第五章-CT设备模板

1963年美国塔夫脱大学物理学 教授柯马克（A.M.Cormack） 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 应用图像重建数学的第一人， 从而为CT图像重建算法打下了 基础。
以人体组织对X线的线性吸收系数为 物理参量，用X线投影作为人体组织 对X线线性吸收系数的线积分，研究 出重建图像的数学方法。
准直器有两种： X线管准直器（前准直器）
控制X线束在人体长轴平行方 向上的宽度，从而控制了横截 面成像的扫描厚度；
探测器准直器（后准直器） 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 它方向的散射线的干扰，提高 探测器的测量精度。
滤过器
滤过器的作用： 吸收波长较长的低能X线，滤过后使射线平均能 量升高，射线变硬； 使穿过滤过器和受检部位的射线能量分布达到均 匀硬化。 减少信号强度差。
各代CT扫描机收集数据方式
第四代CT扫描机
探测器更多（600-1500个或更 多）紧密排成圆环，分布在 360°,扫描时探测器固定不动， 只有X线管围绕患者做360°旋 转（S/R），旋转速度加快，扇 形角更大，总扫描时间缩短（15s）。 对散射线敏感，加小准直，降 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。
超高速CT（UFCT）也称电子束CT（EBCT），它用电子 束的方法产生旋转的X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，
130KV的高压使电子枪产生电子束~加速，聚焦的作用是使 电子束聚成一个指定的焦点（1mm×1.2mm），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~环靶， ~环靶半径为90cm，围成210°圆周。
当电子束轰击钨环靶时即产生X线，经准直后成扇形线束 穿过扫描部位，照射野为47cm。在钨环靶对面有两排探测 器阵列，固定在两个分开的圆环上，圆环半径为67.5cm， 围成210°圆周。第一个环上有864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 两个层面图像，当电子束同时轰击4个钨环靶时，可以扫描 出8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 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。
系统的组成包括X线高压发生器、X线管、准 直器、滤过器、探测器、扫描机架、病床和 前置放大器及接口电路等。
（一）X线发生装置
X线CT扫描机用的X线管与普通诊断X线 机用的X线管结构一样，有固定阳极X线管和 旋转阳极X线管。但由于连续扫描时间长，X 线管的额定功率和热容量要大。
固定阳极X线管用于第一、第 二代CT扫描机。因其扫描时 采用笔形线束或小角度扇形 线束，对X线管瞬时功率要求 不很高，但扫描时间长，散 热需用循环冷却油方法。
研制和生产新型的高效探测器 CT设备与其他设备的整合 CT设备与放射治疗设备的整合
二、CT设备的发展趋势
1972年~~~2013年（640螺旋CT）
硬件的发展趋势：
研制和生产新型的高效探测器 CT设备与其他设备的整合 CT设备与放射治疗设备的整合
二、CT设备的发展趋势
软件功能的发展趋势
要求每个探测器的性能和灵敏 度必须一致，避免产生投影数 据误差。
各代CT扫描机收集数据方式
第三代CT扫描机
数据采集是基于X线管和探测 器作旋转（R/R）的扫描方式, 采用具有较宽扇形角（30°~ 45°）脉冲发射的扇形X线束 （连续旋转脉冲宽扇束扫描）， 总扫描时间缩短（3~5s）， 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 度缠绕。
概 述
一、X线CT扫描设备的发展简史
CT：Computed Tomography
CT扫描机在20世纪70年代初推出是数学运算的 进步和高速数学电子计算机发展的结果。 早在1917年奥地利数学家雷当（J.Radon）就 提出二维或三维的物体从各个方向上投影取得数 据，用数学计算方法可以计算出一张重建图像。 随后，科学家们从各个方面进行研究均在不同领 域取得成功。
1972年~~~2013年（640螺旋CT）
硬件的发展趋势：
提高扫描速度 提高图像质量：X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。
降低剂量 缩小体积 简化操作 提高工作效率
二、CT设备的发展趋势
1972年~~~2013年（640螺旋CT）
硬件的发展趋势：
1972年CT发明人 Housfield先生 1979年诺贝尔生理和医学奖
CT扫描机。
各代CT扫描机收集数据方式
第一代CT扫描机
数据采集是基于X线管和探测器作平 移加旋转（T/R）的扫描方式,直线 笔形束扫描，扫描过程： X线管和探测器同步做直线平移运 动，获得240个透射测量数据后， 停止平移； X线管和探测器围绕人体旋转1度， 然后重复上述平移运动，平移运动 方向与上次相反，在获得240个透 射测量数据后，停止平移，重复上 述过程，直到旋转180°。
螺旋CT扫描机具有优点：
1. 扫描速度快：通常 1 秒内可旋转 360°，从 而有效地缩短了扫描时间。 2. 连续扫描和连续采集数据可获得容积数据， 后处理中可重建任意位置的层面像和高质 量的三维重建图像。 3. 快速无层间隔扫描，可以充分发挥造影剂 的对比增强作用。

各代X线CT扫描机的特点
二、CT设备的发展趋势
探测器
气体探测器
气体探测器的工作原理是基于电离作用。通过测量 电离电流的大小来测量出入射X线的强度。
结构：它是上下夹面由绝缘体构成，封装在气体容
器中，构成一系列单独的气体电离室，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 离室，每组电极上加直流加速电压。钨片还起到收 集电子的作用。气体（氙气）压力高达20~30个大气 压，转换率为35%~45%。
医学影像设备学
第五章 X线计算机体层 成像设备
重要知识点
1 CT设备的基本组件及工作原理
2
3
检测器及数据处理装置工作原理
螺旋CT和多层CT工作原理 CT设备应用质量保证基础知识
4
CT的特点
１． CT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。
２．CT图像清晰，密度分辨率高
第一代CT效率非常低，扫描时间长，通常 需要3~5分钟，重建一幅图像的时间为5分 钟，专用人体头颅成像。
各代CT扫描机收集数据方式
第二代CT扫描机
数据采集是基于X线管和探测 器作平移加旋转（T/R）的扫 描方式,直线多路笔形束扫描 （或连续扇形X线束），探测 器的数量增加（3-30），每次 旋转的角度也可增大（3°30°）总扫描时间缩短（2090s）。
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， 如智能剂量管理技术控制高压的发生。
（二）准直器及滤过器
准直器是限制X线束成为窄束 X线束，只能射入相对的探测 器，其作用：
降低患者表面辐射剂量
减少进入探测器的散射线 限定成像的空间范围（决定 扫描层厚）
准直器
总效率：是几何效率与吸收效率的总和。一 般在50%~80%之间
探测器
2.稳定性：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，CT的探测 器需经常进行校准以保证其稳定性。
3.响应时间：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 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；
***超高速CT除具有心脏疾病的诊断功能外， 还具备一般CT功能。它有三种扫描方式：
1. 单靶单层面扫描方式； 2. 单靶多层面连续扫描方式； 3. 多靶多层面扫描方式；
多靶多层面是超高速CT最大优点。在一切不动的情况下，一 次扫出8个层面的图像仅需0.46秒。 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。
探测器
4.准确性与线性：
探测器对衰减系数和测量的准确性。
输入X线强度与检测器的输出信号成正比关系。
5.一致性：对于相同的X线输入，各探测器单元
输出相同。
6.动态范围：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106:1。
2.探测器
CT扫描机中常用探测器 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）。 收集气体电离电荷的探测器，称为气 体探测器。
血管成像
三维图像重建
CT引导下的介入治疗
仿真内镜
放疗计划
第二节 CT成像系统
数据采集系统 计算机和图像 重建系统 图像显示、记 录和存储系统
第二节 CT成像系统
一、数据采集系统
是从X线产生，经过滤过，准直穿过扫描部 位，准直，探测器收集成为电信号，经A/D 转换成为数字信号，送至计算机。
探测器
几何效率：探测器能获得穿过受检体的透射X线光 子的能力。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。
探测器窗口宽度w/（探测器窗口宽度w+相邻两探测器之间的间隔d）
探测器
吸收效率：指辐射进入探测器并被吸收的X 线光子的百分数。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。
（三）探测器
探测器是将X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 个探测组件对应着一束X线束，如果由N个探 测组件，一次就可同时获得N个投影数据。
（三）探测器
探测器的特性——高探测效率、短响应时间、稳定性 好和宽动态范围。
1. 检测效率：指探测器从X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 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：几何效率和 吸收效率。是二者的乘积，50%~90%之间。
３．CT检查操作简单、安全、属于“无损伤性 诊断”方法。
CT的局限性
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。 CT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。
CT的局限性
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CT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， 误诊。 为提高其准确性，必须紧密结合临床和一些其 它检查。
各代CT扫描机收集数据方式
第五代CT扫描机
X线管和探测器都是静止的（S/R），为了获 得心脏等动态器官的高分辨率图像，消除 运动伪影，扫描时间缩短致毫秒级，1983 年前后出现了两种类型的高速扫描机：
超高速电子束CT扫描机（EBT） 动态空间重现机（DST）
第五代CT扫描机
超高速电子束CT扫描机EBT：
螺旋CT
螺旋CT扫描中,X线管在单一方向上连续旋转,在X线管 连续旋转中放射X线，同时病人躺在扫描床上，其床 面纵向的匀速移动。X线相对于病人的移动描述病人 身体形成螺旋线形轨迹，故称螺旋扫描又称容积扫描， 属于第三代CT。 满足：依靠滑环技术使X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 热容量和散热率的高频X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 统。
A.M.Cormack
1967~1970豪斯菲尔德博士 （G.N.Hounsfield）提出体层成像 的具体方法，世界上第一台用于临 床的CT扫描机在1971年由英国EMI 研究实验室的研制成功，1972年在 RSNA上宣布，宣告XT诞生。 1974年美国George-town大学医 学中心的Ledly研制成第一台全身
固定阳极X线管
旋转阳极X线管用于第 三、第四代CT扫描机。 因其扫描时采用广角扇 形线束，连续工作时间 较短，对瞬时功率要求 很高，必须采用瞬时功 率和热容量高的旋转阳 极X线管。最大功率为 100kW，最高热容量 8MHU。将X线管管套 与油循环、风冷却的热 交换器组成一体。
在CT扫描机中，X线管的工作方式有：连续工 作方式和脉冲工作方式。对X线量和质的要求