[精选]医学CT影像设备与应用课程.pptx

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1、第第5CT5CT影像设备与应用影像设备与应用5.1 CT5.1 CT影像设备简述影像设备简述5.2 5.2 医学医学CTCT影像设备成像系统影像设备成像系统5.3 5.3 螺旋螺旋CTCT5.4 5.4 多排螺旋多排螺旋CTCT5.5 CT5.5 CT影像设备新技术进展与应用影像设备新技术进展与应用5.1 CT5.1 CT影像设备简述影像设备简述5.1.1 CT5.1.1 CT影像设备开展概况影像设备开展概况5.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能5.1.3 CT5.1.3 CT影像设备主要性能指标影像设备主要性能指标 N NHousfield Housfield 科马克科马克

2、 双能双能CT扫描仪扫描仪 5.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能 利用高度准直利用高度准直X X线束环绕人体某一部位线束环绕人体某一部位,并以一并以一定层厚的层面进行断层扫描定层厚的层面进行断层扫描,局部局部X X线光子被组织器线光子被组织器官吸收官吸收,X,X线强度因而衰减线强度因而衰减,未被吸收的未被吸收的X X线光子穿透线光子穿透人体后人体后,由探测器接收由探测器接收,将其转变为可见光后将其转变为可见光后,经放大经放大由光电转换器转变为电信号由光电转换器转变为电信号,再经模拟再经模拟/数字转换器数字转换器转为数字信号转为数字信号,输入计算机进行运算处理输入计算机进行运

3、算处理.1 1CTCT成像的基本原理成像的基本原理5.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能图象形成过程图象形成过程:CT CT每扫描一次，即可得到一个方程，经过假设干每扫描一次，即可得到一个方程，经过假设干次扫描，即得到一联立方程。经过计算机运算傅立次扫描，即得到一联立方程。经过计算机运算傅立叶转换、反投影法等可以解出这一联立方程，从而叶转换、反投影法等可以解出这一联立方程，从而求出每个体素的求出每个体素的X X线吸收系数或衰减系数，将其排列线吸收系数或衰减系数，将其排列成数字矩阵成数字矩阵digital matrixdigital matrix，数字矩阵经过数字，数字矩阵经过

4、数字/模拟转换器模拟转换器D/AD/A把数字矩阵中的每个数字转变为把数字矩阵中的每个数字转变为由黑到白不同灰度的小方块，即像素由黑到白不同灰度的小方块，即像素pixelpixel，也，也按矩阵排列，即构成了按矩阵排列，即构成了CTCT图像。图像。1 1CTCT成像的基本原理成像的基本原理高压发生器高压发生器X线球管线球管人体模型人体模型探测器群探测器群操作控制台操作控制台多幅激光照相机多幅激光照相机电子计算机电子计算机模数转换器模数转换器内外存储器内外存储器CRT显示器显示器 CT影像设备的基本结构与工作原理流程影像设备的基本结构与工作原理流程 5.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像

5、设备功能CTCT机主要分以下三局部：即机主要分以下三局部：即 扫描系统扫描系统X X线管、探测器和扫描架线管、探测器和扫描架;计算机系统数据储存、运算等计算机系统数据储存、运算等;图像显示和存储、照相系统。图像显示和存储、照相系统。2 2CTCT影像设备的组成与功能影像设备的组成与功能5.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能 扫描系统扫描系统X X线管、探测器和扫描机架线管、探测器和扫描机架:扫描机架扫描机架gantry内安装有内安装有X线系统、图像采线系统、图像采集、集、X线过滤器、系统准直器等，其中线过滤器、系统准直器等，其中X线球管和数线球管和数据采集系统据采集系统dat

6、a acquisition system，DAS最为重最为重要。扫描机架的孔径与倾斜范围也是两项重要的应用要。扫描机架的孔径与倾斜范围也是两项重要的应用指标，目前多数扫描机架的孔径为指标，目前多数扫描机架的孔径为70cm，倾斜角度通，倾斜角度通常为常为1230。CT扫描系统的扫描机架与扫描床扫描系统的扫描机架与扫描床 扫描机架内部结构扫描机架内部结构5.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能 扫描系统扫描系统X X线管、探测器和扫描架线管、探测器和扫描架:X线球管是线球管是CT影像设备的心脏局部，由阴极、阳影像设备的心脏局部，由阴极、阳极和真空玻璃或金属管组成，其类型可分为固定阳

7、极极和真空玻璃或金属管组成，其类型可分为固定阳极和旋转阳极两种。和旋转阳极两种。固定阳极固定阳极X线球管主要应用于单束和多束形的扫描机线球管主要应用于单束和多束形的扫描机中，其焦点是矩形的，主要用于第中，其焦点是矩形的，主要用于第1、2代代CT机中；机中；旋转阳极旋转阳极X线球管主要用在扇束旋转扫描机中，故在线球管主要用在扇束旋转扫描机中，故在第第3、4代代CT机中多采用此种机中多采用此种X线球管；线球管；5.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能 目前，目前，CT多采用多采用2个焦点交个焦点交替工作，大大延长了替工作，大大延长了X线球管的线球管的寿命，其曝光次数由原来的寿命，其

8、曝光次数由原来的2万万次到达次到达2550万次以上。万次以上。2003年末年末Siemens公司推出公司推出所谓的零兆阳极热容量的概念，所谓的零兆阳极热容量的概念，代表球管为代表球管为Straton电子束控金电子束控金属球管，是以属球管，是以0.37秒速度进行机秒速度进行机架旋转的球管架旋转的球管,可以实现亚毫米可以实现亚毫米满负荷扫描。满负荷扫描。Straton电子束控金属球管外形电子束控金属球管外形 CT的数据采集系统的数据采集系统DAS作用是测量作用是测量X射线束，并射线束，并将这些数据编码成二进制数据，送往计算机进行运算。将这些数据编码成二进制数据，送往计算机进行运算。探测器探测器de

9、tector是是DAS系统中重要的部件，其主要系统中重要的部件，其主要功能有：功能有：接受透过病人检查部位的接受透过病人检查部位的X射线；射线；将接收到的将接收到的X线转换成模拟形式的电子信号；线转换成模拟形式的电子信号；将模拟信号放大；将模拟信号放大；将将模拟信号转换成数字信号通过模拟信号转换成数字信号通过A/D转换器。转换器。计算机系统计算机系统:CT CT和和MRIMRI等临床大型医疗设备均使用的是小型计算等临床大型医疗设备均使用的是小型计算机。机。CTCT的计算机系统包括主计算机和阵列计算机两局的计算机系统包括主计算机和阵列计算机两局部。主计算机控制部。主计算机控制CTCT整个系统的正

10、常工作。其主要的整个系统的正常工作。其主要的功能有：功能有：扫描监控，并将扫描监控，并将CTCT扫描得到的数据进行存储；扫描得到的数据进行存储；CTCT值的校正；值的校正；图像的重建控制与图像后处理；图像的重建控制与图像后处理；CTCT机自身故障的诊断与分析。机自身故障的诊断与分析。计算机系统计算机系统:阵列处理器阵列处理器Array Array Processor,APProcessor,AP：本身：本身不能独立工作，它与主不能独立工作，它与主计算机相连，在其控制计算机相连，在其控制下进行高速的数据运算下进行高速的数据运算以完成以完成CTCT扫描的庞大数扫描的庞大数据量的处理与运算。据量的处

11、理与运算。Philips 16排排MSCT影像设备的影像设备的AP柜柜 CPU 3.06GHzHard Disk 146GB图像显示与存储：图像显示与存储：CTCT图像的显示：由操作台上的图像的显示：由操作台上的CRTCRT屏显示，目前多层屏显示，目前多层螺旋螺旋CTCT多配有高性能的工作站多配有高性能的工作站workstationworkstation，也，也可以在工作站的显示屏上显示。可以在工作站的显示屏上显示。CTCT图像的记录系统：系统硬盘、外部存储器等构成。图像的记录系统：系统硬盘、外部存储器等构成。CTCT图像的外部存储器包括磁带、合式磁带、光盘、磁图像的外部存储器包括磁带、合式磁

12、带、光盘、磁光盘、软盘以及各种照相机等。光盘、软盘以及各种照相机等。5.1.3 5.1.3 CTCT影像设备主要性能指标影像设备主要性能指标 CT影像设备可应用于许多领域，如：影像设备可应用于许多领域，如：u应用在工业上可以进行无损检测；应用在工业上可以进行无损检测；u应用在农业上可以测量树木的年轮、虫蛀或含水情况；应用在农业上可以测量树木的年轮、虫蛀或含水情况；u应用在地球物理方面可以进行地球资源的勘探、地震的应用在地球物理方面可以进行地球资源的勘探、地震的预测以及地质结构确实定等。预测以及地质结构确实定等。u在医学上，目前的在医学上，目前的CT影像设备几乎可以应用于人体各个影像设备几乎可以

13、应用于人体各个部位的检查，在临床疾病的诊断和治疗中发挥越来越重要部位的检查，在临床疾病的诊断和治疗中发挥越来越重要的作用。的作用。CT值：是值：是CT图像中各种组织与图像中各种组织与X线吸收系数线吸收系数值相值相当的对应值，它是从人体组织器官的当的对应值，它是从人体组织器官的值换算出来的。值换算出来的。CT值值=-w/wa，其中，其中和和w分别为受检物和水分别为受检物和水的吸收系数的吸收系数骨皮质吸收系数为骨皮质吸收系数为2.0，空气吸收系数为，空气吸收系数为0，水的吸收系，水的吸收系数为数为1.0，a为分度因数。为分度因数。一般将人体组织一般将人体组织CT值划分为值划分为2000个单位个单位

14、HU，最上，最上界为骨界为骨+1000HU，最下界为空气，最下界为空气-1000Hu，水的理想，水的理想CT值为值为0。CT值不是绝对不变的数值，与值不是绝对不变的数值，与X线管电压、线管电压、CT设备、扫描层厚等因素有关。设备、扫描层厚等因素有关。CT值有助于大致判断组织值有助于大致判断组织类型，从而有助于提示疾病的诊断。类型，从而有助于提示疾病的诊断。1X线球管的热容量与散热率线球管的热容量与散热率 热容量的单位热容量的单位MHU，X线球管的热容量越大，表示可线球管的热容量越大，表示可承受的工作电流越大，连续工作的时间也越长；承受的工作电流越大，连续工作的时间也越长；散热率的单位是散热率的

15、单位是kHU，散热率越高，说明，散热率越高，说明X线球管的线球管的性能越好。性能越好。如：如：TOSHIBA公司的公司的Aquilion 16排排MSCT的的X线球管热容线球管热容量到达量到达7.5MHU，散热率到达，散热率到达1386KHU/min；而；而GE公司的公司的64排排LightSpeed VCT的的X线球管热容量到达线球管热容量到达8.0MHU,散热散热率超过率超过2100KHU/min。2探测器的数量探测器的数量 探测器是位于探测器是位于X线球管和计算机系统之间重要的数据线球管和计算机系统之间重要的数据检测部件。一般来说，探测器的数量越多，采集到的扫描检测部件。一般来说，探测器

16、的数量越多，采集到的扫描数据就越多，可提高数据就越多，可提高X射线的利用率，相应的缩短扫描时射线的利用率，相应的缩短扫描时间和提高图像的质量。间和提高图像的质量。比方比方GE公司公司LightSpeed 16排排MSCT的探测器系统共有的探测器系统共有24排矩阵式探测器组合，每排有排矩阵式探测器组合，每排有912个稀土陶瓷探测器，共个稀土陶瓷探测器，共有有21，888个探测器。个探测器。3扫描时间、重建时间和周期时间扫描时间、重建时间和周期时间 CT扫描时间是指扫描时间是指X线球管以一定的层厚围绕人体旋转扫线球管以一定的层厚围绕人体旋转扫描一周描一周360所需要的时间。扫描时间取决于所需要的时

17、间。扫描时间取决于X线球管旋线球管旋转的速度与能力，以往的转的速度与能力，以往的CT扫描时间为扫描时间为1s、2s、3s或更长，或更长，现在已实现了亚秒扫描。现在已实现了亚秒扫描。如如GE公司公司LightSpeed Plus 16排排CT的扫描时间为的扫描时间为0.5s；Philips公司的公司的Brilliance 16排排CT最短扫描时间可达最短扫描时间可达0.42s；扫描时间的缩短可以减少病人的检查时间，提高单位时扫描时间的缩短可以减少病人的检查时间，提高单位时间内病人的检查量，还能减少不配合病人的运动伪影等。间内病人的检查量，还能减少不配合病人的运动伪影等。3扫描时间、重建时间和周期

18、时间扫描时间、重建时间和周期时间重建时间是指计算机的阵列处理器将重建时间是指计算机的阵列处理器将CT扫描的原始数据重扫描的原始数据重建成图像所需要的时间。目前，由于计算机功能的异常强建成图像所需要的时间。目前，由于计算机功能的异常强大大,CT图像的重建速度有了大幅度提升，如先进的图像的重建速度有了大幅度提升，如先进的16排排MSCT能够在能够在1秒重建出秒重建出12幅幅512512的图像。的图像。图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间7 7分钟分钟分钟分钟 图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间7 7秒秒秒秒3扫描时间、重建时

19、间和周期时间扫描时间、重建时间和周期时间周期时间是指从周期时间是指从CT扫描开始、图像的重建、直到图像的显示扫描开始、图像的重建、直到图像的显示这一全过程所需要的时间，一般来说，周期时间是扫描时间这一全过程所需要的时间，一般来说，周期时间是扫描时间与重建时间的总和。与重建时间的总和。最大连续扫描时间是指螺旋最大连续扫描时间是指螺旋CT扫描时的扫描时的X线球管连续、不间线球管连续、不间断曝光时间的长短。该时间的长短不仅与断曝光时间的长短。该时间的长短不仅与X线球管的热容量线球管的热容量和散热率因素有关，还与和散热率因素有关，还与DAS数据采集的速度、计算机的处数据采集的速度、计算机的处理能力等因

20、素有关。目前的多层螺旋理能力等因素有关。目前的多层螺旋CT最大的连续扫描时间最大的连续扫描时间可以超过可以超过100秒。秒。4CT扫描方式扫描方式5计算机硬磁盘容量计算机硬磁盘容量6矩阵矩阵 矩阵矩阵matrix是数字图像的格式，矩阵的大小直接决定是数字图像的格式，矩阵的大小直接决定了了CT图像像素的大小与分辨率，矩阵与像素大小的关系：图像像素的大小与分辨率，矩阵与像素大小的关系：像素像素mm=扫描野扫描野FOVmm/矩阵。矩阵。矩阵包括重建矩阵和显示矩阵。早期矩阵包括重建矩阵和显示矩阵。早期CT机的矩阵较小，一般机的矩阵较小，一般为为256256，320320等；目前的等；目前的CT机的矩阵

21、增加到机的矩阵增加到512512，10241024；还有的；还有的CT机的重建矩阵为机的重建矩阵为512512，而显示矩，而显示矩阵为阵为10241024，对于显示的，对于显示的CT图像而言，其矩阵的大小不图像而言，其矩阵的大小不能小于重建矩阵。能小于重建矩阵。7高比照度分辨力高比照度分辨力 高比照度分辨力高比照度分辨力high contrast resolution也称空也称空间分辨力间分辨力spatial resolution是指在是指在CT图像中可识别的图像中可识别的相邻物体空间几何尺寸的最小限度，即对影像细微结构相邻物体空间几何尺寸的最小限度，即对影像细微结构的分辨能力。的分辨能力。高

22、比照度分辨力有两种表示方法，即每厘米包含多高比照度分辨力有两种表示方法，即每厘米包含多少线对数少线对数Lp/cm或毫米线径或毫米线径mm。以往的。以往的CT机的机的高比照度分辨力一般在高比照度分辨力一般在10 Lp/cm左右，目前的最先进的左右，目前的最先进的多层螺旋多层螺旋CT机分辨力可到达机分辨力可到达24 Lp/cm或更高。或更高。8低比照度分辨力低比照度分辨力 低比照度分辨力低比照度分辨力low contrast resolution又称密度分又称密度分辨力辨力density resolution是指在低比照情况下，图像中能是指在低比照情况下，图像中能够区分物体密度的微小差异的能力，用

23、百分数够区分物体密度的微小差异的能力，用百分数%表示。表示。影响因素有探测器灵敏度和采集层厚等。影响因素有探测器灵敏度和采集层厚等。CT图像的密度分辨力明显高于图像的密度分辨力明显高于X线图像，一般比线图像，一般比X线图线图像高像高1020倍，这是倍，这是CT机性能的标志性优点之一。机性能的标志性优点之一。9时间分辨率时间分辨率 时间分辨率时间分辨率temporal resolution是指影像设备在单位是指影像设备在单位时间内采集图像的帧数。该性能指标与时间内采集图像的帧数。该性能指标与CT机对每帧图像的采机对每帧图像的采集时间、重建时间以及连续成像的能力有关。集时间、重建时间以及连续成像的

24、能力有关。10其他性能指标及概念其他性能指标及概念 伪影、噪声、体素与像素、重建与重组、伪影、噪声、体素与像素、重建与重组、CT值、值、窗口技术、局部容积效应等。窗口技术、局部容积效应等。重建与重组重建与重组reconstruction and reformationCT图像的重建与重组实际上不是同一个概念。重建图像的重建与重组实际上不是同一个概念。重建是指原始是指原始CT扫描得到的数据经过计算机采用特定的扫描得到的数据经过计算机采用特定的算法进行处理，最后得到能用于诊断的一幅图像，算法进行处理，最后得到能用于诊断的一幅图像，这一处理方法或过程称为重建；而重组是不涉及原这一处理方法或过程称为重

25、建；而重组是不涉及原始数据处理的一种图像处理方法。始数据处理的一种图像处理方法。10其他性能指标及概念其他性能指标及概念 窗口技术：人体组织的窗口技术：人体组织的CT值范围是值范围是2000个单位，人体的个单位，人体的CT图像实际图像实际上是用上是用2000个灰度值表示的、层次非常丰富，而人眼一般仅能分辨出个灰度值表示的、层次非常丰富，而人眼一般仅能分辨出16个灰度等级。假设将个灰度等级。假设将2000个灰度等级划分为个灰度等级划分为16个灰阶，则每个灰阶所能个灰阶，则每个灰阶所能分辨的分辨的CT值为值为200016=125HU，也就是说，当相邻的两种组织的，也就是说，当相邻的两种组织的CT值

26、值相差相差125HU时，人眼才能将两者区分出来。为了显示组织结构的细节和时，人眼才能将两者区分出来。为了显示组织结构的细节和反映准确的密度差值，就必须使用窗口技术反映准确的密度差值，就必须使用窗口技术 窗位窗位window level是指观察某一组织结构细节时，以该组织的是指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。如脑组织的值为中心进行观察。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100HU。窗宽窗宽window width是指显示图像所包含的是指显示图像所包含的CT值范围，在此范围值范围，在此范围内的组织结构按密度的上下从

27、白到黑分为内的组织结构按密度的上下从白到黑分为16个灰度等级进行观察分析。个灰度等级进行观察分析。调节窗宽主要影响比照度，窗宽大则图像层次多，组织比照少，反之亦调节窗宽主要影响比照度，窗宽大则图像层次多，组织比照少，反之亦然。然。10其他性能指标及概念其他性能指标及概念 局部容积效应：局部容积效应：CT图像上各个像素的数值代表相应单位图像上各个像素的数值代表相应单位组织全体的平均组织全体的平均CT值，它不能如实反映该单位内各种组织本值，它不能如实反映该单位内各种组织本身的身的CT值。在值。在CT扫描中，凡小于层厚的病变，其扫描中，凡小于层厚的病变，其CT值受层值受层厚内其它组织的影响，所测出的

28、厚内其它组织的影响，所测出的CT值不能代表病变的真正的值不能代表病变的真正的CT值：如在高密度组织中较小的低密度病灶，其值：如在高密度组织中较小的低密度病灶，其CT值偏高；值偏高；反之，在低密度组织中的较小的高密度病灶，其反之，在低密度组织中的较小的高密度病灶，其CT值偏低，值偏低，这种现象称为局部容积效应。这种现象称为局部容积效应。采用薄的扫描层面和高矩阵重建或显示图像，有助于减采用薄的扫描层面和高矩阵重建或显示图像，有助于减少局部容积效应的影响。少局部容积效应的影响。5.2 5.2 医学医学CTCT影像设备成像系统影像设备成像系统5.2.1 5.2.1 数据采集系统数据采集系统5.2.2

29、5.2.2 计算机和图像重建系统计算机和图像重建系统5.2.3 5.2.3 图像显示和存储系统图像显示和存储系统 医学医学CT影像设备的数据采集系统影像设备的数据采集系统data acquisition system，DAS包括探测器、缓冲器、积分器和包括探测器、缓冲器、积分器和A/D转换器等转换器等局部。在局部。在CT扫描过程中，由探测器检测到的透过人体组织结构扫描过程中，由探测器检测到的透过人体组织结构的不可见的的不可见的X线光转换成模拟电信号，在计算机的控制下，经线光转换成模拟电信号，在计算机的控制下，经过缓冲、积分放大后进行模数过缓冲、积分放大后进行模数A/D转换，形成原始的数字转换，

30、形成原始的数字信号并送给计算机运算。信号并送给计算机运算。探测器探测器detector是一种能量转换装置，常用的有两种是一种能量转换装置，常用的有两种基本类型：基本类型：一种是收集电离电荷的探测器，包括气体和固体探测器；一种是收集电离电荷的探测器，包括气体和固体探测器；一种是闪烁晶体探测器，主要是半导体探测。一种是闪烁晶体探测器，主要是半导体探测。5.2.1 5.2.1 数据采集系统数据采集系统数据采集系统数据采集系统1 1气体探测器技术应用的是气体电离室，当气体探测器技术应用的是气体电离室，当气体探测器技术应用的是气体电离室，当气体探测器技术应用的是气体电离室，当X X线进入探测器时，线进入

31、探测器时，线进入探测器时，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，带电离子沿极板间的氙气被电离形成带电离子，在电场作用下，带电离子沿极板间的氙气被电离形成带电离子，在电场作用下，带电离子沿极板间的氙气被电离形成带电离子，在电场作用下，带电离子沿着电场线形移动形成电流，该电流在外电路电阻中产生一个电压着电场线形移动形成电流，该电流在外电路电阻中产生一个电压着电场线形移动形成电流，该电流在外电路电阻中产生一个电压着电场线形移动形成电流，该电流在外电路电阻中产生一个电压信号，输送到检测电路。信号，输送到检测电路。信号，输送到检测电路。信号，输送到检测电路。到到DAS电信号电信号

32、氙气氙气探测器探测器X-ray2闪烁晶体探测器是利用某些晶体受到照射后发光的特征制成的，常用闪烁晶体探测器是利用某些晶体受到照射后发光的特征制成的，常用的闪烁晶体有碘化钠等，具有残光少，转换效率高，性能稳定等优点。目前的闪烁晶体有碘化钠等，具有残光少，转换效率高，性能稳定等优点。目前最先进的多层螺旋最先进的多层螺旋CT机设备的探测器采用超快速稀土陶瓷材料制作。机设备的探测器采用超快速稀土陶瓷材料制作。闪烁晶体探测器的工作原理是：当闪烁晶体探测器的工作原理是：当X线照射到晶体后，原子接受线照射到晶体后，原子接受X线光量线光量子的能量，产生激发或电离，处于激发状态的原子返回到原来的基态时，即子的能

33、量，产生激发或电离，处于激发状态的原子返回到原来的基态时，即释放出能量，这种能量会以荧光光子的形态出现，经过光导传给光电倍增管释放出能量，这种能量会以荧光光子的形态出现，经过光导传给光电倍增管的光电阴极上，使其上的光电敏感物质发出光电子，聚焦后投射到光电倍增的光电阴极上，使其上的光电敏感物质发出光电子，聚焦后投射到光电倍增管的联极进一步增大打在阳极上，并在输出电阻上形成一个电压脉冲反响到管的联极进一步增大打在阳极上，并在输出电阻上形成一个电压脉冲反响到检测电路。检测电路。2A/D转换器在转换器在DAS系统中也起着重要的作用，它是将从探系统中也起着重要的作用，它是将从探测器所获得的脉动的模拟信号

34、，经过缓冲处理后进行积分放大，测器所获得的脉动的模拟信号，经过缓冲处理后进行积分放大，再转变成数字信号输送给计算机进行运算。再转变成数字信号输送给计算机进行运算。以第以第3代代CT为例说明为例说明CT成像的基本步骤与过程，即产生成像的基本步骤与过程，即产生X线线收集数据收集数据处理数据处理数据显示图像。显示图像。X线的产生是在高压发生器作用下由线的产生是在高压发生器作用下由X线球管发出的。在线球管发出的。在CT扫描过程中扫描过程中X线穿过人体后由探测器接受，收据数据系统线穿过人体后由探测器接受，收据数据系统DAS每秒种向探测器取样每秒种向探测器取样984次，每次取样可以认为是次，每次取样可以认

35、为是一次投影，总投影数一次投影，总投影数=每秒取样数每秒取样数扫描速度扫描速度S。例如例如:第第3代代CT机机DAS内共有内共有47块模拟滤过器板，每块板块模拟滤过器板，每块板上有上有16个通道，则共有个通道，则共有752个通道，每个通道每秒采样次数个通道，每个通道每秒采样次数为为984次，这些采样数据传送到重建和数据收集处理器次，这些采样数据传送到重建和数据收集处理器RDCP，经过暂存、过滤处理后送到磁盘上保存。，经过暂存、过滤处理后送到磁盘上保存。5.2.5.2.5.2.5.2.2 2 2 2 计算机和图像重建系统计算机和图像重建系统计算机和图像重建系统计算机和图像重建系统数据处理和图像重

36、建的基本过程是：数据处理和图像重建的基本过程是：1由数据收集系统由数据收集系统DAS采集的投影数据，首先送到采集的投影数据，首先送到A/D转换器。转换器。2阵列处理器阵列处理器AP的输入的输入/输出处理器输出处理器IOP接收接收DAS的投影数据，必要时进行数据的压缩和重定格式处理，的投影数据，必要时进行数据的压缩和重定格式处理，然后再将这些数据传送到主存储器的缓冲器中。然后再将这些数据传送到主存储器的缓冲器中。3AP的运算单元由存储传输处理器、超高速缓冲存储的运算单元由存储传输处理器、超高速缓冲存储器、数字转换处理器和算术运算单元等构成将被滤过的投器、数字转换处理器和算术运算单元等构成将被滤过

37、的投影数据再传送到反投影系统。影数据再传送到反投影系统。4反投影控制器将接收到的投影数据分配到反投影板上反投影控制器将接收到的投影数据分配到反投影板上的各个单元，每个反投影单元包含三个存储器，分别是的各个单元，每个反投影单元包含三个存储器，分别是E存储器、存储器、L存储器和存储器和H存储器容纳的数据可从一个投影到六存储器容纳的数据可从一个投影到六个投影，并被同时存储起来。个投影，并被同时存储起来。5在主存储器中，在主存储器中，AP软件为影像数据建立有一个分区，软件为影像数据建立有一个分区，在投影数据被送到反投影单元后，影像数据已经为处理作好在投影数据被送到反投影单元后，影像数据已经为处理作好准

38、备，反投影控制器接收影像数据并将它们送到反投影板进准备，反投影控制器接收影像数据并将它们送到反投影板进行处理。行处理。6影像数据与每个反投影单元的结果一起传送到每个反影像数据与每个反投影单元的结果一起传送到每个反投影板进行求和运算，在离开最后一个反投影单元后，影像投影板进行求和运算，在离开最后一个反投影单元后，影像数据返回主存储器，等待下一组投影数据的装入。数据返回主存储器，等待下一组投影数据的装入。7在影像数据被输送到主控计算机之前，合成扫描影像在影像数据被输送到主控计算机之前，合成扫描影像需要运算单元进行处理和统一换算。需要运算单元进行处理和统一换算。8最后，这些合成的像素数据被输送到主控

39、计算机进行最后，这些合成的像素数据被输送到主控计算机进行存储和显示。存储和显示。CT图像的显示图像的显示imaging display可以由操作台上的可以由操作台上的CRT屏显示单屏或双屏，目前多层螺旋屏显示单屏或双屏，目前多层螺旋CT多配有高性多配有高性能的工作站能的工作站workstation，也可以在工作站的显示屏上显，也可以在工作站的显示屏上显示图像，并利用工作站的应用软件进行图像的后处理和照相示图像，并利用工作站的应用软件进行图像的后处理和照相等工作。等工作。5.2.5.2.5.2.5.2.3 3 3 3 图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统 无论

40、无论CT图像采取何种介质存储，最终还必须提供一种途图像采取何种介质存储，最终还必须提供一种途径产生硬拷贝，即径产生硬拷贝，即CT影像胶片。影像胶片。早期的早期的CT机多使用多幅照相机，目前已经被淘汰。机多使用多幅照相机，目前已经被淘汰。激光照相机则以速度快、连续批量打印，成像清晰、分激光照相机则以速度快、连续批量打印，成像清晰、分辨率高，集成度高、网络化和明室操作等优点，现在已经成辨率高，集成度高、网络化和明室操作等优点，现在已经成为医学影像设备常用的硬拷贝工具。目前激光照相机可分为为医学影像设备常用的硬拷贝工具。目前激光照相机可分为湿式与干式相机，后者可能是将来开展的趋势。湿式与干式相机，后

41、者可能是将来开展的趋势。5.2.5.2.5.2.5.2.3 3 3 3 图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统5.2.5.2.5.2.5.2.3 3 3 3 图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统干式相机成像原理图干式相机成像原理图5 5.3 3 螺旋螺旋CTCT5.3.1 5.3.1 螺旋螺旋CTCT主要特点主要特点5.3.2 5.3.2 螺旋螺旋CTCT临床应用临床应用螺旋螺旋螺旋螺旋CTCT扫描工作示意图扫描工作示意图扫描工作示意图扫描工作示意图1滑环技术滑环技术 滑环技术是螺旋扫描的基滑环技术是螺旋扫描的基础，它的创造

42、问世标志着础，它的创造问世标志着CT成成像技术进入一个快速开展的像技术进入一个快速开展的 。滑环技术的重大奉献是解决。滑环技术的重大奉献是解决了了CT机架旋转局部与静止局部机架旋转局部与静止局部的馈电和信号传递方式问题，的馈电和信号传递方式问题，可以实现可以实现X线球管连续旋转和线球管连续旋转和曝光。它是用一个滑环和一个曝光。它是用一个滑环和一个碳刷代替了电缆，当碳刷沿着碳刷代替了电缆，当碳刷沿着滑环滑动时，则经滑环与碳刷滑环滑动时，则经滑环与碳刷向向X线球管供电。由于摆脱了线球管供电。由于摆脱了各种电缆的缠绕限制，而且各种电缆的缠绕限制，而且X线发生器和探测器均安装在一线发生器和探测器均安装

43、在一个滑环上，因此滑环可单方向个滑环上，因此滑环可单方向连续旋转。连续旋转。滑环有三局部组成：滑环有三局部组成：传送设备操作与控制信号的低压环；传送设备操作与控制信号的低压环；供给供给X线球管与变压器电源的高压环；线球管与变压器电源的高压环；探测器传送数据的数据环。依照高压环上的电压不探测器传送数据的数据环。依照高压环上的电压不同，又可以分为低压滑环与高压滑环两种。同，又可以分为低压滑环与高压滑环两种。低压滑环是指通过滑环技术对低压滑环是指通过滑环技术对CT扫描机架以低电压扫描机架以低电压馈电的方式，它由外界将数百伏的直流电输入到扫描机馈电的方式，它由外界将数百伏的直流电输入到扫描机架内，电压

44、较低，容易实现良好的绝缘，数据传输性能架内，电压较低，容易实现良好的绝缘，数据传输性能稳定。其主要缺点是容易产生电弧问题稳定。其主要缺点是容易产生电弧问题由焊接电源供给的，由焊接电源供给的，在两极间产生强烈而持久的气体放电现象在两极间产生强烈而持久的气体放电现象叫电弧。叫电弧。，因此要求碳刷，因此要求碳刷与滑环接触电阻非常小，滑环常采用电阻率非常低的材与滑环接触电阻非常小，滑环常采用电阻率非常低的材料制作而成。由于低压滑环的高压发生器是安装在机座料制作而成。由于低压滑环的高压发生器是安装在机座旋转架上的，因此要求发生器的体积小、重量轻、功率旋转架上的，因此要求发生器的体积小、重量轻、功率大，一

45、般普遍采用中高频逆变技术，它是滑环技术的关大，一般普遍采用中高频逆变技术，它是滑环技术的关键。由于低压滑环对绝缘要求不高，而且安全、稳定、键。由于低压滑环对绝缘要求不高，而且安全、稳定、可靠，因此被大多数可靠，因此被大多数CT厂家所采用。厂家所采用。高压滑环是利用滑环技术将高压电馈入机架内以供高压滑环是利用滑环技术将高压电馈入机架内以供给给X线球管产生线球管产生X射线。旋转的高压滑环安装在充满绝缘射线。旋转的高压滑环安装在充满绝缘或惰性气体的或惰性气体的，高压发生器产生，高压发生器产生120kV至至140kV的电压，的电压，经滑环进入机座内的旋转架上。其优点是可以使高压发经滑环进入机座内的旋转

46、架上。其优点是可以使高压发生器外置，一方面不增加旋转机架的重量，也不必担忧生器外置，一方面不增加旋转机架的重量，也不必担忧滑环因触点电流而引起的温度升高问题，扫描的速度也滑环因触点电流而引起的温度升高问题，扫描的速度也比低压滑环要快；另一方面，高压发生器不受体积重要比低压滑环要快；另一方面，高压发生器不受体积重要的限制，可使发生器功率做的很大。高压滑环的缺点是的限制，可使发生器功率做的很大。高压滑环的缺点是容易引起机架的旋转部件和静止部件及接触臂、电刷之容易引起机架的旋转部件和静止部件及接触臂、电刷之间的高压放电，由此引发高压噪声，影响数据采集。目间的高压放电，由此引发高压噪声，影响数据采集。

47、目前的螺旋前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。很少采用高压滑环技术。2非螺旋非螺旋CT与螺旋与螺旋CT扫描方式的比较扫描方式的比较 螺旋螺旋CT扫描采用的滑环技术，去除了扫描采用的滑环技术，去除了X线球管与机架之线球管与机架之间的电缆连接的束缚，使得球管、探测器系统可以单向连续间的电缆连接的束缚，使得球管、探测器系统可以单向连续旋转，每旋转旋转，每旋转360的扫描时间可以缩短到的扫描时间可以缩短到1秒或亚秒，明显秒或亚秒，明显提高了扫描速度和检查效率。更主要的是在连续扫描的同时，提高了扫描速度和检查效率。更主要的是在连续扫描的同时，检查床也单向匀速移动，使得整个扫描的轨迹类似螺旋管，检查床也单向

48、匀速移动，使得整个扫描的轨迹类似螺旋管，它所采集的数据是某一检查器官或部位连续的扫描数据，即它所采集的数据是某一检查器官或部位连续的扫描数据，即容积数据，因此也称这种扫描方式为容积扫描。容积数据，因此也称这种扫描方式为容积扫描。5.3.1 螺旋螺旋CT主要特点主要特点1螺旋螺旋CT扫描中的参数与概念扫描中的参数与概念螺距螺距pitch：是指：是指X线球管扫描旋转一周检查床运行线球管扫描旋转一周检查床运行的距离与射线束宽度的比值，当螺距等于的距离与射线束宽度的比值，当螺距等于1时，说明扫描旋时，说明扫描旋转一周检查床移动的距离与转一周检查床移动的距离与X线射线束的宽度相等。一般来线射线束的宽度相

49、等。一般来说，增加螺距可以提高扫描的速度，缩短扫描的时间，但是说，增加螺距可以提高扫描的速度，缩短扫描的时间，但是图像的质量会有所下降。当螺距等于零时与非螺旋图像的质量会有所下降。当螺距等于零时与非螺旋CT的扫的扫描相同。描相同。1螺旋螺旋CT扫描中的参数与概念扫描中的参数与概念 重建间隔：是指被重建的相邻两个层面横断面之间长轴方向的距离。重建间隔：是指被重建的相邻两个层面横断面之间长轴方向的距离。通过采用不同的重建间隔，可以确定被重建图像的层面重叠程度；另外重通过采用不同的重建间隔，可以确定被重建图像的层面重叠程度；另外重建间隔与被重建图像的质量也有直接关系，当重建间隔增大时图像的质量建间隔

50、与被重建图像的质量也有直接关系，当重建间隔增大时图像的质量得以改善。得以改善。回忆性重建：螺旋回忆性重建：螺旋CT扫描的一个重要特性就是可以回忆性重建，即先扫描的一个重要特性就是可以回忆性重建，即先收集螺旋扫描的原始数据，然后可以脱离螺距在任何位置上对图像进行体收集螺旋扫描的原始数据，然后可以脱离螺距在任何位置上对图像进行体层重建。层重建。成像范围：即成像范围：即CT扫描一次采集中成像的第一层面中点与成像的最后一扫描一次采集中成像的第一层面中点与成像的最后一层面中点之间的距离。层面中点之间的距离。2螺旋螺旋CT扫描的图像重建扫描的图像重建螺旋螺旋CT的图像重建方式必须采取特殊的方法从螺旋扫描数