CT重建学习笔记（二）

一、 探测器的工作原理

X射线探测器是很复杂的器件，一个典型的X射线探测器包括:闪烁体、光电转换阵列和电子学部分。此外还有软件、电源等附件。

目前工业X射线CT成像中的X射线探测器中的成像器件主要有以下几种:光电二极管阵列（PDA）、光电倍增管(PMT), CMOS和CCD图像传感器。

在上述工业X-C T系统中的X射线探测器，均是首先通过闪烁体或闪烁屏将X射线转换成可见光，然后利用光电转换器件如PMT、CCD、光电二极管阵列等，将光信号转换成易于处理的电信号。

二、探测器的分类

对于工业X-CT来说，其采用的X射线能量范围从l0keV到几十MeV，并且根据被扫描物体的不同，对密度分辨率和空间分辨率的要求也有所不同，所以工业X-CT的探测器系统相对要复杂很多。目前工业X射线CT成像系统的探测器主要有以下几种:气体电离探测器、半导体探测器和闪烁探测器。

(1) 气体电离探测器

气体电离探测器主要是入射的X光子与气体原子相互作用，使气体原子电离，电离出来的电子或正电子在外加电场的作用下分别向电离式的阴极和阳极流，从而形成了光电流。该光电流经电压电流转化器和放大电路成为电压信号。一般采用的气体为氨气。此类探测器的主要优点是探测器探元之间一致性比较好，可以做到很高的排列密度，适用于第三代扫描系统。但是气体对X射线的吸收效率低，一般低于60%，所以常在低能量的X射线中应用。但由于气体探测器的探元间隔很小，所以目前在工业CT成像中很少使用。其利用了气体电离的原理。入射的X射线使气体产生电离，通过测量电流的大小来测入射X射线的强度。因此，探测器也就是离子的收集器。气体探测器稳定性好，几何利用率高，但光子转换率低。

(2) 半导体探测器

它的工作原理类似于气体电离室，只是探测介质为半导体材料。由于半导体材料特性的限制，一般的半导体探测器只能在-150℃到-100℃的环境中使用，如Si探测器和HPGe探测器。这种探测器通常需要液氮来保持低温，在实际应用很不方便。不过随着探测技术的发展，新型的PIN型半导体探测器可以在常温下使用，同时拥有较高的能量分辨率。但是单个X射线半导体探测器的研制生产成本较高，在工业CT系统中一般不使用。

(3) 闪烁探测器

闪烁探测器主要是利用荧光物质或者闪烁体，将入射的不可见的X光子转换为可见光，既而被后续的光敏电路探测并通过放大电路形成电信号。

目前闪烁探测器不再是单个探元形式进行探测，而是采用线阵或面阵进行X光子的探测，主要构成方式有以下几种:

1) 闪烁晶体+光电倍增管(PMT)

2) 闪烁晶体+光电二极管列阵(PDA)

随着可见光成像技术的应用发展，工业CT成像系统中的闪烁探测器及其光敏元件，不再局限于光电倍增管或光电二极管阵列，而是采用了CCD图像传感器和图像增强器等新型光电转换器件，其构成方式如下:

A) 闪烁屏+图像增强器+CCD图像传感器
B) 闪烁屏+光纤面板+CCD图像传感器
C) 闪烁晶体、光纤面板通过光锥耦合到光电二极管阵列SSPA

闪烁探测器随着光电倍增管、图像增强器等微光探测器件与技术的进步，得到了快速发展和应用。由于此类探测器响应时间短、转换效率高，有利于缩短X射线扫描时间、提高透射图像信噪比。因此闪烁探测器在工业X射线CT检测领域中占具着非常重要的地位，成为X射线CT成像系统中探测器选择的首选方案。