5、CT扫描技术：X射线探测器与成像原理解析

CT扫描技术：X射线探测器与成像原理解析

1. X射线探测器的类型与原理

在计算机断层扫描（CT）中，X射线探测器的作用类似于传统X射线摄影中的胶片，用于根据X射线投影创建图像。目前，CT扫描中主要使用以下两种类型的X射线探测器：
- 氙正比室探测器 ：第三代CT扫描仪大多使用氙正比室探测器，因为它们比后续几代使用的闪烁探测器便宜得多。氙探测器电离室中的气体处于高压（约10个大气压）状态。在这种探测器中，电极两端施加约140 kV的高压，但电压不能太大，否则可能导致所谓的气体放大现象。当X射线光子穿透探测器窗口（通常为铝）时，很有可能使内部的氙气电离，这种电离的概率与电离室的长度和内部压力成正比。X射线使气体电离后，电极之间流动的电流与X射线的强度成正比。氙正比室探测器在电离事件后几乎不产生热量，因此能很快恢复到就绪状态，这在螺旋投影系统中非常重要。高压电极通常由钽制成，离子收集电极由铜制成。一般来说，这种探测器的效率约为60%，其主要优点是成本低、尺寸小。
- 闪烁探测器 ：从第四代CT扫描仪开始，陶瓷（闪烁）探测器被用于测量X射线强度。当X射线撞击闪烁晶体时，会产生一系列物理现象，包括光电效应、康普顿效应和对产生效应。闪烁探测器利用光电效应，X射线光子将电子从其轨道上击出，在磷光体的作用下，这些电子会产生紫外线或可见光范围内的闪光（发光辐射）。较新的扫描仪中的探测器阵列由闪烁探测器构成，这些探测器由掺杂铊的碘化钠（NaI）、碘化铯（CsI）、钨酸镉（CdWO₄）、硫化锌（ZnS）、萘、蒽以及其他基于稀土元素的化合物，或硫氧化钆（GD₂O₂S）和稀土石榴石材料（98%石榴石，2%稀土铈）等制成。闪烁晶体的厚度为1 - 2