中图分类号： TN 321⁺.6文献标识码： B

文章编号：1004-4337(2000)04-0342-02

虽然基于非离子辐射的成像方法(如超声成像、核磁共振成像)发展很快，但是X-射线仍是大多数放射科成像的主要手段。数电技术及制造工艺的发展促进了医用X-射线数字的检测器的设计和制造，理想的X-射线系统是一个能在减少射线辐射剂量的情况下完成所有成像要求的数字平板系统，该系统在患者照射X-射线后立即在监示器显示屏上提供高质量的图像，完成实时成像。数字图像的读出方法有两种：一种称之为直接方法，另一种称之为间接方法。

1X-射线数字检测器简介

传统X-射线成像方法含有很多模拟技术，与之相比，数字X-射线成像(如图1所示)的优点在于：① 它可以应用图像处理技术提高图像的质量；② 它能使医院内部图像网络实现远程传输，使医生能借助计算机辅助进行实时及远程诊断。

图1数字X-射线系统

数字探测器是一个大面积的平板装置，它是用一个或多个层面来吸收X—射线并将X-射线能量转化为电荷，然后由一个有效矩阵(大面积的集成电路)通过自扫描的方式将电荷图像以数字形式读出。这种基于有效矩阵的电荷读取有两种方法：一种称之为直接方法，它是用非晶状硒(α-Se)组成的光电导体层去直接检测X-射线，在α-Se表面形成的图像电荷由一个二维的薄膜晶体管阵列(TFTS)即有效矩阵以数字形式读取；第二种方法为间接方法，它是用有效矩阵去读荧光物质层，荧光层在与X-射线相互作用后发出的荧光被有效矩阵中的光电二极管检测到。

2自扫描读取检测方法

X-射线传感方法有三种：即粉末状的荧光层、结构化荧光层和光电导体层。在粉末状的荧光层中光的扩散依荧光层厚度不同而形成直径不同的斑点，也就是说荧光层越厚，图像越模糊(普通X-射线检测常用这种方法)。结构化的荧光质(如 CsI)组成的光导纤维束虽可减少模糊程度，但是，纤维因破裂产生缝隙使得光的导通并不完美。而光电导体层则不同，X-射线与光电导体相互作用产生电子和空穴，电荷在电场作用下到达导体表面(见图2)，因此，既使导体层足够厚，光电导体表面的电荷图像不会模糊，通过自扫描方式检测到的光电导体层表面的电荷图像的质量得以保证。

图2光电导体层

所谓自扫描读取即图像的生成和读出都在同一个平面上进行。图像生成和读取的检测器为一种简单、适用的电路有效矩阵。该电路采用比高纯硅更便宜的玻璃作衬底物质，电路中最常用的半导体是非晶状氢化硅(α-Si:H)。有效矩阵的主要部位是薄膜晶体管(TFT，如图3所示)，TFT的控制电极是绝缘栅极，当栅极为负时，TFT的源极和漏极之间不导通，改变栅极的极性在栅极的下面产生传导性通道。

图3薄膜晶体管(TFT)

用于显示器或传感器的有效阵列的扫描过程是通过一排通用的门电路同时打开TFT的一排门而实现的。从与每一行及每一列相连的数据线上产生及读取电荷，一但一行读取完毕，门电路就关闭这一行中所有的TFT，直至所有的阵列。

图4平板系统有效矩阵直接读出系统

有效矩阵检测的直接方法如图4所示。在X-射线照射过程中，X-射线的能量被光电导体层吸收变转换成电荷，产生的电荷在内电场作用下到达导体表面，图像的电荷被像素点电极收集并储存在像素点电容器中，像素点电极及电容器与每一个像素点的TFT开关相连。读取时，扫描控制电路产生脉冲打开阵列第一排中所有TFT开关，电荷从像素点电容器传输到读取电极，这一过程不断重复，直到全部矩阵读取完毕，电信号经与读取电极相连的放大电路放大后多路输出到A/D转换器，生成整幅数字图像。

3结论

由于X-射线换能器是静电装置，因此光电导体层直接方法比用其它方法所得到的X-射线图像分辨率高，制作要求比间接方法简单。首先，直接方法只需一个均匀的光电导体层而不是结构化的CsI层；其次，由于X-射线直接在光电导体层中转换成电荷，这就省去了间接方法中每一个像素点所需的光电二极管从而使有效矩阵简单许多。数字X-射线线检测器的重要部分是电子平板传感器，它通过自扫描方式能完成X—射线数字成像及实时成像。

参考文献

1，康华光主编.电子技术基础.高等教育出版社.

2，J.A.Rowlands，“ Current Advaces Future Trends in X-Ray Digital Detectors for Medical Applications” Proc.IEEE Vol.47, No 6,1998.

3，M.J.Yaffe and J.A.Rowlands, “ X-ray detectors for digital radiology” Phy.Med Biol. Vol 42,1997.

4，J.A.Rowlands，“ Imaging with amorphous selenium”

Aer.J.Roent genealogy. Vol 167,1996.

5，高上凯编著.医学成像系统.清华大学出版社.

收稿日期：2000-01-05