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为什么CT探测器是一块一块的?
发布者:管理员   |   发布时间:2021-03-25   |   所属分类:新闻动态   |   阅读次数:100
作为影像人,您肯定见过平板探测器,下图是DR平板探测器,就是一块“平板”。胃肠机/DSA的其实也长这样,只不过她们的是动态平板,尺寸也没这么大。



而CT探测器长这样的,属于一小块一小块的,更多请参考:“设备拆解法:图文分析CT探测器的参数,以及“层”的实现

同样是探测器,差别怎么这么大?这个问题也困扰我很久,今天解决。

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闪烁体

不管平板探测器还是CT探测器,其原理都下图(请参考“一文盘点CT探测器的核心技术”),最核心的都是闪烁体

闪烁体,这是一种神奇的材料,她能将X射线转换成可见光,称之为“闪烁效应”。不止X射线,还有γ射线,高能粒子等。因此,闪烁体广泛应用在X射线成像、核医学成像、高能物理等。
医学成像的闪烁体是无机闪烁体,包括闪烁晶体、闪烁玻璃,闪烁陶瓷,闪烁气体灯。其中,闪烁晶体主要应用在平板探测器,闪烁陶瓷主要应用在CT探测器上。关于闪烁陶瓷,上一篇已详细介绍。



关于闪烁晶体,以著名的碘化铯(CsI)非晶硅平板探测器为例,其闪烁体是碘化铯;非晶硅(a-Si)是指基底材料,包括光电转换层和TFT阵列。
除碘化铯外,部分平板探测器还使用“硫氧化钆”作为闪烁体
除非晶硅外,还有非晶硒、CMOS、IGZO等技术,其中非晶硅因技术简单、成本低等原因,是目前应用最广泛的
在平板探测器领域,万睿视(Varex)、泰雷兹(Trixell)、佳能最著名的;我国的奕瑞平板也非常不错,是全球极少数几家同时掌握非晶硅、CMOS、IGZO三种技术路线的探测器公司之一。

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普放/CT的闪烁体

闪烁体是从矿物质中提炼出来的,最原始的样子是“粉末”。从粉末变成闪烁体的过程叫“生长”。举个栗子,粉笔,从“粉笔末”变成“整根粉笔”,就是“生长”。但,“生长”没这么快,更合适的栗子是古时候的“炼丹”:丹砂烧之成水银,积变又还成丹砂。整个“生长”过程堪称“点石成玉”。玉,即闪烁体

回到标题:为什么平板探测器是整块的,CT探测器是一小块一小块的
因为,闪烁体不同
以碘化铯闪烁体为例,她是立方晶体,对称程度高,方便长出较大尺寸的晶体。比如,采用传统的“下降法”能烧制成大尺寸的碘化铯闪烁体,如直径9cm,长35cm。早期的平板探测器良品率很低,会采用4小块拼出一整块,现在工艺成熟,晶体薄膜化,普遍都是整块探测器。

CT探测器的闪烁体是闪烁陶瓷,优点很多,但陶瓷是脆性材料,大块烧结成品率低,像平板探测器那种大尺寸不太现实。下图是中科院宁波所的大尺寸陶瓷闪烁体:Superlight,可以感受下CT“大尺寸”闪烁体和DR“大尺寸”的差别。所以,CT探测器一小块一小块的,属于现实原因。

不过,模块化探测器非常好的事,比如飞利浦CT有42个探测器模块,坏一个更换一个,维护成本低
闪烁陶瓷和观赏用陶瓷器不同,她是稀土陶瓷,即,在闪烁陶瓷中加入稀土元素,使闪烁体性能更好。
性能,是由参数决定的!

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补充:闪烁体性能

下表出自“一文读懂CT探测器的核心技术”,这是CT闪烁体的核心参数。上期限于篇幅,未做详细介绍。本篇补上,如对此参数无兴趣,可直接跳过。

1)衰减速度
X线停止后,闪烁体的发光强度下降到初始强度的时间。几乎在所有的闪烁计数都要求具有较快的衰减速度,可最大程度消除能量累积造成的重影
2)余晖
X线停止一段时间(通常为几毫秒)后的残余光强度。在 CT等快速成像领域,闪烁体的余晖性能非常关键。因为余晖较长,图像中产生伪影,会大大降低成像精度,导致重构图像的变形和失真
3)发光效率
又叫光产额(光输出),表示在一次闪烁过程中产生的光子数目与带电离子在闪烁晶体中损失的能量之比(p/MeV)。光产额越高,说明在接收相同能量之后,释放的有效光子数越多,探测器接收到的光子数越多,X线转换效率就越高,CT越绿色”低剂量
4)密度
又称X线阻止能力。希望所有入射到闪烁体的 X射线都被吸收,因为不充分的吸收会导致许多有害的效应。高密度的闪烁体能在较短的距离内阻止住 X 线
5)辐照损伤
闪烁体长时间在大剂量高能辐照环境下工作,不可避免地产生色心、晶格原子位移或逸出等缺陷,会降低闪烁性能,甚至可能造成永久损伤。

此外,还有闪烁体透明性、光谱区域、物理化学性质的稳定性等。咱们不做研发,了解以上足够。