第五章-X线计算机体层成像设备CT.pptx

第五章 X射线计算机体层成像设备本章概要X射线-CT类型及基本结构螺旋CT的工作原理及结构超高速CT的基本结构和特点学习要点X射线CT扫描机的基本结构螺旋CT扫描机的滑环技术超高速CT的成像原理及基本构件1第一节第一节 概概 述述CT是英文“Computed Tomography”的缩写。词根“tomo”含有断层的意义，具体解释为通过对一单个层面成像而形成的X线摄影技术。从名字不难看出CT的技术基础是计算机技术和X线断层摄影技术。中文为计算机体层摄影成像，它代表一种图像重建技术。一、一、CTCT简史简史 1.11.1971971年年9 9月英国工程师豪斯费尔德月英国工程师豪斯费尔德（G.N.HounsfieldG.N.Hounsfield）研制出第一台）研制出第一台CTCT并获得第一并获得第一幅头部的幅头部的CTCT图像。图像。2 2.19741974年全身年全身CTCT成像装置研制成功。成像装置研制成功。3.19853.1985年出现滑环技术，年出现滑环技术，19891989年在滑环技术年在滑环技术的基础上，螺旋的基础上，螺旋CTCT（helical or spiral CThelical or spiral CT）问）问世，堪称世，堪称CTCT发展的里程碑。发展的里程碑。4.19924.1992年以色列的年以色列的ELSCINTELSCINT公司研制成功双公司研制成功双层螺旋层螺旋CTCT，开创了多层螺旋扫描的先河。，开创了多层螺旋扫描的先河。一、一、CTCT简史简史 5.19985.1998年年1111月底多层面月底多层面CTCT（multislice CTmultislice CT，MSCTMSCT）应用临床，大大提高了扫描速度。）应用临床，大大提高了扫描速度。6.20046.2004年推出的年推出的6464排螺旋排螺旋CTCT，又称容积，又称容积CTCT，开创了容积数据成像的新纪元。开创了容积数据成像的新纪元。7.20057.2005年双源年双源CTCT（Dual Source CTDual Source CT，DSCTDSCT）研制成功，实现了单扇区的数据采集，大大提高研制成功，实现了单扇区的数据采集，大大提高了心脏扫描的时间分辩率。了心脏扫描的时间分辩率。8.8.近来能谱近来能谱CTCT成像技术开始用于临床，实现成像技术开始用于临床，实现了物质定性分离和定量测定，在优化图像质量、了物质定性分离和定量测定，在优化图像质量、提高病灶检出率和疾病鉴别能力方面均具有价值。提高病灶检出率和疾病鉴别能力方面均具有价值。二、二、CTCT成像的特点成像的特点（一）（一）CTCT成像优势成像优势1 1断面图像断面图像 CTCT通过准直器的准直，通过准直器的准直，可得到无层面外组织结构干可得到无层面外组织结构干扰的横断面图像，能准确地扰的横断面图像，能准确地反映横断平面上组织和器官反映横断平面上组织和器官的解剖结构。此外，经的解剖结构。此外，经CTCT后后处理技术处理，获得诊断所处理技术处理，获得诊断所需的矢状、冠状等各种断面需的矢状、冠状等各种断面图像。图像。2 2密度分辨率高密度分辨率高 由于由于CTCT的的X X线束是经过严格的准直后到达探线束是经过严格的准直后到达探测器，从而减少了散射线。此外，测器，从而减少了散射线。此外，CTCT还利用软件还利用软件对灰阶的控制，加大了人眼的观测范围。一般来对灰阶的控制，加大了人眼的观测范围。一般来说，说，CTCT的密度分辨率比常规的密度分辨率比常规X X线检查高线检查高2020倍。倍。3 3可做定量分析可做定量分析 CTCT能够准确地测量各组织的能够准确地测量各组织的X X线吸收衰减线吸收衰减值，通过各种计算，做定量分析。值，通过各种计算，做定量分析。4 4可进行各种后处理可进行各种后处理 通过借助各种图像处理软件，能对病灶通过借助各种图像处理软件，能对病灶的形状及结构进行分析。螺旋扫描可获得高的形状及结构进行分析。螺旋扫描可获得高质量的三维图像和断面图像。此外，质量的三维图像和断面图像。此外，CTCT还可还可通过后处理软件进行放射治疗方案的制定和通过后处理软件进行放射治疗方案的制定和治疗效果的评价。治疗效果的评价。二、二、CTCT成像的特点成像的特点（二）（二）CTCT局限性和不足局限性和不足1 1空间分辨率不如常规的空间分辨率不如常规的X X线成像线成像中档中档CTCT机其极限分辨率约机其极限分辨率约10LP/cm10LP/cm高档的高档的CTCT机其极限分辨率约机其极限分辨率约14LP/cm14LP/cm常规常规X X线摄影的屏线摄影的屏/片组合系统分辨率可达片组合系统分辨率可达10LP/mm10LP/mm无屏单面乳剂膜片摄影，分辨率可达无屏单面乳剂膜片摄影，分辨率可达30LP/mm30LP/mm以上以上2 2并非对所有脏器都适合并非对所有脏器都适合 如空腔性脏器胃肠道由于无规则的蠕动，如空腔性脏器胃肠道由于无规则的蠕动，CTCT还还不能替代常规的不能替代常规的X X线检查。线检查。CT CT血管造影的图像质量也不及血管造影的图像质量也不及DSADSA。3 3目前不能进行功能成像目前不能进行功能成像 三、三、CTCT的临床应用的临床应用 CTCT机发展到今天，已经可以广泛应用到机发展到今天，已经可以广泛应用到全身的任何一个部位的检查上。全身的任何一个部位的检查上。CT CT图像形成概念图像形成概念 1 1体层体层 CTCT成像中建立一幅成像中建立一幅图像的扫描过程中，受图像的扫描过程中，受检体中被检体中被X X线束透射的部线束透射的部分就是体层。分就是体层。2 2层厚层厚 是指扫描后一幅图是指扫描后一幅图像对应的断面厚度。像对应的断面厚度。3 3图像矩阵图像矩阵 如果每个小体积单元按照扫描过程中的顺序进如果每个小体积单元按照扫描过程中的顺序进行排列和编号，便形成了一个有序的数组；行排列和编号，便形成了一个有序的数组；同时同时CTCT图像重建中，按照这些有序数组计算和图像重建中，按照这些有序数组计算和重建图像，这些有序的数组反映在图像平面上就形重建图像，这些有序的数组反映在图像平面上就形成了图像矩阵（成了图像矩阵（image matriximage matrix）。）。图像矩阵中的每个元素即为像素。将图像分割图像矩阵中的每个元素即为像素。将图像分割成成NNNN的矩阵，矩阵中的元素用的矩阵，矩阵中的元素用ijij来表示，其物来表示，其物理意义是代表组织的吸收系数或理意义是代表组织的吸收系数或CTCT值。值。4 4像素像素 是构成是构成CTCT图像最小的单位。它与体素相对应，图像最小的单位。它与体素相对应，体素的大小在体素的大小在CTCT图像上的表现，即像素。图像上的表现，即像素。用每个体素对用每个体素对X X线束的吸收系数来代表它的线束的吸收系数来代表它的图像信息，并变换成各组织的图像信息，并变换成各组织的CTCT值，这就构成平值，这就构成平面图像的像素值。面图像的像素值。5 5体素体素 是指在受检体内欲成像的层面上按一定的大是指在受检体内欲成像的层面上按一定的大小和一定的坐标人为划分的小体积元。小和一定的坐标人为划分的小体积元。二维的像素加上厚度就是体素（二维的像素加上厚度就是体素（voxelvoxel），体），体素是一个三维的概念，是素是一个三维的概念，是CTCT容积数据采集中最小的容积数据采集中最小的体积单位，也是重建三维立体图像的基本单元。体积单位，也是重建三维立体图像的基本单元。它有三要素：长、宽、高。它有三要素：长、宽、高。6 6CTCT值值 由于吸收系数是一个物理量，是具有物理由于吸收系数是一个物理量，是具有物理含义的量值。在医学上，以吸收系数为依据，含义的量值。在医学上，以吸收系数为依据，用用CTCT值来表达人体组织密度的量值。值来表达人体组织密度的量值。CTCT值可用公式表示为：值可用公式表示为：式中，式中，K K是分度因数，常取为是分度因数，常取为10001000。CTCT值的值的单位为单位为“HU”“HU”（Hounsfield UnitHounsfield Unit）。）。CTCT值值（1 1）像素的）像素的CTCT值值CT图像由不同灰度的小方块，按矩阵排列，这些小方块称为像素像素，其灰度取决于相对应体素的衰减系数相对应体素的衰减系数。在图像重建过程中，不直接运用衰减系数来建立图像，而是用像素的像素的CTCT值值。单位HU,（Hounsfield Unit）分度因数K=1000水的吸收系数水=1，空气的吸收系数空=0.001，骨的吸收系数骨=2.0，可计算出水的CT值=0HU，空气为-1000HU，骨为1000HU。CT值：是用来表示与CT图像上单元面积有关的平均X射线衰减数。正常人体组织的CT值（HU）组织组织平均平均CTCT值值组织组织平均平均CTCT值值脑脑25452545肌肉肌肉35503550灰质灰质35603560淋巴结淋巴结45+/-1045+/-10白质白质25382538脂肪脂肪-80-120-80-120基底节基底节30453045前列腺前列腺30753075脑室脑室012012骨头骨头15010001501000肺肺-500-900-500-900椎间盘椎间盘5011050110甲状腺甲状腺100+/-10100+/-10子宫子宫40804080肝肝40704070精囊精囊30753075脾脾50705070水水0 0胰腺胰腺40604060空气空气-1000-1000肾肾40604060静脉血液静脉血液55+/-555+/-5主动脉主动脉35503550凝固血液凝固血液80+/-1080+/-10病变的病变的CTCT值（值（HUHU）病变病变CTCT平均值平均值病变病变CTCT平均值平均值结核灶结核灶6060慢性血肿慢性血肿20402040渗出液（蛋白渗出液（蛋白30g30g）18+/-218+/-2炎症包块炎症包块020020漏出液（蛋白漏出液（蛋白30g30g）18+/-200肺癌肺癌平均平均4040 7 7灰度灰度 是指黑白或明暗的程度，它是在图像面上是指黑白或明暗的程度，它是在图像面上表现各像素黑白或明暗程度的量。从全黑到全表现各像素黑白或明暗程度的量。从全黑到全白可有不同的灰度分级。白可有不同的灰度分级。8 8灰阶灰阶 显示器所表现的亮暗信号等级的差别称为显示器所表现的亮暗信号等级的差别称为灰阶（灰阶（gray)gray)。1010部分容积现象部分容积现象 如果划分的体素内包含有几种不同的组织如果划分的体素内包含有几种不同的组织成分，则该体素的成分，则该体素的CTCT值应是所含各种成分的加值应是所含各种成分的加权平均值。在这种情况下，平均权平均值。在这种情况下，平均CTCT值不能准确值不能准确与体素内任何一种组织成分的密度相对应，这与体素内任何一种组织成分的密度相对应，这种现称为部分容积现象（种现称为部分容积现象（partial volume partial volume phenomenonphenomenon）。）。9 9窗口技术窗口技术 是将全范围是将全范围CTCT值分时分段进行显示技术。值分时分段进行显示技术。被显示灰阶的范围称为窗宽（被显示灰阶的范围称为窗宽（W W），其中间值称），其中间值称为窗位（为窗位（C C），窗宽以外的），窗宽以外的CTCT值不显示。值不显示。根据此概念可以计算根据此概念可以计算CTCT值显示范围：显示值显示范围：显示下限为窗位减去下限为窗位减去1/21/2窗宽，上限是窗位加上窗宽，上限是窗位加上1/21/2窗宽，用数学表达式为：窗宽，用数学表达式为：C-W/2C-W/2（下限）（下限）C+W/2 C+W/2（上限）（上限）（2 2）窗口技术）窗口技术数字图像所特有的显示技术方法称为窗口技术。它包括窗位和窗宽的控制、调整。CT窗宽：window width 监示器中最亮和最暗灰阶所代表的CT值的跨度。CT窗位：window level 窗宽上下限灰阶所代表的CT值的中心值。窗宽决定图像CT值的变化跨度，窗位则决定观察变化的区域。1000-1000窗口窗口：窗宽的上限和下限所包含的范围窗宽的上限和下限所包含的范围。窗位窗位 观察某一组织结构细节时，以该组织的观察某一组织结构细节时，以该组织的CT值为中心进行观察值为中心进行观察。如脑组织的。如脑组织的CT值大约为值大约为35HU，则窗位选择为则窗位选择为35HU，窗宽常用，窗宽常用256HU。窗宽窗宽 显示图像所包含的显示图像所包含的CT值范围值范围，在此范围内，在此范围内的组织结构按密度的高低从白到黑分为的组织结构按密度的高低从白到黑分为16个灰度等级个灰度等级进行观察分析。调节窗宽主要影响对比度，窗宽大则进行观察分析。调节窗宽主要影响对比度，窗宽大则图像层次多，组织对比少，反之亦然。图像层次多，组织对比少，反之亦然。1111投影投影 把投照受检体后出射的把投照受检体后出射的X X线束强度线束强度I I称为投称为投影（影（projectionprojection），投影的数值称为投影值，），投影的数值称为投影值，投影值的分布称为投影函数。投影值的分布称为投影函数。1212扫描扫描 是为获取投影值而采用的物理技术。或者是为获取投影值而采用的物理技术。或者说，扫描是为重建图像而进行数据采集所使用说，扫描是为重建图像而进行数据采集所使用的物理技术。的物理技术。1313扫描方式扫描方式 X X线管和检测器固定在扫描架上组成扫描机线管和检测器固定在扫描架上组成扫描机构，它们围绕扫描床上的受检体进行同步扫描构，它们围绕扫描床上的受检体进行同步扫描运动，这种同步扫描运动形式称为扫描方式。运动，这种同步扫描运动形式称为扫描方式。一、各代一、各代CTCT机的主要特性机的主要特性CT机可分为：普通CT、螺旋CT、双源CT与能谱CT。一、单色一、单色X X射线的衰减规律射线的衰减规律1.X1.X射线强度的指数衰减规律射线强度的指数衰减规律I 0：入射X射线的强度，I：通过厚度为 x 的物质层后的射线强度：线性衰减系数（1）愈大，射线强度在物质中衰减愈快。（2）与物质的密度成正比。（-原子数目）2.2.关于关于衰减系数衰减系数的一些讨论的一些讨论（3）指数衰减规律只适用于单色射线束。I I0 0 x xI ICT成像原理成像原理 1.X-CT 1.X-CT成像的物理基础成像的物理基础介质介质等等分成分成若干个很小的体积元若干个很小的体积元（体素体素）通过第通过第n个体素的强度个体素的强度：（1）不均匀介质的吸收规律（2）成像参数 图像重建的物理基础图像重建的物理基础欲观测的层面分解欲观测的层面分解为为 nn 个体素的矩阵阵列个体素的矩阵阵列；一幅一幅X-CT图像，反映图像，反映了该了该层面体素层面体素关于关于的空间分布的空间分布。求求各各体素的体素的值，是获得值，是获得X-CT图像的关键图像的关键。X射线射线管管 探测器直线扫描直线扫描1直线扫描直线扫描2直线扫描直线扫描3直线扫描直线扫描240次次旋转旋转1直线扫描直线扫描旋转旋转180共得数据共得数据240180=43200个个从从43200个方程个方程25600个个一、一、X X射线射线-CT-CT的发展简史的发展简史主要由X射线管与探测器组成的扫描系统。（1）单束扫描(称第一代CT机)第第 1 代代 CT 机只有一个探测器，扫描角度为机只有一个探测器，扫描角度为 1，扫描时间，扫描时间 270s/层。仅用于层。仅用于头部扫描头部扫描,图像质量差图像质量差,以平移加旋转的扫描运动方式进行以平移加旋转的扫描运动方式进行,称为平移称为平移旋转型。旋转型。把人体一截面划分为许多小微元，将把人体一截面划分为许多小微元，将X射线作横断层扫射线作横断层扫描，一次扫描可得一组方程。连续扫描可得无数组方程，用描，一次扫描可得一组方程。连续扫描可得无数组方程，用计算机算出该层面各点的计算机算出该层面各点的X射线吸收系数值，再由图像显示射线吸收系数值，再由图像显示器将不同的数据用不同的灰度等级显示出来，得到该层面的器将不同的数据用不同的灰度等级显示出来，得到该层面的解剖结构图像。解剖结构图像。CT图像重建的基本方法图像重建的基本方法图像重建方法是图像矩阵的求解方法。如有NN的图像矩阵，有NN个独立的线性方程组，并且求解NN个矩阵中的体素的吸收系数 ij。NN个方程组求解可以采用 迭代法（逐次近似法）等。（逐次近似法）等。现在应用比较多的是反投影法、解释法。解释法包括二维傅里叶重建法和现在应用比较多的是反投影法、解释法。解释法包括二维傅里叶重建法和 滤波反投影法（filtering back projection，FBP）。重建算法数学原理：成像物理原理为通过CT扫描机构扫描获取求解的方程组；解方程组获得人体某一体层面各个体素的值；再将值转换为CT值；最后将CT值变换成能视觉识别的灰度图像。基本原理X-CT 成像原理扫描方式窄扇束平移窄扇束平移旋转方式（第二代）旋转方式（第二代）第 2 代 CT 机探测器的数目增加 330 个左右，X 线束呈扇型，扫描角度增加为 360,扫描时间仍较长,一般在20s90s/层，扫描方式为窄扇束扫描平移旋转方式。扫描方式宽扇束旋转宽扇束旋转旋转方式（第三代）旋转方式（第三代）第 3 代 CT 探测器数目一般多超过 100 个，有的接近1000 个，X 线扇形束扩大到 4050，足以覆盖人体的横径,这样扫描就不需要再平移，而只需要旋转就可以了,称为旋转/旋转型。扫描时间一般几秒钟,最快速度 0.5s，亚秒级扫描。扫描方式宽扇束旋转宽扇束旋转静止方式（第四代）静止方式（第四代）第 4 代 CT 机与早先产品不同，探测器呈 360 环状固定排列在机架内(目前有的机型多达 4800 个探测器)，X 线管则围绕人体和机架作 360 旋转,把第 4 代称固定/旋转型(螺旋 CT 属此型)。扫描方式电子束方式（第五代）电子束方式（第五代）第 5 代 CT 机与第 1 到第 4 代 CT 机不同，在成像过程中 X线管不需环绕机架作机械运动，它是用电子束方法产生旋转的 X线源,再穿透人体由探测器接受,这种 CT 机称为电子束 CT,也称超高速 CT，特点是扫描速度很快,50100ms/层,每秒最多可扫34 层,就其扫描速度是普通 CT 的 40 倍，螺旋 CT 的 20 倍,可用于心脏一类运动器官的扫描。超高速CT超高速CT的扫描速度较常规CT快数十倍，在心血管疾病及空腔脏器疾病的诊断和研究具有独到的优点，是目前惟一能对心脏作全面、早期诊断的最新、最先进的医学影像设备。（第五代CT）42扫描方式电子束方式电子束方式 （第五代）（第五代）超高速CT原理超高速用电子束的方式产生旋转的X射线源，极大地提高了扫描速度。130kV的高压使电子枪产生电子束并加速，聚集装置使电子束聚成一个特定的焦点（1mm1.2mm），再由电磁偏转线圈使电子束按规定的角度偏转，射向4个固定的钨环靶以产生X射线。44超高速CT原理电子束沿圆弧靶道作连续轰击，便产生旋转X射线对扫描对象进行扫描。X射线穿透扫描对象后，被静止的高灵敏度探测器阵列接收，接收的数据经预处理后由光缆送至计算机，利用卷积和快速傅里叶变换重建图像。成像过程没有机械的运动，其成像速度分别为9层/s和34层/s且不会因运动而产生伪影，从而保证得到清晰的图像45超高速CT特点：扫描速度快（扫一层只需50ms）成像速度快（由于所用计算机容量大，速度快）。能较长久地保持较高检测精度，且比一般CT有更长的使用寿命。只需更换电子枪的极板，维修费用较低。在同等使用条件下，一般CT每年需要更换2只X射线管，但超高速CT在满负荷运转的情况下，一年半以上才需要更换一次极板，其费用仅相当于CT更换一只X射线管。46超高速CT的结构（一）电子枪系统（一）电子枪系统电子枪的功能：是产生和加速一脉冲式高能电子束，此电子束将被成形，偏转和沿着靶环（铅靶）连续轰击产生一束旋转的X射线，对人体进行扫描。47电子枪系统电子枪系统电子枪的主要结构阴极、加热灯丝、阳极、真空泵、油箱和电子枪室阀门。电子枪灯丝上加有交流电约6.5V，实际上在扫描、待机和下机三种状态时电压值有差别，可延长阴极的寿命。在电子束通路上还设有离子清除电极，螺管线圈（聚焦），四级X、Y圈（使加速电子形成椭圆形束点），双极X、Y圈（引导电子束沿着靶环扫描），以产生所需要的旋转X射线。48超高速CT的结构（二）高压系统（二）高压系统该系统既提供了阴极的加速电位，又提供了电子枪的灯丝电源。可调直流高压输出为140kV、1000mA，可调灯丝电压为10V、3A。整个高压电源包括了高压控制柜、初始直流高压和精密高压输出。49超高速CT的结构（三）偏转控制系统（三）偏转控制系统该系统的作用是对在靶环上扫描的电子束进行聚集、成形和定位。整个系统由六个电磁线圈、一个离子清除电极、一个正离子电极和一个电子控制柜组成。50超高速CT的结构（四）真空系统作用：真空系统为高速运动的电子束提供必要的环境，在此环境下电子束撞击靶环产生旋转扇形X射线。构成：包括主腔（靶在其中）、低温泵、电子枪、离子泵、初级真空系统、阀门、真空规和压强控制系统，还有为冷却主腔锥体、束停装置和靶环的专用冷却系统。51没有扫描间隔的暂停时间（死时间），可进行连续扫描，解决了传统扫描时的层隔问题。单层螺旋CT的探测器数目和材料同第3代CT；单层螺旋单层螺旋CT（SCT）X线管由往复旋转运动改为向一个方向连续旋转扫描，受检体（检查床）同时向一个方向移动，X线连续曝光并采集数据。X线管相对于受检体的运动为划过一柱面螺旋线形轨迹。（六）螺旋（六）螺旋CT扫描方式多层螺旋多层螺旋CT（MSCT）MSCT和SCT扫描方式相同。是X线管和检测器围绕人体做360旋转，受检体向一个方向移动。不同的是MSCT的检测器为多排，目前的排数从几排到几十排；而单层SCT的检测器只有一排。扫描方式多层螺旋多层螺旋CT （MSCT）小结：原理回顾扫描灰度分布衰减系数uU 值二维分布矩阵投影1.断层影像，减少图像重叠显示2.减小影像诊断的盲区CT的优点小结：原理回顾CT发展历程第一代：单束平移旋转第二代：窄扇形束平移旋转第三代：旋转旋转第四代：静止旋转第五代：静止静止螺 旋：旋转旋转五代CT的扫描方式：小结：发展历程第一代第二代第三代第四代第五代螺旋X 线束 扇笔束扫描520小角扇束3045广角扇束48120广角扇束30453045扇形或锥形扫 描方 式平移+旋转方式旋转+旋转静止+旋转静止+静止旋转+旋转扫 描时 间180300s90210s3s5s15s0.030.1s0.351s临 床应 用头颅扫描全身扫描，观察除心脏外的脏器可用于血管造影和心脏造影。全身扫描 各代CT的主要特性小结：发展历程二、CT设备的发展趋势X线管的发展探测器的发展大功率高管电流输出和高散热率X线管提高探测效率和减少响应时间高压发生器驱动系统固态高频高压发生器新型电磁驱动（一）硬件发展趋势二、CT设备的发展趋势（二）软件发展趋势CT血管成像三维图像重建CT引导下的介入治疗血管造影技术与CT快速扫描相结合的一种技术薄层连续或重叠扫描并借助计算机处理可获得三维图像CT成像快、图像清晰，可即时清楚地显示病灶与周围组织结构的关系仿真内镜放射治疗计划 无创伤性的诊断方法，可作为纤维内镜的补充诊断手段在准确定出原发肿瘤的位置，探索局部转移，确认肿瘤对放射治疗的敏感性；监视放射治疗的效果第二节第二节 CTCT设备基本组成设备基本组成第三代CT设备基本结构依据外观，第三代CT设备主要由操作台、扫描床、扫描架、高压发生器、电源和控制机柜、计算机与存储器、多幅相机等组成。基本组成螺旋CT外观上基本组成:p 电源柜p 扫描床p 扫描架p 操作台扫描床扫描床扫描架扫描架电源柜电源柜操作台操作台基本组成CT机基本组成：p 扫描系统，包括（X线管、准直器、探测器和扫描架等）p 计算机和图像重建系统（数据储存、运算等）p 图像显示、存储系统CT基本组成方框图 X线管线管准直器准直器 探测器探测器高压发生器高压发生器计算机和图计算机和图像重建系统像重建系统A/D转换器转换器图像图像显示显示存储存储系统系统 显示器显示器 激光相机激光相机 光盘存储光盘存储 工作站工作站扫扫描描架架1 1X X线管线管 X X线管是产生线管是产生X X线的器件，由阴、阳极和真线的器件，由阴、阳极和真空玻璃管（或金属管）组成。分固定阳极和旋空玻璃管（或金属管）组成。分固定阳极和旋转阳极两种。固定阳极管主要用于第一、二代转阳极两种。固定阳极管主要用于第一、二代CTCT机，第三、四代机，第三、四代CTCT机多采用旋转阳极管，旋机多采用旋转阳极管，旋转阳极管焦点小，要求热容量大，寿命很长，转阳极管焦点小，要求热容量大，寿命很长，可达可达2 2万次扫描以上。万次扫描以上。一、扫描系统（成像系统）一、扫描系统（成像系统）CT用X线管 要求大功率、高热容量，长时间连续扫描，为提高其连续负荷能力，要求具有很高散热率。散热方式p油循环风冷却散热p电子束控金属X线管p飞焦点技术X线管油循环风冷却散热螺旋CT的飞焦点 目前。部分目前。部分CTCT已采用已采用飞焦点或动态焦点技术飞焦点或动态焦点技术，即采，即采用用2 2个焦点交替工作，其曝光次数可达个焦点交替工作，其曝光次数可达2525万万5050万次。万次。pCT用高压发生器结构：高压变压器、灯丝变压器、高压整流器等组成pCT对高压（管电压）的稳定度要求很高。一般采用闭环控制的方法稳定管电压和管电流，减小与设定值之间的偏差。一、扫描系统一、扫描系统高压发生器高压发生器1 1准直器准直器 CTCT扫描机中的准直器分为两种：扫描机中的准直器分为两种：一是一是X X线管端的准直器（又称线管端的准直器（又称前准直器前准直器）；）；二是探测器端的准直器（又称二是探测器端的准直器（又称后准直器后准直器）。）。准直器的作用是准直器的作用是减少病人的减少病人的X X线剂量线剂量和和对对CTCT成成像所不必要的散射线像所不必要的散射线，其次还决定了，其次还决定了CTCT扫描的层扫描的层厚厚.二二、准直器和滤过器准直器和滤过器准直器准直器CTCT扫描机中的准直器的作用：扫描机中的准直器的作用：1.X射线管准直器（前准直器），它的作用是控制X射线束在人体长轴平行方向上的宽度从而控制扫描层厚度，同时减少病人的X线剂量。2.探测器准直器（后准直器），它的狭缝分别对准每一个探测器，是探测器只接收垂直入射探测器的射线，尽量减少来自其他方向的散射线的干扰。有些CT设备没有安装后准直器，利用探测器自身的厚度作为后准直器，这种应用多用在多层螺旋CT中。69准直器的作用准直器的作用1.降低病人的表面辐射剂量。2.减少进入探测器的散射线。3.限定成像的空间范围（限定体层层厚）71为什么一般用铅或含少量锑、铋的铅合金为什么一般用铅或含少量锑、铋的铅合金材料做准直器？材料做准直器？准直器是一种辐射衰减物质，准直器的材料要求是对X射线吸收大，易于加工，经济。一般采用铅或含有少量的锑、铋的铅合金等。滤过器在X线管和探测器之间，形状设计成楔形。滤过器的尺寸根据扫描野大小决定。1.滤过器目的：p吸收低能X线（软射线），这些低能射线无益于CT图像的形成p使X线束通过滤过器和均匀圆形水模后，变成强度分布均匀的射线束p减少受检者射线受照量滤过器2.滤过器滤过器滤过器应用哪种材料制作滤过器应用哪种材料制作,为什么？为什为什么？为什么不用铅合金材料制作？么不用铅合金材料制作？滤过器应采用低原子序数材料，是为了使X线扇形束的中心和外围的光谱和线束硬化程度相差尽可能的小。铅合金因为原子序数高，对射线的吸收大，会减弱或阻挡进入探测器的有用X射线，使信息丢失，故不能采用。探测器是一种将射线能量转换为电信号的装置。探测器的作用是接收透过被检体的X线并将其转换为可供记录的电信号。CT中探测器的任务是通过测量穿过病人后的X射线透射值来采集信号，这些信号经A/D转换为电子计算机可以处理的数字信号，供图像重建用。它接收到射线照射，然后产生与辐射强度成正比的电信号。通常，探测器所接受到的射线信号的强弱，取决于该部位的人体截面内组织的密度。密度高的组织，例如骨骼吸收 X 射线较多，探测器接收到的信号较弱；密度较低的组织，例如脂肪等吸收 X 射线较少，探测器获得的信号较强。74三、三、探测器探测器1.探测器的特性探测器的特性功能：将功能：将X射线量转换为可供记录的电信号的装置，通过射线量转换为可供记录的电信号的装置，通过测量接受到的测量接受到的X射线量，产生与射线量，产生与X射线量成正比的电信号。射线量成正比的电信号。效率：是指照射的效率：是指照射的x射线束转化成为有用信号的百分比。射线束转化成为有用信号的百分比。稳定性：稳定性是指探测器的一致性和还原可能性（稳定性：稳定性是指探测器的一致性和还原可能性（每日每日校准一次校准一次）响应性：指探测器接收、记录和抛弃一个信号所需的时间。响应性：指探测器接收、记录和抛弃一个信号所需的时间。准确性：测量中尽量小的误差。准确性：测量中尽量小的误差。CT中最常用的有两种转换原理和探测器类型：中最常用的有两种转换原理和探测器类型：气体探测器气体探测器：收集电离电荷的探测器。收集电离电荷的探测器。闪烁探测器闪烁探测器(固体探测器固体探测器)：收集荧光的射线探测器。收集荧光的射线探测器。现在多层螺旋现在多层螺旋CT的探测器均采用稀土陶瓷材料的固体探测的探测器均采用稀土陶瓷材料的固体探测器。器。（1）气体探测器）气体探测器当X线进入探测器时，极板间的氙气被电离形成带电离子，在电场作用下，带电离子形成电流，该电流在外电路电阻中产生一个电压信号，输送到数据采集系统。762.探测器的类型探测器的类型（1）气体探测器1.气体电离室探测器工作原理：当X线进入探测器时，极板间的氙气被电离形成带电离子，在电场作用下，带电离子形成电流，该电流在外电路电阻中产生一个电压信号，输送到数据采集系统。气体电离室探测器2.探测器的类型探测器的类型（2）闪烁探测器）闪烁探测器当X线照射到闪烁晶体，能发出与x线照射强度成正比的荧光，荧光经过光导传给光电倍增管的光电阴极上，使荧光变成光电子，经加速聚焦后，在阳极输出一个电压信号，输送到数据采集系统。782.探测器的类型探测器的类型1.光电倍增管式探测器工作原理：当X线照射到闪烁晶体，能发出与x线照射强度成正比的荧光，荧光经过光导传给光电倍增管的光电阴极上，使荧光变成光电子，经加速聚焦后，在阳极输出一个电压信号，输送到数据采集系统。2.探测器的类型探测器的类型闪烁探测器又分为光电倍增管式和光电二极管式2.光电二极管式闪烁探测器工作原理：来自闪烁晶体的荧光经透镜聚焦后，照射在PN结上，PN结产生电子-空穴对而形成电流，电流大小与光照强度成正比。2.探测器的类型探测器的类型1.特点：pX线利用率可达99p光电转换率高p与光电二极管的响应范围匹配最好p余辉更小p稳定性更高p容易进行较小分割，制作成密集探测器阵列3.稀土(贵金属)陶瓷探测器：用掺杂稀土金属的透明光学陶瓷与光电二极管配合来构成探测器。（五）气体探测器和固体探测器的优缺点比较：特性、种类气体探测器固体探测器温度特性大小噪 声有无饱和现象不容易饱和有可能饱和散射线准直无需后准直器需后准直器剂量利用率低高它位于探测器阵列和计算机之间。它的作用是将来自探测器的微弱信号经前置放大器放大，模数转换后形成数字信号送往计算机，供计算机进行图像重建用，其内部结构组成如右图所示。83（四）数据采集系统（DAS）1.前置放大器将探测器输出的信号进行预先放大。2.对数放大器对入射X线强度I0和透射X线强度I进行对数换算。3.A/D将模拟信号转换为二进制的数字信号。最常用有双积分式和逐次逼近式。4.数字数据传输现代CT扫描机多采用光导纤维进行数据传输。光纤传输是指使用一个透镜和发光二极管组成的系统，将数据传输给计算机。84数据采集系统（DAS）5 5模模/数转换器（数转换器（A/DA/D转换器转换器）A/DA/D转换器是转换器是CTCT数据采集系统（数据采集系统（data data acquisition systemacquisition system，DASDAS）的主要组成部分。其）的主要组成部分。其作用是将来自探测器的输出信号放大、积分后多作用是将来自探测器的输出信号放大、积分后多路混合变为数字信号送入计算机处理。模数转换路混合变为数字信号送入计算机处理。模数转换器由一个频率发生器和比较积分器组成。器由一个频率发生器和比较积分器组成。探测器弓形超高速陶瓷探测器24排探测器总单元数17664个数据采集系统可同时传输161472个数据将电信号转换为数字信号，输送至计算机（一）扫描架（一）扫描架（五）（五）扫描架和扫描床扫描架和扫描床1.旋转部分：X线管、准直器、滤过器、探测器阵列、数据处理装置、滑环部分、高压发生器等2.固定部分：底座、支架、旋转控制电机及其伺服系统、机架主控电路板等旋转部分旋转部分固定部分固定部分扫描机架内部结构（二）扫描床（二）扫描床CT扫描系统的扫描机架与扫描床目前多数扫描机架的孔径为6570cm，可做一定角度的倾斜。扫描床由床面和底座构成。它的运动一般由两个电机控制：一个是床身升降电机；另一个是床面水平移动电机。床面板由碳素纤维制成。（一）计算机系统（一）计算机系统计算机系统一般由主控计算机和阵列计算机计算机系统一般由主控计算机和阵列计算机两部分组成。主控计算机的作用是：两部分组成。主控计算机的作用是：控制和监视扫描过程，并将扫描数据送入控制和监视扫描过程，并将扫描数据送入存储器；存储器；CTCT值的校正和输入数据的扩展；值的校正和输入数据的扩展；与操作者对话并控制扫描等信息的传送；与操作者对话并控制扫描等信息的传送；图像重建的程序控制；图像重建的程序控制；故障诊断及分析。故障诊断及分析。二、计算机和图像重建系统 （二）外围设备（二）外围设备1 1检查床检查床 检查床的作用是准确地把病人检查床的作用是准确地把病人送入预定或适当的位置上。为适应送入预定或适当的位置上。为适应CTCT检查的需检查的需要，与要，与X X线束射出同方向的位置上有定位光源，线束射出同方向的位置上有定位光源，以利于定位。以利于定位。2 2操作台操作台 操作台是操作员与计算机对话操作台是操作员与计算机对话的工作平台。扫描参数的编辑、设定、扫描过的工作平台。扫描参数的编辑、设定、扫描过程的控制、观察分析、病人资料的输入及机器程的控制、观察分析、病人资料的输入及机器故障诊断均在操作台上完成。故障诊断均在操作台上完成。3 3图像存储和记录部分图像存储和记录部分 该部分包括有硬该部分包括有硬盘、软盘、磁带机、光盘等，它们的作用是存盘、软盘、磁带机、光盘等，它们的作用是存储和记录图像。储和记录图像。三、螺旋CT螺旋扫描：在螺旋CT扫描中，与传统的扫描最大的不同在于数据的采集不是一层一层进行的，而是连续的容积式的。X射线管连续地围绕病人旋转，与此同时承托着病人的扫描床匀速地向机架扫描孔内推进，这样X射线束在病人身上勾画出一条螺旋线轨迹，因此称之为螺旋扫描，此设备称为螺旋CT。螺旋线限定了人体组织的一段容积，亦叫容积扫描。94 螺旋扫描采集的数据是连续的容积式的数据。X线束在病人身上画出一条（或多条）螺旋线轨迹。多层螺旋多层螺旋CT扫描扫描多层多层 旋转一周多幅图像旋转一周多幅图像96要实现螺旋扫描，完成连续的容积式数据采集，必须满足下列要求：依靠滑环技术使X射线管能连续地沿着一个方向转动。病床能做同步匀速直线运动。使用大功率、高热容量和散热率的X射线管。具有螺旋加权法软件。选用运算速度快、存储量大的计算机系统。972.实现螺旋扫描的前提条件到底什么叫滑环技术？到底什么叫滑环技术？二、螺旋扫描装置（一）滑环技术滑环技术是螺旋扫描的基础。滑环螺旋CT的问世，使连续快速扫描成为现实。1.传统CT扫描机的馈电方式98常规CT扫描机的X线管系统的供电和数据传递均由电缆完成，由于电缆易缠绕，因此X线管在机架