二维电子射野影像系统的基本原理

在放射治疗中辐射束照射靶区时，采用电子或非电子技术作为获取影像的器件，在出射方向获得的影像称为射野影像。其中采用电子技术的称为电子射野影像系统，也叫电子射野实时成像系统，是一种新的放疗辅助装置。EPID一般由射线探测器和射线信号的计算机处理系统两部分组成，根据探测方式的不同，EPID可分为荧光探测器、液体电离室探测器和固体探测器三大类型，目前广泛使用的是固体探测器系统。

（一）荧光探测器系统

荧光屏摄像机系统是以荧光屏为射线探测器，包括X射线转换成像装置和信号转换装置。其中X射线转换器整体是一个荧光屏，由1.5mm左右的金属板（通常为不锈钢或铜）和硫氧化钆组成，是射线探测器最重要的部件。成像装置包括透镜、反射镜、摄像机。射线束通过金属板转换为高能的电子（包括射束与荧光屏作用产生的高能电子），高能电子直接入射至荧光屏上，或与荧光屏作用形成可见光。荧光屏下方的反光镜可反射部分透过荧光屏的可见光，通过透镜和摄像机的信号经数字化处理后最终形成图像并显示。其缺点主要是体积庞大，影响患者的正常摆位；优点则体现为其具有较高的空间分辨率、较大的成像范围及较快的成像速度。

（二）液体电离室探测器系统(https://www.daowen.com)

美国肿瘤研究中心和芬兰癌症研究中心开发了用液体电离室作为探测器的EPID系统。此类系统的射线探测器采用扫描液体电离室（scanning liquidionization chamber，SLIC），其基本组成包括SLIC和对应的控制单元及系统软件。控制单元用于控制图像采集与生成的模数转换过程；系统软件则是对图像的显示增强、存储以及摆位误差的探测等进行后处理。系统最重要的部件为SLIC，由1.27mm×1.27mm的单元组成256×256的液体电离室矩阵，其灵敏面积为32.5cm×32.5cm；1mm厚的异辛烷作为电离介质填充在电离室的高压电极之间；1mm厚的钢板作为剂量建成材料覆盖在电离室上方。任何一行的256个电离室接通300V极化电压后，256个静电计同时读取这一行电离室的电流，形成一行图像信号，依次接通不同行的电离室即能得到整个灵敏体积内的图像信号，时间约为5.9秒。采用快速采集方式其时间能减少到1.5秒，但对图像的分辨率影响较大。液体电离室系统主要优点有：①结构紧凑、轻便，能采用机器人手臂支撑，使探头收放自如；②因各探测单元位置固定、均匀分布，不会使图像发生几何失真。该系统的主要不足是：①射线利用率低；②因采用扫描方式采集图像信号，在整幅图像读取过程中加速器剂量率的不稳定性可能影响图像质量。

（三）固体探测器系统

固体探测器系统是用非晶硅（amorphous silicon，a-Si）或非晶硒（amorphous sselenium，a-Se）等材料做成的半导体构成的线阵，常见的非晶硅阵列单个像素块均由光电二极管和薄膜晶体管组成，每个光电管与对应的晶体管耦合且紧贴荧光转换板。光电二极管由顶层透光金属、本征型层、P型层和铬层组成。薄膜晶体管是一种场效应管（field effect transistor，FET），其源级、栅极、漏极分别与光电管、控制线和数据线连接，由信号控制其开通和截止。采集图像信号时，整个FET阵列保持负压处于截止状态，光电二极管的电容不断收集由荧光转换的光电二极管本征层电子空穴对，使光电管不断充电，改变FET的控制电压；数据线输出存贮在光电二极管的信号，并由计算机处理为数字信号后生成一行数字图像，随后该行FET线的电压回到初始状态。重复上面的步骤得到整幅图像，通过改变每行FET的电压直到生成每一条FET线上的图像。固体探测器有两种工作方式：直接方式和间接方式，两者主要区别在于射线束转化为电信号的方式。直接方式是用非晶硒探测器直接将射线转换成电荷信号。间接方式是用非晶硅探测器，是闪烁体把射线变成的可见光，再用非晶硅光电管生成电信号。目前常见的非晶硅平板探测器其有效测量面积为40cm×30cm，像素最高可达2304×3200。由于其具有体积小、成像视野大、效率高及分辨率高等特点，已逐步取代了荧光探测器系统和扫描液体电离室探测器系统。