探测器DQE

对于同一种平板探测器 , 在不同的空间分辨率时 , 其 DQ E是变化的 ; 极限的 DQE 高 , 不等于在任何空间分辨率时 DQ E都高 。DQ E 的计算公式如下 :

DQE =S 2 ×M F T 2 /N SP ×X ×C

S : 信号平均强度 ; M T F : 调制传递函数 ; X : X 线曝光强度 ; NPS : 系统噪声功率谱 ; C : X 线量子系数

从计算公式中我们可以看到 , 在不同的 M TF 值中对应不同的 DQE , 也就是说在不同的空间分辨率时有不同的 DQE 。间接转换平板探测器的极限 DQ E 比较高 , 但是随着空间分辨率的提高 , 其 DQE 下降得较多 ;而直接转换平板探测器的极限 DQE 不如间接转换平板探测器的极限 DQ E 高 , 但是随着空间分辨率的提高 , 其 DQ E 下降比较平缓 , 在高空间分辨率时 , DQE 反而超过了间接转换的平板探测器 。这种特性说明间接平板探测器在区分组织密度差异的能力较强 ; 而直接转换的平板探测器在区分细微结构差异的能力较高 。

评价平板探测器成像质量的性能指标主要有两个 : 量子探测效率 ( Detective Q uantum E fficiency , DQE)和空间分辨率 。 DQ E 决定了平板探测器对不同组织密度差异的分辨能力 ;而空间分辨率决定了对组织细微结构的分辨能力 。考察 DQ E和空间分辨率可以评估平板探测器的成像能力 。

在间接转换的平板探测器中 , 影响 DQE 的因素主要有两个方面 : 闪烁体的涂层和将可见光转换成电信号的晶体管 。

首先闪烁体涂层的材料和工艺影响了 X 线转换成可见光的能力 , 因此对 DQ E 会产生影响 。目前常见的闪烁体涂层材料有两种 : 碘化铯 (C sI ) 和硫氧化钆 (Gd2O 2S )。 碘化铯将 X线转换成可见光的能力比硫氧化钆强但成本比较高 ; 将碘化铯加工成柱状结构 , 可以进一步提高捕获 X 线的能力 , 并减少散射光 。使用硫氧化钆做涂层的探测器成像速度快 , 性能稳定 , 成本较低 , 但是转换效率不如碘化铯涂层高 。

其次将闪烁体产生的可见光转换成电信号的方式也会对DQ E 产生影响 。在碘化铯 ( 或者硫氧化钆) +薄膜晶体管( T FT)这种结构的平板探测器中, 由于 TF T 的阵列可以做成与闪烁体涂层的面积一样大 , 因此可见光不需要经过透镜折射就可以投射到 TF T 上 , 中间没有可以光子损失 , 因此 DQE 也比较高 ; 在碘化铯 (CsI )+CCD( 或者 CM OS) 这种结构的平板探测器中 , 由于 C CD( 或者 C M OS)的面积不能做到与闪烁体涂层一样大 , 所以需要经过光学系统折射 、反射后才能将全部影像投照到 C CD( 或者 C M OS)上 , 这过程使光子产生了损耗 , 因此 DQE 比较低 。

直接转换平板探测器中 , X 线转换成电信号完全依赖于非晶硒层产生的电子空穴对, DQ E 的高低取决于非晶硒层产生电荷能力 。总的说来 ,C sI +T FT 这种结构的间接转换平板探测器的极限 DQE 高于 a -Se 直接转换平板探测器的极限DQ E 。

在直接转换平板探测器中 , 由于没有可见光的产生 , 不发生散射 , 空间分辨率取决于单位面积内薄膜晶体管矩阵大小 。矩阵越大薄膜晶体管的个数越多 , 空间分辨率越高 , 随着工艺的提高可以做到很高的空间分辨率 。

在间接转换的平板探测器中 , 由于可见光的产生 , 存在散射现象 , 空间分辨率不仅仅取决于单位面积内薄膜晶体管矩阵大小 , 而且还取决于对散射光的控制技术 。总的说来 ,间接转换平板探测器的空间分辨率不如直接转换平板探测器的空间分辨率高 。

判断平板探测器图像质量的好坏，通常用调制传递函数(MTF)和量子转换效率(DQE)来衡量。MTF和DQE值高则表明该平板探测器产生的图像质量能够达到较好的空间分辨率和密度分辨率 。

影响平板探测器DQE的因素:量子探测效率(DQE)是一种对成像系统信号和噪声从输入到输出的传输能力的表达，以百分比表示。DQE反映的是平板探测器的灵敏度、噪声、X线剂量和密度分辨率。在非晶硅平板探测器中，影响DQE的因素主要有两个方面:闪烁体的涂层和将可见光转换成电信号的晶体管 。

首先闪烁体涂层的材料和工艺影响了X线转换成可见光的能力，所以对DQE会产生影响。目前常见的闪烁体涂层材料有两种:碘化铯和硫氧化钆。碘化铯将X线转换成可见光的能力比硫氧化钆强但成本比较高;将碘化铯加工成柱状结构，可以进一步提高捕获X线的能力，并减少散射光。使用硫氧化钆做涂层的探测器成像速率快，性能稳定，成本较低，但是转换效率不如碘化铯涂层高。其次将闪烁体产生的可见光转换成电信号的方式也会对DQE产生影响。在碘化铯(或者硫氧化钆) 薄膜晶体管(TFT)这种结构的平板探测器中，因为TFT的阵列可以做成与闪烁体涂层的面积一样大，所以可见光不需要经过透镜折射就可以投射到TFT上，中间没有光子损失，所以DQE也比较高;在非晶硒平板探测器中，X线转换成电信号完全依赖于非晶硒层产生的电子空穴对，DQE的高低取决于非晶硒层产生电荷能力。总的说来，CsI TFT这种结构的间接转换平板探测器的极限DQE高于a-Se直接转换平板探测器的极限DQE。

对于同一种平板探测器，在不同的空间分辨率时，其DQE是变化的;极限的DQE高，不等于在任何空间分辨率时DQE都高。DQE的计算公式如下:DQE=S2×MFT2/NSP×X×C

S:信号平均强度;MTF:调制传递函数;X:X线曝光强度;NPS:系统噪声功率谱;C:X线量子系数从计算公式中我们可以看到，在不同的MTF值中对应不同的DQE，也就是说在不同的空间分辨率时有不同的DQE 。

调制传递函数对图像质量的影响

调制传递函数(MTF)是描述系统再现成像物体空间频率范围的能力。理想的成像系统要求100%再现成像物体细节，但现实中肯定存在不同程度的衰减，所以MTF始终<1，它说明成像系统不能把输入的影像全部再现出来，换句话说，凡是经过成像系统所获得的图像都不同程度损失了影像的对比度。MTF值越大，成像系统再现成像物体细节能力越强。系统的MTF是必须要测定的。要评价数字X线摄影系统的固有成像质量，必须计算出不受主观影响的、系统所固有的预采样MT F。

国际权威机构的测量结果表明，相比于非晶硅平板探测器，非晶硒平板探测器具有最优的MTF值，但空间分辨率增加时，非晶硅平板探测器的MTF迅速下降，而非晶硒平板探测器仍能保持较好的MTF值，这是与非晶硒平板探测器直接将入射的不可见X光光子直接转换为电信号的成像原理密切相关的 。