核技术应用及进展(成像技术)
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1983年3月，安装了第一套系统（420kV、1m），它 是世界上第一台严格用于无损检测并在用户现场安 装的工业CT。
1985年2月，安装了第二套系统（16MeV直线加速 器），可检测直径2.4m，长5.1m，重达50t的物体。
10
CT的发展历史
进入90年代，工业CT发展迅速，目前其作为一种实 用化的无损检测手段，广泛应用于航天、航空、军 事、核能、石油、电子、机械、新材料研究、海关 及考古等领域。
医学CT
类别及特点 XCT的扫描方式
移动-旋转方式(T-R) 第二种（第二代CT） :
用窄扇束（张角3~5°）代替笔 状束。
检测器增加6~30个。
这种结构使移动和旋转次数均可减少。
扫描全身仅需20~60秒，图像质量显著提高。
可用于头颅和全身检测。
32
医学CT
类别及特点
移动-旋转方式(T-R) 第一种（第一代CT）:
X光管和检测器处于受 检体两侧，以笔状射线 束的形式透过受检体， 并由检测器接受。
源和探测器等间隔平行移动，每步进一次获取一个投影数据。
移动全程后（b图），源和探测器相对受检体作小角度旋转，重 复上述操作，直到全部旋转180°结束。
X射线散焦影响小，但扫描时间较长（3~5分），用于颅脑。 31
目前，临床应用较普遍。
33
医学CT
类别及特点
XCT的扫描方式
固定-旋转方式(S-R)（第四代） 受检体由密集排列的检测器环绕，
数目数百只，可达千余只。 扇形射线束略宽于受检体尺寸
（30~60°）。
进行扫描时，只有X光管在探测器内作360°的旋转。
扫描时间更短，2~5秒，最快达1.5秒
XCT的扫描方式
旋转-旋转方式(R-R)（第三代CT） 用扇状线（30~40°）扫描，张角
覆盖全部受检体。 检测器排列密集，约数十个。 每次扫描结束，源和探测器围绕受
检体旋转一角度，再重复扫描，直 到360°全部旋转。 每次扫描，辐射时间极短；可获得数百组各方向的投影值。
比T-R方式可靠性高，全身扫描时间可缩短4~10秒。
1
2
ln( I 0 ) I1
3
2
4 4
ln( I 0 I2
ln( I 0 I3
) )
I4 I3
1
3
ln( I 0 I4
)
I0
I0
μ1
μ3
I0
μ2
μ4
I0
I1
I2
23
医学CT
原理（头部X射线CT）
完成一个断层成像后，使 探测器和放射源相对头部
Computerized Tomography
或Computed Tomography
其它名称和缩写符号：“计算机辅助成像”(CAT)； “重建成像”（RT）；“计算机断面成像”(CTT)； “计算机轴向断面成像”（CTAT）。
1974年5月，加拿大蒙特利尔召开的第一次国际专题 讨论会上，将这种显像诊断技术正式统一为“CT”。3
1961年，无线电天文学家欧顿道尔夫用他称为“旋 转-迁移”法实现了最早的图像重显。
碘-131源
塑料块 10×10×4cm3
7
CT的发展历史
1963年，柯尔马克进一步发展了投影重显图像的准 确数学方法，提出用断层多方向投影重建图像的计 算方法。
1967年，杭斯菲尔德制成了第一台可用于临床的计 算机X射线断层摄影机。
核技术及应用 ——C T
Computerized Tomography 计算机断层扫描成像
1
内容：
CT概述 CT的发展历史 核成像技术的基本原理 CT的优点和局限性 CT的分类 医学CT 工业CT
2
CT概述
CT——“计算机断层扫描成像”（是计算 机与放射学结合的产物）
以上三种效应中，对于低能γ 射线和Z高的吸收物质, 光 电效应占优势；对于中能γ 射线和Z低的吸收物质, 康普 顿散射占优势；对于高能γ 射线和Z高的吸收物质, 光电 效应占优势。
13
核成像技术的基本原理
CT基本原理
核成象技术的共同原理：利用与核有关的物理 量在被测对象中的衰减规律或分布情况，获得物体 内部的详尽信息，通过电子计算机对这些信息作快 速处理，最终重建被测物的内部图象。
周围的检测器至少有两只， 通过它们作圆周移动，可获 得所取断面层的完整数据。
γ相机属于放射法
27
医学CT
类别及特点
核磁共振方法
人体内存在大量氢原子核， 其具有固定的磁特性。
当人体位于强磁场时，氢核 便按磁场方向进行排列。
如用一高频电信号形成附加 磁场，则可使氢核偏离原排 列方向。
17
CT的分类——按应用领域
医学CT 和工业CT的比较
每一代医用CT的出现，都与缩短获取图像时间的努力有关； 工业CT虽然也把扫描时间看作重要的技术指标，然而更关 注提高空间分辨力或密度分辨力。
工业CT应用中的X射线能量通常高于医用，从数十到数百千 伏，工业CT通常采用恒压X射线管，较少采用医用的脉冲式 X射线管。
它们的数据获取部分，从物理原理到具体结构 均可相距甚远；但它们的数据处理部分。则都基于 计算机信息处理和图象重建技术。
14
CT的优点和局限性
CT的优点 能够显示真正的断面图像。 获得的图像清晰，而且密度分辨率高。 可做定量分析 可利用计算机作各种图像处理 操作简单、安全，而且对工件无破坏。医用 CT对病人的照射在安全的允许范围内。
我国从80年代初期开始研究CT技术。 1987年和1990年清华大学分别对γ射线CT和XCT装置
进行了研究。 1993年以后，重庆大学、中科院高能所等单位陆续
研制出了γ射线源工业CT装置。
11
核成像技术的基本原理
物理基础
γ射线和X射线的基本性质
γ 射线和X射线都是一种电磁波，是一种光子， 差别在于产生的方式不同。
雷登图像重显理论，当时应用于无线电天文学的图 像重显中。
5
CT的发展历史
1956年，天文学家用图像重显理论处理了从太阳发 射来的微波吸收信息，并得到了这些数据所描绘的 太阳图。
1956年，提出了一个类似“描绘太阳图”的问题： 如何从人体某段的射线投影图得到该人体段的图像 重显？
6
CT的发展历史
CT扫描设备进行石油岩芯、碳复合材料及轻金属结 构等低密度试件的检测（医用CT对人体检测可以提 供高质量的图像，但不适用于检测大尺寸高密度物 体）。 80年代初期，美国军方首先提出制造检测大型火箭 发动机或小型精密铸件的CT设备。
9
CT的发展历史
1981年10月，在美国莱特-派特森空军基地的资助下， 美国ARACOR和喷气战略推进公司共同研制出用于导 弹和固体火箭发动机部件检测的工业CT系统。
结构上，现代医用CT都是保持病人静止，因而都有相当庞
大的装有复杂机电设备的运动部件；而工业CT都是使射线
源及探测器系统保持静止或作少量移动，由被测工件作必要
的扫描运动。
18
CT的分类——按技术类型
X射线断层扫描(XCT) γ 射线断层扫描(γ -CT) 核磁共振CT(NMR-CT) 康普顿散射CT(CST) 穆斯堡尔效应CT(MET) 发射型CT（ECT——Emission CT)
25
医学CT
类别及特点
透射法
将放射源置于受检体一侧， 而探测器置于另一侧。射 线通过受检体时受到衰减， 衰减值反映射线经过透射 路径时被吸收的状况，显 然其数值决定了相应路径 组织的构成。
各种XCT装置都是采用透 射法。
26
类别及特点
医学CT
放射法
将同位素等放射源，采用注 射等方法置于受检体内，它 所释放的正电子与体内存在 的电子符合作用，向相反方 向射出两束γ射线，分别由周 围相对的检测器接收。
控制简便，有效检测范围大、可靠性高。
34
医学CT
类别及特点
XCT的扫描方式
四代XCT的异同
参数
第一代CT
第二代CT
第三代CT
扫描运动方式
平移-旋转
平移-旋转
旋转-旋转
第四代CT 固定-旋转
探测器数量
1
3－52
128－511
242－1088
1970年，杭斯菲尔德开始了头部扫描CT的设计。 1971年9月，第一台头扫描CT机安装在英国的一所医
院中， 10月4日，第一个病人接受了CT扫描。
1974年，莱得利研制成功了全人体扫描CT，并安装 在美国乔治镇大学医疗中心。
8
CT的发展历史
CT最引人注目的应用是在医学诊断领域。 70年代中后期，早期的工业检测，曾直接利用医用
a.正电子发射CT(PET——Positron Emission CT) b.单光子发射CT(SPECT——Single Photon Emission CT)
19
医学CT
原理
CT能取得人体任一断层 的剖面图像；
类型繁多，结构复杂； 基本组成部分类似，如
图像的显示和处理、提 高成像运算能力等过程 几乎完全相同。
20
医学CT
原理（头部X射线CT）
横向断面图各像点用x、y 两个坐标值表示，平面图 常称为“二维图像”；
通过测量不同位置的射线 投影值，再经数学计算实 现重建原图像。
21
医学CT
原理（头部X射线CT）
X射线管和相应位置的检 测器以同样的速度（“同 步”）逐点平行移动时， 便可以得到某一方向的投 影数据（图a）；
Z
移动（Z轴），可得一系
列断面图像，则可构成一
个完整的头颅立体图。
24
医学CT
类别及特点 X线CT、正电子CT、单光子CT、质子CT、超
声来自百度文库T、微波CT、核磁共振CT……。 从探测数据获取方法的类别来划分：透射方法
（普通CT）、放射方法（ECT）、核磁共振方 法（NMR-CT）。 三种方法中最具典型意义的代表形式XCT、 PECT（正电子发射CT）、NMR-CT。
CT的发展历史
1895年11月，伦琴发现 了X射线，并用X射线拍 摄了一张他夫人的手的 骨骼影像，开创了放射 诊断的纪元。
4
CT的发展历史
1917年，奥地利数学家雷登（J.Radon）发现对二 维或三维物体可以从各个方向上投影，利用数学计 算方法能够得出重建图像，并提出了Radon变换，但 由于理论需要大量数学运算而未被重视。
15
CT的优点和局限性
CT的局限性 有些病变不适合用CT检查，或者不易被CT发现。 直观看到病灶的外形轮廓和范围，但是看不到 成分或者生物和化学结构。 造价高，针对性强。例如工业CT检查的对象千 差万别，所以有不同标准和用途的工业CT。
16
CT的分类——按应用领域
医学CT (MCT) 工业CT (ICT) 地球物理(GCT)
然后把X线源和检测器组 以体轴为中心旋转一角度， 得到另一组投影数据。反 复进行同样的操作，得到 各个角度上的投影数据。
22
医学CT
原理（头部X射线CT）
将断面按X光管（探测器）
相隔的点距，划分为相等
间隔的若干小格，每格对
于X射线的衰减值，设为
ui；
解方程即可 解出物体各 个部分的衰 减系数，从 而建立断面 图像。
γ 射线常伴随α 射线和β 射线一起产生，是原子 核从激发态跃迁至基态时放出的电磁辐射。
X射线是原子内层轨道电子退激过程或高能电子 的韧致辐射所发出的电磁辐射。
γ 射线和X射线同光速，波长短，频率高。 12
核成像技术的基本原理
物理基础
γ（X）通过物质时的吸收
γ 射线通过物质时可与物质原子发生光电效应、康普顿散 射和电子对效应。通过这三种作用，γ 射线通过物质时, 部分被吸收。
若突然再切断这个电信号， 那么氢核又趋于原排列方向， 与此同时，他们发出一种很 弱的、具有特征频率的信号。 利用此信号成像。
28
类别及特点
医学CT
广泛使用的XCT
目前，在全世界临床 使用的CT中，大多 数都是XCT。
按普及程度，美国、 加拿大、日本、英国 及欧洲各国。
约有数十家厂商在从 事生产。
29
类别及特点
医学CT
XCT原理
X射线透射过受检体后，由于被吸收使射线强度减弱。 减弱的程度就是衰减系数。
吸收系数u与人体不同部位组织有关。x、y是断面不 同位置的坐标。
由X射线源和检测器组成的扫描测量系统，取得大量 投影值送入电子计算机进行图像重建。
30
医学CT
类别及特点 XCT的扫描方式
1985年2月，安装了第二套系统（16MeV直线加速 器），可检测直径2.4m，长5.1m，重达50t的物体。
10
CT的发展历史
进入90年代，工业CT发展迅速，目前其作为一种实 用化的无损检测手段，广泛应用于航天、航空、军 事、核能、石油、电子、机械、新材料研究、海关 及考古等领域。
医学CT
类别及特点 XCT的扫描方式
移动-旋转方式(T-R) 第二种（第二代CT） :
用窄扇束（张角3~5°）代替笔 状束。
检测器增加6~30个。
这种结构使移动和旋转次数均可减少。
扫描全身仅需20~60秒，图像质量显著提高。
可用于头颅和全身检测。
32
医学CT
类别及特点
移动-旋转方式(T-R) 第一种（第一代CT）:
X光管和检测器处于受 检体两侧，以笔状射线 束的形式透过受检体， 并由检测器接受。
源和探测器等间隔平行移动，每步进一次获取一个投影数据。
移动全程后（b图），源和探测器相对受检体作小角度旋转，重 复上述操作，直到全部旋转180°结束。
X射线散焦影响小，但扫描时间较长（3~5分），用于颅脑。 31
目前，临床应用较普遍。
33
医学CT
类别及特点
XCT的扫描方式
固定-旋转方式(S-R)（第四代） 受检体由密集排列的检测器环绕，
数目数百只，可达千余只。 扇形射线束略宽于受检体尺寸
（30~60°）。
进行扫描时，只有X光管在探测器内作360°的旋转。
扫描时间更短，2~5秒，最快达1.5秒
XCT的扫描方式
旋转-旋转方式(R-R)（第三代CT） 用扇状线（30~40°）扫描，张角
覆盖全部受检体。 检测器排列密集，约数十个。 每次扫描结束，源和探测器围绕受
检体旋转一角度，再重复扫描，直 到360°全部旋转。 每次扫描，辐射时间极短；可获得数百组各方向的投影值。
比T-R方式可靠性高，全身扫描时间可缩短4~10秒。
1
2
ln( I 0 ) I1
3
2
4 4
ln( I 0 I2
ln( I 0 I3
) )
I4 I3
1
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ln( I 0 I4
)
I0
I0
μ1
μ3
I0
μ2
μ4
I0
I1
I2
23
医学CT
原理（头部X射线CT）
完成一个断层成像后，使 探测器和放射源相对头部
Computerized Tomography
或Computed Tomography
其它名称和缩写符号：“计算机辅助成像”(CAT)； “重建成像”（RT）；“计算机断面成像”(CTT)； “计算机轴向断面成像”（CTAT）。
1974年5月，加拿大蒙特利尔召开的第一次国际专题 讨论会上，将这种显像诊断技术正式统一为“CT”。3
1961年，无线电天文学家欧顿道尔夫用他称为“旋 转-迁移”法实现了最早的图像重显。
碘-131源
塑料块 10×10×4cm3
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CT的发展历史
1963年，柯尔马克进一步发展了投影重显图像的准 确数学方法，提出用断层多方向投影重建图像的计 算方法。
1967年，杭斯菲尔德制成了第一台可用于临床的计 算机X射线断层摄影机。
核技术及应用 ——C T
Computerized Tomography 计算机断层扫描成像
1
内容：
CT概述 CT的发展历史 核成像技术的基本原理 CT的优点和局限性 CT的分类 医学CT 工业CT
2
CT概述
CT——“计算机断层扫描成像”（是计算 机与放射学结合的产物）
以上三种效应中，对于低能γ 射线和Z高的吸收物质, 光 电效应占优势；对于中能γ 射线和Z低的吸收物质, 康普 顿散射占优势；对于高能γ 射线和Z高的吸收物质, 光电 效应占优势。
13
核成像技术的基本原理
CT基本原理
核成象技术的共同原理：利用与核有关的物理 量在被测对象中的衰减规律或分布情况，获得物体 内部的详尽信息，通过电子计算机对这些信息作快 速处理，最终重建被测物的内部图象。
周围的检测器至少有两只， 通过它们作圆周移动，可获 得所取断面层的完整数据。
γ相机属于放射法
27
医学CT
类别及特点
核磁共振方法
人体内存在大量氢原子核， 其具有固定的磁特性。
当人体位于强磁场时，氢核 便按磁场方向进行排列。
如用一高频电信号形成附加 磁场，则可使氢核偏离原排 列方向。
17
CT的分类——按应用领域
医学CT 和工业CT的比较
每一代医用CT的出现，都与缩短获取图像时间的努力有关； 工业CT虽然也把扫描时间看作重要的技术指标，然而更关 注提高空间分辨力或密度分辨力。
工业CT应用中的X射线能量通常高于医用，从数十到数百千 伏，工业CT通常采用恒压X射线管，较少采用医用的脉冲式 X射线管。
它们的数据获取部分，从物理原理到具体结构 均可相距甚远；但它们的数据处理部分。则都基于 计算机信息处理和图象重建技术。
14
CT的优点和局限性
CT的优点 能够显示真正的断面图像。 获得的图像清晰，而且密度分辨率高。 可做定量分析 可利用计算机作各种图像处理 操作简单、安全，而且对工件无破坏。医用 CT对病人的照射在安全的允许范围内。
我国从80年代初期开始研究CT技术。 1987年和1990年清华大学分别对γ射线CT和XCT装置
进行了研究。 1993年以后，重庆大学、中科院高能所等单位陆续
研制出了γ射线源工业CT装置。
11
核成像技术的基本原理
物理基础
γ射线和X射线的基本性质
γ 射线和X射线都是一种电磁波，是一种光子， 差别在于产生的方式不同。
雷登图像重显理论，当时应用于无线电天文学的图 像重显中。
5
CT的发展历史
1956年，天文学家用图像重显理论处理了从太阳发 射来的微波吸收信息，并得到了这些数据所描绘的 太阳图。
1956年，提出了一个类似“描绘太阳图”的问题： 如何从人体某段的射线投影图得到该人体段的图像 重显？
6
CT的发展历史
CT扫描设备进行石油岩芯、碳复合材料及轻金属结 构等低密度试件的检测（医用CT对人体检测可以提 供高质量的图像，但不适用于检测大尺寸高密度物 体）。 80年代初期，美国军方首先提出制造检测大型火箭 发动机或小型精密铸件的CT设备。
9
CT的发展历史
1981年10月，在美国莱特-派特森空军基地的资助下， 美国ARACOR和喷气战略推进公司共同研制出用于导 弹和固体火箭发动机部件检测的工业CT系统。
结构上，现代医用CT都是保持病人静止，因而都有相当庞
大的装有复杂机电设备的运动部件；而工业CT都是使射线
源及探测器系统保持静止或作少量移动，由被测工件作必要
的扫描运动。
18
CT的分类——按技术类型
X射线断层扫描(XCT) γ 射线断层扫描(γ -CT) 核磁共振CT(NMR-CT) 康普顿散射CT(CST) 穆斯堡尔效应CT(MET) 发射型CT（ECT——Emission CT)
25
医学CT
类别及特点
透射法
将放射源置于受检体一侧， 而探测器置于另一侧。射 线通过受检体时受到衰减， 衰减值反映射线经过透射 路径时被吸收的状况，显 然其数值决定了相应路径 组织的构成。
各种XCT装置都是采用透 射法。
26
类别及特点
医学CT
放射法
将同位素等放射源，采用注 射等方法置于受检体内，它 所释放的正电子与体内存在 的电子符合作用，向相反方 向射出两束γ射线，分别由周 围相对的检测器接收。
控制简便，有效检测范围大、可靠性高。
34
医学CT
类别及特点
XCT的扫描方式
四代XCT的异同
参数
第一代CT
第二代CT
第三代CT
扫描运动方式
平移-旋转
平移-旋转
旋转-旋转
第四代CT 固定-旋转
探测器数量
1
3－52
128－511
242－1088
1970年，杭斯菲尔德开始了头部扫描CT的设计。 1971年9月，第一台头扫描CT机安装在英国的一所医
院中， 10月4日，第一个病人接受了CT扫描。
1974年，莱得利研制成功了全人体扫描CT，并安装 在美国乔治镇大学医疗中心。
8
CT的发展历史
CT最引人注目的应用是在医学诊断领域。 70年代中后期，早期的工业检测，曾直接利用医用
a.正电子发射CT(PET——Positron Emission CT) b.单光子发射CT(SPECT——Single Photon Emission CT)
19
医学CT
原理
CT能取得人体任一断层 的剖面图像；
类型繁多，结构复杂； 基本组成部分类似，如
图像的显示和处理、提 高成像运算能力等过程 几乎完全相同。
20
医学CT
原理（头部X射线CT）
横向断面图各像点用x、y 两个坐标值表示，平面图 常称为“二维图像”；
通过测量不同位置的射线 投影值，再经数学计算实 现重建原图像。
21
医学CT
原理（头部X射线CT）
X射线管和相应位置的检 测器以同样的速度（“同 步”）逐点平行移动时， 便可以得到某一方向的投 影数据（图a）；
Z
移动（Z轴），可得一系
列断面图像，则可构成一
个完整的头颅立体图。
24
医学CT
类别及特点 X线CT、正电子CT、单光子CT、质子CT、超
声来自百度文库T、微波CT、核磁共振CT……。 从探测数据获取方法的类别来划分：透射方法
（普通CT）、放射方法（ECT）、核磁共振方 法（NMR-CT）。 三种方法中最具典型意义的代表形式XCT、 PECT（正电子发射CT）、NMR-CT。
CT的发展历史
1895年11月，伦琴发现 了X射线，并用X射线拍 摄了一张他夫人的手的 骨骼影像，开创了放射 诊断的纪元。
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CT的发展历史
1917年，奥地利数学家雷登（J.Radon）发现对二 维或三维物体可以从各个方向上投影，利用数学计 算方法能够得出重建图像，并提出了Radon变换，但 由于理论需要大量数学运算而未被重视。
15
CT的优点和局限性
CT的局限性 有些病变不适合用CT检查，或者不易被CT发现。 直观看到病灶的外形轮廓和范围，但是看不到 成分或者生物和化学结构。 造价高，针对性强。例如工业CT检查的对象千 差万别，所以有不同标准和用途的工业CT。
16
CT的分类——按应用领域
医学CT (MCT) 工业CT (ICT) 地球物理(GCT)
然后把X线源和检测器组 以体轴为中心旋转一角度， 得到另一组投影数据。反 复进行同样的操作，得到 各个角度上的投影数据。
22
医学CT
原理（头部X射线CT）
将断面按X光管（探测器）
相隔的点距，划分为相等
间隔的若干小格，每格对
于X射线的衰减值，设为
ui；
解方程即可 解出物体各 个部分的衰 减系数，从 而建立断面 图像。
γ 射线常伴随α 射线和β 射线一起产生，是原子 核从激发态跃迁至基态时放出的电磁辐射。
X射线是原子内层轨道电子退激过程或高能电子 的韧致辐射所发出的电磁辐射。
γ 射线和X射线同光速，波长短，频率高。 12
核成像技术的基本原理
物理基础
γ（X）通过物质时的吸收
γ 射线通过物质时可与物质原子发生光电效应、康普顿散 射和电子对效应。通过这三种作用，γ 射线通过物质时, 部分被吸收。
若突然再切断这个电信号， 那么氢核又趋于原排列方向， 与此同时，他们发出一种很 弱的、具有特征频率的信号。 利用此信号成像。
28
类别及特点
医学CT
广泛使用的XCT
目前，在全世界临床 使用的CT中，大多 数都是XCT。
按普及程度，美国、 加拿大、日本、英国 及欧洲各国。
约有数十家厂商在从 事生产。
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类别及特点
医学CT
XCT原理
X射线透射过受检体后，由于被吸收使射线强度减弱。 减弱的程度就是衰减系数。
吸收系数u与人体不同部位组织有关。x、y是断面不 同位置的坐标。
由X射线源和检测器组成的扫描测量系统，取得大量 投影值送入电子计算机进行图像重建。
30
医学CT
类别及特点 XCT的扫描方式