非晶硅平板探测器bate(参考文献).doc

非晶硅X射线平板探测器非晶硅X射线平板探测器是一种以非晶硅光电二极管阵列为核心的X射线影像探测器。在X射线照射下探测器的闪烁体或荧光体层将X射线光子转换为可见光，而后由具有光电二极管作用的非晶硅阵列变为图像电信号，通过外围电路检出及A/D变换，从而获得数字化图像。由于其经历了射线可见光电荷图像数字图像的成像过程，通常也被称作间接转换型平板探测器。非晶硅平板探测器具有成像速度快，良好的空间及密度分辨率，高信噪比，直接数字输出等优点。从而被广泛的应用于各种数字化射线成像装置。本节将从：非晶硅平板探测器基本结构及成像原理；探测器图像预处理；探测器品质参数三个方面对其加以介绍。 1：非晶硅平板探测器基本结构及成像原理 图1：非晶硅平板探测器结构示意图非晶硅平板探测器基本结构如图1所示，由碘化铯闪烁体层，非晶硅光电二极管阵列，行驱动电路以及图像信号读取电路四部分构成。非晶硅平板X射线探测器成像的基本过程为：a：位于探测器顶层的碘化铯闪烁晶体将入射的X射线图像转换为可见光图像，b：位于碘化铯层下的非晶硅光电二极管阵列将可见光图像转换为电荷图像每一像素电荷量的变化与入射X射线的强弱成正比，同时该阵列还将空间上连续的X射线图像转换为一定数量的行和列构成的点阵式图像。点阵的密度决定了图像的空间分辨率c：在中央时序控制器的统一控制下，居于行方向的行驱动电路与居于列方向的读取电路将电荷信号逐行取出，转换为串行脉冲序列并量化为数字信号。获取的数字信号经通信接口电路传送至图像处理器从而形成X射线数字图像以上为较为典型的非晶硅平板X射线探测器工作过程，实际应用中还有其它的探测器形式。如用X射线荧光体取代闪烁体，以非晶硅薄膜晶体管阵列取代二极管阵列来构造探测器，但其基本结构及成像过程与上述典型探测器是一致的。下面将以典型探测器为例详细介绍构成探测器各部分的工作原理，结构特征及其主要的性能参数同时还将涉及对不同形式的探测器性能对比的内容11碘化铯闪烁晶体(Cesium Iodide scintillator) 图2：针状碘化铯晶体层显微照片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，针柱的直径约6微米，外表面由重元素铊包裹以形成可见光波导减少漫射。出于防潮的需要闪烁体层生长在薄铝板上，应用时铝板位于X射线的入射方向同时还可起到光波导反射端面的作用。闪烁体层的厚度为500至600微米,通常将碘化铯晶体的这种针状结构称作CsI:T1闪烁体。111碘化铯晶体的X射线吸收特性(X-ray absorption) 图3：不同能量X射线的CsI与Se吸收系数对比由上图可见SCIX射线吸收系数是X射线能量的函数，随着X射线能量的增高材料的吸收系数逐渐降低，材料厚度增加吸收系数升高；在常规诊断X射线能量范围内CsI材料具有优于Se材料及其他X射线荧光体材料的吸收性能。从理论上讲增加材料的厚度可提高材料的吸收系数，但增加材料的厚度会导致图像分辨率的降低。图中给出的厚度为探测器设计中通常采用的典型厚度112碘化铯晶体的发射光谱特性(Spectral of CsI light emission) 图4：CsI发射光谱与a-Si光电二极管量子效率谱匹配特性由图4可见CsI发射光谱与a-Si光电二极管量子效率谱均以波长550nm处出现峰值且具有很好的匹配关系。碘化铯晶体以上两方面特性使得该材料具有良好的X射线-电荷转换特性（单个DN5 X射线光子可产生800-1000个光电子）113结构化碘化铯晶体(CsI：T1)的空间频率响应图5：500M层厚结构化碘化铯晶体CsI：T1与粉末状增感屏MTF对比线性系统的空间频率响应通常采用系统的调制传递函数来（MTF）表示，在系统应用的空间频率范围内MTF值越高则空间频率特性越好，对于影像系统来说可以获得更好的图像对比度，出于提高MTF的需要应采用尽量薄的X射线转换层；但降低转换层的厚度又会带来X射线吸收效率的降低。这是在转换材料的选择和设计上需要平衡的一对矛盾，因此人们通常选用稀有重元素的化合物作为制备X射线闪烁体的材料，另一方面人们还从改变晶体结构着手来改善空间频率响应特性。结构化碘化铯晶体CsI：T1正是这一指导思想下提出的一个较好的解决方案。其具体方法是：通过创造适宜的条件使CsI：T1材料晶体沿着垂直于基底的方向生长，成为相互独立的直径仅为几微米的柱状晶体，晶体的长度可达毫米量级，从而形成类光纤结构。入射X射线激发闪烁晶体产生可见光，其中小于波导全反射角的部分将沿着波导的方向直达探测器表面；大于全反射角的部分将通过在临近晶体表面的多次反射最终进入全反射角而到达探测器表面。因此与粉末状闪烁体屏相比此种结构对于层厚的依赖大为降低，具有较好的空间频率响应特性。当然，结构化碘化铯晶体CsI：T1的光波导特性并不意味着可以无限制的增加闪烁体的厚度，其它的限制性因素也需要加以考虑,如：视差效应（X射线入射角应小于由象素大小/转换层厚度决定的角度）等。12非晶硅光电二极管阵列(Amorphous Silicon diode array)探测器结构中由非晶硅光电二极管阵列完成可见光图像向电荷图像转换的过程，同时还实现了连续图像的点阵化采样。作为探测器的核心其性能特征是决定探测器成像质量的关键因素121非晶硅光电二极管阵列基本结构 图6：非晶硅光电二极管阵列及像素放大照片典型探测器的阵列结构如图6所示：由间距为143m的非晶硅光电二极管按行列矩阵式排列，17*17的探测器阵列由3000行乘3000列共900万个像元构成，根据临床应用要求的不同也可采用不同的像元尺寸以及不同的阵列大小。图6右边的照片为单个像元的放大照片，每一像元由具有光敏性的非晶硅光电二极管及不能感光的开关二极管，行驱动线和列读出线构成。位于同一行所有像元的行驱动线相连，位于同一列所有像元的列读出线相连，则构成了探测器矩阵的总线系统。122探测器像元基本结构 图7：探测器像元等效电原理图每一像元由负极相连的一个光电二极管和一个开关二极管对构成，通常将这种结构称作双二极管结构（2XD）。也有采用光电二极管晶体管对构造探测器像元的结构形式。为了以示区别通常将采用前一种结构的探测器阵列称作TFD阵列而后一种则称作TFT阵列 123TFD的电性能及工作原理双二极管结构（2XD）大大简化了阵列的制造工艺同时也具有良好的电性能，开关二极管SD为20m*20m的PIN二极管具有良好的电流开关特性（44mA/cm*时不大于5nS）因而具有读出速度快的优点，反向漏电流(Leakage current)为10nA/cm*,-4v；NIP光电二极管的反向漏电流为1nA/cm*,-4v；光量子效率为550nm时 80%；感光区域填充系数（Fill-factors）（感光区域面积占像元总面积的百分比）为70%；光电二极管结电容及分布电容约为1.9pF。以上的电性能参数说明TFD阵列具有较高的光量子效率及读出效率满足大规模图像阵列的需要。 图8：TFD阵列等效电原理及工作时序双二极管结构（2XD）工作基本流程如下：a：在像素读出期间被选中的行驱动线产生一个相对与列电位的负脉冲（VP2），这时开关二极管SD导通将光电二极管电容充电b：行驱动脉冲结束后则两只二极管均处于反偏状态，电容将维持在充电状态c：当有X射线照射时，其产生的光电荷将电容放电d：下一次行驱动脉冲（下一个VP2）到来时将再次对光电二极管电容冲电。充电电荷的数量与光电荷的数量相对应探测器通过检出每一像元的充电电荷量而获取图像信息由于光电二极管电容不可能被完全充电的机制会导致惰性和弱信号时线性变差，因此在实际的探测器工作时序中增加了预置脉冲（preset pulse）VP1和背景可见光复位(optical reset)过程，以改善探测器性能。13探测器外围电路探测器的外围电路由：时序控制器，行驱动电路，读出电路，A/D转换电路，通信及控制电路组成。在时序控制器的统一指挥下行驱动将像元的电荷逐行检出，读出电路由专用低功耗CMOS模拟集成电路构成，该芯片集成了120路读出放大器及120对1多路开关，将并行的列脉冲信号转换为串行脉冲信号。一个具有3000列的图像矩阵需要25个读出单元，而这些单元均采用柔性电路布置于探测器板上并通过导电膜与背面的主电路板相连。主电路板上包含的A/D转换电路将脉冲信号转换为14BIT数字信号，并通过数字接口发送到图像处理器。14探测器系统接口a：图像数据光纤接口：图像数据被编码为160Mbits/S串行数据流通过光电转换器发送给数据光纤。900万像素图像矩阵的读出时间为1.2秒，图像采集循环的典型时间间隔为5秒b：双向通讯接口：波特率为9600的RS-232C通讯接口用于控制及状态信息的传输c：5VDC，24VDC探测器工作电源3：探测器性能参数(Detector Performances)31调制传递函数MTF(Modulation transfer function)MTF为探测器对比度空间频率转移函数,通常用来表示探测器对于图像细节的分辨能力 图：非晶硅探测器MTF32噪声功率谱 (Noise spectrum)对于平板探测器图像系统来说，系统的噪声水平是影响最终成像质量的关键因素，因此对探测器噪声及其相关因素的分析和控制，亦成为探测器设计及质量评价的重要指标。平板探测器的噪声主要来源于两个方面：a：探测器电子学噪声b：X射线图像量子噪声在普通X射线摄影条件下，电子学噪声要远小于量子噪声。在RQA5测试标准下一个大小为150m的像素通常可以吸收1400个X光子，此时量子噪声约为37个X光子，而读出噪声则仅相当于35个X光子。33量子检测效率DQE（DETECTIVE QUANTUM EFFICIENCY）探测器的被定义为输出信噪比的平方与输入信噪比的平方之比通常用百分数来表示。用以表征探测器对于图像信噪比的传递性能 图：CsIDQE示意图34探测器的其它品质因素341灵敏度（Sensitivity）非晶硅探测器的灵敏度由四个方面的因素决定：X射线吸收率，X射线可见光转换系数，填充系数和光电二极管可见光电子转换系数。通常用X射线灵敏度S表示。如可标注某探测器X射线灵敏度S为：S1000e-/nGy/pel DN-5 Beam表示该探测器在标准DN-5 X射线下每nGy在单个像素上产生的电荷数为1000个。由于X射线灵敏度S与线质有关通常同时给出线质标准如：DN-5 Beam342线性(Linearity)探测器的线性通常用以下几个参数来表示最大的线性剂量(X-ray maximum linear doseDN5)：表示探测器可达到线性度要求的剂量范围上限（与线质有关 DN5）非线性度(Non-linearity)：用百分比来表示在max最大的线性剂量之间输出的非线性程度，通常包含微分非线性度（Linearity-differential-FT），积分非线性度(Linearity-integral-FT），空间非线性度(Linearity-spatial-FT）三个参数343记忆效应(memory effect)表示图像残留的参数，通常用两个参量来表示残留因子的变化一次曝光20S后探测器短期记忆效应(Short-term memory effect 20s) 如：0.1%一次曝光60S后探测器短期记忆效应(Short-term memory effect 60s) 如：0.02%需要注意的是此处的数值是在正常曝光条件下，如出现过曝光情形则大于此数值344探测器图像获取时间由探测器预备时间，曝光等待时间，曝光窗口，图像读出时间四部分构成。对于非晶硅探测器典型值为2.8S左右实际的应用中由于图像的处理和显示均需占用一定的时间，因此实际图像获取时间为56S345探测器的温度稳定性（Stability）额定条件下探测器的输出随温度的变化率，被称为探测器的温度系数（Detectortemperature coefficient)，通常用此参数来衡量探测器的温度特性。如：标定某探测器温度系数为.1%/K。对于固体探测器图像系统而言通常会设计温度漂移校正的功能（Offsetting correction）。采用在图像处理中扣除漂移因子的方法来保持图像输出的稳定。 直接数字成像系统图像校正简介本节将对探测器成像系统固有缺陷，校正的基本原理，方法等加以介绍。探测器成像系统固有缺陷由于直接数字成像系统以大规模固体探测器阵列为图像获取部件，因此不可避免的会遇到坏点（defect point），漂移(offset)，空间非均匀性，非线性响应等固体探测器阵列固有的缺陷，如何对上述缺陷加以恰当的修正成为直接数字成像系统设计中一项十分重要的问题。探测器坏点：直接数字成像探测器以其像元对于X射线的线性响应为成像基础，如果某一像元对X射线的照射不响应或响应不良（存在明显的非线性）则称其为坏点（defect point）。一个直接数字成像探测器通常由数百万个像元构成，要制造一个不存在任何坏点的探测器几乎是不可能的，出于成本的考虑允许探测器存在一定数量的坏点可以使成品率大幅度提高，通常可以根据不同探测器的物理特性及图像质量要求来确定坏点的接收准则，在使用过程中探测器还会产生新的坏点。探测器坏点按其几何形状可分为点状分布坏点（包含单点，双点，多点），线状分布坏点（单线，双线），以及区域面状分布坏点。这些坏点可由转换层的缺陷，二极管阵列单元损坏或行列驱动线及放大器损坏引起，有的探测器由于采用了多板拼接工艺也会存在拼接工艺线，此类工艺线也纳入线状坏点的范畴。对于每一具体的探测器类型而言制造商均制定了针对不同坏点类型的详细的接收规范规定每种坏点的数量，分布及位置关系作为探测器合格与否的判断依据。探测器图像的空间非均匀性：造成探测器成像不均匀的原因主要有以下三个方面的原因1） 虽然在线性曝光剂量范围内探测器单个像元的X射线响应是线性的但不同像元的X射线响应系数并不完全一致，从而导致图像不均匀。2） 行驱动电路，读取放大器，A/D转换器等外围电路的不一致导致的图像不均匀。3） 入射X射线本身固有的空间分布不均匀性导致的图像不均匀。这几类非均匀性尽管在图像上的表现不同但都属系统性的不均匀，在一定的限度内可以通过软件处理来加以校正，对于由噪声，电磁干扰等随机因素引起的图像不均匀则是不可以校正的。探测器的漂移：影响探测器工作的环境因素随时间的变化如温度，湿度，气压，电磁环境等会导致探测器的输出的变化，这些变化称为探测器的漂移探测器图像的漂移校正及空间非均匀性校正漂移校正及空间非均匀性校正基于以下的原理：1） 曝光后所获得的探测器输出Prow=Px+Poffset.; Poffset为曝光时所采集图像中暗电荷引起的像元值，Px为由X射线照射所引起的实际像元值及有用像元信息值。固Px = Prow -Poffset ，而式中的Poffset在图像采集时是没法直接得到，由于Poffset由外界环境变化所导致因而是渐变的，它可以用曝光前采集的暗图像像元值Poffset来近似。因此实际的曝光图像可用曝光后和曝光前所采集的两幅图像相减来获得。2） 基于在应用范围内探测器像元的响应是线性的特性，Pxn=AnX,An为该像元的转换系数。由于不同的像元An 不完全相同，所以Pxn并不能代表像元处入射X射线的真实大小。因此还需求出各像元的An来加以修正。An可以用标准剂量的均匀X射线曝光采集来获得及An=PNgain/Xgain。PNgain为在标准Xgain剂量下所采集的参考图像。通过应用参考图像的修正，最终可获得入射X射线所包含的真实信息。由于An在探测器的工作过程中是长期保持稳定的，因此仅需定期采集参考图像即可。综上所述可以采用以下的计算方法来完成漂移校正及空间非均匀性校正。 Pn=C(PNrow PNrawoffset)/(PNgain-PNgainoffset) Pn:校正后最终像元值 PNrow:曝光后采集获得的像元值 PNrowoffset:曝光前的暗像元值 PNgain:参考图像曝光采集值 PNgainoffset:参考图像曝光前所采集的暗像元值 为一个常数通常可通过设定标准剂量下图像目标亮度值来确定。 采用以上的校正方法逐点校正整幅图像即可获得稳定的反映入射射线真实信息的数字化图像。探测器坏点校正探测器坏点的标定：由于探测器坏点指哪些对射线不响应或响应不良的点，因此可以采用标准参考均匀射线defect下采集以检出对射线不响应的坏点，然后分别在defect及4Xdefect剂量下曝光采集以检出响应不线性的坏点；由于经过漂移校正及空间非均匀性校正后获得的均匀剂量下的图像应呈现以平均亮度0为期望值，标准差为的正态分布。对于分布在n之外的像元则标定为坏点，n的取值通常为之间，由设计者选定。通过以上的步骤即可获得标定了所有坏点位置的坏点图（defect map）.探测器坏点的校正：坏点校正工作在完成漂移校正及空间非均匀性校正后进行。坏点校正的基本方法为采用临近像素插值法进行修正，但必须考虑该点周围像元的状况（临近有无其他坏点）选用不同的插值算法，通常由设计者根据探测器制造商提供的接收准则及自身试验结果来设计，在此不详细介绍。在探测器坏点校正中有以下几个方面的因素需要加以关注： 图：坏点信号可以被相邻点捕捉） 探测器越高则坏点校正的伪影越严重，因为越高临近像元包含本像元的信息越少（信息的点扩散函数），极端情况下坏点位置的图像信息将完全丢失不能由临近像元插值获得。因此应根据探测器来制定插值方案。） 应根据像元密度梯度来调整插值的权重，每一坏点周围有个临近像元（16个次临近像元）存在个梯度方向（水平，垂直，左斜，右斜），对于密度梯度较小的方向可给予较高的权重或者仅采用此方向插值，可减小插值带来的伪影。） 设定插值算法的限定条件，对于不能满足条件的坏点则放弃插值（如临近坏点太多）。以避免因插值带来的信息错误。经过漂移校正，空间非均匀性校正，坏点校正可获得稳定，完整，正确地反映入射射线信息的数字图像，这种图像被称为洁净图像（clean imagine），可用于图像存储及表达。获得洁净图像的过程通常称为图像的预处理。综上所述通过图像预处理可以校正直接数字成像系统固有的系统性缺陷从而达到改善成像效果的目的。实际上成像系统的漂游，不均匀，坏点并非数字成像带来的新问题，传统的模拟成像也存在类似的问题如：增感屏损伤，不均匀，增强器疵点，洗片造成的密度不稳定，畸变等等，模拟方式下没有很好的解决手段。而在数字成像条件下则可采用数字处理的方法加以修正，这也可算是数字化所带来的一种进步。 数字化对于图像质量评价的影响 随着数字X射线探测器技术及数字图像处理技术的快速发展，X射线放射影像数字化已成为趋势。各种数字影像设备已广泛的应用于临床检查及诊断。本文将从医用X射线的获取及表达的角度来探讨数字化对于图像质量评价的影响，1：X射线数字图像形成的基本过程不论采用何种技术路线（数字或是模拟），X射线成像的实质都是利用X射线可以穿透人体的能力来获取人体内部结构信息，并且以可见的方式表达出来。从而达到疾病检查与诊断的目的。因此任何的医用X射线数字成像技术均包含了图像信息的产生，获取和表达三个过程。 图1：X射线数字图像形成的基本过程数字化对于成像过程的影响1）：在图像获取的过程中增加了取样及量化的环节。尽管不同的设备所采用的X射线影像探测器形式各不相同，如：II+CCD数字摄相机；IP板+CR扫描仪；多丝正比电离室；非晶Se平板探测器；非晶Si平板探测器等。但其基本的数字图像获取过程是相同的。都经历了：X光电信号采样量化的过程，将空间上及密度上连续的X射线图像信息转换为离散的数字信息，以满足图像存储及处理的需要。而正是这种取样及量化的过程给X射线图像质量评价引入了新的内容，这一点在本文的后面将加以讨论。2）：由于数字信息可以方便的进行存储及再现，使得图像信息的获取与表达可以成为完全独立的两个环节，图像后处理技术提升了图像信息表达的能力。2： 数字图像后处理对于图像质量的影响 数字图像后处理对于图像质量的影响主要来源于它对图像表达效果的提升。作为灰度图像，传统的X射线图像主要利用灰阶的变化来表现图像的细节，所以图像的对比度及细节分辨率一直作为图像质量评价的两个主要因素。并且将成像各环节对这两个因素的影响作为对成像环节品质评价的重要依据。成像系统的调制传递函数（MTF）就成为了最重要的系统指标。随着数字图像后处理技术的发展，这种观点已逐渐发生了变化。这主要是因为：在传统的X射线成像过程中图像的细节对比度以不可逆转的方式下降，这种下降是影响图像信息获取的主要障碍。而在数字图像系统中图像的后处理可以通过适当的算法来提升图像的对比度及边缘锐利程度，从而达到改善图像效果的目的。同时数字图像处理还使得利用图像的轮廓线条来表达图像信息成为可能。 图2：图像后处理对图像细节对比度提升示意图 数字图像后处理改善细节对比度的方法随着高速数字图像处理的发展，数字图像后处理现已可同时应用图像的灰度域和空间频率域变换来改善图像的表达效果图像的灰度域处理：利用图像的窗宽/窗位调整；非线性变换以及局部对比度优化等技术使得图像的输出更适合人的观察，从而使图像信息充分的表现出来。通常将人眼观察曲线；输出设备特性曲线（如：显示器，激光相机等）以及感兴趣区密度分布等整合为图像目标输出曲线来实现表达优化。图像的空间频域处理如：图像边缘增强，空间频谱优化等技术（边缘增强是一种高通空间频率滤波方式）。其技术实质为通过构造特定的空间频率滤波器，使得系统的空间频率响应优化到适合观察的形式。 图3：空间频率优化示意图图4：图像后处理对图像显示效果的改善总之图像后处理可以明显提升图像系统的信息表达能力，改善图像感官质量对系统图像质量的提高起着重要的作用。但图像后处理并不能逆转成像过程中图像信息劣化的趋势，因此图像系统中图像处理的作用并非是决定性的，如何提高图像信息获取的能力仍然是提高成像质量的关键。3：图像的点阵化采样对于图像质量的影响在数字图像系统中经常采用图像点阵的大小（一定的视野下）表示图像的分辨率，实际上起决定作用的是像元的大小及像元间距。通常将像元间距的倒数对应的空间频率称作图像探测器的采样频率fs，根据采样定律 fs/2=fn fn为探测器的赖奎斯特频率。对数字图像系统而言人们通常利用fn来表示图像系统的极限分辨率。将由0fn所构成的频率范围称作系统频率窗口。当然由于数字图像是二维图像所以系统的频率坐标及Fs,Fn都应是二维的，为了便于分析和计算工程上通常采用一维简化模型（大多数情况下这种简化是有效的）。图5：探测器一维简化模型及采样频率其中 b为像元长度 a 为像元间距 fn=1/2a fs=1/a设S0=1 则S1=Sinc(b/a);更高阶影响可以省略。根据采样理论，探测器点阵模型对成像的影响主要表现在以下三个方面1）：像元的扩散函数为空间频率响应系统函数的一个部分。 MTFpix=Sinc(fb) 2）：采样频率对于图像的调制效应 S1取决于探测器的填充系数且通常并不为0，所以对于图像信息中频率f 高于fn的部分将由于受到S1的调制而出现在频率（fs-f）处，由ffn,fs=2fn; 则fs-ffn的部分会出现在空间频率fs-f上。如空间频率F=1.8FN的信息会出现在频率F=0.2FN处，MTF值为12%。通常可将上述现象称为探测器的采样伪影，对于探测器成像是有害的。由此可见探测器的MTF值并非越高越好，尤其是在大于fn的区域MTF值越高越不利。理想的MTF应在小于fn的区域具有较高的值,在大于fn的区域为0，但在实际情况中是不可能作到的。因此如何选择适当的MTF分布是在探测器分析中需要仔细考虑的问题。噪声功率谱与空间频率响应对于数字图像系统来说，系统的噪声水平是影响最终成像质量的关键因素，因此对探测器噪声及其相关因素的分析和控制，亦成为系统设计及质量评价的重要指标。探测器的噪声主要来源于两个方面：a：探测器电子学噪声b：X射线图像量子噪声 图3噪声功率谱的空间频率响应探测器电子学噪声： 如图3所示探测器电子学噪声在可用空间频率范围内为白噪声，所以通常采用噪声的均方根值RMS来描述，为了便于与信号相比较,工程上采用噪声电荷数来表示，对于特定的探测器也可采用产生相同电荷所需的X射线剂量来表示。 如：一个典型的非晶硅探测器电子学噪声主要由以下的部分构成： 像元开关电流噪声，由像元电容引起。 反向漏电流噪声，取决于反偏二极管对的漏电流 量子井噪声，取决于同步工作的开关管的数量 读出电路噪声，由读出集成电路的输入电容导致约3e-/pF 其他电路噪声如：列电阻，模拟电路，A/D转换电路噪声等典型探测器的总电子学噪声约为1450e-X射线图像量子噪声此种噪声来源于入射X光量子的起伏，受到探测器传递函数及采样点阵的调制。在图像上表现为一种有色噪声。为了表示噪声的空间频率特性，通常用噪声功率谱来描述。当包含噪声的X射线，照射到探测器上。假定其中信号部分为Sin(f),噪声为QNin(f)。如果不考虑采样的影响则： S2out(f)=S2in(f)MTF2(f) QN2out(f)=QN2in(f)MTF2(f)Sout(f)为探测器输出信号； QNout(f)为探测器输出噪声信号与噪声将同时均受到MTF的调制此时MTF(f)为MTFpresample(f)当考虑到采样因素时，信息中高于（赖奎斯特频率）Fn的部分将由于受到采样频率的调制而投影到Fn以下，从而增加图像噪声。探测器MTF形式不同影响成度亦不同。当探测器的MTF在高于FN的区域很低时，入射噪声受到MTF的滤过，其由于采样调制带入0FN的噪声功率极小，对图像的影响亦很小。当探测器具有很高的本征空间频率响应时（如直接转换型平板探测器），由于图像信息延伸到高频端的成分较少，而量子噪声却包含大量的高频成分。这部分噪声功率会由采样调制带入到0FN之中，增强图像噪声。对此可用一维情况下进行简单分析加以描述假设：单位长度上入射X光量子数为N，探测器吸收系数为，像元长度为b,像间距为a，则单个像元吸收X光量子数nq=Nb采样前噪声功率密度为W(f)=nqaMTF2conv(f)sin(fb)/fb2= nqaMTF2(f) 采样后W(f)= nqaMTF2(f-k/a)此时假设转换材料具有完美的空间频率特性MTFconv=1，则W(f)= nqa =nqa(a/b)=Na2由此可以得出结论：投影噪声功率谱为一个白噪声谱，密度值取决于像元面积。能得出以上的结论并不令人惊奇，因为量子噪声可延伸到很高的频率，而抽样定律会去除任何超过赖奎斯特频率的信息。所以超过FN的噪声不会成像。但抽样定律并不能消除此部分噪声所包含的能量，此部分能量将出现在0FN的区域，其能量恰好等于像元面积a2内的X光子数。如图4所示为具有良好的本征MTF的光电导探测器，信号与噪声的空间频率响应，其量子噪声与电子学噪声均为白噪声，而信号却受到MTF的调制。图4:在普通X射线摄影条件下，电子学噪声要远小于量子噪声。如：在RQA5测试标准下一个大小为150m的像素通常可以吸收1400个X光子，此时量子噪声约为37个X光子，而读出噪声则仅为35个X光子。探测器噪声的温度特性也是影响探测器性能的一个重要因素,图5所给出的为一种非晶硅平板探测器的温度特性，其在10400C的工作温度范围内均保持了较高的信噪比，但在过高温度时SNR趋于下降。量子检测效率DQE（DETECTIVE QUANTUM EFFICIENCY）随着数字图像后处理技术的发展人们已经可以通过适当的算法来提升图像的对比度及边缘锐利程度，从而达到改善图像效果的目的。但却不能改善制约成像质量的另外两个因素:噪声（特别是进入图像信号频域的噪声）及伪影。这两者更多的取决于图像系统探测器本身。作为衡量探测器信噪比转移特性的系统函数越来越受到重视。人们重视的原因还在于在一定程度上反映图像质量要求与成像剂量之间的内在联系，大致上可以这么认为：当系统较高时，可以用较低的剂量获得相同的图像质量；或者用相同的剂量获得较高的图像质量。探测器的定义式如下：DQE= 的计算方法如下：作为空间频率函数的量子检测效率（DQE）可采用以下的公式计算 =G2其中：为系统的采样前调制传递函数G为探测器在空间频率为0处的增益为探测器表面入射射线的噪声功率谱为数字成像设备输出信号的噪声功率谱由 =Q=Kac 及等于单位面积上入射X光量子数量QKa为入射X射线的空气比释动能（单位为Gy）,c为X光量子系数在标准射线条件下可查表获得。对于的计算应采用原始数据及没有经过图像后处理变换的数据，但对于探测器采集数据的校正是允许的如漂移校正，坏点校正，增益校正等。理论上可采用如下的公式计算=其中：Nx,Ny为所选取计算区域的像元数Xi,Yj为像元距元点的位移量n,k为x,y方向的空间频率DN（xi,yj）为坐标xi,yj处像元的密度值S(xi,yj)为坐标xi,yj处像元密度的线性回归值，用此数值取代平均值的目的在于消除图像不均匀的影响x,y为N变化1时x,y坐标的偏移量理论上应求出该算式在Nx,Ny，M趋近于无穷大时的极限值，但通常情况下只要Nx,Ny取值较大即可。为便于计算DN（xi,yj），S(xi,yj)可作规一化处理当MTF同为规一化值时G=1。本算式亦可进行一维简化=G2 Kac/=S2/ Kac 其中 S=G Kac 为输出信号平均强度由此可以计算出探测器的，工程上通常采用一维近似DQE(f)来代替需要注意的几个问题：如前所述由于(f)及(f)均受到采样调制的影响，也表现出同样的调制效应，对于具有高的探测器而言，由于受到采样频率的调制而使降低。与有效eff(f)一样，同样受到相位平均效应的影响，如果考虑该效应则： eff(f)presample(f)由于材料吸收系数，X光子电子转换系数，入射量子噪声等均与X光子的能量相关，因此DQE也是X光子能量（KeV）的函数。工程上用在不同标准射线质量下的DQE曲线束来表示。用DN-2DN-10来规范从40KV150KV的射线质量。通常只给出标准DN-5射线下的DQE（f）曲线为标志。在低剂量区间由于电子学噪声所占比重较大，DQE随剂量增加而增加。当达到一定剂量后量子噪声处于主导地位则DQE趋于恒定。图7：几种典型成像装置的DQE对照参考文献：1.Design and performance of a high-quality cardiac flat detector, Falko bussea, Walter Ruttena, Bernhard Sandkampb, Peter L.Alvingc, Raoul J.M.Bastiaensc, Thierry Ducourantd, Medical Imaging 2002:Physics of Medical Imaging,Proceedings of SPIE Vol. 4682(2002)SPIE2.Correction of Amplifier Non-linearity,Offset,Gain,Temporal Artifacts,and Defects for Flat Panel Digital Imaging Devices, Hans-Aloy Wischmann1,Hans Luijendijk2,Henk Meulenbrugge2,Michael Overdick1,Ralf Schmidt1,Kourosh Kiani2, Medical Imaging 2002:Physics of Medical Imaging. Proceedings of SPIE Vol. 4682(2002)SPIE3.Pho