医疗CT用闪烁体陶瓷介绍
CT 检查是一种无痛、快速且精确的影像检查技术,它利用X光球管环绕人体扫描,之后经电脑重建成像,将身体各部位的精确结构呈现于电脑屏幕上,从而帮助诊疗,已经成为临床最主要的影像检查手段之一。而医疗 CT 用闪烁体陶瓷是其中的关键材料。欢迎产业链上下游企业加入医用陶瓷产业微信群与我们交流补充,长按识别下方二维码即可加入。
医疗CT用闪烁体陶瓷介绍

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。

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图 医疗CT,来源网络
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。

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图 CT 硬件组成,来源:明峰医疗招股说明书
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。
图 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

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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。

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图 GOS陶瓷及阵列,来源:奕瑞科技
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。
4月24日,奕瑞新材料研发总监王伟博士将出席苏州2025年医用陶瓷产业论坛,并作医疗CT用闪烁体陶瓷的研究进展报告。欢迎各位行业朋友迂回交流!

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资料来源:
1.医疗 CT 用 (Ce,Gd)3(Ga,Al)5O12(Ce:GGAG) 闪烁体的研究进展,武彤,等.
2.闪烁陶瓷及其在医学X-CT上的应用,陈积阳,等.
3.X--CT用Gd2O2S:Pr,Ce,F闪烁陶瓷的制备与性能研究,吴凤.

4.Lu3Al5O12基闪烁陶瓷的研究进展,武彤,等.

推荐活动:【邀请函】2025年医用陶瓷产业论坛(2025年4月24日·苏州)
2025年医用陶瓷产业论坛
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陶瓷在牙科种植体方向的应用前景

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医疗CT用闪烁体陶瓷的研究进展

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作者 gan, lanjie