宠物DR的核心部件？浅谈平板探测器的现在与未来｜科技前瞻
宠物DR，全称为宠物用数字化X射线摄影设备。如今，这一设备几乎成为一家新宠物医院的标配设备。
DR设备主要用于给宠物做X光检查，在宠物不会说话和不用做手术的情况下，检查宠物身体内是否有异物、骨折、炎症和肿瘤等常见疾病。
作为宠物DR的最核心部件，X光平板探测器——是把X光转换成数字信号的核心部件。该核心部件的发展和特点直接决定了宠物DR拍摄效果以及可以达到的高度。
目前市场上主要应用非晶硅TFT静态平板探测器技术，在X射线摄影中，按照是否无线传输数字图像分为有线和无线两个版本。
在宠物DR整机中主要应用有线版本，数据传输快和没有干扰，同时在平板供电上，不依赖于电池，直接插电供电，无须电池插拔和更换烦恼。除了外在有线或无线区分，内部构造和设计，及工作模式也相当重要。
从构造上看，在表层碳纤维外壳下第一层为闪烁体层，是一种晶体，作用是把X光这种不可见光转换成可见光，转换效率直接决定了图像效果。
该层的晶体主要为GOS硫氧化钆和CSI碘化铯。
GOS硫氧化钆为圆粒体结构，即使是GOS也分高中低三个档次，每个档次的GOS的转换效率都不一样具体可以通过DQE来表示，价格也按照GOS的档次进行分类。
另外一种为CSI，呈现出针柱状体，该形态的结构将不可见的X光转换成可见光的效率要明显高于GOS圆粒体结构。所以CSI碘化铯平板效果要好于GOS硫氧化钆平板。
工艺：直接生长型和贴膜型
除了在闪烁体这层的材料区别，工艺上也有区分，主要分为直接生长型和贴膜型。
直接生长型主要为闪烁体晶体通过专业设备蒸镀在非晶硅TFT上，大致形式为将非晶硅TFT倒置在专业蒸镀设备上，这类型机器每台约为1000万人民币，可以精确到微米级的晶体生长。约10小时后，晶体直接生长在TFT上，再通过惰性化学物质将晶体长期封装在TFT上。
该工艺十分复杂，设备高昂，但直接生长的碘化铯工艺和材料可以确保在低剂量下图像效果为最佳效果。
除了直接蒸镀就为贴膜工艺，将晶体放到膜上然后通过贴合到TFT表面，该种工艺多了一层中间的转换层降低了转换效率，另外贴合分为全自动覆膜机贴合和人工贴合。
该工艺对胶水要求高，要求比例均匀和贴合工艺正确，不然会出现脱落和不均匀影响图像效果，类似于手机贴膜，不能出现气泡和脱胶等现象。
贴膜工艺常见于GOS硫氧化轧闪烁体，部分CSI碘化铯闪烁体也使用贴膜工艺，从不可见光转换成可见光这一层来分析，最佳材料和最佳工艺产生的最佳效果的方式是高转换效率材料和工艺的方式：直接生长蒸镀的碘化铯闪烁体非晶硅TFT。
从结构设计上看，平板探测器的设计主要分为面板TFT设计、电路设计分为核心电路板设计和读出电路板等电路板设计、整体架构布局设计、输出设计等。
每一种平板探测器根据所应用的领域、拍摄需求和图像需求来设计平板。
在宠物DR领域应用匹配被照体的特性和图像需求，动物毕竟不是人，但整体身体构造按照密度分为：
高密度的骨骼、中密度的肌体器官和血管以及低密度体内的气体与人体结构大体一致，这是相同点。
不同点在于构造数量和位置不同、拍摄位不同以及拍摄互动不同等。
例如宠物犬，一般为躺下来被按住拍摄，宠物犬的心跳和呼吸要比人体更快，且易动。这就需要宠物DR应用平板非人体应用平板，它比人体要求更高更快。
高要求和快要求，快要求平板工作流速度是毫秒级的响应，匹配宠物应用。整体平板内部电路设计和响应是毫秒级比人用更快，一般可以达到人用的4倍以上。
核心设计为TFT面板设计，TFT为薄膜晶体管阵列，一个43厘米×43厘米的面积，布局了3072×3072个薄膜晶体管阵列，每个像素的大小设计为139微米。
为什么设计139微米大小的像素单元为最佳设计？
像素单元是一个面积单位，相当于每个薄膜晶体管单元为139微米×139微米，整块43厘米×43厘米的面积布满了944万像素单元，近千万像素，对应的一般分辨率在3.6LP/mm,毫米单元可以看到3.6个线对，清晰度非常高，可以清晰到看到骨纹理的细节。
设计单元太大，则无法看到病灶点的细节，而像素单元太小，则需要提高每个像素单元的入射光子数量，则提高了X光的剂量，对被照体产生伤害。139微米的最佳设计即保障了清晰度，同时也充分利用了入射剂量，减少了对被照体的伤害。
除了薄膜晶体管阵列对应的像素单元，芯片设计的是否直接bonding在TFT上也是一个核心工艺，一般分为直接bonding在TFT上，该技术为CHIP ON GLASS,“COG”。该技术无中间层，提高了转换率无中间层衰减。其它技术则通过软性电路板中间层连接，提高了损耗。
总结来看，直接生长工艺的碘化铯非晶硅TFT平板、具备毫秒级反应的宠物工作流、139微米的像素单元设计和芯片直接bonding在TFT上，为目前宠物平板的核心设计和最佳设计。
第二代多功能动态平板探测器
第二代宠物应用平板探测器，是兼具透视、摄影、造影、减影、拼接、类CT功能的多功能动态平板探测器。目前宠物医院整体规模一般，对场地要求高，医生数量有限，预算有限，但发展速度超预期。
一般一个完整科学的诊疗流程常常分为检查和手术即诊断和治疗，X光检查可分为透视检查、摄影检查、造影检查和三维检查，每种检查根据检查的范围和需求的精确程度选择对应的检查方法。
手术治疗分为术前规划和术中定位，这两种方式都需要X光辅助，术前规划通过X光检查确定手术范围和手术路径规划，术中定位则通过透视、造影和减影等方法，辅助医生展开骨外科手术和介入手术。
如果一台设备能够完整包括诊断和治疗全过程，这样不仅仅可以节省人力和空间，也没有必要买一堆设备造成不必要的浪费，同时也满足医院的快速发展要求。如果要达到上述要求，最重要是需求一块多功能平板探测器。
2017年上海奕瑞光电子科技股份有限公司发布了中国第一台17英寸全尺寸的动态平板探测器，全尺寸可以达到12帧/秒的采集，像素合并情况下可以达到30帧/秒。至此，中国成为了美国、法国和日本后第四个拥有该技术的国家。
第三代氧化物平板探测器
第三代宠物应用平板探测器为氧化物平板探测器，不再是传统的非晶硅平板探测器。X光设备的发展路径主题永远是低剂量。
氧化物平板探测器，相比于非晶硅TFT，图像的灵敏度提高，接受剂量更低即可实现更好的图像效果，理论值剂量比传统非晶硅TFT低30%左右，同时该技术的响应速度比非晶硅TFT更快，未来的动态探测器的速率会更高。
很多宠物医院在采购宠物DR时关注平板探测器，只关注是否为进口？笔者认为这不够科学或认知度有限。
我们从平板探测器中的核心部件TFT来看，目前中国的TFT产值已经是全球第一，从技术发展上，中国已经完成了第十代的TFT产线，正在布局第十一代TFT产线，远远超越了其他国家。
从TFT下游，DR平板探测器来看，2017年中国市场需求为10000多台DR平板，中国平板探测器厂家市场占有率超过了50%，远远超过了其他国家。
这背后和中国在全球TFT供应链中的价值是匹配的，中国人拥有核心技术且拥有高超的制造工艺和市场。
相对闭塞的宠物市场，应该认知中国产品的价值，至少可以提出了解平板的DQE、MTF、灵敏度、像素单元、直接生长式碘化铯、bonding工艺、生产规模、中国市场整体市场占有率以及测试情况来完整评估一个平板探测器，这要比只知道进口或国产要更加理性。以防止自己花更多的钱买了一个次品。
笔者根据目前的平板探测器的技术发展和宠物市场需求，将宠物DR探测器划分为三代，主要分为第一代非晶硅静态平板探测器；第二代多功能动态平板探测器；第三代氧化物平板探测器。
特邀作者：弗利萨，十年医学影像设备产业工作经验，就职于多家国内顶尖影像品牌厂商，现专注于宠物诊疗领域的影像研究和国际影像前沿科技动向。
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