醫(yī)療CT中碲鋅鎘(CZT)探測(cè)器的工作原理課件.ppt

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1、醫(yī)療CT中CZT探測(cè)器的工作原理，以及對(duì)CZT材料的要求醫(yī)療CT發(fā)展及其工作原理一醫(yī)療CT中CZT探測(cè)器的工作原理二主要內(nèi)容CZT探測(cè)器在醫(yī)CT中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)三1.1、CT工作原理圖1投射X射線的發(fā)射源與探測(cè)器布置示意圖圖2新型螺旋CTX射線圍繞病人身體的待查部位做斷層掃描用高靈敏度的探測(cè)器陣列測(cè)量透過該斷層的X射線強(qiáng)度計(jì)算機(jī)算出小區(qū)域內(nèi)的X射線吸收數(shù)值(CT值)由圖像顯示器將不同的數(shù)據(jù)用不同的灰度級(jí)顯示出來CT成像原理：圖3、CT成像原理圖所謂的X-CT斷層圖像，就是一幅反映層面X射線吸收系數(shù)μ值的空間分布圖。X-CT的物理原理單色X射線通過均勻

2、物質(zhì)時(shí)被吸收的規(guī)律為：I＝I0exp(－μx)μ1μ2μ3μnxI0I體素：CT利用人體不同組織對(duì)X線的吸收不等,將人體被測(cè)層面分許多立方體小塊,稱為體素;假設(shè)：厚度均為x。對(duì)于臨床使用的低能X射線，各種元素的質(zhì)量吸收系數(shù)近似的可用下式表示：μm＝kΖαλ3μm:物質(zhì)的線性吸收系數(shù)；Z：物質(zhì)的原子序數(shù)；λ:為X射線的波長；α：醫(yī)用X射線，3.5。對(duì)上式移項(xiàng)取對(duì)數(shù)，可得：μ1＋μ2＋…＋μn＝∑μi＝x-1㏑(I/I0)ni=1強(qiáng)度為I0的單色X射線通過第一個(gè)體素后的強(qiáng)度為：I1＝I0exp(－μ1x)通過第二個(gè)體素后的強(qiáng)度為：I2＝I1exp(－

3、μ2x)＝I0exp[－(μ1＋μ2)x]依次類推，通過第n個(gè)體素后的強(qiáng)度為：In＝I0exp[－(μ1＋μ2＋…＋μn)x]我們把重建層面分為n×n個(gè)體素的矩陣陣列（通常為256×256，512×512），體素越小，像素也越小，圖像越細(xì)膩，攜帶的生物信息量就會(huì)越大。在重建影像上采取了數(shù)學(xué)（卷積、反投影）的方法,以更進(jìn)一步提高影像的質(zhì)量。CT數(shù)μm－μwμw在圖像重建的過程中，首先是計(jì)算每個(gè)體素的吸收系數(shù)，再將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)適當(dāng)?shù)膱D像像素值，這個(gè)圖像像素值成為CT值。CT值＝kμm－μwμw在多數(shù)CT中，k取1000；CT的單位為H一個(gè)CT裝置的密

4、度分辨率為△H=5，即能鑒別相當(dāng)于0.5％μw的密度差異，而膠片則望塵莫及。水空氣骨頭μ10.00132CT值0-1000+10001.2醫(yī)用CT的發(fā)展過程[1]第一代第二代第三代第四代第五代結(jié)構(gòu)：X射線管和探頭作為一個(gè)整體,使用寬角度扇形X射線束,包圍患者斷層特點(diǎn)：進(jìn)一步提高了掃描速度,將單幀掃描時(shí)間減到了2~3秒。結(jié)構(gòu)：一個(gè)X射線管﹢一個(gè)探測(cè)器缺點(diǎn)：掃描速度慢，易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽像。在第三CT機(jī)的基礎(chǔ)上增加探測(cè)器的數(shù)目(約420~1500個(gè)),布滿整個(gè)360°而成一個(gè)環(huán)形圈.掃描時(shí)探測(cè)器靜止不動(dòng),僅X射線管旋轉(zhuǎn),使單幀掃描時(shí)間進(jìn)一步縮短到2秒以下。

5、以X射線的磁偏轉(zhuǎn)代替了原來X射線管的偏轉(zhuǎn),大大縮短了掃描時(shí)間,使單幀掃描時(shí)間縮短0.1秒,從而提高了對(duì)快速活動(dòng)的器官的診斷能力。結(jié)構(gòu)：多個(gè)探測(cè)器特點(diǎn)：單幀影像掃描時(shí)間縮短到20秒左右,但對(duì)腹部來說仍嫌太長。第三代CT的工作原理掃描方式：被掃描物體要適合于探測(cè)器視圖范圍，每成一層像X射線—探測(cè)器系統(tǒng)要旋轉(zhuǎn)一次，然后以層寬為基礎(chǔ)對(duì)被測(cè)物進(jìn)行重新定位。優(yōu)點(diǎn)：時(shí)間短缺點(diǎn)：生成圖像中的固有光圈圖4第三代工業(yè)CT的工作原理最近幾代的CT機(jī),除了更進(jìn)一步縮短掃描時(shí)間之外,還有一個(gè)改進(jìn)就是在重建影像上采取了卷積、反投影的新方法,以更進(jìn)一步提高影像的質(zhì)量。對(duì)CZT

6、探測(cè)器以及CZT材料提出了新的要求。晶體閃爍探測(cè)器氣體電離探測(cè)器半導(dǎo)體探測(cè)器2、CT中CZT探測(cè)器的工作原理CT中探測(cè)器的主要功能：探測(cè)通過人體層面的X射線，并產(chǎn)生與X射線的輻射強(qiáng)度成正比的電信號(hào)，也就是進(jìn)行掃面和采集數(shù)據(jù)。晶體閃爍體探測(cè)器閃爍體硅光電管TFT陣列X射線閃爍體光信號(hào)耦合TFT陣列X射線工作原理：X射線打到閃爍體上，產(chǎn)生次級(jí)光，然后通過光電二極管陣列，如圖8-1所示；或是CCD陣列，如圖8-2所示轉(zhuǎn)化成電信號(hào)系統(tǒng)組成：閃爍體，光電倍增管，電源和放大器－分析器，現(xiàn)代閃爍探測(cè)器往往配備有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來處理測(cè)量結(jié)果。第一步第二步第三步氣體電

7、離探測(cè)器常用氣體：氙氣；工作原理：在氙氣探測(cè)器上施加高壓電廠和氣壓，使之處于電離飽和狀態(tài)。所有自由電荷都垂直于X射線方向收集。從而形成信號(hào)電流，直接反映探測(cè)器接受X射線的情況。半導(dǎo)體探測(cè)器（CdTe/CdZnTe）圖5CdZnTe探測(cè)器示意圖圖6CdZnTe探頭電路設(shè)計(jì)圖CZT探頭采用8路脈沖實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，其中每一路均有一片4㎜×4㎜×2㎜的晶片組成。在醫(yī)學(xué)成像器件上，CZT探測(cè)器常被制成由許多單元探測(cè)器組成的陣列，單片一維陣列，單片二維陣列，像素探測(cè)器。密度分辨率（能量分辨率）空間分辨率CT圖像質(zhì)量的參數(shù)探測(cè)效率3、CZT探測(cè)器在醫(yī)用CT中應(yīng)用

8、的優(yōu)勢(shì)圖7：CdTe探測(cè)器與其它常用探測(cè)器性能比較高空間分辨率探測(cè)效率高，靈敏度好體積小，高能量分辨率使用環(huán)境CZT材料的優(yōu)點(diǎn)CZT電阻