CT探测器的技术特点和发展趋势

［参 考 文 献 ］
门诊信息综合（ 天） 表是由门诊信息细节数据汇总而成， 门诊信 ［１］ 姜代红． 数据挖掘及其在 ＨＩＳ 系统中的应用［Ｊ］．电脑与信息
息综合（ 月） 表是由门诊信息综合（ 天） 表的数据汇总而成。
技术， ２００４（２）： ５５－ ５７．
２．６ 对数据仓库进行数据装载
［２］ 罗运模，等．ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ２０００ 数据仓库应用与开发［Ｍ］． 北京：
中国医疗设备
综合
ＣＴ 探测器的技术特点和发展趋势
郝 涛， 罗 宏 （ 华中科技大学同济医学院附属襄樊医院， 湖北 襄樊 ４４１０２１）
［摘 要］ 本文介绍了 ＣＴ 探测器的技术特点和性能， 分析了其结构原理， 并对其发展方向作了展望。
［关键词］ ＣＴ 探测器； 钨酸镉晶体； 闪烁晶体； 数据采集系统
探测器包括介质（ 如气体、闪 烁 体 等 ） 、光 电 转 换 阵 列 和 电 子 学 部分， 此外还有准直器、电源等辅助设备。 １．１ ＣＴ 探测器种类
按照材料工艺的不同， 处在实用阶段的 ＣＴ 探测器 大 体 上 可以分为闪烁体探测器和气体探测器。下面以发展年代为序 介绍这几种具有代表性的探测器。 １．１．１ 钨酸镉晶体探测器（ＣｄＷＯ４）（２０ 世纪 ７０ 年代产品）
件— ——ＣＴ 探测器， 在高科技推进下， 无论在设计思想还是工艺
其结构相当复杂。它直接接收 Ｘ 线束穿过被照物后的光子信
收稿日期： ２００７－ ０５－ ０９ 修回日期： ２００７－ ０５－ ２１
号， 通过其自身的特性转换为相应的电信号。一个典型的 ＣＴ
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［中图分类号］ Ｒ８１４．４２ ［文献标志码］ Ｂ
［ 文章编号］ １００７－ ７５１０（２００８）０１－ ００５５－ ０３
Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｈａｒ ａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｔｒ ｅｎｄ ｏｆ ＣＴ Ｄｅｔｅｃｔｏｒ
ＨＡＯ Ｔａｏ， ＬＵＯ Ｈｏｎｇ （ Ｘｉａｎｇｆａｎ Ｈｏｓｐｉｔａｌ ａｆｆｉｌｉａｔｅｄ ｔｏ Ｔｏｎｇｊｉ Ｍｅｄｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｉｄｄｌｅ Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
目前各一线品牌厂家基本都采用高效稀土陶瓷探测器， ＧＥ 采 用 的 是 Ｈｉｌｉｇｈｔ 稀 土 陶 瓷 探 测 器 ； 西 门 子 、飞 利 浦 采 用 的 是 ＵＦＣ 超高速稀土陶瓷探测器。这两种固态探测器转换效率 极高而余辉又极短， 使 Ｘ 射线的利用率从原来的 ５０％提高到
中国医疗设备
了 ９９％以上， 非常适合螺旋扫描需要高效 率 、短 时 间 反 复 采 集 信号的要求。 １．２ 探测器的技术性能要求 １．２．１ 成 像 质 量 成 像 质 量 主 要 由 晶 体 通 道（像 素）尺 寸 决 定，像 素尺寸越小，成像质量越高。现最小像素尺寸 ０．２５ｍｍ，目前需解 决的问题不是像素尺寸不能做得更小， 而是因尺寸减小时， Ｘ 射线产生的信号会减小得更多； 如果像素 尺 寸（宽 度 和 高 度）减 小一半，所需 Ｘ 射线剂量需增加 ４ 倍。 １．２．２ 动态范围 动 态 范 围 用 最 大 饱 和 信 号 电 压 除 以 噪 声 的 均 方 根 表 示，动 态 范 围 表 征 了 探 测 器 可 以 分 辨 的 最 小 范 围 （灰 度 ）。 现在最先进的 医 疗 ＣＴ 的 动 态 范 围 可 达 ２０ 位， 动 态 范 围 和 探 测器 Ａ／Ｄ 转 换 结 果（输 出 位 数）成 正 比，但 是 动 态 范 围 一 般 小 于 Ａ／Ｄ 转换结果。 １．２．３ 刻 度 标 定 又 叫 标 准 化 、校 准，此 项 性 能 指 标 对 电 子 阵 列 的性能影响很大。由于每个探测通道的材料不均一性，漏电流 和增益的不同， 晶体和二极管的耦合以及晶体管本身的缺陷 等，使得每个通道对 Ｘ 射线的吸收和增益不同，有些阵列专门 附加一个模拟放大器，用来调整通道的增益水平。 １．２．４ 采集数据 探 测 器 的 功 能 是 采 集 数 据 ， 判 断 探 测 器 性 能 高低的指标之一是每秒采集数据量， 而不是物理个数多少。一 般要求每秒数据采 集 量 不 低 于 １０００ 组 ， 现 在 部 分 厂 家 的 多 层 螺旋 ＣＴ 数据采集量已能达到 ２５００ 组 ／秒。 １．３ ＣＴ 探测器设计中的关键问题
将数据进行清理， 并将其转换成与数据仓库要求一致的
人民邮电出版社， ２００１： ３７－ ５９．
结构后， 就可以将数据装载到已经创建好的数据仓库中。在装 ［３］ 傅征． 医院信息系统建设与应用［Ｍ ］． 北京： 人民卫生出版
载操作中可以进行一些最后的转换， 但应在最后的装载操作
社，２００２．
前完成所有可能标识不 一 致 的 转 换 。 初 始 装 载 数 据 仓 库 时 要 ［４］ 陈京民．数据仓库与数据挖掘技术［Ｍ］． 北京：电子工业出版
填充数据仓库架构中的表， 然后验证数据是否准备用于装载。
社， ２００２．
可以用不同的方法装载数据仓库表， 如： Ｔｒａｎｓａｃｔ－ ＳＱＬ， ＤＴＳ。
［５］ 夏蕾，等． 数据仓库在医疗质量信息利用中的应用［Ｊ］．医疗卫
建设医院数据仓库， 集成各系统数据库， 并使用数据挖掘
生装备，２００５（ ４） ： ３５－ ３６．
（ 承前页）
可以得出， 门诊部医保结算细节数据表是事实表， 相关的附加
程 ， 应 该 按 照 “统 筹 规 划 ， 分 步 实 施 ”的 原 则 ， 逐 步 加 速 医 院 信
信息表有： 医保类别信息、病人 年 龄 类 别 、科 室 信 息 、医 保 结 算
息化建设并提高医院的科学管理水平。
时间。
门诊部综合数据包括按天和按月进行汇总两种粒度级别，
钨酸镉晶体优越的光学性能， 使 它 成 为 了 应 用 在 Ｘ 线 ＣＴ 探测器上的首选闪烁体材料。钨酸镉晶体对 Ｘ 射线吸收系数 大， 辐射长度短， 可使高能物理探测器做得十分密集， 从而降 低整个设备的造价。⑴ 优点： ① 造价低； ② 吸收率较高。⑵ 缺 点 ： ① 吸 潮— ——水 中 毒 ； ② 受 环 境 温 湿 度 影 响— ——不 稳 定； ③ 余辉效应； ④ 不易超小分割。 １．１．２ 闪 烁 晶 体 探 测 器 （ ＧＯＳ） ⑴ 优 点 ： ① 高 吸 收 率 ； ② 发 光 效率较高； ③ 光电转换率较高 ⑵ 缺点： ① 透光性差； ② Ｚ 轴 均匀性差； ③ 吸潮— ——水中毒。此类闪烁体探测器的光电转换 都需要经过二次能量转换， 能量损失较大。即 Ｘ 射线打到闪烁 体 上， 产 生 次 级 光， 然 后 通 过 光 电 二 极 管 阵 列 或 是 ＣＣＤ 阵 列 转换为电信号， 输入计算机。要得到较好的图像， 必须有很高 的 Ｘ 线输入能量。 １．１．３ 高压氙气探测器 （ ２０ 世纪 ８０ 年代中普遍应用） 利用了 惰性气体在 Ｘ 线照射下电离的原理。此类探测器内部有很多 组正负极板（ 加有 ５００Ｖ￣１０００Ｖ 的直流高压） ， 彼此通过绝缘材 料相互隔开， 中间充满了氙气， 极板的电极 引 出 线 与 Ａ／Ｄ 转 换 中的前置放大器相连。Ｘ 线射入探测器， 在高压电的作用下， 极 板收集氙气电离后产生的离子， 感应出相应的电流强度， 完成 光电转换。气体探测器的光子转换效率比闪烁晶体探测器低， 但是其内部各处气压、密度、纯 度 、温 度 相 同 ， 因 此 具 有 较 好 的 一致性。⑴ 优 点： ① 高稳定性— ——无需经常校准； ② 耐受 性— ——温 度 及 湿 度 ； ③ 价 格 便 宜 。⑵ 缺 点 ： ① 低 吸 收 效 率 ； ② 需要高 ｍＡｓ。 １．１．４ 现 在 最 为 广 泛 应 用 的 是 固 态 稀 土 陶 瓷 探 测 器 稀 土 陶 瓷 探测器与以往的 ＣＴ 探测器相比光输出率高， 光电转换率 是 钨 酸 镉 晶 体 的 两 倍 、Ｘ 射 线 利 用 率 可 达 ９９％； 具 有 很 好 的 稳 定 性， 图像很少产生环状伪影； 余辉时间短， 可以做快速连续的 螺旋扫描。而与其同时期、结 构 相 似 的 金 属 陶 瓷 探 测 器 ， 因 余 辉问题也已被主流品牌厂家淘汰。⑴ 优 点： ① 高吸收率； ② 发光效率高， 余辉短； ③ 转换率高； ④ 高稳定性。⑵ 缺点： ① 探测器单元体积， 限制分辨率进一步提高； ②探测器之间的拼 接缝隙， 影响 Ｘ 线检测效率。
ＣＴ 探测器在设计中要考虑的核心问题是宽度。探测器宽 度 决 定 了 ＣＴ 系 统 的 最 小 层 厚 ， 直 接 影 响 了 Ｚ 轴 分 辨 率 ； 但 是 较窄的探测器宽度， 增大扫描面积需要增加螺矩， 导致原始数 据量采集不足。已处于实用阶段的 ＣＴ 探测器按照设计方法可 分为单层和多层。
单层 ＣＴ 是通过改变准直器的宽度来改变层厚， 因 此 其 层 厚就是准直器的宽度。这里主要介绍多层 ＣＴ 探测器。
技术发现隐藏在大量数 据 背 后 的 重 要 信 息 ， 提 供 给 医 院 决 策 ［６］ 周鸾杰，等．数据挖掘可视化技术与医院管理［Ｊ］． 医疗设备信
者使用， 但建设医院数据仓库， 数据挖掘系统是个庞大的工
息，２００６（ ３） ： ２３－ ２４．
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２３ 卷 １ 期!２００８．１
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பைடு நூலகம் 综合
Ｘｉａｎｇｆａｎ Ｈｕｂｅｉ ４４１０２１ ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｏｆ ＣＴ ｄｅｔｅｃｔｏｒ， ａｎａｌｙｚｅｓ ｉｔｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ， ａｎｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ ｓｕｃｈ ｄｅｖｉｃｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ＣＴ ｄｅｔｅｃｔｏｒ； ＣｄＷＯ４； ｆｌａｓｈ ｃｒｙｓｔａｌ； ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
多层 ＣＴ 将单个探测器改变为可分割探测器阵列板， ６４ 层 螺旋 ＣＴ 探测器宽度达到 ３２ｍｍ 或 ４０ｍｍ。探测器宽度的增加 加 大 了 覆 盖 面 ， 减 少 了 螺 旋 伪 影 ， 有 利 于 ３Ｄ 重 建 及 全 器 官 灌 注信息的采集。目前多层 ＣＴ 主要依靠改变探测器的组合方式 来 改 变 层 厚 ， 有 三 种 不 同 探 测 器 的 设 计 方 式 ： 等 宽 型 、不 等 宽 型 、混 合 型 。 １．３．１ 等宽型 在 Ｚ 轴方向由 １６ 排 １．２５ｍｍ 的探测器组成， 每排 ９１２ 个探测器。根据不同的探测器的组合可以获得 ０．６２５ｍｍ×２、 １．２５ｍｍ ×４、２．５ｍｍ ×４、３．７５ｍｍ ×４、５．０ｍｍ ×４、７．５０ｍｍ ×２、１０ｍｍ ×２ 的层厚和图像数的组合。例如， 在选择 ０．６２５ｍｍ 时， 病人后 准 直 器 工 作 ， 开 口 为 １．２５ｍｍ， 在 Ｚ 轴 中 心 左 右 各 一 个 探 测 器 工 作 ， 可 以 获 得 两 层 层 厚 为 ０．６２５ｍｍ 的 图 像 ； 在 选 择 １．２５ｍｍ×４ 的条件时， 靠近 Ｚ 轴中心的左右各两个探测器工作， 可以获得 ４ 层 层 厚 为 １．２５ｍｍ 的 图 像 ； 在 选 择 ２．５ｍｍ×４、３．７５ｍｍ×４、
覆 盖 范 围 、薄 层 、高 分 辨 率 、高 速 度 的 高 技 术 性 能 方 面 取 得 了
１ ＣＴ 探测器的技术特点和性能
长足的进步。在这些高技术参数的协调发展中 ， 作为 ＣＴ 整 个
系统发展主线之一的数据采集系统也日趋完善， 其核心部
ＣＴ 探 测 器 是 ＣＴ 数 据 采 集 系 统 中 Ａ／Ｄ 转 换 的 核 心 部 件 ，
Ｘ 线 ＣＴ 自 ２０ 世 纪 ７０ 年 代 问 世 以 来 ， 经 历 了 ３０ 多 年 的
材 料 上 都 不 断 革 新 ， 以 其 越 来 越 优 异 的 性 能 ， 促 进 了 ＣＴ 整 个
发展， 从早期的单排往复式 ＣＴ 发 展 到 螺 旋 ＣＴ， 直 到 目 前 最 先
系统的飞跃发展。
进的多层螺旋 ＣＴ， 其为满足临床精确影像诊断的要求而在大