第五章-ct设备课件.ppt
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1、第五章第五章X线计算机体层线计算机体层成像设备成像设备医学影像设备学医学影像设备学重要知识点重要知识点CT设备的基本组件及工作原理设备的基本组件及工作原理1检测器及数据处理装置工作原理检测器及数据处理装置工作原理2螺旋螺旋CT和多层和多层CT工作原理工作原理3CT设备应用质量保证基础知识设备应用质量保证基础知识4 CT图像可直观病变的外形、轮廓、范围,甚至图像可直观病变的外形、轮廓、范围,甚至其内部结构等,从而得到明确的定位和定性诊断。其内部结构等,从而得到明确的定位和定性诊断。CTCT的特点的特点的特点的特点CT检查操作简单、安全、属于检查操作简单、安全、属于“无损伤性无损伤性诊断诊断”方法
2、。方法。CT的局限性的局限性u对颅脑和腹部实质性脑器检查效果较佳,对消对颅脑和腹部实质性脑器检查效果较佳,对消化道检查就不适宜了。化道检查就不适宜了。uCT图像可直观病变的外形、轮廓、范围,甚至图像可直观病变的外形、轮廓、范围,甚至其内部结构等,从而得到明确的定位和定性诊其内部结构等,从而得到明确的定位和定性诊断。断。CT的局限性的局限性u但因其病变部位、大小、性质、病程长短、病但因其病变部位、大小、性质、病程长短、病人胖瘦和配合情况及人胖瘦和配合情况及CT扫描机固有性能等诸多扫描机固有性能等诸多因素,其检查结果也有不理想时,也会有漏诊,因素,其检查结果也有不理想时,也会有漏诊,误诊。误诊。u
3、为提高其准确性,必须紧密结合临床和一些其为提高其准确性,必须紧密结合临床和一些其它检查。它检查。l1963年美国塔夫脱大学物理学年美国塔夫脱大学物理学教授柯马克(教授柯马克(A.M.Cormack)在一篇文章中详细叙述了他做在一篇文章中详细叙述了他做的实验及计算方法。他是正确的实验及计算方法。他是正确应用图像重建数学的第一人,应用图像重建数学的第一人,从而为从而为CT图像重建算法打下了图像重建算法打下了基础。基础。以人体组织对以人体组织对X线的线性吸收系数为线的线性吸收系数为物理参量,用物理参量,用X线投影作为人体组织线投影作为人体组织对对X线线性吸收系数的线积分,研究线线性吸收系数的线积分,
4、研究出重建图像的数学方法。出重建图像的数学方法。A.M.Cormackl19671970豪斯菲尔德博士豪斯菲尔德博士(G.N.Hounsfield)提出体层成像)提出体层成像的具体方法,世界上第一台用于临的具体方法,世界上第一台用于临床的床的CT扫描机在扫描机在1971年由英国年由英国EMI研究实验室的研制成功,研究实验室的研制成功,1972年在年在RSNA上宣布,宣告上宣布,宣告XT诞生。诞生。l1974年美国年美国George-town大学医学大学医学中心的中心的Ledly研制成第一台全身研制成第一台全身CT扫描机。扫描机。1979年诺贝尔生理和医学奖年诺贝尔生理和医学奖 1972年年CT
5、发明人发明人 Housfield先生先生 u第一代第一代CT效率非常低,扫描时间长,通常效率非常低,扫描时间长,通常需要需要35分钟,重建一幅图像的时间为分钟,重建一幅图像的时间为5分分钟,专用人体头颅成像。钟,专用人体头颅成像。各代各代CT扫描机收集数据方式扫描机收集数据方式第三代第三代CT扫描机扫描机 数据采集是基于数据采集是基于X线管和探测线管和探测器作器作旋转(旋转(R/R)的扫描方式的扫描方式,采用具有较宽扇形角(采用具有较宽扇形角(30 45)脉冲发射的扇形)脉冲发射的扇形X线束线束(连续旋转脉冲宽扇束扫描),(连续旋转脉冲宽扇束扫描),总扫描时间缩短(总扫描时间缩短(35s),)
6、,扫描采用往复运动的方式实现扫描采用往复运动的方式实现交替层面扫描,避免电缆的过交替层面扫描,避免电缆的过度缠绕。度缠绕。各代各代CT扫描机收集数据方式扫描机收集数据方式第四代第四代CT扫描机扫描机u 探测器更多(探测器更多(600-1500个或更个或更多)紧密排成圆环,分布在多)紧密排成圆环,分布在360,扫描时探测器固定不动,扫描时探测器固定不动,只有只有X线管围绕患者做线管围绕患者做360旋转旋转(S/R),旋转速度加快,扇形,旋转速度加快,扇形角更大,总扫描时间缩短(角更大,总扫描时间缩短(1-5s)。)。u 对散射线敏感,加小准直,降对散射线敏感,加小准直,降低了探测器的几何效率,增
7、加患低了探测器的几何效率,增加患者辐射剂量。在临床应用的不多。者辐射剂量。在临床应用的不多。第五代第五代CT扫描机扫描机超高速电子束超高速电子束CT扫描机扫描机EBT:超高速超高速CT(UFCT)也称电子束)也称电子束CT(EBCT),它用电子),它用电子束的方法产生旋转的束的方法产生旋转的X线源,极大地提高了扫描速度。线源,极大地提高了扫描速度。四个紧挨的环状钨靶,两排探测器阵列,探测器固定在两个分开的圆环上,四个紧挨的环状钨靶,两排探测器阵列,探测器固定在两个分开的圆环上,130KV的高压使电子枪产生电子束的高压使电子枪产生电子束加速,聚焦的作用是使加速,聚焦的作用是使电子束聚成一个指定的
8、焦点(电子束聚成一个指定的焦点(1mm1.2mm),再由电磁偏),再由电磁偏转线圈使电子束按规定的角度偏转,射向转线圈使电子束按规定的角度偏转,射向4个固定个固定环靶,环靶,环靶半径为环靶半径为90cm,围成,围成210圆周。圆周。当电子束轰击钨环靶时即产生当电子束轰击钨环靶时即产生X线,经准直后成扇形线束线,经准直后成扇形线束穿过扫描部位,照射野为穿过扫描部位,照射野为47cm。在钨环靶对面有两排探测。在钨环靶对面有两排探测器阵列,固定在器阵列,固定在两个分开的圆环两个分开的圆环上,圆环半径为上,圆环半径为67.5cm,围成围成210圆周。第一个环上有圆周。第一个环上有864个探测器,第二个
9、环上有个探测器,第二个环上有432个探测器。当电子束轰击一个钨环靶时,可以扫描出两个探测器。当电子束轰击一个钨环靶时,可以扫描出两个层面图像,当电子束同时轰击个层面图像,当电子束同时轰击4个钨环靶时,可以扫描出个钨环靶时,可以扫描出8个层面图像。个层面图像。X线穿过扫描部位后被静止的高灵敏固体探测器(闪烁晶线穿过扫描部位后被静止的高灵敏固体探测器(闪烁晶体和硅光电二极管)阵列接收,接收的数据经预处理后由光体和硅光电二极管)阵列接收,接收的数据经预处理后由光缆送至计算机,利用卷积快速富里叶变换重建图像。缆送至计算机,利用卷积快速富里叶变换重建图像。*超高速超高速CT除具有心脏疾病的诊断功能外,除
10、具有心脏疾病的诊断功能外,还具备一般还具备一般CT功能。它有三种扫描方式:功能。它有三种扫描方式:1.单靶单层面扫描方式;单靶单层面扫描方式;2.单靶多层面连续扫描方式;单靶多层面连续扫描方式;3.多靶多层面扫描方式;多靶多层面扫描方式;多靶多层面是超高速多靶多层面是超高速CT最大优点。在一切不动的情况下,一最大优点。在一切不动的情况下,一次扫出次扫出8个层面的图像仅需个层面的图像仅需0.46秒。秒。特点:基于电子束扫描技术;没有作机械扫描的部件;数据特点:基于电子束扫描技术;没有作机械扫描的部件;数据采集的方法不同于常规采集系统。采集的方法不同于常规采集系统。螺旋螺旋CT螺旋螺旋CT扫描中扫
11、描中,X线管在单一方向上连续旋转线管在单一方向上连续旋转,在在X线管线管连续旋转中放射连续旋转中放射X线,同时病人躺在扫描床上,其床线,同时病人躺在扫描床上,其床面纵向的匀速移动。面纵向的匀速移动。X线相对于病人的移动描述病人线相对于病人的移动描述病人身体形成螺旋线形轨迹,故称身体形成螺旋线形轨迹,故称螺旋扫描螺旋扫描又称容积扫描,又称容积扫描,属于第三代属于第三代CT。满足:满足:依靠依靠滑环技术滑环技术使使X线管能连续地沿着一个方向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高频热容量和散热率的高频X线
12、发生装置;具有螺旋加权线发生装置;具有螺旋加权算法软件;选用计算速度快、存储容量大的计算机系算法软件;选用计算速度快、存储容量大的计算机系统。统。各代各代X X线线CTCT扫描机的特点扫描机的特点 二、二、CTCT设备的发展趋势设备的发展趋势1972年年2013年(年(640螺旋螺旋CT)硬件的发展趋势:硬件的发展趋势:提高扫描速度提高扫描速度提高图像质量:提高图像质量:X线源特性和探测器性能;扫描数目和线源特性和探测器性能;扫描数目和速度;图像重建的算法;数据表达和显示方法。速度;图像重建的算法;数据表达和显示方法。降低剂量降低剂量缩小体积缩小体积简化操作简化操作提高工作效率提高工作效率二、
13、二、CTCT设备的发展趋势设备的发展趋势1972年年2013年(年(640螺旋螺旋CT)硬件的发展趋势:硬件的发展趋势:研制和生产新型的高效探测器研制和生产新型的高效探测器CT设备与其他设备的整合设备与其他设备的整合CT设备与放射治疗设备的整合设备与放射治疗设备的整合二、二、CTCT设备的发展趋势设备的发展趋势软件功能的发展趋势软件功能的发展趋势血管成像血管成像三维图像重建三维图像重建CT引导下的介入治疗引导下的介入治疗仿真内镜仿真内镜放疗计划放疗计划第二节第二节 CT成像系统成像系统数据采集系统数据采集系统计算机和图像计算机和图像重建系统重建系统图像显示、记图像显示、记录和存储系统录和存储系
14、统(一)(一)X线发生装置线发生装置X线线CT扫描机用的扫描机用的X线管与普通诊断线管与普通诊断X线线机用的机用的X线管结构一样,有固定阳极线管结构一样,有固定阳极X线管和线管和旋转阳极旋转阳极X线管。但由于连续扫描时间长,线管。但由于连续扫描时间长,X线管的线管的额定功率和热容量要大额定功率和热容量要大。固定阳极固定阳极X线管线管固定阳极固定阳极X线管用于第一、第线管用于第一、第二代二代CT扫描机。因其扫描时扫描机。因其扫描时采用笔形线束或小角度扇形采用笔形线束或小角度扇形线束线束,对,对X线管瞬时功率要求线管瞬时功率要求不很高,但扫描时间长,散不很高,但扫描时间长,散热需用循环冷却油方法。
15、热需用循环冷却油方法。旋转阳极旋转阳极X线管用于第线管用于第三、第四代三、第四代CT扫描机。扫描机。因其扫描时采用因其扫描时采用广角扇广角扇形线束形线束,连续工作时间,连续工作时间较短,对瞬时功率要求较短,对瞬时功率要求很高,必须采用瞬时功很高,必须采用瞬时功率和热容量高的旋转阳率和热容量高的旋转阳极极X线管。最大功率为线管。最大功率为100kW,最高热容量,最高热容量8MHU。将。将X线管管套线管管套与油循环、风冷却的热与油循环、风冷却的热交换器组成一体。交换器组成一体。在在CT扫描机中,扫描机中,X线管的工作方式有:连续工线管的工作方式有:连续工作方式和脉冲工作方式。对作方式和脉冲工作方式
16、。对X线量和质的要求线量和质的要求就是要很稳定。为此,高压稳定性要求很高,就是要很稳定。为此,高压稳定性要求很高,在高压发生器装置中彩高精度闭环控制方式,在高压发生器装置中彩高精度闭环控制方式,如智能剂量管理技术控制高压的发生。如智能剂量管理技术控制高压的发生。(二)准直器及滤过器(二)准直器及滤过器准直器准直器是限制是限制X线束成为窄束线束成为窄束X线束,只能射入相对的探测线束,只能射入相对的探测器,其作用:器,其作用:降低患者表面辐射剂量降低患者表面辐射剂量 减少进入探测器的散射线减少进入探测器的散射线 限定成像的空间范围(决定限定成像的空间范围(决定扫描层厚)扫描层厚)准直器准直器 准直
17、器有两种:准直器有两种:X线管准直器(前准直器)线管准直器(前准直器)控制控制X线束在人体长轴平行方线束在人体长轴平行方向上的宽度,从而控制了横截向上的宽度,从而控制了横截面成像的扫描厚度;面成像的扫描厚度;探测器准直器(后准直器)探测器准直器(后准直器)使探测器只接受垂直入射探测使探测器只接受垂直入射探测器的射线束,尽量减少来自其器的射线束,尽量减少来自其它方向的散射线的干扰,提高它方向的散射线的干扰,提高探测器的测量精度。探测器的测量精度。滤过器滤过器 滤过器的作用滤过器的作用:l 吸收波长较长的低能吸收波长较长的低能X线,滤过后使射线平均能线,滤过后使射线平均能量升高,射线变硬;量升高,
18、射线变硬;l 使穿过滤过器和受检部位的射线能量分布达到均使穿过滤过器和受检部位的射线能量分布达到均匀硬化。匀硬化。l 减少信号强度差。减少信号强度差。(三)(三)探测器探测器探测器是将探测器是将X线能量转换为电信号的部件,是线能量转换为电信号的部件,是由性能完全相同的探测组件排列而成。每个由性能完全相同的探测组件排列而成。每个探测组件对应着一束探测组件对应着一束X线束,如果由线束,如果由N个探测个探测组件,一次就可同时获得组件,一次就可同时获得N个投影数据。个投影数据。(三)(三)探测器探测器探测器的特性探测器的特性高探测高探测效率效率、短、短响应时间响应时间、稳定性稳定性好和宽好和宽动态范围
19、动态范围。1.检测效率:检测效率:指探测器从指探测器从X线束吸收能量的百分数。对线束吸收能量的百分数。对X线光子的俘获能力、吸收能力和转变为电信号的能线光子的俘获能力、吸收能力和转变为电信号的能力,通常用照射到探测器上并形成电信号的光子的百力,通常用照射到探测器上并形成电信号的光子的百分数来表示。影响探测器效率的因素有:分数来表示。影响探测器效率的因素有:几何效率几何效率和和吸收效率吸收效率。是二者的乘积,。是二者的乘积,50%90%之间。之间。探测器探测器几何效率:几何效率:探测器能获得穿过受检体的透射探测器能获得穿过受检体的透射X线光线光子的能力。由空间包括探测器本身的宽度、静止的子的能力
20、。由空间包括探测器本身的宽度、静止的准直器或一个探测器与相邻探测器之间的间隔决定。准直器或一个探测器与相邻探测器之间的间隔决定。探测器窗口宽度探测器窗口宽度w/(探测器窗口宽度(探测器窗口宽度w+相邻两探测器之间的间隔相邻两探测器之间的间隔d)探测器探测器吸收效率:吸收效率:指辐射进入探测器并被吸收的指辐射进入探测器并被吸收的X线线光子的百分数。与探测器类型、探测器厚度光子的百分数。与探测器类型、探测器厚度及相邻两个探测器之间的间隔有关。及相邻两个探测器之间的间隔有关。总效率:总效率:是几何效率与吸收效率的总和。一般是几何效率与吸收效率的总和。一般在在50%80%之间之间探测器探测器2.稳定性
21、:稳定性:指探测器的重复性和还原性,从某一瞬指探测器的重复性和还原性,从某一瞬时到另一瞬时探测器的一致性和还原性,时到另一瞬时探测器的一致性和还原性,CT的探测的探测器需经常进行校准以保证其稳定性。器需经常进行校准以保证其稳定性。3.响应时间:响应时间:指探测器接收、记录和输出一个信号指探测器接收、记录和输出一个信号所需的时间,即探测到一个信号恢复到能探测下一所需的时间,即探测到一个信号恢复到能探测下一信信号所需的时间。应非常短(微秒级),避免余信信号所需的时间。应非常短(微秒级),避免余辉或信号堆积等问题的出现;辉或信号堆积等问题的出现;探测器探测器4.准确性与线性:准确性与线性:探测器对衰
22、减系数和测量的准确性。探测器对衰减系数和测量的准确性。输入输入X线强度与检测器的输出信号成正比关系。线强度与检测器的输出信号成正比关系。5.一致性:一致性:对于相同的对于相同的X线输入,各探测器单元线输入,各探测器单元输出相同。输出相同。6.动态范围:动态范围:指探测器能够测量到的最大信号与指探测器能够测量到的最大信号与能被识别的最小信号之比,通常在能被识别的最小信号之比,通常在106:1。2.探测器探测器CT扫描机中常用探测器扫描机中常用探测器利用光电效应的探测器,称为固体探利用光电效应的探测器,称为固体探测器(闪烁晶体探测器和稀土陶瓷探测器(闪烁晶体探测器和稀土陶瓷探测器)。测器)。收集气
23、体电离电荷的探测器,称为气收集气体电离电荷的探测器,称为气体探测器。体探测器。探测器探测器气体探测器气体探测器气体探测器的工作原理是基于气体探测器的工作原理是基于电离作用电离作用。通过测量。通过测量电离电流的大小来测量出入射电离电流的大小来测量出入射X线的强度。线的强度。结构:结构:它是上下夹面由绝缘体构成,封装在气体容它是上下夹面由绝缘体构成,封装在气体容器中,构成一系列单独的器中,构成一系列单独的气体电离室,气体电离室,电离室电极电离室电极由钨片分构成,多组电极将气体容器分隔成多个电由钨片分构成,多组电极将气体容器分隔成多个电离室,每组电极上加直流加速电压。钨片还起到收离室,每组电极上加直
24、流加速电压。钨片还起到收集电子的作用。气体(氙气)压力高达集电子的作用。气体(氙气)压力高达2030个大气个大气压,转换率为压,转换率为35%45%。入射的入射的X线使电离室内气体电离,产生正负离子在加速电线使电离室内气体电离,产生正负离子在加速电压作用下形成电流,并由个中心收集电极引线连接到相压作用下形成电流,并由个中心收集电极引线连接到相应的前置放大器,通过前置放大器放大后送入数据采集应的前置放大器,通过前置放大器放大后送入数据采集系统。各单元的电离室是相互连通的一个整体,处于同系统。各单元的电离室是相互连通的一个整体,处于同一气压、密度、纯度,一致性好。一气压、密度、纯度,一致性好。对系
25、统漂移进行校正,保持良好的线性和稳定性。对系统漂移进行校正,保持良好的线性和稳定性。工作方式分为:工作方式分为:比例计数型比例计数型和和电离室型电离室型。区别是。区别是电极两端所加的直流电压不同,工作区域不同。电极两端所加的直流电压不同,工作区域不同。P114气体电离室探测器外表结构气体电离室探测器外表结构气体探测器气体探测器稳定性高稳定性高一致性好一致性好响应时间短响应时间短没有余辉没有余辉价格便宜价格便宜要恒温保证气体压力要恒温保证气体压力检测效率相对低,几检测效率相对低,几何效率高,总效率大何效率高,总效率大致相似。致相似。要高要高mAs来获得足够来获得足够强的信号强的信号缺点缺点优点优
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