如何选择C形臂的探测器？

2022

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前言

在C形臂上常见的探测器有影像增强器、非晶硅平板探测器和CMOS平板探测器。影像增强器正逐步退出市场，泰雷兹公司已经停产影像增强器了，仅剩东芝（现在的佳能）还在生产。平板探测器在C形臂上逐渐成为了主流，之前的文章已经分析过非晶硅平板探测器和CMOS平板探测器的优劣，这儿就不再赘述。至于最新出现的IGZO平板探测器，其性能介于非晶硅和CMOS之间，还没有普及，这儿就不提了。

CMOS探测器在C形臂上已经很普及了，像GE，西门子和奇目公司都推出了基于CMOS探测器的全系列的Ｃ形臂产品。他们三家的CMOS探测器都不相同，即使相同尺寸的CMOS探测器的分辨率都各不相同，为什么会有不同呢？我们今天就来聊一聊。

说明：我们这儿只探讨平板探测器，假设平板探测器的分辨率和图像处理以及显示器的分辨率一致。对于很多C形臂厂家采用高分辨率探测器却采用1kx1k分辨率的显示器，导致的图像质量严重下降，在之前的文章《平板C形臂分辨率那点事》中有介绍，这儿就不多说了。

CMOS探测器厂家

CMOS探测器最早是Dalsa（http://www.teledynedalsa.com/）生产的，一开始是小尺寸的，如13cmx13cm，用于牙科、工业和mini C形臂，后来生产20cm和30cm CMOS探测器。

Dexela公司也是比较早的设计CMOS探测器的公司，2011年我们去Dexela拜访时，这家位于伦敦的公司只有两张洁净台用做组装生产。后来Dexela被PKI公司收购，再后来PKI公司被Varex（https://www.vareximaging.com/） 公司收购，所以现在Varex公司的CMOS探测器主要源自Dexela。

Varex收购PKI时，原来的Dexela的几个人出来成立了ISDI公司（https://www.isdicmos.com/），这家公司主要设计销售CMOS探测器芯片，其他用户购买他们的芯片后加上处理电路以及碘化铯，再组装成CMOS探测器。

还有MX imaging公司（http://mximaging.com/）在销售CMOS探测器。不太清楚这家公司的CMOS探测器的芯片是哪家的。

DT公司（https://www.deetee.com/）也有小尺寸（小于15cm）的CMOS探测器。

国内的初创公司善思微（https://www.sensview.com.cn/）也设计生产小尺寸的CMOS探测器。

由于小尺寸CMOS探测器主要用在牙科和Mini C上面，下面只介绍用在小C和中C上的20-31cm的CMOS探测器。

空间分辨率和密度分辨率

在展开之前，我们先了解一下空间分辨率和密度分辨率的概念。

空间分辨率是指图像中可辨认的临界物体空间几何长度的最小极限，即对细微结构的分辨率。C形臂中看到的骨小梁细节就和空间分辨率相关。 C形臂中决定空间分辨率的是探测器像素尺寸。

空间分辨率测试卡见下图：       

表1中可以看到，对于31cm的探测器，只需要1.0lp/mm。反应了临床上对于空间分辨率的要求并不是很高。

密度分辨率又叫低对比度分辨率，表示的是影像中能显示的最小密度差别，也就是C形臂系统能区分不同组织密度的能力，就是我们通常所说的层次多少。密度分辨率和剂量相关，就是单个像素上获得的X光子数量相关。在C形臂的标准YY/T-0744-2018中规定了空间分辨率和密度分辨率的最低要求：

低对比度分辨率测试卡见下图：

测量时通过观察可看到的不同圆孔，就可以得到对应的密度分辨率。

对于密度分辨率，由于病人越来越胖，微创手术的开展越来越多，对密度分辨率的要求也越来越高。

CMOS探测器的像素尺寸

CMOS探测器的分辨率和像素大小有关，常见的CMOS探测器像素尺寸有100µm（或99µm）、152µm、135.3µm和198µm。相同尺寸的CMOS探测器，例如20cm的，其像素尺寸有100µm、152µm和135.3µm。那么我们在设计C形臂时或购买C形臂时怎么选择呢？

常见CMOS探测器的像素尺寸和空间分辨率见下表：

45度可见分辨率是根据C形臂法规，将分辨率卡的线条和屏幕水平线呈45度夹角测量。

选择多大像素首先应从临床应用的角度出发。一般来说，做手足手术时，需要看到很精细的地方，因此更追求高分辨率，选择像素为100µm的探测器（理论空间分辨率5lp/mm），现在主流的Mini C形臂都是采用的100µm像素的探测器，由于手足面积小，因此mini C形臂常用13cmx13cm的平板探测器。

而对于脊柱手术来说，例如腰椎，其影像对密度分辨率的要求更高，因为病人腰部厚，腹腔各脏器对成像有很大的影响，因此需要更高的密度分辨率来区分层次，例如看到棘突和横突。对于主要用于脊柱手术的30cm 平板探测器，那么198µm像素就比152um好。因为相同剂量下面，198µm像素的密度分辨率比152µm的好。

法规对探测器入射剂量的要求

大家都知道，C形臂的图像质量和剂量息息相关，在不过曝的条件下，剂量越高图像质量越好。但是X射线对人体有伤害，因此法规（YY/T-0744-2018)上规定了病人剂量和探测器入射剂量，其中探测器入射剂量就限制了厂家不能无限制的提高剂量。见下表：

从上表可知：30cm平板探测器的入射剂量要比20cm平板探测器低20%。如果30cm平板探测器和20cm平板探测器使用相同像素尺寸，那么30cm平板的密度分辨率就会比20cm平板低20%。

而30cm平板探测器主要用于躯干部位成像，如胸腰椎和骨盆等，病灶部位厚，医生要求更高的密度分辨率，而法规规定的剂量却更低，可以通过采用更大的像素来使单个像素获得更多的X射线光子，从而提高密度分辨率。

CMOS探测器厂家的不同设计

有的公司，大大小小的探测器都是使用了100µm像素。为什么呢？主要是因为研发成本低。

设计不同像素尺寸的平板探测器，一般都有2-3次流片，一次就要花费百万。像20cm和30cm的CMOS平板探测器都是多块拼接而成，如果将15cm，20cm和30cm的探测器像素设计成不同的，那么流片费用就要上千万了。后续生产管理也会很麻烦。如果设计成像素相同，可以通过不同的拼接方式拼接出3种不同尺寸的平板，可以节省大量的费用，但是却牺牲了临床图像质量。

像Dalsa的Xinos-2222HS和3030HS也是如此，都采用的152µm像素的设计，这些都是从厂家角度出发而不是临床角度出发设计的探测器。

其实Dalsa公司也生产135.3µm的21cm平板探测器和198µm的31cm尺寸的平板探测器。据说是有公司花了很多钱订制的，不对外卖。

总结

在设计C形臂或采购C形臂时，如果需要选择不同CMOS探测器，应根据临床需要选择平板探测器大小，考虑探测器的像素尺寸，30cm大平板探测器主要用在躯干部位成像，应采用更大像素的探测器才能更好的满足临床需要。

END