生醫產品科技特別報導—數位X光平板感測器  

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呂慧歆/工研院生醫所

前 言
從工業用非破壞性檢測到非侵入式醫學影像,數位X光(Digital X-ray)一直扮演非常重要的角色。高穿透力的特性能夠在不破壞檢測物的狀況下進行檢查,因此在我們的日常生活中應用相當廣泛,小至個人體檢之胸腔X光檢查、機場的行李檢查與安全掃描,大到在進/出口海關的貨櫃掃描檢查;以物品來說,大到飛機、船身或是太空船的金屬裂縫檢查或是小到奈米等級的先進製程等的成像。X光的應用涵蓋範圍甚廣,與日常生活及科技應用環環相扣,已成為現代科技不可或缺的一部分。

數位X光平板感測器技術介紹
隨著數位科技的進步, 從傳統相機走向數位相機的變革中,同步也帶動X光影像從底片的時代跨入數位化的年代。約1980年前後,電腦放射造影(Computed Radiography;CR)使用磷光(Phosphor)物質儲存潛像(Latent Image),接著光學式掃描機(Reader)可以對轉換層激發並讀取,由光纖導光到光二極體讀取訊號以轉換成數位影像,用來取代傳統的X光底片。在1987年,非晶硒(Amorphous Selenium; a-Se)的影像感測器首度出現,但那時數位影像感測器並不成熟,非晶硒的數位光感測器也沒能商品化。進入九〇年代,感光耦合元件(Charged Coupled Device; CCD)的成熟商品廣泛應用,才成就了最早的直接放射造影技術(Direct Radiography),是以線掃描(Slot-scan)的方式成像。

1995年,由於薄膜電晶體(Thin Film Transistor; TFT)製程趨向成熟,因應而產生第一片平板感測器(Flat Panel Detector),可分為非晶矽碘化銫平面感測器(Amorphous Silicon-Cesium Iodide Scintillator Flat Panel Detector)與非晶硒平面感測器(Amorphous Selenium-based Flat Panel Detector)。2000年以後,陸陸續續出現更為實用方便的可移式(Portable)平板感測器與具無線傳輸功能的輕量型平面感測器,而更高階的平板感測器也因臨床的需求被推出,用以取代傳統X光影像增強器(Image Intensifier),因其具有更高階讀取電路與像素陣列,可連續取像作為螢光攝影(Fluoroscopy),使得X光檢查影像不會因為光纖束導光過程造成物體邊緣影像的變形。從數位光學掃描儀、CCD、TFT與CMOS等影像感測元件的技術突破,再加上多種可大面積製程的X光感光材料,像是碘化銫(Cesium Iodide; CsI)、非晶硒(a-Se)與氧化釓(Gd2O3)等,使得數位X光平板感測器漸漸變成X光影像的主流發展方向,就像過去二十年數位相機取代掉傳統的光學底片一般,發展至今,我們所謂的DR大多指數位放射造影(Digital Radiography),其相關分類如表一所示。

表一、醫用數位放射造影(DR)的分類
表一、醫用數位放射造影(DR)的分類

一般數位X光平板感測器的架構大致可區分成X光轉換層、耦合層(不一定有,如表一所述)、像素陣列(Pixel Array,通常指CCD、CMOS與TFT)以及讀取電路。X光的轉換層長久以來都是很受歡迎的研究材料,用於X光非破壞性檢測或是X光的醫學影像檢查時,都要求要與成像物體至少1:1或是放大影像的成像比例,而X光光子屬於---以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

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