時(shí)間順序連續(xù)不斷地被線陣探測(cè)器采集，然后經(jīng)過數(shù)字轉(zhuǎn)換和處理，傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)重建，形成數(shù)字化X線圖像。

       目前，使用線曝光方式的探測(cè)器主要有多絲正比電離室氣體探測(cè)器、閃爍晶體/光電二極管線陣探測(cè)器和固態(tài)半導(dǎo)體/CMOS線陣探測(cè)器。

       按能量轉(zhuǎn)換方式分類：DR最常用的分類方法按照X線探測(cè)器能量轉(zhuǎn)換方式進(jìn)行分類，主要有直接轉(zhuǎn)換方式和間接轉(zhuǎn)換方式兩種。

       (1)直接轉(zhuǎn)換方式：直接數(shù)字X線攝影是光導(dǎo)半導(dǎo)體材料采集到X線光子后，直接將X線強(qiáng)度分布轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)。目前常用的光導(dǎo)半導(dǎo)體材料為非晶硒，碘化鉛，碘化汞，碲砷鎘，溴化鉈，碲化鎘和碲鋅鎘。目前已使用的主要為非晶硒平板探測(cè)器和碲化鎘/碲鋅鎘線陣探測(cè)器。

       (2)間接轉(zhuǎn)換方式：間接數(shù)字X線攝影先由某種閃爍發(fā)光晶體物質(zhì)吸收X線光子能量后以可見熒光的形式將能量釋放出來，經(jīng)空間電路傳遞，由發(fā)光二極管采集，轉(zhuǎn)換后獲得可測(cè)量的電信號(hào)。其發(fā)光晶體物質(zhì)主要有碘化銫和氧化釓。已經(jīng)用在X線探測(cè)器上的主要有非晶硅平板探測(cè)器，電荷耦合器件探測(cè)器，互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體探測(cè)器等。

       (二)DR設(shè)備的基本構(gòu)成

       DR設(shè)備是一種高度集成化的成像設(shè)備。組件主要包括5個(gè)相對(duì)獨(dú)立的單元，即X線發(fā)生單元、X線采集單元、攝影架/床單元、信息圖像處理單元。

       1.X線發(fā)生單元 DR的X線發(fā)生單元是傳統(tǒng)X線機(jī)的延續(xù)，由于X線探測(cè)器提高了X線利用率，DR所采用的X線發(fā)生器的功率可適當(dāng)降低。

       2.X線采集單元 X線探測(cè)器是數(shù)字化X線機(jī)的核心部件。在目前臨床使用的DR設(shè)備中，不同類型的X線探測(cè)器采用不同的工作原理，負(fù)責(zé)完成X線信息采集，能量轉(zhuǎn)換、量化，信息傳輸?shù)瘸上襁^程。

       (1)非晶硅平板探測(cè)器   非晶硅平板探測(cè)器有兩種基本類型，一種是以碘化銫晶體材料作為X線轉(zhuǎn)換介質(zhì)，另一種是以硫氧化釓作為X線能量轉(zhuǎn)換介質(zhì)。

       探測(cè)器由X線接收器、命令處理器和外接電源組成。

       探測(cè)器的結(jié)構(gòu)從上到下有6層：

       ①保護(hù)層：以鋁板或碳板為上層面板，起到固定和保護(hù)的作用。

       ②反射層：反射層是一層白色的反光膜，作用是保證可見光在晶體內(nèi)形成全反射，以減少光能損失，提高X線利用率。

       ③閃爍晶體層：CsI閃爍體層的厚度為400～500μm，其輸出開口界面緊密地覆蓋在微電極板表面。CsI閃爍體層的作用是吸收X線并將X線能量轉(zhuǎn)換為熒光。

       ④探測(cè)元陣列層：根據(jù)使用需要，制作成不同面積的非晶硅光電二極管像素矩陣，矩陣上的每個(gè)光電二極管與TFT原件作為一個(gè)像素單元。探測(cè)器陣列的作用是捕獲可見熒光并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

       ⑤信號(hào)處理電路層：采集信號(hào)讀出電路由放大器、多路A/D轉(zhuǎn)換器和相應(yīng)控制電路等組成。信號(hào)處理電路讀出每個(gè)像素產(chǎn)生的電信號(hào)，并量化為數(shù)字信號(hào)，傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

       ⑥支撐層：玻璃板基板為支撐層，起支撐和保護(hù)作用。

       (2)非晶硒平板探測(cè)器 非晶硒平板探測(cè)器與非晶硅平板探測(cè)器一樣也為多層結(jié)構(gòu)，所不同的是非晶硒平板探測(cè)器沒有熒光轉(zhuǎn)換層。它的X線交互層是由光導(dǎo)半導(dǎo)體（photo-conductor）材料構(gòu)成，目前常用的材料有非晶硒（a-Se）、碲砷鎘（CeZnTe）、碘化鉛（PbI）和碘化汞（HgI），已經(jīng)商品化的探測(cè)器都是采用非晶硒。利用光導(dǎo)半導(dǎo)體材料俘獲入射的X線光子，直接將接收到的X線轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由二維排列的薄膜晶體管TFT陣列將產(chǎn)生的電信號(hào)讀出即可獲得數(shù)字化的X射線影像，這種工作方式最大優(yōu)點(diǎn)是完全克服了在非直接轉(zhuǎn)換DR探測(cè)器中存在有增感屏或閃爍體中的光線散射造成的圖像模糊效應(yīng)，有非常高的空間分辨率。

       (3)CCD型X線探測(cè)器：電荷耦合器件（charge coupled device，CCD）是一種模擬信號(hào)累積型圖像傳感器，其基本結(jié)構(gòu)是MOS光敏元陣列和讀出移位寄存器。采用CCD器件作為DR探測(cè)器，其組件由大面積CsI晶體平板、反射鏡面/透鏡、定焦鏡頭、CCD芯片和相應(yīng)配套的電子線路等構(gòu)成。目前，CCD型DR主要有多塊CCD和單塊CCD兩種探測(cè)器。

       3.攝影架/床單元 攝影架依其機(jī)械結(jié)構(gòu)類型有島嶼式，天吊（懸吊）式，U 形臂式，C形臂式等，每一種類型都賦予了特定的空間運(yùn)動(dòng)自由度。

       根據(jù)臨床使用特點(diǎn)和用途，DR攝影架常有多種組合模式：立柱式X線管組件支架+立柱式;懸吊式X線管組件支架+立柱式是;懸吊式X線管組件支架+可升降浮動(dòng)平床+立柱式;組合可旋轉(zhuǎn)U形臂，單懸吊式X線管組件支架+可移動(dòng)支撐立柱+專用可升降浮動(dòng)平床;雙懸吊支架+專用可升降的浮動(dòng)平床等。

       探測(cè)器與攝影架存在兩種組合模式，可為固定式，也可為移動(dòng)式（有線方式和無線方式）。

       4.信息/圖像處理單元 是一個(gè)數(shù)字處理終端，具有獲取病人信息、顯示圖像、處理圖像、發(fā)送圖像、存儲(chǔ)圖像、膠片打印、質(zhì)量控制等功能。 

      (三)DR優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)

       1.工作流程快

       X線曝光后幾秒即可顯示出數(shù)字化 X線圖像，整個(gè)攝影流程在15～20秒內(nèi)完成，且探測(cè)器工作性能穩(wěn)定，適合大流通量檢查。

       2.信號(hào)損傷少

       X線直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，減少了中間環(huán)節(jié)。且X線曝光時(shí)間一般僅為數(shù)毫秒，與普通屏/片攝影系統(tǒng)相比，其偽影幾乎可以忽略不計(jì)。

       3.圖像失真小 平板探測(cè)器覆蓋野大（43cm×35cm或43cm×43cm），照射野與信息采集野比為1：1，影像區(qū)域沒有光學(xué)縮微造成的幾何失真，影像的空間位置真實(shí)。

       4.輻射劑量低 平板探測(cè)器具有高量子探測(cè)效率，需要的攝影條件低，對(duì)病人是一種保護(hù)。

       5.圖像動(dòng)態(tài)范圍寬 圖像具有12bit以上灰階深度，寬動(dòng)態(tài)范圍為各種圖像后處理技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，特別是對(duì)低劑量的X線的探測(cè)能力，對(duì)病變的早期診斷有重要的臨床意義。

       6.可動(dòng)態(tài)觀察

       高幀速，快速的圖像刷新能力使平板探測(cè)器可以達(dá)到5f/s以上的采集速率，為圖像的動(dòng)態(tài)采集（如平板DSA）提供了保證。

       主要不足：

       1.對(duì)環(huán)境條件（溫度，濕度）要求較高，容易造成不可逆的損壞，且損壞探測(cè)器不容易維修，維護(hù)成本高。

       2.信號(hào)有丟失，探測(cè)器填充系數(shù)不高，資料顯示有10%～40%的原始信息丟失。有的為拼板（不完整的Csl層）板拼接處有信號(hào)丟失。

       3.高頻信號(hào)采集能力較差。

       4.探測(cè)器暴露在X線下，抗射線損壞的能力較差。

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