数字X线技术及其发展--数字X线成像系统(2)

         (二)X射线机的数字化探测器
         下面重点介绍不同探测器的构成及功能，探测器在X射线机系统中作用、比较评价以及探测器技术发展趋势。

         1.数字化X射线探测器构成及主要功能数字化X射线机的图像部分包括了探测器图像采集器、控制器和影像监视器三 部分。

         (1)探测器图像采集器。主要由探测器、探测器电源和保护结构等构成。探测器中或有X线灵敏单元对X线敏感，或有荧光屏可将X射绒转换为可见光，再由光灵敏单元剥可见光敏感，此灵敏单元的大小直接决定图像的空间分辨率。

         (2)控制器。控制器有图像采集控制器和系统控制器。图像采集控制器主要由计算机控制的探测器的采集电路获取数字图像；系统控制器是计算机系统，包括操作程 序、图像处理程序、图像存储、打印、网络管理程序等。

 

         (3)影像监视器。用来显示摄影图像，为诊断工作人员提供影像参考。 图2-6给出不同探测器的数字化实现过程，下面再分别介绍不同探测器构成。 
         2.影像增强器系统结合电荷耦台器件的探测器(Ⅱ+ CCD)电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)X射线成像是在X射线电视成像系统基础上发展过来的；X射线电视系统是影像增强器与电视系统技术组合而实现利用电视系统观察到X射线成像。它的基本工作原理是：利用影像增强器将不可见的X线转换为亮度很高的可见图像，再通过摄影机转换成电信号，经放大处理后用电缆输送到监视器（电视），由监视器显示出人体各部件的组织结构。 CCD探测器X射线成像技术则是影像增强器、电视技术、CCD技术组合在一起，实现数字X射线成像。其工作原理是把X线在荧光屏上产生的光信号由CCD探测器接收，然后将光倍号转换成电荷并经过系统处理后，形成数字X线幽像。这一技术的应 用，将X射线机成像技术带人数字化阶段。

         (l)Ⅱ+CCD的构成及其原理。影像增强器系统（imaging intensifier，Ⅱ）与CCD组 合的探测器(Ⅱ+ CCD)，是由于CCD摄像机的问世才得以实现。1990年以前国内外医用X线机电视系统几乎伞部采用传统的真空摄像管成像技术，直到1989年才将CCD技术应用到摄影系统中，1992年东芝公司将CCD摄影系统应用到X射线机l，由此改变了x射线机传统成像技术，使x射线实现数字化成像。影像增强器早被应用于工业上，后被成功地应用于医疗领域。

 

         图2-7示意出r影像增强器的工作原理：透 过人体的X线投射到输人荧光屏上，形成光子影像（实现x线一可见光转换），紧贴 荧光屏内侧的光电阴极各点按荧光的强弱程度产生数量不同的光电子（光电敖应），形成电子影像，光电子束被阳极正电位吸引，高速飞向阳极，在聚焦电极作用下输u{屏 前方形成缩小了的电子影像（倒像），其电子束射到输出荧光屏卜，在电子发光作用下 形成了荧光影像，此时其亮度比输入屏荧光影像的亮度增加了约数千至上万倍。 
         (2) Ⅱ+ CCD技术及应用。II+ CCD方式的数字化X摄影装置具有成本低、容易实现实时成像等突出的优点，但其在分辨率、信噪比、体积、患者剂量、电磁相容性等方面还存在着一些不足，在使用中需要经过较为专业的软件进行降噪、图像修正、去除残像等处理。图像的清晰度受限于影像增强器电视系统发出的频段。使用行频高的 (大于600)电视系统，得到图像的质量肯定高。但尺寸大、清晰度高的影像增强器价格昂贵。1992年底，东芝公司在一种称为DBA300A型的多功能消化系统诊视X线机中 采用了CCD摄像机，并采用了数字去噪技术。1994年起国外普遍使用CCD医用X线 电视设备，在500mA X线机、300mA X线机、C臂机和移动式X线机上几乎全部采用 CCD摄像机，同时它们都采用r数字去噪技术，发展异常迅速。
         运用x线影像增强器的数字化系统被应用在心血管造影、数字减影血管造影术上，甚至用于定位测量。 在我国市场上，从1993年起也出现了采用CCD摄像技术的X线机，但在数字去噪措施上与临床要求有着较大的差距，所以导致一部分人议为CCD摄像设备是一种技术水平低、价格相对便宜的低档次产品。近年来这一状况有所改观，CCD已基本完全 替代了原来II+真空管摄像头的方式。随着CCD医用X线电视设备的广泛应用，采用 数字去噪技术的CCD成像设备，其综合技术性能和图像质量已优于传统的真空摄像管式医用X线电视设备。它在医用X线影像增强电视系统中的应用，乃是一种具有更新 换代意义的技术进步和升级。可以预料，CCD成像设备将为影像医学的技术进步和发 展作出卓越贡献。

         3.计算机X线摄影系统(CR)
         计算机x射线摄影系统(components and imaging principle of computed radiography， CR)是光激励存储荧光体成像，也称为数字存储荧光体成像或数字化发光X线摄影。 CR成像系统主要是成像板(imaging plate，IP)研制成功而实现的。CR系统工作原理是以IP板为探测器，利用现有的X线设备进行X线信息的采集并经一系列数字化处理 来宾现成像。IP板探测是CR核心技术，主要生产厂家有富士、Agfa、柯达等公司。

         (1) CR及其原理。CR技术的发展是源于成像板技术的突破，数字荧光成像(dig— ital fluorescence，DF)是单的平片数字化技术，但由于其成像质位及信息含量远不如传统X线摄影而没有被推广发展。直到1981年日本富士胶片公司率先研制开发出口 板，解决了克服了数字荧光成像中的不足，从而使X射线机数字化得到进一步的发 展。CR系统实现了平片影像的数字化，其工作过程为透过被照体的x线由IP板（影 像板）吸收，再经读取装置读出IP板中储存的影像信息，通过计算机处理，再经过激光照相机成像或由存储装骨存储而直接在荧光屏显示影像。CR系统构成：影像板（口板）、影像阅读器、影像处理工作站、监视器、存储装置。按其作用可分为：信息采集 部分、信息转换部分、信息处理部分和信息储存及记录部分。CR系统的工作原理过程 如图2-8所示。

         (2) CR影像形成过程。为了理解CR的成像原理，需要先了解CR影像形成过程：

         ①成像板置于暗盒内，利用传统设备曝光，x线穿透被照体后与IP发生作用，形成潜影；

         ②港影经过激光扫描进行读取，口被激励后，以紫外线形式释放出存储的能量，这种现象叫光激励发光( PSL)；

         ③利用光电倍增管，将发射光转换成电信号；

         ④电信号在计算机屏幕上重建成可见影像，并根据诊断的特性要求进行影像的后处理。影像 读取过程完成后，IP的影像数据可通过施予强光来消除，这就使得IP可重复使用。直观的反映CR影像形成过程如图2-9。

         (3)技术与应用。CR系统的空间分辨力与口板尺寸相关，比相同感度的屏一片 系统要低，低密度分辨率与系统的灵敏度、照射量和信噪比有关。但CR系统探测器 的灵敏度可变化，因此拍片剂量的变化范围大，比如优化的CR系统其拍片剂量比400感度屏一片系统高2倍，这主要是CR系统的低吸收效率、系统本身的量子和电子噪声、潜影阅读器效率低造成的。另外需要注意的是为了提高CR系统的影像质量，使用中需要配合抗散射的滤线栅。 图2-10为胶片光密度与照射量关系曲线和PSl.相对发光强度与照射量关系曲线。 从图2-10中可以看出，CR系统的探测器灵敏度变化范围较大，随着IP影像板的反复使用，系统灵敏度也在下降，为了取得好的影像，在使用中多采用较大的拍片条件， 从而加重了受检者的照射剂量，这在当前以人为本的社会环境里是十分不足取的。

         CR的成本较低，目前，一块寿命为4万次的IP板约合一万元左右；CR的另一个 突出优点是其IP板与传统的X光机具有相容性，很多X光机不经改造即可使用IP板，这也是它可以普遍应用的重要原因。CR还具有灵敏度高、线性度好、动态范围大、宽容度大等优点。 但是CR的时间分辨率差不能满足动态器官的影像显示，空间分辩率也相对较低，在细微结构的显示上与常规X线屏片系统相比CR系统的空间分辨率有时显得不足， 曝光剂量偏高，临床应用表明，与常规屏一片系统相比，除了对信噪比要求不严格的摄影部位外要获得等同的影像质量，CR影像所需的曝光剂量要高出30%甚至更多，此外，CR的工作流程相对来讲较为复杂，灵敏度随时间而变化，这些都是它的不足。

         4.数字化X射线摄影系统(DR)
         DR是一个泛指的、广义的名词，它包括了各类数字化X射线摄影技术。单从DR这一名称，无法了解设备的技术和性能，并且常常会被由其带来的一些模糊概念所混 淆。因此应从技术的角度了解其技术基础和实现这一技术所采用的器件才能对设备有 正确的了解。各种数字化x射线技术的名称有着含义上的演化过程。CR出现得早，采用了一个非常响亮的名称，计算机X线摄影系统，后来出现的DR为了区别于CR采 用了数字化摄影系统的名称。
         此后又先后出现DDR，直译是直接数字化X线摄影系统，为的是强调其可将X线直接转化为电信号，而不似以往DR需要经过X线可见 光一电信号这样一个间接过程，为了区别，DDR的厂家还用间接DR (IDR)称谓后 者。针对线扫DR，面阵DR有时也被称之为平板DR。由于历史的原因，今天DR泛指平板DR。同样，从外形E讲CCD - DR并不是平板，但也有人称其为平板DR。此外，在业内还有其他的命名方式，如以输出电信号的器件进行命名，相应她有非晶硒DR、 非晶硅DR、CCD DR、CMOS DR等。
 

         以下介绍目前采用各类平板探测器，平板探测器中控制器和影像监视器大致相同，区别大的是图像采集器，这血是重点介绍的内容。 DR系统由不同的平板探测器技术突破而发展起来。DR也因使用不同的探测器分 为平板探测器DR、CCD探测器DR及线阵DR。其中平板探测器DR又分为直接数字化DR和间接数字化DR。直接数字化DR探测器采用：作品硒，其工作原理是利用非晶硒 的光电导性同，将X射线直接转换成电信号，形成直接数字化。间接数字化DR探测器采用非晶硅光电二极管阵列，它利用碘化铯( CsI)的特性，将人射后的X线光子转换成可见光，再由具有光电二极管作用的非晶硅阵列变为电信号，通过外围电路检出 及VD转换，而获得数字图像。
         CCD探测器将由CCD探测器接收X线在荧光屏上产生弧光信号，然后将光信号转换成电荷缝处理形成数字幽像。线阵扫描DR采用的是低 剂量X射线探测器(low dose digital radiographic device，LDRD)，LDRD探测器是一种狭缝式线阵扫描探测器，它分为多丝正比电离室、光电二极管和CCD/CMOS。其工作原 理是利用线阵探测器与X线管平行自上而下匀速移动，探测器将平面扇形入射后的X线逐行扫描，由紧贴荧光体的光电二极管把光能量转换为电信号，一行行的数字电信 号数据经过计算机处理，重建，就得到一幅二维平面数字图像。DR平板探测器已成为目前X射线机数字化发展的主流探测器，随着平板探测技术的日臻完善，未来DR将 成为数字化X射线机的主流机型。

         (l) CCD- DR（荧光板+光学系统+CCD>。CCD平面传感器成像方式是先把入射X线经闪烁器（如荧光屏）转换为可见光，经反光镜反射由组合镜头或由组合镜头直接耦合到CCD芯片上，由CCD芯片将可见光信号转换成电信号，再由计算机把电信号变为数字信号。CCD平面数字成像技术在20 世纪90年代中期就推人市场，是一种比较成熟的技术，但由于受诸多条件的限制，图像质量不理想、剂量较高。近年来，很多新技术的引入（如材料、结构、图像处理等），使该成像技术有了长足的进步，还出 现了用光纤替代组合镜头的CCD - DR。CCD平面数字成像技术主要有以下3个方面的改进和提高：其一是与碘化铯+非晶硅平板探测器一样．X线闪烁体采用了针状结构 的碘化铯(Y1：CsI或GdSO：Tb及CdSO：Eu)．减少了光散射，提高了图像的锐利度和清 晰度；其二是光学组合镜的改进，采用r航天高清晰高倍组合镜，有的还采用了Hub-ble望远镜技术，提高了灵敏度和可靠性；其三是采用充填系数为的CCD芯片， 像素尺寸减小（现有<100μm的）、接受面积增大，从而使获取的图像信噪比增加、分辨率提高。

         (1) CCD - DR构成及其原理。这类系统的成像与Ⅱ+ CCD有些相似，但在荧光板与 CCD之间省略丁影像增强器，采用了光学系统。荧光板的作用是将x射线转化光信号，光学系统将其汇集于CCD上，终CCD将光学信号再转换成电信号。该探测器系统独立成一个整体的部件这较之Ⅱ+ CCD的方式有所改进并更为方便。此类系统中荧 光板有碘化铯和硫氧化钆两种，光学系统有透镜和光纤两种，在透镜方式中为了避免 CCD受到射线辐射造成损坏，有些装置上还在光学系统中加入了反光镜，但新的技术已经可以使其不受损坏了。
         光纤方式的发展是为了克服透镜方式固有的缺陷，透镜方式对光通量的采集在空间上是有限的，这导致牲个系统需要加大辐射剂毋，为了弥 补这一不足，在基于光纤的CCD撩测器方面已经开展r不少有益的探索与研究，并获 得了较好的效果。图2 -ll，2-12分别是透镜成像和光纤方式成像原理示意图。

         2)技术与应用。CCD探测器的增感屏有碘化铯和硫氧化钆，探测区域通常在 35cm×43cm以上，像素矩阵高町达4000 × 4000，动态范围在14bit，像素在100 -170μm之间。 由于CCD的制作工艺限制，一块CCD的面积不会很大，否则将会使成本大大增加，因此CCD探测器通常要由几个CCD拼合而成，早先的探测器要由4个CCD组成， 现在已经减少到2个CCD，2004年加拿大IDC公司研制出1个CCD的产品，固有像素达到0.1mm。
         实际使用中CCD探测器需要较大的辐射剂量才能获得满意的图像，如像素0.2mm的CCD探测器，辐射剂量也比普通胶片X线机要高2-5倍。此外在成像过 程中还会有几何失真（透镜方式）等，图像的质量也逊色于平板DR。CCD探测器由于 其价格上的优势在中低端具有一定的市场。随着CCD技术的发展、成本的降低，CCD探测器还会有所发展，其中光纤方式被认为具有较好的前景。此外增感屏的发展也会 降低技术上的难度。 荧光板+光学系统+ CCD方式的X射线摄影装置较之DR具有价格便宜的优势，但也存在不足其成像质量、患者所用剂量较之DR要差。

         (2) CMOS平板探测器及其工作原理。CMOS（complimentary me[x]tal oxide semi - con-ductor．互补金属氧化物半导体）平面探测器也被应朋于X射线探测器中，其工作原理足：当X线穿过被照体时，形成强弱不同的X线束，该X线柬入射到探测器荧光层，产生与入射X线柬牛H对心的荧光。由光学系统将这些荧光耦合到CMOS芯片上。负责 光电转换的CMOS芯片将光信号转换成电信号，并将这些电信号储存起来，从而捕获 到所需要的图像信息。所捕获到的图像信息经放大与读出电路读出并送到图像处理系 统进行处理。 CMOS探测器的像素尺寸可以达到76μm，空间分辨率则可达到6.1LP/mm，是目前空间分辨率高的探测器。
         但CMOS探测器的成像速度比较慢，生成1幅预览图像需要10余秒，生成l幅能诊断图像从曝光到处理完成需要更民的时间，探测器有17"×17"等规格。CMOS探测器即可以用来替代CCD - DR中的CCD，也町以替代非晶硅DR中的非晶硅，还可以应用于线扫DR之中，但由于它的一些固有的弱点，因此在临床上的应用较为有限，目前发展此类技术的公司有CaresBuilt、Tradix公司等，而国内还没有这类数字摄影系统。

         (3)平板DR
         1)平板DR的产生。DR的研制，是在20世纪90年代后朔取得了突破性进展，出 现了多种类型的平面X线摄影探测器（flat panel detector，FPD），使DR技术实现成为现实。平板探测器DR技术的出现是医学X线摄影技术的又一次革命。DR较之CR具有更高的空间分辨率、更高的动态范围和量子检出率(detective quantum efficiency，DQE)、 更低的X线照射剂量，图像层次更丰富，在曝光后几秒内即可显示图像，大大改善了 工作流程，提高工作效率。平板探测器有非晶硒和非晶硅两种。

         2)平板探测器的优势与不足。平板探测器具有商量子检出率( DQE)、低剂量和小余辉的特点，因此可用于心脏血管造影机做快速高效的信号采集（非晶硅）。由平板探 测器取代传统的I..I- TV影像链，可省去中间环节的多次转换，使得影像层次丰富，细节清晰可辨，亮度和对比度适中，图像中无过白或过黑区域，无饱和伪影，尤其对于低密度的导管和支架等图像的显示较为清晰，是传统的I.I-TV影像链所不能比拟的。但也存在图像显示欠柔和，噪声颗粒较多，厚部位噪声更州显等不足。拍片剂地 上，平板搽测器在获取相同图像时剂量节省可达60%，图像的动态范围提高r数倍。 
         由于工艺上的制约，平板探测器上几百万个灵敏单元中会出现损坏，造成有坏点、坏线、坏区域，这些坏区域大到一定程度之后整个板子将因为可能的误诊而废弃，当这些坏区域处于可容忍的范围内时常通过软件处理对图像进行修复。 由于以美国、欧洲为首的跨l虱企业凭借集成电路产业的工业基础优势，15年前就 投入平板探测器的技术研究，获得了大量的知识产权。国4lcm×41cm平板探测器的成品率已提高刊接近10%，我国集成电路工业与他们相差20 ~30年，成品率远低于国 外产品，日前还没有具有竞争性的产品。

         (4)非晶硅平板DR探测器驶其工作原理 1)构成及工作原理。间接型平板探测器由碘化铯构成的闪烁体层、非晶硅阵列层、信号读出电路和石英玻璃衬体等部分组成。是一种三层结构：表面一层为碘化铠 闪烁休材料，其中碘化铯光柱达20μm;第二层是以非品硅为材料的光电二极管电路；
         底层TFT（大面积薄膜晶体管阵列）电荷信号读出电路（即电荷收集阵列电路）。当然还有起支持作用的玻璃层。 其工作原理是：x线光子激发碘化铯闪烁体层产生荧光，荧光的光谱频段位于550nm，这正足非晶硅的灵敏度峰值。工作时，荧光通过针状舶体传输至非晶硅二极管 阵列，后者接受荧光信号并将其转换为电信号，信号送到刈应的非晶硅薄膜晶体管并在其电容器上形成存储电荷，由信号读出电路读出并将其数字化后送计算机重建l哥像。 同样，转换后数字信号的数值大小也和电信号的强度（电压的高低）呈正比。x光的转换过程为：x射线碘化铯一可见光一非晶硅光敏二极管(TFD)阵列—非晶硅薄膜晶体管(TFT)阵列一数字信号。每个像素尺寸约为143μm×143μm，目前产品可以做到43cm×43cm，与DRD有近似成像质量。

         2)非晶硅闪烁体捌料构成。非晶硅探测器所采用的闪烁体材料由连续排列的针状碘化铯晶体构成，针柱的赢径约6μm，外表面由重元素铊包裹以形成町见光波导减少 漫射。出于防潮的需要闪烁体层生长在薄铝板卜，应用时铝板位于X射线的入射方向 同时还可起到光渡导反射端面的作用。闪烁体层的厚度为500 - 600μm，通常将碘化铯晶体的这种针状结构称作ScI: T1闪烁体。

         3)非晶硅平板探测器技术与应用。国际卜医疗器械行业的科研机构和企业非常重 视DR探测器技术的研究，如美国CE公司白20世纪80年代开始，累汁投人2亿美元 开展平板探测器技术和采用平板探测器的DR产品研究，I刮有像素为0.2mm，日前系统性能稳定、技术不断成熟。法国Trixell公司集中了法国泰雷兹、德国西门子、荷兰 菲利浦、日本东芝四家公司的力量，20世纪90年代投资1.5亿欧元研制出固有像素0 143mm的非晶硅平板探测器，据说目前成品率已接近10%，平板探测器提供给西门 子、菲利浦、东芝等公司使用，也卖给其他合作伙伴。由于平板型探测器技术上的先进性，受到实力雄厚的企业的高度莺视，近两年技术上有了显著的进步，可靠性得到 提高的同时，辐射剂量在不断降低，已接近普通胶片的水平。

         (5)非晶硒平板DR探测器及其工作原理 1)非晶硒DR及其工作原理(DDR)。非晶硒DR探测器成板状，以非晶硒(a- Se膜)材料作为X线转换膜把X线能量直接转变成数字信号（电荷改变），用非晶态硒涂覆于薄膜晶体管(TFT)阵列上，每个薄膜晶体管单元尺寸139μm×139μm，即每毫米内有7个点。在常用的14×17胶片面积内的单元数有2560×3072，可满足几乎所有 诊断要求。每个基本像素单元在控制电路的触发下，像素储存电荷按顺序传到外围读 出电路，经14bitA/D转换，直接输出数字化信号。工作原理是透过人体后的入射X射 线在硒层中产生电子一空穴对，在外施偏压的电场作用下，电子和空穴对向相反方向 移动形成电流，随之在n;-r积分形成储存电荷，存储的电荷与X线光子能量与数成 正比，每个薄膜晶体管作为一个基水单元称之为像素，在扫描控制器的触发控制下，按顺序依次读取每个像素存储的电荷，该信号经过有源阵列放大后直接送到ADC电路同步进行A/D转抉(14bitA/D)形成图像的数字信号。
         转换后数字信号的数值大小和电信号的强度（电压的高低）成正比。其转换过程为：x射线一硒电荷一非晶硅薄膜晶体管(TFT) -数字信号。非晶硒DR技术早由Sterling公司申请专利（大约在20世纪90年代初期），该公司后被Hologic公司兼并，后者又进一步兼并了Fluoroscan和Trex公司之后成为非品硒DR平板探测器的主要生产厂家。DDR的生产涉及大规模集成电路技术，我l虱与发达国家有着较大的差距，目前国内还没有生产厂家。图2-13为DDR的工作原理示意图。

 

         2) DDR的技术与应用。DDR具有许多优越性，由于X线直接转变为电信号，减少了中间环节，因此图像没有几何失真，这种直接方式还大大地提高丁图像质量；DDR的曝光宽容度大，一次成功率接近1 00%，动态范围可达到10000 - 100000，此外，DQE和MTF高，时间分辨力高也是DDR的一个优点。 DDR在使用中也有一些缺憾，如只能专机专用、对环境要求高（温度范围小，容 易造成不可逆的损坏）、存在疵点（区域）.
         目前还不能满足心血管等动态快速连续摄髟的造影检查。DDR的成本较高，这大大地妨碍了其临床上的广泛使用。DDR适用于 脑部、头颅、颈部、静脉肾盂造影、胃肠造影及乳腺检查。但总体而言．DDR的市场 比重比非晶硅DR要少，原因一方面是几家大的整机厂均采片J r非晶硅的技术路线，另一方面DDR本身存在的不足也是原因之一。DDR在技术上的下一个目标是环境适应性更好、成本更低、成像更快速等，此外也有不少关于新的X线／电信号转化物质的方面的探索。

         (6)线阵探测器及其工作原理 1)线阵探测器技术发展。线阵探测器X机系统由扫描机架（有立式、遥控岛屿 式、多功能及全身扫描式），机架上安装X射线球管、X射线探测器及前端电子学系统；X射线发生装置及电气控制系统；汁算机处理系统，包括操作工作站及医生工作站等组成（结构示意图与工作原理如图2 - 14所示）。线扫描数字成像的探测器种类很 多，目前实际应用的主要有3种。线扫方式可在一定程度上消除X射线的散射线，病人接受剂量低，但线扫方式的成像时间较长，一般在1s以上，不能实时成像，对运动 器官的成像也因此而受影响。

         2)线扫DR系统中所用的搽测器有以下几种形式。

         ①多丝正比电离室探测器。由多丝正比室和数据系统组成的一个整体。多丝正比室是一个铝质密封腔体，腔内充有混合气体，一侧为入射窗，腔内装有漂移电极、阴极和阳极。阳极丝是由钢丝线构成，共有320个通道。数据采集系统由一块控制电路板和具有640个独立采集计数通道的 20块计数电路板组成。由于多丝正比室探测器目前的水平空问分辨率较低，因此有被光电二极管探测器替代的趋势。

         ②多通道电离室。与多丝正比室区别是阳极丝变为电极板，数据采集通道数由原来的640个增加到1024个，空间分辨率比多丝阳极提高一倍，机械性能也得到很大的提高。

         ③光电二极管探测器。光电二极管探测器是近几年 研发的固态半导体探测器，是以ADANI(NTB's digital linescan x - ray camera) DRS系列为主的探测器，其结构由X线／光转换层[一般用硫氧化钆(CdOS2)+锌镉(PR)光 电转换层]、读出电路组成。“前可以制作多线阵（常用的有8线阵和16线阵）从而 大大提高了信噪比。

         ④CCD/CMOS探测器。与光电二极管探测器一样由x线转换层、 光电转换层、读出电路(CMOS)3部分组成。CCD形式的探测器往往采用条状CCD结 构的探测器，此外还有CMOS形式的探测器，并有单线阵和多线阵（如8线阵或16线 阵）不同的形式。发展此类技术的有Fisher公司等。

         (7)光电二极管线阵探测器(LDRD)结构与工作原理 线阵探测器在结构上由以下部件组成：x射线晶体、信号采集电路、低压电源组合。以下以我国航天中兴公司的ZM -B型探测器为例，说明线阵探测器的结构原理。 
         1)光电二极管线阵探测器结构及工作原理。X射线晶体和信号采集电路一起被封 装在一个长方体的铝合金盒内，被称为探头；而低压电源组合则单独被封装在一个具有良好散热功能的金属方盒中。

         ①探头，探头包括准直器、荧光体层、光电二极管阵 列、信号采集电路三部分。探头的结构如图2-15所示。探头的主要部件就是8段128个光电二极管单元组成的一条1024个光电二极管单元的阵列，每个光电二极管单元的信号，作为图像的一个像素，用两个字节来表示其灰度值，每个光电二极管单元的见 敏面积约为0.4mmx0.4mm大小，每两个相邻二极管单元中心距离为0.4mm，所以探测量的空间分辨率为1.4LP/mm。一条1024个光电二极管单元阵列的数据采集输出的时间由信号采集电路控制可调，例如一帧采集时间2s的大小约为40cm×40cm的图像，一条阵列的数据采集输出时间为2ms。

         ②信号采集电路，信号采集电路在探头巾紧挨 着光电二极管，它由以下功能组件组成：控制器，适配器和电源系统。它对光电二极 管的电信号进行采集、处理和输出。控制器包括：信号模拟处理电路，14位模／数变 换器和可编程逻辑控制电路。模拟处理电路用来在可编程逻辑电路指令的控制下读出信号和积分信号。模／数变换器用来把模拟信号转换为数字代码，以便写入适配器的行 存储器中。可编辑电路可以完成以下功能：使探头多路线阵同步工作；可将数字信息写入行存储器中；将接收的信号通过RS422接口，传送至计算机；测试探头电路；测试行存储器。

         2)线阵探测器直接数字X线机的技术特点。

         ①辐射剂量低：由于采用狭缝式线扫 描技术和高灵敏度的线阵探测器，消除了70%的散射线，大大降低了辐射剂量；其次，使用灰度调节，一次摄影可以观察不同密度的组织，减少重复摄影，从而降低受照剂量。

         ②低密度分辨率高：LDRD系统的低密度分辨率高，指相似密度的微小灰度 差别的分辨能力强。线扫描技术克服了本底噪声的干扰，实现了低本底，使原本被本底噪声湮没的微弱信号也可以显示出来。

         ③动态范围宽：线阵探测器的动态范围由初 期的120提高到150，是平板探测器和普通胶片的1-2倍；探测器的高灵敏度和的低对比度空问分辨率，使不同密度和厚度的组织在一次拍片中可以同时显示。

         ④扫 描范围大：LDRD独特的成像方式，其扫描运动方向的行程大可达97cm，具有当今 数字化X射线摄影装置中大的探测面积97cm×40cm，有利于大范围的检查，减少搬 动次数，而且町以进行全脊柱一次扫描成像而不需要拼接(面曝光成像大尺寸16"×34")。

         ⑤普通摄影条件，获得高千伏图像效杲：线阵探测器用计数X射线粒子数目的 办法实现对X射线的数字化，所以探测效率很高，用较低的摄影条件即可获得清晰的 图像。如拍摄成人男性胸部正位片时，采用90kV、16mA、0.1mAs拍片条件时，图像效果与面曝光摄影时采用120kV的效果相似，心后缘肋骨与脊柱影像清晰可见。

         ⑥无 须大功率X射线球管和高压电源：由于工作时的管电压和电流较小，常规扫描条件下的功率仅为l - 5kW，大大降低了对球管和高压发生器的要求，节约了资源，降低了成 本。

         ⑦系统综合性能价格比高：直接数字化X线机的核心部件是探测器，它占产品成 本的近二分之一，其中线阵探测器的成本为低，在相同的技术性能指标下，线阵探 测器数字X线机的成本价格相当于平板探测器数字X线机产品的1/2 - 1/3，具有较高 的性价比。

         3)线阵探测器数字X射线机。线阵探测器直接数字X线机不仅可作为各级医疗机构和专门医疗机构的常规诊断、垃备，而且还可以广泛应用于体检中心，海关、机场等出入境检验检疫部门，在工业探伤等方面也具有其独特优势。

         ①系统构成与系统工作 原理：线阵探测器直接数字X线机( LDRD)，由X射线产生系统（包括球管、高压发
生器）、数字化探测器、计算机控制系统，扫描装置及控制机构组成。LDRD数字化X线机采用高灵敏度的数字探测器，球管发出的平面扇形X射线束穿过人体到达探测 器，得到被照体的一行数字信号数据，在扫描机构的帮助下，球管和探测器平行自上而下匀速移动，逐行扫描，一行行的数字信号数据经过计算机处理、重建，就得到一幅二维平面数字图像。

         ②工作流程：X射线管及高压发生器和探测器均与控制台计算机连接，由控制台计算机控制x射线管及高雎发生器、机械扫描，探测器采集图像并以数字的形式存贮。控制台计算机安装的专用软件对图像进行处理，在显示器上显示，对处理后的图像进行存储。

         ③数字图像处理：整个曝光过程中，数字图像信号经采集卡同步迅速传送至计算机内存中，基本无传输延时，再经过专用软件处理和校正后， 形成一幅14 - 16bit的数字图像。