CZT晶体究竟有啥大本领？

大家好，欢迎来到IT知识分享网。

CZT，中文名叫“碲锌镉”，英文名叫“Cadmium-Zinc-Telluride (CdZnTe)”，是CdTe和ZnTe固溶而成的宽禁带II-VI族化合物半导体晶体。

晦涩的化学式少扯，CZT晶体究竟有啥大本领？

神奇本领1：

CZT是唯一能在室温状态下工作，并且能在每秒每平方毫米面积上处理百万到千万级个光子的半导体，其灵敏度可以达到极限，连微弱到几乎没有的宇宙本底射线的辐射量也能快速精准地捕捉到，它的发现曾引起过业界的轰动。

神奇本领2：

CZT具有优异的光电性能，可以在室温状态下直接将X射线和γ射线转光子变为电子，是迄今为止制造室温X射线及γ射线探测器最为理想的半导体材料。

那么重点来了，CZT是核医学影像设备最理想的探测器材料！

【CZT与传统探测器有啥不一样？】

图1 传统探测器与CZT探测器的成像原理

左：碘化钠+光电倍增管 的间接成像技术

右：CZT晶体的直接成像技术

自从1958 年第一台Anger伽玛相机的诞生以来，传统的SPECT核医学设备探测器一直采用的是碘化钠晶体（NaI）+ 光电倍增管（PMT）设计（如上图左边），注射到人体内的放射性药物发射出γ光子，通过准直器定位投射到NaI晶体上，转换成可见光，再通过PMT光电倍增管进行光电转换成电信号并放大，传输到电子线路和工作站进行重建成像。这种多次转换的间接成像技术会导致大量的光子丢失，而PMT将可见光转化为电信号的效率也只有20%~25%左右，因此，传统的SPECT核医学设备在计数率、分辨率方面大受限制。

新型CZT晶体探测器的工作原理（右上图）：γ射线投射到CZT晶体产生电子和空穴对，在CZT晶体表面是很薄的金属电极，这些电极在偏压作用下，在晶体内部产生电场，带负电的电子和带正电的空穴朝不同的电极运动，最终形成的电荷脉冲信号经过后续电子线路放大并处理进行成像。CZT探测器无需光电倍增管和光电转换过程，探测效率大幅提高，在能量分辨率上比传统NaI闪烁晶体提高了3倍以上。

这种从间接成像转向直接成像的方式，用个通俗的比喻，就如同拍片机从模拟时代到数字时代的跨越，CZT引领了一场核医学影像的数字化革命！

【CZT技术能为临床带来什么？】

核心优势一：扫描更快、剂量更低

毫无疑问，CZT晶体可以把γ射线直接转换成电信号，成像效率是传统的NaI晶体的4-6倍，转化成临床优势最直接的就是加快扫描速度，常规10-15分钟一例的心脏扫描，在CZT心脏专用机上可以实现3分钟快速成像，大大提高了病人的流通量。另一方面，CZT探测器的高效成像性能可以大幅降低患者的扫描剂量，为患者和医生带来更加安全放心的检查。

图2：CZT心脏专用机——Discovery NM 530c

核心优势二：超高清图像质量

CZT晶体探测器的成像单元是以像素为单位的，探测器固有空间分辨率可以实现2.46mm（一个像素单元大小），有效视野（UFOV）与中心视野（CFOV）完全一致，没有线性失真，无需均匀性校正，且高能量分辨率能减少散射干扰，减少噪声，为临床带来超高清精准成像。

图3. CZT晶体探测器设计及晶体像素单元

核心优势三：广阔的临床应用前景

CZT能量分辨率比闪烁晶体提高了3倍，更高的能量分辨率意味着系统将能区分能峰相近的不同核素，并将二者的干扰减到最小，这意味着双/多核素显像不再是梦想，临床可以实现多种核素同时显像的应用。

另一方面，CZT探测器的快速、精准成像性能，使得动态采集、精准定量更为便捷，比如在心脏专用机上，获得准确的冠脉血流储备值CFR也成为现实。