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MedAppl. CT detector - Standard article

探测仪阵列:CT扫描仪的核心关键元器件

计算机断层扫描(CT)仪是一种强大且复杂的医疗诊断工具。CT目前常用于头颈部、胸部、CT血管造影、腹部和骨盆的诊断检查。

CT扫描仪的工作原理中所述,CT扫描仪按顺序捕捉患者身体的多个“分层”或截面图像。

探测仪阵列是现代化多分层CT扫描仪的重要元器件:感测X射线辐射,患者体内的组织会衰减部分辐射,然后将辐射转换为数字信号。该数字信号包含强大图像信号处理器所需的全部信息,图像信号处理器对通过连续投影在多个CT机架旋转角度获取的X射线图像数据所产生的分层进行重构,然后将它们呈现为患者器官和组织的3D体。
 

低噪声和高精度操作

探测仪阵列是由光电元器件构成的复杂组件。其主要元件包括:

  • 闪烁体,一种能够将X射线光子转换为光子的材料

  • 光电二极管阵列 – 光电二极管元件或像素的2D排列,各元件或像素生成电流,以响应闪烁体发出的光的吸收。也就是说,光电二极管将光转换为电流。

  • 读出IC – 高度集成的半导体器件,用于在许多角位置(因为探测仪围绕患者旋转)将每个光电二极管像素生成的电流转换为数字信号表示。然后,图像信号处理器或显像器进一步处理获取的数据。读出IC主要是一种高性能多通道模数转换器。

为了以数字形式准确表示穿过患者的辐射,探测仪阵列中的有源元器件(光电二极管和读出IC)必须具有某些重要特征:高灵敏度、低噪声、高分辨率和高速度。

  • 高灵敏度 – 为了生成覆盖体内各个组织和密度的图像,探测仪必须能够以尽可能最低的辐射剂量在X射线强度的宽动态范围内获取数据。软组织的放射强度低,几乎不吸收X射线辐射,而骨头的放射强度高,能够吸收大量辐射。高度灵敏的探测仪系统可提供高对比度图像,使医生能够清楚分辨人体组织。

  • 低噪声 – 低本底噪声使探测仪能够可靠地捕捉微弱输入,并在弱强度和高强度之间保持高对比度。低噪声探测仪可捕捉微弱信号,因此允许使用较低剂量的辐射,这提高了患者使用扫描仪的安全性。

  • 高分辨率 – 探测仪的分辨率越高,能够检测到的特征就越小,因而能够区分更精细的结构,例如在胸部或肺部检查中。

  • 凭借高速度,探测仪能够支持高成像速度,以用于扫描心跳等动态现象,并通过允许不断增加的CT机架旋转速度,减少运动伪影。

 

组件配置的选择

CT扫描仪成像区域的尺寸决定了光电二极管阵列的尺寸,进而决定了将光传感器输入转换为数字输出所需的成像读出IC的数量。

在探测仪组件中,多个读出IC安装在载体基板上。这些读出IC可以在三个边上连续安装(三边可拼接解决方案),也可以在全部四个边上连续安装(四边可拼接解决方案)。读出IC的组装方式会影响CT系统的性能。

在三边可拼接解决方案中,一个边使用丝焊,其余三个边可用于与相邻IC拼接。此解决方案适合具有中等探测器覆盖范围的值CT系统。

四边可拼接解决方案用于高端CT系统,在制造和组装时需要更复杂的流程步骤,但优势是允许探测仪成像区域在所有方向上扩展。这样一来,系统可以提供较大的探测仪覆盖范围,最终允许在单次旋转中扫描心脏等器官。

艾迈斯半导体针对三边和四边可拼接选项提供高性能解决方案,并提供低噪声、超低功耗和高读出速度。此类解决方案包括为客户提供最大灵活性的独立模数转换器,以及高度集成的IC,在单个硅封装中将光电二极管阵列与读出电路相结合,从而提供尽可能最佳的性能。 


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