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奥影科普 | X射线检测设备的核心部件—探测器

奥影CT

2024/07/19 10:58

阅读：2

探测器是X射线检测设备中的核心部件之一，是成像的必要组成部分。从过去传统应用的X射线胶片，到如今数字化图像的广泛普及，射线检测技术经历了模拟成像技术和数字成像技术两个阶段。数字成像技术的出现，特别是数字平板探测器的广泛应用，极大地推动了射线检测技术的数字化进程。

一、探测器的作用

我们知道，X射线是一种不可见光，而探测器的主要作用就是将不可见的X射线转化为可见的图像，以便人们能够直观地观察和分析物体内部结构。它通过感应穿过物体的X射线强度，并根据不同部位X射线的强度差异，以黑白值（灰度等级值）的形式呈现出物体内部的详细图像。

二、常见数字探测器

在结构和应用场景上区分，数字化X射线探测器可以分为线阵探测器和（面阵）平板探测器。

平板数字探测器

平板数字探测器，也被称为面阵探测器，是目前数字化X射线成像系统中应用较为广泛的一种类型。它采用大面积的半导体材料，通过闪烁体和光电二极管阵列等结构，将X射线转换为可见光，再转换为电信号，最后形成数字图像。

平板探测器采用全像式（全面辐射）探测，X射线从不同方向通过被检测物体，探测器可以接收整个扫描范围内的信号。

线阵数字探测器

线阵探测器是由多个探测单元排列在一条直线上的小型探测器，形成一个线性阵列。线阵探测器是采用逐点扫描（点射线）的方式捕获图像，线阵中的探测器逐个扫描被检测物体，形成点射线的方式进行检测。

线阵列探测器与平板探测器在结构上的不同，使得其成像散射小、具有较高的对比度灵敏度和空间分辨率。但线阵探测器具有对机械传动要求更高，成像速度慢，检测效率较低，射线剂量要求较高等方面的问题。

值得一提的是，除了平板探测器、线阵探测器以外，为了追求更高的（纳米级）空间分辨率，演化出利用光学放大物镜耦合的探测器组件，这类组件由闪烁体、光学镜头和高分辨CCD相机组成。是通过光学物镜，对X射线激发闪烁体产生的可见光图像进行二次放大，再通过CCD相机采集可见光型号，从而实现更高分辨的成像。必然导致光耦和物镜探测器系统的检测效率大幅降低，适用场景也相对有限。

三、平板数字探测器

作为应用很广泛的平板探测器，在成像方式上又可以分为几种主要类型，包括：

非晶硅平板数字探测器

非晶硅（A-Si）平板数字探测器其实也是间接数字化X线成像。其表面是一层闪烁体材料（如碘化铯或硫氧化钆），当X射线穿过物体并击中闪烁体时，会转化为可见光图像。可见光图像的下一层非晶硅光电二极管阵列将其转化为电信号图像，随后，对电信号逐行取样转换为数字信号，然后传给计算机构成X射线数字图像。

优点：

1.CsI晶体针状结构，极大地提高了光电转化效率；

2.X射线图像灰度值分辨率和黑白对比度更强；

3.非晶硅阵列采用的是并联电路，单像素坏点不影响整板的正常工作；

4.产品寿命和扫描效率方面会相对更优一些。

缺点：

当检测系统的几何放大倍数不足时，由于单个像素尺寸大约为100μm，微小的缺陷可能无法在一个像素点上形成足够的成像，从而导致这些缺陷无法被成功检测到。

CMOS平板数字探测器

CMOS平板数字探测器结合了CMOS集成电路技术与X射线成像技术。它首先通过荧光材料，将X射线转换为可见光图像，可见光图像下的一层CMOS感光成像器件将光信号转换为电信号。对电信号逐行取样转换为数字信号，然后传给计算机构成X射线数字图像。

优点：

1.像素小到50μm~70μm，可以帮助提高系统最小缺陷检测能力；

2.图像在探测器寿命初期锐利度高，视觉效果较佳。

缺点：

1.CMOS结构的光电转化效率低；

2.像素小，必然会导致探测器信噪比低，图像灰度值和黑白对比度差；

3.CMOS光电二极管阵列电路是串联电路，图像上容易出现黑色死线；

4.X射线长时间照射下老化快，寿命短。

CCD探测器

CCD探测器的结构主要是由17英寸x17英寸的闪烁屏，反射镜面，镜头和CCD感光芯片构成。其原理是闪烁屏经X射线曝光后，将X射线光子转换成可见光，可见光被反射镜面反射，然后通过镜头聚焦将可见光投射到CCD芯片上，CCD芯片再将可见光转换成电信号，最终获得数字化图像，CCD探测器的DR属于间接能量转换方式。

CCD探测器相较于非晶硅平板探测器来说成像质量要差一些。且感光灵敏度不高，光电转换效率往往低于30%。但是随着CCD成像感光器件的技术不断行不和提高，CCD探测器的图像质量也在逐步发展提高。过去比较高昂的成本也在不断地降低。