基于X射线高分辨率CCDDR探测器的设计与应用研究

论文摘要

随着医院X射线设备的发展,医疗影像数字化、网络化已经成为提高医疗诊断水平的方向。作为医疗X射线设备高性能的影像探测器研发和数字处理技术及其校正技术已经成为各医疗企业产品的核心技术,其作用就是将经过物体衰减的X射线转化为数字信号,被计算机采集获得数字影像,在医疗领域和工业探伤领域有着广泛的应用。国外企业譬如法国泰雷兹、日本佳能、美国瓦里安、加拿大IDC等公司都推出类似的平板DR (Digital Radiograph)、CCDDR探测器,价格非常昂贵,仅探测器价格就占整机价格的一半。而国内医疗企业譬如万东医疗股份有限公司、上海医疗器械厂有限公司等基本靠进口为主,大大增加了国内医疗企业生产配套的成本。本论文的研究工作以跟踪国外最新技术、设计样机并批量化生产为目标,提出了适合我国医疗国情的基于4096x4096×14Bit CCDDR探测器。高分辨率CCDDR探测器涉及了许多成像的基础问题和工程问题,包括X射线的基本特性、X射线与物质的相互作用、X射线通过人体的衰减规律、X射线对图像质量评价的影响、CCD相机的工作原理、成像驱动电路设计、CCDDR图像校正技术等。在研究分析上述问题的基础上,本论文进行了高分辨率CCDDR探测器的整体结构设计和系统功能设计,以及硬件设计、软件设计等方面的相关工程设计；阐述了包括碘化铯转换屏的选择、数字CCD芯片的选择、镜头组的设计、半导体电子芯片降温和密封系统的设计、探测器软件校正处理等；研究了如何有效获得更高的量子探测效率、如何控制探测器外界引入的噪声、如何实现数字图像校正,以保证采集到最佳的影像等工程系统设计问题。在相关医院,对所设计的CCDDR探测器图像系统进行了工程测试,获得了系统高达4.3Ip/mm的分辨率,优于国内外同类产品的900万像素3.4 lp/mm分辨率。临床应用主要完成了分辨率、对比度、最低剂量率和人体各部位x线摄影等项目的测试。通过临床测试,完全适用普通X光机升级为DR设备,升级成本较低,可以为医院节省大部分的医疗成本,是为医院提供较佳的解决方案。另外CCDDR探测器也可以和医疗器械生产商生产的X光机配套,形成性价比较高的DR产品,以满足广大中小医院X射线影像数字化的需求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 X射线DR影像探测器之研究现状
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 国内X射线DR影像探测器的发展现状
• 1.2 本论文的研究目的及其意义
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 2 X射线CCDDR探测器系统及设备的成像基础
• 2.1 X射线的特性
• 2.2 X射线与物质的相互作用
• 2.3 X射线转换为可见光的转换屏原理
• 2.3.1 转换屏的X射线吸收特性
• 2.3.2 转换屏的发射光谱特性
• 2.3.3 结构化碘化铯晶体（CsI:T1）的空间频率响应
• 2.4 CCD相机的工作原理
• 2.4.1 CCD芯片及CCD的基本原理
• 2.4.2 CCD相机芯片分类及其硬件结构
• 2.4.3 CCD相机的工作流程
• 2.5 DR探测器图像质量评价体系
• 2.5.1 X射线数字图像形成的基本过程
• 2.5.2 数字DR图像系统品质因素分析
• 3 X射线高分辨率CCDDR探测器设计
• 3.1 高效能高分辨率转换屏的选择
• 3.2 CCD芯片的选择和相机驱动电路设计
• 3.2.1 CCD芯片的选择
• 3.2.2 相机驱动电路设计
• 3.3 CCDDR探测器镜头组的和光路反射设计
• 3.3.1 光路反射设计
• 3.4 半导体降温装置及其密封性的设计
• 3.5 CCDDR探测器机械及装配其设计
• 4 X射线高分辨率CCDDR探测器软件校正系统
• 4.1 探测器软件校正模型设计
• 4.2 校正软件系统设计
• 5 X射线高分辨率CCDDR探测器应用测试和临床应用展望
• 5.1 CCDDR探测器实际应用测试结果
• 5.2 CCDDR探测器临床应用展望
• 参考文献
• 致谢