射线数字成像技术
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2.2 探测器的名词术语

1.图像增强器(I.I)

图像增强器是一种能够将不可见的X射线转换成可见光图像,并能增强输出图像亮度的电真空装置。它由输入屏组件、电子光学系统和输出荧光屏组成。X射线图像增强器工作时,X射线通过受检物体后照射到X射线图像增强器的CsI:Na屏上,使该屏发出微弱光亮,由于受检物体各部分吸收X射线的剂量不同,在CsI:Na屏上就出现与此相应的强度分布不等的微弱光图像。此图像照射到与其紧贴的光电阴极上,激发光电阴极产生密度分布与该图像亮度分布对应的光电子,光电子被聚焦、加速后投射到输出屏上,就得到尺寸缩小而亮度增强的可见光图像。图像增强器是一种非线性成像系统,动态范围小,图像信噪比较低。

2.数字探测器阵列(DDA)

数字探测器阵列是一种将射线转换为分离的、成阵列化排列的、大小与所在区域曝光量成比例的模拟信号,并经过数字化转换后可传送到计算机系统进行显示的电子装置。DDA探测器是可输出数字图像的射线探测器的总称。射线转换可使用闪烁体材料首先转化为可见光,然后利用图像传感器转化为模拟信号,也可使用光电材料直接转化为模拟信号。数字探测器阵列可以经过数秒曝光产生一幅图像,也可在每秒产生数帧实时图像。

3.线阵列探测器(LDA)

线阵列探测器是一种将射线转换为分离的、成单行排列的、大小与所在区域射线强度成正比的模拟信号,并经过数字化转换后可传送到计算机系统进行显示的电子装置。线阵列探测器每帧只输出一行的图像数据,需要受检物体与射线源-探测器做相对运动才能生成完整的受检物体检测图像。线阵列探测器具有非常高的帧速,常用于检测速度较高的场合。

4.多线阵列探测器(Multi LDA)

多线阵列探测器也称TDI(时间延迟积分)探测器,是一种将多行输出信号在内部进行积分后作为单行信号输出的线阵列探测器。多线阵列探测器每帧也只输出一行的图像数据,需要受检物体与射线源-探测器做相对平移运动才能生成完整的受检物体检测图像。相比单行线阵列探测器,多线阵列探测器可以提高检测速度、减小曝光量和提高图像信噪比。

5.面阵列探测器(FPD)

面阵列探测器俗称平板探测器,采用在玻璃基底上制作TFT阵列的加工技术,是DDA探测器的典型结构,常用于射线数字照相(DR)、锥束CT成像,也可以在具有相对运动速度下进行实时成像检测(RTR)。

6.非晶硅探测器(a-Si FPD)

非晶硅探测器是一种以图像传感器(image sensors)的制造技术来命名的射线探测器。这种探测器的图像传感器是在玻璃基板上制成的,其中像素与数据线的开关使用了非晶硅薄膜晶体管(a-Si:H TFT)制造技术。使用发光闪烁体与非晶硅图像传感器配合结构的探测器称为间接转换探测器;使用非晶硒等光电材料薄膜与非晶硅图像传感器配合结构的探测器称为直接转换探测器。目前,大面阵射线探测器大多数采用非晶硅薄膜晶体管制造技术。

7.非晶硒探测器(a-Se FPD)

非晶硒探测器是一种以射线光电转换屏材料来命名的射线探测器。该探测器使用非晶硒薄膜直接将射线转化为电信号然后由图像传感器进行阵列化处理和信号分割。

8.DDA有效区域

DDA有效区域是探测器制造商推荐的可用于成像的区域尺寸和位置。

9.探测器动态范围

探测器动态范围是探测器接近满幅灰度值时的最大曝光量与开始响应时的最小曝光量之比。探测器动态范围表示了有效响应时的曝光量变化范围,该范围越宽、比值越大,探测器的动态范围也越高。

10.像素(pixel)

像素是探测器成像的最小独立单元,也可称为像元。探测器像素主要由光电感应传感器、电容器、TFT薄膜开关和行/列分布的数据线等组成。

11.填充系数

填充系数是像素的光电感应区面积占像素总面积的百分比。一般而言,在相同像素尺寸条件下,填充系数越大,图像信噪比越高。由于受制造工艺的限制,像素尺寸越小,填充系数越低,探测器动态范围和信噪比会有所降低。

12.像素尺寸(pixel size)

单位长度与其排列的像素总数之比记为像素尺寸。例如:某探测器在长度205mm内排列有1024个像素,则像素尺寸为200μm。对于面阵列探测器,像素的宽度和高度相等,呈正方形;许多线阵列探测器(尤其是CT用探测器)一般像素的高度大于宽度。

13.像素中心距(pixel pitch)

像素中心距是指水平(或垂直)排列的相邻两个像素的中心位置距离,数值上等于像素尺寸。

14.坏像素

坏像素是指其响应偏离正常像素特性范围的像素,包括孤立坏像素和集群坏像素。

在3mm×3mm邻域内,如果像素邻域内完好像素少于5个,则称为集群核像素(CKP)。如果集群坏像素中没有集群核像素,则坏像素是可以校正的,称为非相关型的集群坏像素。如果集群坏像素中存在集群核像素,可称为相关型的集群坏像素。

15.坏像素校正

坏像素校正是利用插值法对坏像素灰度值进行重置的一种软件处理方法。

16.灰度等级(grey scale)

灰度等级是指探测器像素对应的灰度值变化范围,一般用2n来表示。灰度等级是由探测器A-D(模数转换器)的位数来决定的。例如,如果采用的A-D转换器是16bit,则探测器的灰度等级为216=65536,像素灰度值的变化范围为0~65535。

17.灰度值(GV)

灰度值是DDA图像中像素点所对应灰度的数值。与像素值、探测器响应值、模数转换值或探测器信号具有相同的含义。

18.饱和灰度值

饱和灰度值是DDA能够达到的最大灰度值,或称为满幅值。

19.帧速(fps)

帧速是探测器每秒所能输出的图像帧数。

20.本底图像(offset image)

本底图像是在无射线照射条件下采集的DDA探测器的输出图像。本底图像反映了探测器电子噪声的大小。

21.增益图像(gain image)

增益图像是没有受检物体时,在不同曝光量条件采集的用于DDA探测器校正的序列化图像。

22.探测器校正

探测器校正是对DDA本底信号、非一致性响应、读出电路结构差异和射线辐射场不均匀性等进行灰度值修正的方法。

23.探测器基本空间分辨率(,或探测器iSRb

在近似于无几何放大的条件下,利用二次曲线拟合法计算得到的探测器基本空间分辨率,表示探测器可处理的最小几何尺寸。为了便于使用,经常简单表示为SRb,但须注明是探测器基本空间分辨率还是图像基本空间分辨率,二者具有不同的含义。

24.探测器归一化信噪比(dSNRn

探测器归一化信噪比是射线束中除滤板外没有任何受检物体时,根据减影图像计算的信噪比被探测器基本空间分辨率归一化处理后的值。在特定的测试条件下,探测器归一化信噪比可以用于探测器分级或不同探测器之间的性能评估。

25.探测器效率

探测器效率是探测器吸收1mGy的射线剂量时所达到的归一化信噪比(dSNRn)。探测器效率表示了不同能量和射线质量条件下探测器的响应,吸收效率越高,探测器效率越高。

26.吸收效率

吸收效率是指探测器吸收(阻止)射线光子的能力,用吸收的光子数量与入射的光子数量之比来表示。主要取决于探测器转换屏材料、密度和厚度。

27.转换效率

转换效率是指探测器将射线能量转换为可见光子(或电荷)的能力,用可见光子总能量与吸收的射线光子能量之比来表示。根据能量守恒定律,在理论上探测器吸收具有一定能量的射线光子后,会转化为具有一定数量的可见光子,这些可见光子的能量总和与射线光子的能量相等。

探测器转换效率越高,达到相同图像灰度值所需的曝光量越小,信噪比越低。探测器的高转换效率意味着低曝光量需求,适合制造医疗诊断探测器。

28.特定材料厚度范围(SMTR)

特定材料厚度范围也称为特定材料检测时的厚度宽容度,指达到规定图像质量的材料厚度范围。该范围的确定方法是:当较薄的厚度区域灰度值达到满幅值的80%左右时,如果要求达到2%灵敏度,较厚区域的归一化信噪比(SNRn)达到130;对于1%灵敏度要求,较厚区域的信噪比(SNRn)达到250。但是这并不意味着当信噪比达到130或250时就一定可以获得2%、1%的灵敏度,它只是分别给出了一般的图像质量和较高图像质量的参照值。

29.图像延迟(image lag)

图像延迟是指曝光结束后,短时间内DDA出现的残留信号大小。

30.残影(burn-in)

残影是指曝光结束后,由于闪烁体材料增益变化引起的长时间内仍然残留在DDA的信号大小。

31.内部散射线(ISR)

内部散射线是指探测器内部的散射线。探测器内部散射线容易引起图像的不清晰度下降。

32.固有不清晰度(Ui

固有不清晰度是探测器基本空间分辨率的另一种表示方法,二者存在的换算关系为:

33.探测器特性曲线(dSNRn—剂量平方根)

探测器特性曲线是探测器归一化信噪比与剂量平方根的关系曲线,用于表示不同剂量时探测器的响应。

探测器特性曲线类似于胶片系统的特性曲线,但尤其要注意的是,胶片系统特性曲线是使用D-lgK曲线来绘制的,即光学密度与剂量的对数关系。

34.DDA系统分级

DDA系统分级是指利用不同级别的胶片系统所对应的归一化信噪比值来对DDA进行分级。如果DDA在吸收一定辐射剂量后达到了胶片系统在净密度D为2.0时的归一化信噪比值,则视为探测器在该曝光条件下与该胶片系统具有相同的细节检出能力。