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1、数字化X射线平板探测器的分类
数字化X射线平板探测器的作用是采集X射线信息,将透过物体的X射线转换为相应的数字信号,可按能量转换方式、工作模式等进行分类。
(1)按工作模式
根据工作模式的不同,数字化X射线平板探测器可分为静态和动态两类。
静态平板探测器指单次X射线或由单次X射线组合的序列拍片下成像的平板探测器。利用静态平板探测器制造的数字化X射线影像系统在成像时主要凸显被检测物体的大小与形状,无时间维度上的变化。
动态平板探测器指脉冲式或连续X射线曝光拍片下成像的平板探测器。相比静态平板探测器而言增加了时间维度的连续观察摄影功能,能在透视的情况下动态观察被检测物体的情况,可更好地满足特定使用需求。
随着技术的不断进步,静态和动态平板探测器的界限正逐渐模糊,预计未来将有更多的产品能同时在两种模式下工作。
(2)按能量转换方式
根据能量转换方式的不同,数字化X射线平板探测器可分为直接转换和间接转换两类。
直接转换探测器的基本原理是X射线投射到探测器上,光导半导体材料采集到X射线光子后,直接将X射线强度分布转换为电信号。目前,直接转换方式常用的光导半导体材料包括非晶硒(a-Se)、碲化镉(CdTe)、碲锌镉(CdZnTe或CZT)等,已经较为成熟的产品主要包括非晶硒平板探测器和碲化镉/碲锌镉线阵探测器。
间接转换是相对于直接转换而言,X射线投射到探测器上先照射到闪烁体,闪烁体吸收X射线后以可见光的形式将能量释放出来,经过空间光路传递,由光电二极管采集并转换为电信号。目前,常用的闪烁体材料主要有碘化铯(CsI)和硫氧化钆(Gd2O2S:Tb或GOS)。根据传感器材料的不同,采用间接转换方式的传感器包括非晶硅(a-Si)平板探测器、电荷件(CCD)探测器、互补型金属氧化物(CMOS)半导体探测器等。
2、数字化X射线平板探测器的应用
数字化X射线平板探测器可用于探索人体及其他生命体或物体的内部构造并成像,是用于生产数字化X射线影像系统的关键部件。在医疗领域,数字化X射线影像系统根据应用场景的不同可分为普放数字化X射线影像系统、DM系统、诊断影像系统(包括C型臂、DSA、DRF、口腔CBCT等)、放疗设备等;在非医疗领域,数字化X射线影像系统主要可应用于工业无损探伤检测、安全检查、宠物医疗诊断等领域。目前,数字化X射线影像系统的应用仍以医疗领域为主,2018年全球数字化X射线影像系统在医疗领域的应用占比达到76%。
3、数字化X射线平板探测器的技术特点
目前,数字化X射线平板探测器采用的能量转换方式以间接转换为主,即采用TFT/PD或CMOS作为传感器,采用碘化铯或硫氧化钆作为闪烁体。
在传感器方面,TFT/PD使用的半导体基底材料主要包括非晶硅(a-Si)、低温多晶硅(LTPS)和金属氧化物(Mental Oxide)三类,其中非晶硅是目前最主流的技术,自投入市场至今已超过25年,经历了大量应用、改进和优化,具有成像速度快、材料稳定可靠、环境适应性好等特点,可同时满足静态和动态数字化X射线平板探测器的需求。
目前,平板探测器生产企业在传感器技术方面的应用均以非晶硅为主,系行业平均技术水平、生产成本、下游客户应用需求等多因素共同作用的结果。
在闪烁体方面,目前市场上主流的闪烁体材料包括碘化铯和硫氧化钆。由于碘化铯相比硫氧化钆对X射线的灵敏度更高,故其允许使用更低剂量的X射线来实现成像。在像素大小相同、电路附加噪声相同、X射线剂量相同的情况下,使用碘化铯作为闪烁体的探测器性能要明显优于使用硫氧化钆作为闪烁体的探测器。在实际生产中,为更好地与非晶硅接收光谱灵敏度构成良好的光谱响应匹配关系,碘化铯中通常还会被掺入一定比例的碘化铊,以更好地发挥其光传导性能。在放疗及工业等领域,由于使用场景本身对放射剂量的要求较高,故多使用硫氧化钆作为闪烁体材料。
4、国内外平板探测器市场分析
在医疗和宠物医疗领域,据中金企信国际咨询公布的《2021-2027年中国数字化X射线平板探测器行业市场分析及投资可行性研究报告》统计数据显示:2017年和2018年全球平板探测器出货量分别为70,788台和76,763台,其中美国是全球最大的市场,出货量分别为23,401台和25,721台。我国的市场规模在国家政策和下游需求的共同作用下迅速增加,2017年和2018年出货量分别为15,227台和16,748台,已成长为仅次于美国的第二大市场。