计算机断层扫描(CT)结合了一系列从身体周围不同角度拍摄的X射线图像,并使用计算机处理来创建人体内骨骼、血管和软组织的横截面图像(切片)。CT扫描图像提供的信息比普通X射线更为详细。

CT扫描有很多用途,但它特别适合于快速检查可能因车祸或其他类型创伤而受到内伤的人。CT扫描几乎可以显示身体的所有部位,用于诊断疾病或损伤,以及计划医疗、手术或放射治疗。

CT信号检测与处理的工作流程如图1所示。在X射线CT处理链中,检测步骤通过物理探测器来执行,物理探测器捕获衰减的X射线束并将其转换为电信号,然后将电信号转换为二进制编码信息。如图1所示,在几个处理步骤之后,结果可用于计算机上的最终可视化和解释。

在传统的基于衰减的CT中,X射线在穿过材料的过程中由于吸收或散射而被衰减。然后通过使用X射线检测器捕获衰减的X射线来测量衰减。多年来,检测技术已经有了相当大的进步。检测器捕获X射线束并将其转换为电信号。X射线能量到电信号的这种转换主要基于两个原理:气体电离检测器和闪烁(固态)检测器。两种检测原理的示意图如图2所示。气体电离检测器将X射线能量直接转换为电能,而闪烁检测器将X射线转换为可见光,然后将光转换为电能。

当X射线撞击闪烁晶体时,它们会在闪烁介质内转换为长波辐射(可见光)。然后将光导引至电子光传感器,例如光电倍增管。光电倍增管吸收闪烁体发出的光,并通过光电效应射出电子。当光线照射到光电阴极时,电子被释放,然后电子通过一系列倍增极级联,并保持在不同的电位,从而产生输出信号。

闪烁体材料的选择至关重要,并且取决于X射线到光转换所需的量子效率以及转换过程的时间常数,该时间常数决定了探测器的“余辉”(即探测器的余辉)。甚至在关闭辐射后也可以拍摄图像,如下一节所述)。现代的亚秒级扫描仪需要非常小的时间常数(或非常快的荧光衰减)。闪烁体的典型材料是掺有碘化铯铯铯(CdWO4)的碘化钠,硫化锌(ZnS),萘,蒽和其他基于稀土元素的化合物,或氧化(Gd2O2S)。


应用于医用CT的闪烁晶体


Ce:YAG

Ce-YAG闪烁晶体-南京光宝光电科技有限公司-CRYLINK

波长(最大发射)(nm)550
衰减时间(ns)70
发光量(光子/ keV)35
折光率1.82@550nm
辐射长度(cm)3.5

在最大捕获速率方面,YAP(Ce)相对于YAG(Ce)表现出更好的性能。但是,选择YAG(Ce)晶体是因为它的发射光谱与光电二极管的灵敏度相当。量热计必须在粒子加速器处理室工作,那里的磁场不可忽略,因此在读出系统中使用光电二极管比YAP(Ce)晶体所需的标准光电倍增管更可取。此外,使用光电二极管量热计的结果更紧凑,并允许减少整个pCT装置的大小。

YAG:Ce(Y3Al5O12密度 (g/cm3)最大发射波长 (nm)衰减常数(ns)
Ref[1]/670100μs
Ref[2]/67075
Ref[3]4.5555088

参考文献
[1] Design and characterisation of a YAG(Ce) calorimeter for proton Computed Tomography application
[2] Characterization of a Silicon Strip Detector and a YAG:Ce Calorimeter for a Proton Computed Radiography Apparatus
[3] A High Speed Functional MicroCT Detector For Small Animal Studies


Ce:YAP

Ce-YAP 闪烁晶体-南京光宝光电科技有限公司-CRYLINK

波长(最大发射)(nm)370
衰减时间(ns)28
发光量(光子/ keV)25
相对于Nal(Tl)的光输出(%)60-70
折光率1.95@370nm

YAP(Ce)s由于具有高的光产额、良好的分辨率、硬度和非吸湿性,在医疗设备和环境监测探测器中通常用作带光子的闪烁体。不幸的是,这种晶体在闪烁光中有一个缓慢的衰减时间。这限制了它们的高频应用。在这种情况下,人们研究了如何利用这种晶体作为质子的量热计,以较高的速度进入粒子,如质子计算机断层扫描。

YAP:Ce(YAlO3密度(g/cm3)最大发射波长 (nm)衰减常数 (ns)
Ref[1]5.3737025
Ref[2]/37028
Ref[3]/37010

参考文献
[1] YAP(Ce) crystal characterization with proton beam up to 60 MeV
[2] Mcps-range photon-counting X-ray computed tomography system utilizing an oscillating linear-YAP(Ce) photon detector
[3] Dark-count-less photon-counting X-ray computed tomography system using a YAP-MPPC detecto


CsI

CsI-Crystal 闪烁晶体-南京光宝光电科技有限公司-CRYLINK

波长(最大发射)(nm)410
衰减时间(ns)40
发光量(光子/ keV)25
相对于Nal(Tl)的光输出(%)75
折光率1.82@410nm

与传统的由0.4 mm厚的氧化钆硫闪烁体组成的aS1000模型相比,CsI探测器具有8 mm厚的CsI晶体,具有更高的X射线吸收效率。

CsI密度(g/cm3)最大发射波长 (nm)衰减常数 (ns)
Ref[1]4.51540680

参考文献
[1] A High Speed Functional MicroCT Detector For Small Animal Studies


Ce:LYSO

Ce-LYSO 闪烁晶体-南京光宝光电科技有限公司-CRYLINK

波长(最大发射)(nm)410
衰减时间(ns)40
发光量(光子/ keV)25
相对于Nal(Tl)的光输出(%)75
折光率1.82@410nm

LYSO:Ce是高密度,高光产率和短衰减时间的单晶非吸湿闪烁体,已成功用于医学CT成像仪中。

LYSO:Ce(LuYSiO5)密度(g/cm3)最大发射波长(nm)衰减常数 (ns)
Ref[1]7.142048
Ref[2]7.142040
Ref[3]7420/

参考文献
[1] YAP(Ce) crystal characterization with proton beam up to 60 MeV
[2] Luminescence Emission Properties of (Lu; Y)2SiO5:Ce (LYSO:Ce) and (Lu; Y)AlO3:Ce (LuYAP:Ce) Single Crystal Scintillators Under Medical Imaging Conditions
[3] A comparative study of the luminescence properties of LYSO:Ce, LSO:Ce, GSO:Ce and BGO single crystal scintillators for use in medical X-ray imaging


Ce:LuAG

Ce-LuAG 闪烁晶体-南京光宝光电科技有限公司-CRYLINK

波长(最大发射)(nm)535
波长范围(nm)475-800
衰减时间(ns)70
发光量(光子/ keV)25
折光率1.84@633nm

通过使用具有高密度和高原子序数的材料可以实现高检测效率。通常利用Ce3 +的5d至4f快速发光,具有独特的20-60 ns衰减时间来在室温下提供有效的发射。掺Ce的Lu3Al5O12(LuAG:Ce)是众所周知的闪烁体,具有理想的物理和闪烁特性。

LuAG:Ce(Lu3Al5O12)最大发射波长 (nm)衰减常数 (ns)
Ref[1]54520-60
Ref[2]52030-50

参考文献
[1] Crystal growth and characterization of LuAG:Ce:Tb scintillator
[2] Epitaxial growth of LuAG:Ce and LuAG:Ce,Pr films and their scintillation properties


BGO

BGO 闪烁晶体-南京光宝光电科技有限公司-CRYLINK

波长(最大发射)(nm)480
衰减时间(ns)300
发光量(光子/ keV)8~10
折光率2.15
能量分辨率(%)12

锗酸铋(BGO:Bi4Ge3O12)具有较高的X射线截止功率,但其相对较低的闪烁效率(NaI(TI)的8-16%)和较长的闪烁衰减时间(300ns)要求与光电倍增管进行有效的光耦合,以获得良好的时间分辨率和合理的能量分辨率。

BGO最大发射波长 (nm)衰减常数 (ns)
Ref[1]490300
Ref[2]490300
Ref[3]480300

参考文献
[1] A QUAD BGO DETECTOR AND ITS TIMING AND POSITIONING DISCRIMINATION FOR POSITRON COMPUTED TOMOGRAPHY
[2] Plastic scintillation detectors for high resolution emission computed tomography.
[3] YAP(Ce) crystal characterization with proton beam up to 60 MeV


CdWO4

CdWO4 闪烁晶体-南京光宝光电科技有限公司-CRYLINK

波长(最大发射)(nm)490
衰减时间(ns)14000
发光量(光子/ keV)12~15
相对于Nal(Tl)的光输出(%)50
折光率2.2-2.3

钨酸镉(CWO)单晶广泛应用于X射线计算机断层扫描和内窥镜、光谱和辐射测量设备,用于制造带有光电二极管或光电放大器的小型探测器和计算机断层扫描(CT)的多元素检测组件。

CdWO4密度(g/cm3)最大发射波长 (nm)衰减常数 (ns)
Ref[1]7.9//
Ref[2]/470/580>1000
Ref[3]/480-500/

参考文献
[1] A bench-top megavoltage fan-beam CT using CdWO4-photodiode detectors. I. System description and detector characterization
[2] Production ofthe high-quality CdWO4 single crystals for application in CT and radiometric monitoring
[3] MONOLITHICALLY INTEGRATED X-RAY DETECTOR ARRAYS FOR COMPUTED TOMOGRAPHY


LaBr3

LaBr3 闪烁晶体-南京光宝光电科技有限公司-CRYLINK

波长(最大发射)(nm)380
衰减时间(我们)25
发光量(光子/ keV)63
辐射长度(cm)1.881
反射损耗/表面(%)6.8

LaBr3(Ce)-溴化镧-是镧和溴的盐化合物,是新一代基于无机闪烁体的γ辐射探测器之一。LaBr3(Ce)闪烁体具有快速的光输出衰减时间,具有优异的能量分辨率性能。

LaBr3密度 (g/cm3)光输出(%Nal(Tl))衰减时间 (ns)
Ref[1]5.0816026

参考文献
[1]A Study on Determination of an Optimized Detector for Single Photon Emission Computed Tomography


GOS

GOS 闪烁陶瓷-南京光宝光电科技有限公司-CRYLINK

波长(最大发射)(nm)510
衰减时间(us)5.5
相对光输出(%)80
余辉(%)< 0.01
发光强度(keV)27.5
GOS(Gd2O2S)密度 (g/cm3)最大发射波长 (nm)衰减常数 (ns)
Ref[1]7.345105.5μs

参考文献
[1]Improvements in the X-ray Characteristics of Gd2O2S:Pr Ceramic Scintillators

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注