在選擇牙科CBCT的時候，如果能夠很好地理解其設備本身，毫無疑問可以幫助醫(yī)院和牙科診所做出更切合自身需求的采購決策。 理解牙科CBCT成像設備最基礎的一步,是理解X射線成像。本文將主要介紹牙科X射線成像的基礎知識，以及如何認識牙科CBCT中最重要的元件之一——平板探測器。

X射線簡介

光（輻射），在我們的生活、自然以及宇宙中幾乎無處不在。可見的只有非常小的一部分，大部分都是你我肉眼無法觀測到的，X射線就是其中一種。

X射線屬于高能射線，光子能量在124 eV到幾百keV之間，屬于電離輻射，對人體有害，如果人體吸收了過量的X射線則會造成實質損傷。宇宙中存在著大量的X射線，但地球的大氣層基本都將其隔離在外了。

那它是如何實現(xiàn)的呢？

X射線又叫倫琴射線，由德國物理學家威廉·康拉德·倫琴于1895年在實驗中發(fā)現(xiàn)并命名，倫琴因此成為了獲得諾貝爾物理學獎的第一人。而X射線也被稱為19世紀末20世紀初物理學的三大發(fā)現(xiàn)之一，標志著現(xiàn)代物理學的誕生。

倫琴在一次的實驗中，請他夫人將手放在黑紙包嚴的照相底片上，用X射線對準照射了15分鐘，顯影后，得到了人類第一張人體X射線攝影。這張歷史性的照片也表明了，人類可以借助X射線隔著皮肉去透視骨骼。

倫琴和倫琴夫人手掌X射線圖 指上那個黑咕隆冬的物體是倫琴夫人的婚戒

X射線穿透力極強，由于人體不同的組織對X射線的吸收程度不同，均勻的X射線快速穿透人體組織后，其不均勻分布其實就是人體組織的投影。通過不斷的技術發(fā)展，如今X射線已廣泛地用于醫(yī)療影像中，當然也包括我們今天談到的牙科影像。

牙科影像中的X射線是如何產(chǎn)生的？

目前在牙科應用中，都是用X射線真空管來產(chǎn)生X射線。

X 射線管是工作在高電壓下的真空二極管。包含有兩個電極：一個是用于發(fā)射電子的燈絲，作為陰極（K）；另一個是用于接受電子轟擊的靶材，作為陽極（A）。兩極均被密封在高真空的玻璃或陶瓷外殼內。

在牙科X射線影像設備的參數(shù)中，"管電流"、"管電壓"是經(jīng)常能看見的。

X射線管供電部分至少包含有一個使燈絲加熱的低壓電源（Uh），和一個給兩極施加高電壓的高壓發(fā)生器（Ua）。當鎢絲通過足夠的電流使其產(chǎn)生電子云，且有足夠的電壓（千伏等級）加在陽極和陰極間（管電壓），使得電子云被拉往陽極。此時電子以高能高速的狀態(tài)撞擊鎢靶（A），高速電子到達靶面，運動突然受到阻止，其動能的一小部分便轉化為輻射能，以 X 射線的形式放出。改變燈絲電流（管電流）的大小可以改變燈絲的溫度和電子的發(fā)射量，從而改變管電流和 X 射線強度。改變 X 光管激發(fā)電位，或選用不同的靶材可以改變入射 X 射線的能量。

管電壓（keV）越高，X射線穿透物體的能力越強。管電壓的設置，不能太高，也不能太低。管電壓過高，X射線大部分會直接穿過被攝物體，探測器接收到信號就與被攝物體無關了；而管電壓過低，則X射線大部分被物體吸收，探測器則接收不到與被攝物體有關的信息。

而管電流（mA）越大，就意味著X射線的流量越大，探測器的接收到的信號就會越強。從成像角度來說，管電流越大越好，但是管電流越大，病患受到的輻射劑量也越大，所以在滿足成像的基礎上，管電流越小越好。

由于受高能電子轟擊，X 射線管工作時溫度很高，需要對陽極靶材進行強制冷卻。雖然 X 射線管產(chǎn)生 X 射線的能量效率十分低下，但是在目前，其依然是最實用的 X 射線發(fā)生器件，已廣泛應用于X 射線類儀器中。目前，醫(yī)療用途主要有診斷用 X 射線管和治療用 X 射線管。

牙科CBCT成像的關鍵：平板探測器

在成像中，除了光源，另一個必不可少的元件就是光電探測器了。而在牙科CBCT中所用到的，想必大家也都了解，就X射線平板探測器。

對于牙科CBCT而言，平板探測器是影響其影像質量的核心因素。同時，從成本的角度來看，通常X射線平板探測器占牙科CBCT整機生產(chǎn)成本的1/2-1/3，這也充分體現(xiàn)了其在設備中的重要性。因此，在選購牙科CBCT機時，平板探測器的品牌和技術參數(shù)是關注的要點。

對于X射線成像，目前大多采用間接成像，如下圖所示（圖為濱松牙科平板探測器），我們可以看到平板探測器內部主要包含：

- 閃爍體（灰）

- 探測器（藍）

- 讀出電路（黃）

平板探測器示意 （濱松牙科平板探測器）

簡單來說，閃爍體負責把X射線轉化為可見光（X射線難以直接被探測器所探測），探測器負責讀取可見光信息并轉換為電信號，最后由讀出電路將電信號傳遞到PC里面。這里，我們重點來說一說其中最關鍵的、也是直接決定平板探測器性能的兩部分：閃爍體和探測器。

1、閃爍體

簡單來說，閃爍體就是一個光的轉換器，可以把X光轉化為容易探測的可見光。

閃爍體的類型有很多種，目前在牙科X射線中主要使用的是CsI（碘化銫閃爍體）。碘化銫閃爍體的發(fā)光光譜與CMOS圖像傳感器的吸收光譜近乎完美的重合，兩條曲線的峰值都落在500-600nm的光譜范圍內。

而目前，在碘化銫閃爍體中分辨率最高的就是針狀碘化銫。針狀結構類似于光導，在輸出可見光的時候，發(fā)光更加集中，亮度更強，分辨率更高。

針狀碘化銫閃爍體示意

閃爍體需要耦合在探測器上來發(fā)揮效用，其耦合的方式主要分為兩種：

1．基板壓制（耦合）型

2．直接沉積型

基板壓制（耦合）型閃爍體，是將閃爍體在一個基板上生長（substrate），然后基板在上，閃爍體朝下扣在平板探測器上。

壓制工藝的針狀碘化銫與平板探測器之間會有薄薄的縫隙，里面會有殘留的空氣；耦合工藝的方式縫隙里會有膠水層，基板壓制（耦合）型閃爍體不可避免地是基板對X射線的攔截吸收，以及空氣層或膠水層對轉化光的折射和散射。這就會影響到閃爍體的發(fā)光強度和分辨率。不過，該種閃爍體生產(chǎn)難度比較小，成本也相對較低。

直接沉積型針狀碘化銫閃爍體，不需要粘合劑，也不需要額外的基板，通過專業(yè)設備直接在平板探測器（CMOS和TFT平板）上進行蒸鍍，將針狀碘化銫閃爍體生長在平板探測器表面。

這種耦合方式，由于沒有額外的基板和粘合劑或空氣層，所以射入的X射線和發(fā)出的可見光損失小，發(fā)光強度高，發(fā)光集中，分辨率高，可以在低劑量X光照射下產(chǎn)生很好的圖像質量。而直接沉積型針狀碘化銫閃爍體，是目前X射線平板探測器所用閃爍體工藝的最高標準。

這種耦合方式技術難度高，成本高。目前濱松公司的平板探測器都是采用直接沉積型耦合方式，濱松公司完全掌握了直接沉積型針狀碘化銫的生產(chǎn)工藝，可生產(chǎn)出品質極高的直接沉積型針狀碘化銫閃爍體。

2、探測器

探測器位于閃爍體之下，用于接收閃爍體發(fā)出的可見光，把光信號轉換為電信號，是光電轉化的關鍵一步。

目前市場上有兩種用于牙科CBCT成像的探測器：

- CMOS平板探測器

- TFT平板探測器（也稱非晶硅平板探測器）

目前對這兩種探測器的優(yōu)劣可以說是眾說紛紜。作為同時提供兩種探測器的濱松，在這里就為大家分享一下這兩者的實際對比情況：

表中可以看到，TFT平板探測器的優(yōu)勢是尺寸和視野，而CMOS平板探測器的優(yōu)勢是靈敏度，分辨率和讀出速度。

在不需要拼接的情況下，CMOS平板在性能上具有優(yōu)勢。但在需要"大尺寸"的應用下，拼接的CMOS平板在拼接處都會存在間隙和失效像素線，進而導致部分的圖像會有缺失，需要后期通過軟件進行修正。而TFT平板則不存在這個問題。

目前，濱松的中視野平板均是CMOS平板，中大視野和大視野平板全部是TFT平板，這樣可以充分發(fā)揮各個工藝的優(yōu)點，并滿足不同場景的應用需求。

接下來，我們再來看看探測器中另一個必須了解的key point——像素結構。目前，平板探測器的像素結構一般分為兩種：

- 被動型像素PPS：像素的全部面積用來探測光信號，像素內不包含放大器；

- 主動型像素APS：每個像素內都包含一個光電探測器和放大器。

就目前市場上的平板探測器產(chǎn)品而言，TFT平板探測器使用的都是被動型像素PPS，而CMOS平板探測器則存在兩種像素結構都有使用的情況。

目前牙科CBCT成像需要的X射線劑量在20uSv~ 50uSv之間，在這個劑量下，APS型CMOS平板探測器，PPS型CMOS平板探測器和TFT平板探測器的成像質量幾乎沒有差異。

在不需要拼接的情況下，CMOS平板在性能上具有優(yōu)勢。但在需要"大尺寸"的應用下，拼接的CMOS平板在拼接處都會存在間隙和失效像素線，進而導致部分的圖像會有缺失，需要后期通過軟件進行修正。而TFT平板則不存在這個問題。

通過上面的分享，我們對牙科CBCT用平板探測器也應該有了進一步的了解了。以下為重點信息總結：

接下來，我們再來看看探測器中另一個必須了解的key point——像素結構。目前，平板探測器的像素結構一般分為兩種：

- TFT平板探測器和CMOS平板探測器各有所長。TFT工藝多用于制造大面積平板探測器，多用于高端坐式牙科CBCT機上；而CMOS工藝多用于制造中視野平板探測器，多用于牙科3-in-1機型（但目前也有部分高端的3-in-1機型，使用了TFT中大視野平板探測器）；

- 直接沉積型針狀碘化銫的TFT和CMOS平板探測器，是牙科平板探測器業(yè)界最高品質產(chǎn)品；

- 拼接的CMOS平板探測器都會有明顯的壞線，很大程度上依賴算法補償；

- APS型CMOS探測器中每個像素都包含放大器，未被閃爍體完全吸收的X射線容易導致放大器損壞，引起像素失效，其抗輻射能力不如PPS型CMOS平板探測器。

濱松作為一家擁有60余年的光電企業(yè)，在平板探測器的研發(fā)和生產(chǎn)上，也有24年的歷史了。濱松平板探測器通過掌握核心技術——探測器設計，閃爍體生產(chǎn)，電子設計，產(chǎn)品集成，不斷地為世界上著名的牙科影像企業(yè)提供著優(yōu)秀的產(chǎn)品。我們也希望通過不斷精進自身的技術，為牙科影像的發(fā)展提供更好地可能。

濱松為牙科影像應用提供全線探測器方案

濱松平板探測器核心技術

除了牙科應用外，濱松平板探測器還廣泛用于工業(yè)無損檢測中。