开题报告-光子计数型探测器在乳腺CT中应用的调研.docVIP

一、选题的依据和意义 近30年来随着世界范围内生活水平的提高，乳腺癌的发病率表现出持续的高增长。全球乳腺癌的发病率因地区环境、经济差异和生活习惯的不同而各不相同。总体而言，西欧、北美等发达地区发病率较高，而亚洲、拉丁美洲和非洲的大部分地区发病率较低。从全球范围看，全世界每年乳腺癌的发病率以0.2%～8%的幅度上升，每年全世界约有140万人被诊断为乳腺癌，大约有50万人死于该病，乳腺癌的发病在全球范围内一直是女性恶性肿瘤的首位。 在世界上我国虽属于女性乳腺癌的低发地区，但是近年来乳腺癌的发病率明显提高。中国主要城市10年来乳腺癌的发病率增长了37%，死亡率增长了38.9%。值得警戒的是，我国乳腺癌的平均增长速度高出发达国家1～2个百分点，每年以3%～4%的速度递增，成为城市中死亡率增长最快的癌症，发病率也逐渐呈现出年轻化的趋势，尤其以上海、北京、天津及沿海地区为我国乳腺癌的高发地区。我国乳腺癌的发病高峰年龄段为40～49岁，比西方国家早10～15年，城市人口的乳腺癌发病率高于农村，高学历、高收入的女性乳腺癌发病率更高。我国早期乳腺癌病人仅占30%，而70%的乳腺癌一经发现就已经是中晚期，而美国乳腺癌中晚期初诊者仅占9%。目前早期乳腺癌的临床治愈率可达到80%～90%，而晚期乳腺癌的治愈率不足40%，因此看来我国大部分乳腺癌患者在确诊时已经失去了最佳的治疗机会。因此，乳腺癌早期的诊断和筛查才具有积极和重要的意义，成为当前社会保障工作的重中之重。世界卫生组织已经确认乳腺癌是有明确普查效果的两种恶性肿瘤之一，目前预防与治疗的关键还在于“早发现，早诊断，早治疗”。早期乳腺癌诊断的关键是病理检查，病理检查的关键是病灶取材，病灶取材的关键是影像学定位引导病理取材，乳腺CT作为乳腺疾病常规的诊断方式具有明显的优势。 传统的电荷积分型探测器中的电子学噪声和像素单元之间的窜扰等问题是进一步提高CT图像诊断能力、降低辐射剂量的桎梏。而光子计数型探测器作为近几年来迅速发展的一项新技术，有望将CT图像的质量提升到一个新的高度。 由于乳腺组织对于X射线剂量非常敏感，因此需要严格控制射线剂量来避免潜在的危害。但是需要保证诊断的正确性，需要较高的组织对比度和细节的丰富性，由于光子计数型探测器在一次扫描的情况下可以得到X射线的能谱信息，这样就可以充分利用每一个光子的能量信息进一步提高图像的对比度和减少辐射的剂量，光子计数型探测器的技术优势是乳腺X射线成像良好的解决方案。 在乳腺CT中，和传统的电荷积分式探测器相比，光子计数型探测器具有很多优势。一方面，它可以消除低能噪声对图像带来的影响，提高了图像的信噪比，因此在获得相同信噪比的图像时，可以减少照射的光子数量，从而可以降低X射线的辐射剂量。另外一方面，它引入了能谱信息，一次扫描可以得到不同能区的成像结果，这样可以有效提高乳腺癌变组织的检测精度。随着技术的不断发展，快速多通道的脉冲计数读出电子学设备已经研制出来，光子计数型探测器将是未来X射线成像领域的发展方向，相信在不久的将来，基于光子计数型探测器的乳腺CT必然能把CT影像诊断推向新的纪元[1-3]。 国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）： 目前光子计数探测器的探测材料主要采用硅（Si）、碲化镉（CdTe）、碲锌镉（CZT）等材料。不同种类的探测材料探测的性能也不同。与其他的材料相比，硅具有较高的探测效率和良好的稳定性。目前光子计数探测器的探测材料主要的研究方向是碲化镉和碲锌镉，基于碲化镉和碲锌镉材料的光子计数探测器具有良好的X射线分辨性能、较高的光子探测效率以及更广的能量探测范围。鉴于光子计数探测器优异的性能和乳腺组织的特殊性，国外研究机构开展了大量光子计数探测器在乳腺CT中应用的研究[4-5]。 2.1国外研究现状 欧洲原子能机构（CERN）对光子计数探测器的研究已经形成规模化和产业化，欧洲原子能机构将研发的光子计数探测器命名为Medipix系列探测器。到目前为止，Medipix系列探测器已经发展了三代，第一代探测器命名为Medipix—1，主要采用硅材料，每个探测单元面积为170×170μm2,共有64×64个探测单元；第二代探测器命名为Medipix—2，每个探测单元的面积为55×55μm2，共有256×256个探测单元，在优化硅探测器的同时，开发了碲化镉探测器，大大提高了能量的探测范围；第三代探测器命名为Medipix—3，与前两代相比，每个探测单元可以在一次曝光的条件下，同时记录8个能量段的光子数，提高了能量的分辨率[6]。在2014北美放射年会上西门子公司推出了Stellar光子探测器，采用先进的微光子技术实现了探测器系统的微型化和灵敏化，具有零电子学噪声，大大降低了像素之间的串扰。 1、2014年加州大学欧文分校放射科学系Hyo-Mi