六分钟了解核医学系列——闪烁体探测器无机闪烁体

前两期我们介绍了SPECT的准直器和空间分辨率的内容，这一期我们来介绍一下SPECT和PET探测器共有的结构——无机闪烁体。

探测器结构    

这是核医学影像设备典型的探测器结构，它有前端的晶体，中间的光电转换器以及后端的读出电子学组成。伽马光子到达探测器时，首先在晶体内完成能量转换，高能光子转换成低能可见光，然后经过光电转换器，光信号转换成电信号后传输给后端电子学系统进行信息检出。在这个过程中，晶体和光电转换器的性能可以说直接决定了探测器性能，所以这一期我们就来了解一下晶体以及如何评价晶体的性能。

晶体性能指标      

核医学使用的通常是无机闪烁体，顾名思义，其主体主要是一些无机化合物，如NaI、BGO，LSO等。晶体的作用是吸收伽马射线，并产生可见光，一般用以评价晶体性能的指标包括：原子序数和密度、光产额、发光衰减时间、发光波长、吸收厚度、潮解性等。

1. 原子序数和密度越大越好：晶体对伽马光子的吸收能力越强，光子越不容易穿透晶体，因此，探测器的探测效率会越高；

2. 光产额越高越好：光产额是指晶体将伽马光子转换成可见光的能力，光产额越高，探测器的能量分辨率和空间分辨都可以相应提高；

3. 发光衰减时间越短越好：即闪烁体被激发到产生闪烁光时的时间差，此数值越短，晶体的时间分辨越好，探测器可以在高计数率的情况下获得较高的探测效率；

4. 发射光谱应与光电转换器件的响应光谱相匹配，以获得较高的光输出；

5. γ光子吸收厚度是指使用多长的晶体可以完全吸收伽马光子，该数值越短越好，意味着我们可以使用较短的晶体就可以吸收伽马光子，获得较高的探测效率。

晶体性能对比    

接下来我们分别来看一下这几种常见的晶体及其性能参数：

对比表1：核医学常用闪烁晶体性能对比

1. NaI晶体：NaI是单光子成像设备SPECT最常使用的晶体，其特点是光产额高，相应可获得较高的能量分辨率，对低能光子还可以获得较高的探测效率。但是其对511keV的高能光子阻止能力较差，探测效率低。另外，NaI晶体发光衰减时间较长，时间性能较差。

2. BGO晶体：BGO是早期正电子成像设备PET产品常用的晶体，相比NaI晶体，其特点是物理化学性能稳定，易于加工，价格低，且由于其原子序数和密度的提升，晶体对高能射线的阻止能力增加，晶体可以做的较短。但BGO光产额较低，时间和能量分辨率都较差，目前已被淘汰。

3. GSO晶体：GSO虽然时间性能较好，但加工时容易裂解，制约了其应用。

4. LSO和LYSO晶体：这两种晶体是目前最新PET/CT产品使用的两种晶体，各项性能参数都较适合用于正电子湮灭光子的探测。相比之下，LSO有效原子序数和密度更高，对511keV γ光子的吸收厚度更小。如表格2所示，12.3mm的LSO与20mm的LYSO晶体对511keV能量的光子阻止能力是一样的，因此，LSO晶体可以做得更短，光路传输时间也就更短；同时LSO的光产额和发光衰减时间更好，所以能量和时间分辨率更优。

对比表2：LSO与LYSO晶体性能对比

小 结      

这次内容介绍了探测器基础结构的晶体。评价晶体性能的指标包括原子序数和密度、光产额、发光衰减时间、发光波长、吸收厚度、潮解性等。原子序数和密度越大，晶体吸收光子的能力越强；光产额越高，探测器的能量分辨率和空间分辨率越高；发光衰减时间越短，探测器的时间分辨率越好；光子吸收厚度越短，探测器的探测效率越高。

我们同样介绍并对比了几种常见的晶体及其参数，包括NaI、BGO、LSO和LYSO等等。其中NaI是SPECT最常用的晶体，LSO和LYSO是PET最常用的晶体。

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