非晶硒平板探测器点状脱模分析

李松强 张 晔

平板探测器(flat panel detector，FPD)是直接数字化X线摄影(direct digitized radiography，DDR)系统的核心部分。非晶硒具有对X射线高灵敏度，能在一定的能量范围内大量吸收X射线，并将捕获到的X射线光子直接转换成电荷[1]。

1 非晶硒平板探测器伪影产生的原因

1.1 非晶硒平板探测器的结构

非晶硒平板探测器由非晶硒X射线转换层、薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)阵列层、电解质连接层、顶部电极、玻璃底板、数模转换电路及数据通讯电路等组成。非晶硒层可以通过人工合成半导体合金模，采用涂料技术粘合在TFT阵列上[2]。非晶硒是一种性能优良的光电导材料，具有较高的X射线灵敏度和空间分辨率[3]。非晶硒材料的物理性能稳定，介电常数低，电阻率高，暗电流小，光电吸收系数高，可制成大面积均匀的薄膜或厚膜[4]。

1.2 非晶硒平板探测器成像的基本原理

非晶硒平板(即直接转换数字平板探测器)探测器从根本上消除了可见光的存在，从而避免了由其带来的图像分辨率下降[5]。非晶硒平板内部结构分为非晶硒半导体材料涂层和TFT阵列两层，TFT阵列层由光电材料和TFT阵列构成[6]。工作时光电导层两面的电极板间加有数千伏或更高电压，光电导层吸收照射的X射线光量子，再外加电场的作用下，激发出电子和空穴对，并在所加电场下运动至相应的电极，到达像素电极的电荷给存储电容充电，产生相应的电荷变化。信号电荷通过TFT输出，经放大、处理、交换形成对应像素的数字化图像信号[7]。

1.3 温度对非晶硒探测器的影响

由于非晶硒薄膜通过真空蒸镀的方式生长在玻璃基板上的TFT阵列上，非晶硒薄膜与玻璃基板的粘接度不高。

非晶硒平板探测器在正常温度内，非晶硒层与玻璃基板稳定地粘接在一起，而在低于其正常温度下限(10 ℃)，非晶硒层可能从边缘开始从玻璃基板上分离(俗称探测器脱膜)，温度越低，脱膜的可能性越大。在X线摄影时图像上出现从图像边缘开始向图像中央突出的半圆形指甲盖形状伪影，这种伪影在使用中逐渐扩大。脱模情况不严重时伪影位于图像边缘，通过坏点校正、图像裁剪使其图像的诊断影响较小；脱膜严重时伪影半圆形面积较大，会影响正常部位的摄影。脱膜是非晶硒探测器不可逆转的损害，且维修代价高昂，在环境温度变化剧烈(＞5 ℃/h)时，可能出现脱膜现象。非晶硒探测器在断电状态更容易出现环境温度过低或变化过快而导致脱膜现象发生；探测器在通电状态下，由于内部电子电路工作时产生热量，探测器内温度比环境温度高，温度变化比环境温度变化差值小，脱膜现象较难出现，环境温度较高(＞35 ℃)时，如果通风不好探测器温度会上升过高，将会给非晶硒探测器带来结晶的伤害[8]。

非晶硒平板探测器在环境湿度过大时会出现探测器的伤害，探测器电路部分温度较低时探测器内部结露，导致电子电路短路，由于探测器内存在较高的电场，这一损害有可能伤及非晶硒薄膜和TFT电路，严重时将导致探测器报废。非晶硒平板探测器对环境湿度的要求不高。

日常工作时非晶硒平板探测器对温度的要求为10～35 ℃，而最佳工作环境为18～30 ℃。对湿度的要求为20%～75%。

2 非晶硒平板探测器正常工作的环境条件

(1)保证空调每日24 h正常开机。

(2)要做到及时关闭机房门，尽量减少在机房内的出、入次数，在停机时要关闭机房门窗，使室内环境稳定。

(3)避免在环境温度较低的情况下长时间停机；尽可能保持DR经常处于通电状态。

(4)环境温度较高、无人值班时应停机。

(5)空调停机时间较长时不能马上开空调，先给高压部分加电，保持探测器通风，再给探测器通电，稳定后再开空调。

(6)禁用湿拖布拖地，以防止室内湿度增加，尤其是在傍晚拖地，会使夜间室内湿度过大。DR停机状态下出现室内湿度大时禁止通电，待室内除湿一段时间后再开机。

(7)做好日常维护保养工作，及时清理探测器周围的灰尘，保持良好的散风通道[9-11]。

3 柯达DR7100非晶硒平板探测器(35 cm×43 cm)

3.1 柯达DR7100非晶硒平板探测器运行状态

本院安装柯达DR7100 DDR后，为了保持房间温度恒定而安装2匹壁挂空调2台。柯达DR7100主要用来对患者胸部、脊柱及肩关节等做放射检查，其中胸部、脊柱用电离室照相，每日检查患者约150人次。该设备使用数年后发现，在每幅图像边缘出现斑点状伪影(纵向放置)。将探测板旋转90 °后做检查时在图像的上、下边缘仍然出现斑点状伪影(横向放置)，用电离室照相时伪影尤为严重。将探测器做校正，图像质量仍无改善[12]。

经查明原因，在拍照胸片时不再选用电离室并将毫安秒提高5～10 mAs，kV不变。通过1000例病例证实，此方法可改变图像质量以达到诊断要求[13]。

3.2 实验室分析

将带伪影图像(DICOM标准图像)进行实验室分析。

3.2.1 图像描述

整幅图像两边出现散在的、小的高密度伪影，与正常的肺纹理和肋骨影重叠，其现象如图1所示(黑色箭头处)。

图1 散在的、小的高密度伪影

3.2.2 曝光检测

通过进行多次曝光检测、分析表明，此现象的原因是平板存在点状脱膜。点状脱膜区的表现形式为对X射线的响应无规律，最终形成的图像数据值与所接受X射线剂量成非线性变化，从而造成图像中的坏点个数及位置不固定的显现。在低剂量时表现明显，在高剂量时，由于点状脱膜区对X射线还有一定响应特性，可以掩盖于噪声之下，不易被观察[14]。

3.2.3 检测结论

该平板存在点状脱膜区，对X射线响应呈现无规律性，特别是在低剂量时表现严重，造成图像中的坏点及位置无规律出现，严重影响医学影像诊断的正确性，需更换新的平板[15]。

4 结论

通过临床试验和实验室检测证明，非晶硒平板探测器存在点状脱膜区。通过对机房和设备综合分析发现，机房散热通风不好是存在点状脱膜的主要原因，机器在运行时未能按要求设定机房温度，导致机房温度偏高。该设备工作量大，影响其探测器散热，机器显示室温22 ℃时探测板的温度已高达30 ℃左右。因此，为了提高医学影像诊断的正确率，减少被检者的辐射剂量，需要更换新的平板探测器[16]。

[1]徐跃,梁碧玲.医学影像设备学[M].北京:人民卫生出版社,2011:6.

[2]余建明,牛延涛.CR、DR成像技术学[M].北京:中国医药科技出版社,2009:9.

[3]邵东宁.DR数字探测器原理、性能及常规维护方法[J].中国医疗设备,2008,23(2):39-40.

[4]王晓庆.医用X射线机工程师手册[M].北京:中国医药科技出版社,2009:4.

[5]石明国.医学影像设备学[M].北京:高等教育出版社,2008:6.

[6]石明国.现代医学影像技术学[M].西安:陕西科学技术出版社,2007:4.

[7]胡军武.医学数字成像技术[M].武汉:湖北科学技术出版社,2001:9.

[8]金锡军.环境温度对平板特测器影响的探讨[J].医疗设备信息,2005,20(9):79,85.

[9]张亚敏,申浩.非晶硒DR探测器平板的结构特点及正常使用要求[J].中国医学装备,2008,5(6):26-27.

[10]华双一,姜勇,纪文武,等.直接数字化摄影质量控制[J].海军医学杂志,2006,27(2):142-144.

[11]朱纯生,柳学国,钱柏坤.直接数字化摄影的质量控制[J].实用放射学杂志,2004,20(5):474.

[12]胡安宁.数字化摄影(DR)成像质量相关技术的分析与优化[J].中国医疗设备,2009,24(4):92-93.

[13]李志军.数字化放射摄影技术的分析[J].医疗设备信息,2004,19(5):30-31.

[14]薄夫军,张永寿,刘乃智,等.非晶硒DR平板探测器的结构原理及维护保养[J].中国医学装备,2010,7(2):64-65.

[14]李清军,赵洪朴,孙逸,等.DR系统中平板探测器能量响应特性的研究[J].中华放射医学与防护杂志,2005,25(2):188-190．

[16]许耀良,张连强.X线影像数字化技术简介[J].医疗卫生装备,2006,27(8):61-62.