Cấu tạo và nguyên lý CT Detector

CT DETECTOR Đặc trưng Detector TYPES OF DETECTOR Gồm 2 loại: • Đầu dò ion hoá khí (Gas ionization detector). • Đầu dò nhấp nháy (Scintillation detectors) Cấu tạo và nguyên lý đầu dò máy CT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM

ĐỀ TÀI: CT DETECTOR

Báo cáo tiểu luận

CT DETECTOR

Detector chụp ảnh là chụp tia phóng xạ từ bệnh nhân và chuyển nó thành tín hiệu điện, sau đó chuyển thành mã thông tin nhị phân đưa vào máy tính xử lý

Đặc trưng Detector

- Tính Hiệu quả: Là khả năng chụp, hấp thụ và chuyển đổi photon x-ray thành

tín hiệu điện

- Tính ổn định: Đề cập đến sự phản hồi của detector, cần phải Calib định kỳ để

hiển thị tín hiệu chính xác nhất

- Thời gian phản hồi: về tốc độ của detector có thể nhân ra tia X và sau đó khôi

phục để nhận tia X tiếp theo trong thời gian rất ngắn (micro giây)

- Dải rộng: là tỉ lệ tín hiệu lớn nhất và tín hiệu nhỏ nhất được đo chính xác để

phân biệt

Sau khi phát sáng: là sự duy trì hình ảnh ngay sau khi bức xạ bị tắt đi

TYPES OF DETECTOR

Gồm 2 loại:

• Đầu dò ion hoá khí (Gas ionization detector)

Chuyển đổi năng lượng tia x trực tiếp thành tín hiệu điện

• Đầu dò nhấp nháy (Scintillation detectors)

Chuyển đổi năng lượng tia X thành ánh sáng

1.Đầu dò ion hoá khí (Gas ionization detector)

Cấu tạo:

-Detectors xenon bao gồm hai điện cực kim loại (một cực dương và một cực âm) bao quanh khí xenon áp suất cao Giống như trong ống tia X, một điện áp được đặt qua hai điện cực

Sử dụng khí xenon không phóng xạ áp suất cao (khoảng 25 atm), trong các ô dài mỏng giữa hai tấm kim loại

Bao gồm một loạt các buồng khí riêng lẻ, thường được ngăn cách cẩn thận bằng tấm vonfram được định vị để hoạt động như các tấm thu nhận electron với hiệu điện thế đặt trên nó

Khi tia X rơi vào buồng riêng biệt, dẫn đến kết quả ion hóa khí và tạo ra các ion âm

và dương Các ion dương di chuyển đến tấm tích điện âm, trong khi các ion âm ở tấm tích điện dương

Việc di chuyển ion gây ra một dòng tín hiệu nhỏ có thể thay đổi trực tiếp với số photon hấp thụ

QDE chỉ là 50-60% (có giá trị hiệu quả thu lượng tử)

Chỉ được sử dụng cho máy quét thế hệ thứ 3

Hình Cho thấy một detector ion hóa chứa đầy khí

Nguyên lý:

Dựa trên nguyên tắc ion hóa

Hình 1: Detector xenon Khi chùm tia X tương tác với khí xenon, chất khí này bị ion hóa Các electron được tạo ra sau đó sẽ di chuyển và tích tụ ở cực dương Sau

đó, tín hiệu này được truyền thành tín hiệu điện, được gửi đến hệ thống máy tính.

Khi chùm tia X đi qua bệnh nhân, nó tương tác với các nguyên tử xenon làm ion hóa khí Sự ion hóa của xenon gây ra sự tích tụ các điện tử trong ngăn Do điện trường tồn tại giữa các điện cực, các electron di chuyển về phía anot tích điện dương và tiếp tục hình thành nên điện tích tích tụ trên anot

Điện tích này sau đó được khuếch đại thành một tín hiệu điện tử, tín hiệu này tiếp tục vào một hệ thống máy tính để xác định cuối cùng cơ thể đã suy giảm bức

xạ bao nhiêu Mặc dù loại detector này tương đối rẻ tiền, nhưng nó có hiệu suất phát hiện lượng tử thấp (tỷ lệ photon tia X bị detector hấp thụ) Do đó, điều này có nghĩa là chỉ một tỷ lệ nhỏ các photon tia X đi qua cơ thể thực sự được hấp thụ bởi detector xenon (60-70%) Vì lý do này, máy dò xenon không còn được sử dụng trong máy quét CT ngày nay

2 Đầu dò nhấp nháy (Scintillation detectors)

Dectector trạng thái rắn bao gồm một tinh thể chiếu sáng được ghép nối với một ống điốt quang

Khi tia X chiếu vào các tinh thể, các tia sáng sẽ được tạo ra Sau đó ánh sáng được dẫn đến các ống PM Sau đó giải phóng các electron và các điện tử này xếp tầng thông qua một loạt các dynodes được sắp xếp cẩn thận và duy trì ở mức khác nhau Khả năng dẫn đến tín hiệu đầu ra nhỏ

Máy quét ban đầu sử dụng các tinh thể natri iodua được ghép với ống PM Do vấn đề sau phát sáng và phạm vi động năng hạn chế của natri iodua, các tinh thể khác như canxi florua và bitmut được tạo ra được sử dụng trong máy quét sau này Ngày nay, các bộ phát quang Photodiode ở trạng thái rắn được sử dụng phổ biến Photodiode là chất bán dẫn có điểm tiếp giáp p-n cho phép dòng điện chạy khi tiếp xúc với ánh sáng

Photodiode thường được sử dụng với bộ khuếch đại bởi vì đầu ra thấp từ diode Thời gian phản hồi của photodiode cực nhanh (khoảng 0,5 -250 nano giây)

Vật liệu Scintillation hiện đang được sử dụng với Photodiode là cadmium

vonfram và vật liệu gốm được làm từ các oxit đất hiếm, có độ tinh khiết cao dựa trên các hợp chất đất hiếm pha tạp như yttrium và gadolinium oxysulphide, những tinh thể này được liên kết quang học với photodiode

Hiệu suất chuyển đổi và hiệu suất bắt photon của cadmium vonfram lần lượt là 25-30% và 45% và dải động là 1 triệu đến 1

Nguyên lý:

Khi các photon tia X tương tác với ống soi, ánh sáng được phát ra Ánh sáng này tương tác với bộ tách sóng quang, chuyển đổi ánh sáng thành tín hiệu điện, tín hiệu

này được gửi đến máy tính để xác định mức độ suy giảm của chùm tia x bởi cơ thể

và tạo ra hình ảnh

Mặc dù loại máy dò này đắt hơn, nhưng nó có hiệu suất phát hiện lượng tử cực

kỳ cao (98-99,5%), do đó đây là loại máy dò phổ biến được sử dụng trong máy quét CT ngày nay

Cuối cùng, một khi thông tin suy giảm được nhận bởi các bộ dò và truyền đến

hệ thống máy tính, hiện nay có thể tái tạo kỹ thuật số

DETECTOR CONFIGURATION

Máy quét CT hiện nay sử dụng detector nhiều hàng để thu hình ảnh nhiều lát cắt trong khi xoay 360 độ

Hình Detector trạng thái rắn Photodiode được phủ bằng một scintillator (chất phát sáng nhấp nháy) Khi các photon tia X còn sót lại kích scintillator, các photon ánh sáng được phát ra và phát hiện bởi photodiode Photodiode sau đó phát ra tín

hiệu điện.

DETECTOR mảng ma trận (MATRIX ARRAY DETECTOR)

Được gọi là detector mảng cố định

Chứa các kênh hoặc ô, chúng thường được gọi là đẳng hướng, bằng nhau về tất

cả các chiều

DETECTORS mảng thích ứng (ADAPTIVE ARRAY DETECTORS)

Detector mảng thích ứng có thiết kế không đẳng hướng

Các ô của detector không bằng nhau, chúng khác nhau về kích thước

HYBRID DETECTORS

Không có của phần tử detector hẹp ở trung tâm detector và không khác nhau Cạnh ô hẹp sẽ ghép ô rộng hơn (thường gấp đôi chiều rộng của ô hẹp) ở cả hai bên của khoảng cách của detector hẹp

Không Detector hẹp và rộng hơn có thể thay đổi

Detector Array configuration

[…] Ct tube and detectors, https://www.slideshare.net/sandipsuman1/ct-tube-and-detectors-71895793

[…] CT Detectors, http://199.116.233.101/index.php?title=CT_Detectors

[…] Scintillation Detector,

http://wanda.fiu.edu/boeglinw/courses/Modern_lab_manual3/scintillator.html