医疗CT用闪烁体陶瓷介绍

医疗CT用闪烁体陶瓷介绍

医疗CT用闪烁体陶瓷是CT设备中的关键材料，其性能直接影响到CT图像的质量和诊断效果。本文将为您详细介绍闪烁体在CT设备中的核心作用、闪烁陶瓷的定义和发展历程，以及当前主流的闪烁材料及其性能特点。

一、闪烁体是医疗CT的核心

X射线计算机断层扫描成像系统（Computed Tomography，简称CT）具有密度分辨力高、扫描时间快、图像清晰等特点，是目前最有效的临床大型医学影像诊断主要设备之一。

CT主要由球管、高压、探测器、滑环、机架等硬件与数据采集系统、图像处理软件、机架控制系统、人机交互系统、控制台软件系统等软件集合而成。CT利用球管发出X射线与探测器一同围绕人体的某一部位作逐层断面扫描，利用探测器中的闪烁材料将穿过人体的X射线等转换成可见光，通过光电转换器转换成计算机可处理的数字信号，从而实现医学成像。

探测器是CT设备的核心器件，而探测器的心脏是闪烁体。闪烁体是一类吸收高能粒子或射线后能够发光的材料，在辐射探测成像领域发挥着十分重要的作用，成本要占到一台CT的20%以上。要实现低辐射剂量下高分辨率的快速成像，使用具有高密度，高光产额、快衰减、低余辉特征的闪烁体是必要手段之一。

二、什么是闪烁陶瓷

闪烁体是一种可用作辐射探测的光电功能材料，它能够将入射的高能射线（如X射线和γ射线等）或者高能粒子（热中子等）转化为探测器可以识别的光电信号，已经被广泛应用于核物理和高能物理、核医学成像和工业勘探等相关领域。其中，应用最广泛的无机闪烁晶体和无机闪烁陶瓷。与无机闪烁晶体材料相比，闪烁陶瓷材料具有制备成本低、周期短、掺杂均匀和易于批量制备等优点，已经成为CT用闪烁探测材料的首选。

医疗CT工作原理示意图

闪烁材料的应用可追溯到1896年，CaWO4作为X射线荧光粉开始应用于医用X光片；1948年发现了NaI:Tl单晶的闪烁特性并用光电倍增管成功实现信号读出。后续人们又相继发展了Bi4Ge3O12（BGO）、PbWO4(PWO)和Ce:Lu2SiO5（Ce:LSO）等一系列性能优异的闪烁体，并在放射医学、高能物理、核物理、工业无损探伤、地质勘探、安全检查等领域得到广泛应用。

表 CT设备的闪烁材料及性能

早期使用的CdWO4和CsI闪烁晶体，CdWO4探测效率低，存在解离面，加工困难；CsI探测效率高，但是余辉大，易潮解。20世纪80年代，美国通用电气公司(GE)最早开发了(Y,Gd)2O3:Eu透明闪烁陶瓷，并将其成功地应用于医用X-CT探测器。随后日立、西门子和飞利浦等国外公司先后报道了Ce,Pr:Gd2O2S、Cr,Ce:Gd3Ga5O12、Ce:BaHfO3、Eu:Lu2O3等闪烁陶瓷，并成功实现了商业应用。

GOS陶瓷及阵列

陶瓷闪烁体作为将X光转换为可见光的关键材料，是决定CT探测器系统性能、品质的重要因素。硫氧化钆陶瓷（Gd2O2S，GOS）是目前市面上常被用于医疗CT探测器的闪烁材料，GOS余辉低、X射线吸收能力强、转化效率高，综合闪烁性能最为优异，已在国外中高端医疗CT设备上大规模使用。近年来，铈掺杂的钆镓铝石榴石（Ce,Gd)3(Ga,Al)5O12，GAGG:Ce）闪烁陶瓷因具有高光输出、快衰减、高密度与低余辉等优点，受到广泛关注。目前，国内高性能闪烁陶瓷主要依赖进口，国内厂家如奕瑞新材料等研究开发闪烁体材料，并取得一定进展。