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a-Si 是一種非晶態(tài)的硅，用于太陽能電池和平板液晶顯示器（LCD）和電視的薄膜晶體管（TFT）。  在過去的二十年里，非晶硅 FPD 已經(jīng)成為醫(yī)療和工業(yè) X 射線成像的主流產(chǎn)品。非晶硅 FPD 既可用于靜態(tài)也可用于動態(tài)，但其最大的應(yīng)用是靜態(tài)普通放射成像，例如用于診斷骨科成像和胸部 X 光。

a-Si的優(yōu)勢: 

a - Si 是用于顯示器的一項關(guān)鍵技術(shù)，它在晶圓廠 這種大型工廠中大量生產(chǎn)。最新的 10.5 代非晶硅顯示器工廠使用超大尺寸的 2940 x 3370 mm 玻璃基板，而大多數(shù) CMOS 晶圓廠生產(chǎn)直徑為 200 或 300 mm 的硅片。非晶硅 FPD 受益于顯示器行業(yè)的規(guī)模經(jīng)濟(jì)，非晶硅 FPD 中使用的圖像傳感器主要在亞洲的大型晶圓廠制造，有時使用的是在生產(chǎn)高端顯示器方面不再具有競爭力的舊晶圓廠。這使得非晶硅成為一種高性價比的選擇，特別對于較大的尺寸，如用于胸部 X 光的 430 X 430 mm探測器。它們也比 IIs 更適合高劑量曝光，因為它們的飽和劑量高。

a-Si 的不足:

a-Si 在低劑量曝光時表現(xiàn)不佳，因為它的讀取噪聲相對較高，而且其像素讀取速度比 II 或 CMOS 慢。由于其讀取速度較慢，非晶硅不能支持較小的像素，如 100 μm的高幀率動態(tài)成像。這限制了它同時實現(xiàn)動態(tài)成像的快速讀出和某些透視應(yīng)用（如人工耳蝸植入）所需的高分辨率的能力。  對于 C 型臂主要用于的動態(tài)應(yīng)用，這些限制因素意味著無法實現(xiàn)最佳速度和分辨率。即使有更大的像素尺寸，當(dāng)前一代非晶硅 FPD 的性能也受到非晶硅薄膜晶體管（TFT）的限制。由于非晶硅的電子遷移率低，需要使用大型 TFT（具有較大的寄生電容），這導(dǎo)致了電子噪聲的增加。非晶硅 FPD 的電子噪聲很高，足以對低劑量透視的圖像質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。

a-Si 的最大問題是電子噪聲相對較高，無法與 IIs 和 CMOS X 射線探測器的低噪聲相提并論，導(dǎo)致臨床醫(yī)生和患者在低劑量透視檢查中的輻射劑量增加。使用 C 型臂的臨床醫(yī)生的輻照是一個嚴(yán)重的問題?！睹绹?x 光學(xué)雜志》上的一項研究指出：“我們觀察到，在進(jìn)行透視引導(dǎo)介入手術(shù)的技術(shù)員中，腦癌、乳腺癌和黑色素瘤的風(fēng)險升高了 ”。減少臨床醫(yī)生和病人的輻照露是 C 型臂制造商的一個重要目標(biāo)。

非晶硅也有明顯的圖像滯后，這在透視和三維 CT成像中是不可取的。這個問題可以通過實時圖像校正算法來緩解。

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銦鎵鋅氧化物（IGZO）平板探測器是外科 C 型臂的另一個潛在選擇。大約 15 年前，IGZO 薄膜晶體管（TFTs）在顯示器行業(yè)中被開發(fā)出來，以實現(xiàn)更高頻率的顯示。

IGZO的優(yōu)勢: 

IGZO TFT 的電子遷移率比 a-Si 高出 10 倍，這有利于減小 TFT 的尺寸，同時也縮短了像素放電時間。這就提高了探測器的讀出速度。在像素間距約為 100 μm的動態(tài)探測器中，提高讀出速度對實現(xiàn)足夠的幀率尤為重要。由于 IGZO TFTs 可以做得比 a-Si TFTs 更小，因而可以顯著改善轉(zhuǎn)換性能。因此，像素變得更加敏感，可以提供更快的讀出，探測器的分辨率也可以提高。一方面，IGZO 探測器介于高劑量 a-Si 和低劑量 CMOS 探測器之間，另一方面，當(dāng)用于低劑量透視時，其介于高劑量 a-Si 和 IIs 之間。與 a- Si 相比，它們可以在同等或更低的 x 射線劑量下獲得可用的圖像，它們可以以更高的幀率和更高的分辨率運(yùn)行，但比 CMOS 探測器慢。

IGZO 的不足：

就性能而言，IGZO 探測器不如 CMOS 探測器好，但價格更低。這使它們成為 IIs 和 a-Si 探測器的一個很好的替代品。然而，基于 IGZO 技術(shù)的 FPD 在很大程度上處于起步階段，這個這種新技術(shù)需要證明它能夠?qū)崿F(xiàn)所提出的要求，并在 x 射線輻射下及時可靠。與a-Si 相比，IGZO 對 X 射線的耐受性更低，因此不適合用于工業(yè)射線成像。目前還不知道IGZO產(chǎn)品在外科 C 型臂應(yīng)用中的壽命是多少，但這是一個值得關(guān)注的問題。

Yole Development 公司在 2019 年的一份研究報告中指出，“長期以來，IGZO 一直被視為一種高性能/低成本的 TFT 技術(shù)，但一個關(guān)鍵問題是供應(yīng)鏈準(zhǔn)備不足”。雖然，許多顯示器制造商已經(jīng)開始推出用于 X 射線探測的 IGZO 平板，但 IGZO 并不像非晶硅和 CMOS 那樣在 X 射線成像方面具有足夠的生產(chǎn)成熟度和可靠性。

IGZO 在傳感器中通常有一些圖像延時，但比 a-Si 好。在透視和三維 CT 成像中，圖像延遲是不可取的。

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CMOS 是當(dāng)今大多數(shù)計算機(jī)微芯片和圖像傳感器中使用的半導(dǎo)體技術(shù)。CMOS 圖像傳感器（CIS）被用于手機(jī)相機(jī)、緊湊型相機(jī)、攝像機(jī)和眾多相機(jī)應(yīng)用。

用于 C 型臂的 CMOS 平板探測器于 2009 年由英國 Dexela（隨后被美國 PerkinElmer Inc 收購）首次推出，并于次年引入微型 C 型臂。2017 年，隨著 Ziehm Imaging 和 GE Healthcare 推出 CMOS 產(chǎn)品，CMOS 首次被用于全尺寸 C 型臂。該技術(shù)在動態(tài) X 射線成像市場上實現(xiàn)了強(qiáng)勁的增長，在發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體中占據(jù)了接近 100% 的微型 C 型臂市場和大部分全尺寸 C 型臂市場。在 C 型臂市場，尤其是在發(fā)展中國家，IIs 上仍然發(fā)揮著重要作用。

CMOS 的優(yōu)勢：

由于非晶硅中的電荷遷移率更高得多，以及 CMOS APS 結(jié)構(gòu)，CMOS FPD 比非晶硅和 IGZO 具有更高的讀出速度和更低的噪聲。通過降低本底噪聲，顯著提高了低劑量 DQE，即使在非常低的劑量水平下也能實現(xiàn) X 射線檢測。CMOS FPDs 能夠同時產(chǎn)生更好的分辨率和更好的襯度，以獲得最高的診斷圖像質(zhì)量。

因此，與 a- Si 探測器相比，在低劑量透視檢查中，病人和臨床醫(yī)生的輻射劑量都會降低。

CMOS 圖像傳感器技術(shù)還允許多種增益模式，從而為高劑量和低劑量的應(yīng)用提供不同的操作模式，如三維 CT 成像（高劑量）和低劑量透視檢查。雖然將X射線光子轉(zhuǎn)換為可見光的確有一些時間延遲，但 CMOS 圖像傳感器本身幾乎沒有圖像延遲。

CMOS 的不足：

雖然 CMOS 探測器具有最佳的性能特征（包括分辨率、速度和低劑量圖像質(zhì)量），但 CMOS 傳感器的成本導(dǎo)致大面積平板的成本較高，例如 310 mm²。這是因為與非晶硅或 IGZO 圖像傳感器相比，CMOS 晶圓的成本相對較高。

盡管 CMOS 圖像傳感器容易受到 X 射線的輻射損傷，但 C型 臂中使用的 CMOS X 射線探測器受到光纖板（FOP）的保護(hù)，這增加了額外的成本，但提高了圖像質(zhì)量和產(chǎn)品壽命。

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