前言

随着科学技术的发展，CT已经成了放射科的主力设备之一。相关统计显示，目前国内CT保有量约为2.5万台。CT探测器是CT的核心部件之一，被称为“CT的眼睛”。2018年，CT探测器设备市场价值约为14.8亿美元，预计2017-2024年复合增长率4.5%，2024年市值将达19亿美元。虽然国内各家厂家都推出了自主研发的CT探测器，但是CT探测器的发展还是到了瓶颈期。未来，CT探测器又该何去何从呢？

一、CT探测器的作用

CT的全称是computer tomography，即X线计算机体层扫描仪。CT是在1971年由EMI（电气和音乐工业有限公司）的电气工程师戈高弗雷·纽博尔德·豪斯费尔德爵士（Sir Godfrey Hounsfield）创造发明的。此后，随着探测器数量的增加和扫描时间的减少，它经历了多次改进。CT由X线球管、滤过器、准直器、探测器以及机架组成。X线球管、探测系统和重建算法是对图像质量影响最大的三个CT组件。

CT探测器就是将已经通过人体衰减后的X线转换为光电信号，使计算机系统得以识别并且计算出相应的信息。探测器转换材料应有效地检测（即吸收）入射的X射线量子并将其转换为光（对于闪烁材料）或直接转换为电信号（对于直接转换材料）[1]。转换台对整体成像性能的极强影响使得闪烁体和直接转换材料成为成像检测器的关键技术项目。转换材料的主要特点是：探测效率、灵敏度、空间分辨率和时间分辨率。

注意检测效率和灵敏度之间的差异非常重要。由于X射线和CT成像受X射线量子通量的噪声支配，因此检测效率应尽可能高。应检测到80％或更多的传入量子。太低的检测效率无法通过增加检测器的灵敏度来恢复。

二、CT探测器的分类

CT探测器主要分为固体探测器和气体探测器。其中，固体探测器按照闪烁体的材料区别又分为闪烁探测器和稀土陶瓷探测器；气体常用高压疝气。

1、气体探测器

气体探测器是利用气体（疝气）电离的原理，入射的X线使气体产生电离，透过测量电流的大小来测得入射X线的强度。气体探测器通常做成一个密闭的电离室，密闭的气室内被加入约30个大气压，以增加电离室的电离。电离室的上下夹面由陶瓷拼成，两侧由薄钨片构成，而X线的入射面由薄铝板构成，中心收集电极也由薄钨片构成。当X线入射到电离室后，使疝气电离，由中心收集电极的正、负极接收（正电极接收负离子，负极相反），通过前置放大器放大后送入数据采集系统。电离室侧面的钨片对X线有准直作用，可防止散射线进入电离室。但是气体探测器致命的缺点在于工艺上面只能做成单排探测器，所以在第三代CT后，已经没有使用气体探测器的CT产品了[2]。

2、固体闪烁体探测器

有些材料当X线或其他带电离子穿过时可以发射出可见光，这种材料被称为闪烁体。为了有效地检测X射线，通常使用含有一些重元素的无机化合物。例如碘化钠（NaI）或钨酸镉（CdWO4）。为了在60 keV或更高的量子能量下实现高检测效率，由于X射线成像需要在探测器处达到100μm左右的精细空间分辨率，所以闪烁体的典型厚度范围为0.3到2.5 mm。碘化铯（CsI）通常用于此应用，因为它可以生长为如图所示的柱状结构。这种结构限制了闪烁光的横向扩散，从而大大有助于实现可接受的空间分辨率。对于与非晶硅光电二极管一起使用，CsI掺杂铊元素，可作为活化剂改变最大的光发射区域。

现代CT被广泛使用的是稀土陶瓷探测器，它实际上是掺杂了钇之类金属元素的超快速氧化陶瓷，采用光学方法使这些材料和光电二极管结合在一起。其特点是稳定性好、光电转换效率高、X线的吸收率达99%、余晖小且容易进行较小的分割（闪烁体是阵列探测器小单元的组成部分，尺寸越小，空间分辨力越高）[2-3]。

在追求“理想的闪烁体”时，评估了满足现代CT扫描仪的高旋转速度，高分辨率和较低患者剂量要求的新材料，安装和几何形状。研究重点是发光量，速度，余辉和透光度。当前在CT检测器中使用的闪烁体的光输出量与Nph=10^6/Eg给出的理论极限相差甚远，其中Nph是每1MeV伽马光子可见光子数，Eg是闪烁体带间隙，β是一个约2.5的数值因子。例如，GOS的理论极限为Nph?90,000[4]。

目前许多实验小组正在评估新材料，以用于现代CT应用。一种非常有前途的材料是(Lu,Gd,Y,Tb)3(Ga,Al)5 O 12类型的石榴石。这些材料可以单晶和多晶陶瓷形式提供，具有出色的透光性，增加的光产量，非常短的衰减时间以及与光探测器的光谱匹配性提高。GE Gemstone是首款商业上用于CT检测的石榴石闪烁体。为飞利浦双层探测器评估的另一组材料是低原子序数闪烁体，例如ZnSe:Te，用于探测低能部分X射线光谱。石榴石型，GOS和ZnSe:Te闪烁体的原材料（晶圆）。其他可能在CT中实现的材料是卤化物“超亮”闪烁体，例如SrI 2：Eu，据报道其光产率超过90,000光子/ MeV[4]。

文章来源：《CT理论与应用研究》 网址: http://www.ctllyyyyj.cn/zonghexinwen/2021/0707/1336.html