一文看懂各類X射線探測器的區(qū)別
在中國的醫(yī)療器械市場上,醫(yī)療影像設(shè)備占據(jù)著絕對的大頭。而在眾多的醫(yī)療影像設(shè)備中,X射線探測器又占據(jù)著相當大的份額。X射線探測器是CT影像設(shè)備的核心,可以將X射線轉(zhuǎn)換成電信號并最終通過圖像顯示出來。X射線探測器不僅可以用于醫(yī)用領(lǐng)域?qū)颊叩纳眢w狀況進行透視檢查,也可以用于工業(yè)領(lǐng)域進行損傷檢查。根據(jù)統(tǒng)計,在2018年,全世界X射線探測器的市場規(guī)模達到了20億美元,其中醫(yī)用X射線探測器占了市場的三分之二。不過,近兩年來,工業(yè)安防上使用X射線探測器的份額正在逐年增加,未來發(fā)展的潛力也越來越凸顯。
X射線探測器的分類
X射線探測器從上個世紀發(fā)展至今,經(jīng)歷了模擬圖像階段、間接數(shù)字化階段和直接數(shù)字化階段三個時期。在模擬圖像階段,X射線探測器主要通過膠片、增感屏來反映X射線的透視狀況,最后洗印出片。到上個世紀八十年代至新世紀之初,間接數(shù)字化階段的X射線探測器用一塊IP板成像,一次只能存儲一張圖片。最后在直接數(shù)字化階段,不僅存儲圖片的數(shù)量不再受限,成像的速度和質(zhì)量都得到了質(zhì)的飛躍。
X射線探測器的工作原理基本都是把X射線的光信號轉(zhuǎn)換為電信號,通過計算投在顯示屏上的電荷量來計算所捕獲到的光子數(shù)量,而計算電荷量進而計算光子量的方式有兩種,根據(jù)方式的不同可以分為積分式探測器和單光子計數(shù)式探測器。顧名思義,前者是用積分的方式計算,后者是直接計算一個個光子的數(shù)量。后者相比前者,擁有空間分辨率高、具有能量分辨能力和噪聲/能量比較器、接近理想的寬線性范圍、高對比度和可直接探測等優(yōu)點。但目前市面上主流的X射線探測器依然是積分式探測器。
現(xiàn)有的X射線探測器幾乎都是由一個把X射線的光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光電二極管和一個接收電信號并成像的裝置組成,根據(jù)后者的工作原理不同大致上目前可以分成三個種類:CCD(電荷耦合器件)、TFT(平板薄膜晶體管)和IGZO(銦鎵鋅氧化物)三個種類。CCD技術(shù)最早,成本也最低。TFT比較晚,是目前的主流應(yīng)用技術(shù)。IGZO是最晚出現(xiàn)的新技術(shù),也就在近幾年才強勢進入市場。而從光電二極管的工作原理上分,又可以分為非晶硅(a-Si)探測器、互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)/單晶硅探測器、非晶硒探測器和碲化鎘/碲鋅鎘(CdTe/CZT)探測器等。下面就據(jù)以上分類分別介紹每種探測器的原理和優(yōu)劣。
CCD探測器
CCD探測器是以閃爍體或熒光體加光學(xué)鏡頭再加CCD構(gòu)成,閃爍體的作用是將X射線轉(zhuǎn)換成可見光,再把轉(zhuǎn)換出的可見光通過CCD轉(zhuǎn)換成電信號,最終成像。因為不是直接把X射線轉(zhuǎn)換成電信號,所以CCD探測器嚴格意義上不是直接數(shù)字化攝影,而是間接數(shù)字化攝影。
相比于采用TFT陣列開關(guān)的探測器,CCD探測器工作不需要很嚴格的低溫環(huán)境,對溫度適應(yīng)度更廣,而且儀器運輸過程中更震動對其損傷也小,并且TFT在X射線的輻射下會產(chǎn)生不可逆的損傷,維護成本更高。但CCD探測器轉(zhuǎn)換效率相對更低,并且CCD面積難以做大,在大尺寸X射線探測器上,用TFT陣列開關(guān)更多。

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