X线计算机断层成像技术 CT

X线计算机断层成像技术

一、 CT的诞生

1914年，俄国学者K.Maenep氏，依照运动产生模糊的理论，首先提出体层摄影的理论，即用一种特殊装置，使想观察的人体某层组织影像较清楚地显示，而该层组织以外的则模糊不清，以获取较大的空间分辨力。1930年意大利的Vallebona氏开始将体层摄影的有关理论和它的使用方法应用于临床并取得了很好的临床效果。

随着机械工业的发展，1947年Vallebona率先获取了以人体为模型的横断面影像，这种技术后来又发展成回转人体横断面体层技术。

1961年美国神经内科医生Ooldendor提出了电子计算机X线体层技术的理论，1968年英国工程师Hounsfild氏与神经放射学家Ambrose氏共同协作设计，于1972由英国EMI公司成功制造了用于头部扫描的电子计算机x线体层装置并在英国放射学会学术会议上公诸于世，称EMI扫描仪。这种影像学检查技术与传统X线摄影相比，图像无重叠、密度分辨力高、解剖关系清楚，病变检出率和诊断的准确率均较高而又安全、迅速、简便、无创性，是医学影像学的一项重大革新，促进了医学影像诊断学的发展。

1974年在蒙特利尔(Montreal)召开的第一次国际专题讨论会上正式将这种检查方法称作电子计算机体层摄影(computer tomography,简称CT)。

二、CT的发展

CT的应用还不到30年，但发展迅速。从只能扫描头部的第一二代平移／旋转扫描方式的CT机，至1974年旋转扫描方式的体部CT机；以及1989年在旋转扫描的基础上采用了滑环技术的螺旋CT;后来的电子束CT或称超速CT相继问世。CT机性能在不断提高，检查领域不断拓宽. CT发展前景广阔，并将沿着影像医学所追求的目标——提高显示病变的敏感性、特异性和推确性，微创或无创，操作简便和降低检查费用等方面不断改进、完善和发展。

第二节CT的组成与功能

CT由扫描部分、计算机部分、操作台、显示与记录系统等组成。

一、扫描系统

扫描系统包括：扫描机架、扫描床、扫描控制电路等。

（一） 扫描机架

图6-1是扫描机架外形图，图6-2是扫描机架内部结构。X线系统、图像采集、X线过滤器、系统准直器均装在机架内。机架可根据检查需要进

行±200或±l 30。的倾斜。不同机型，该角度可不同。

² X系统包括X线管、水冷系统、高压发生系统。

1） X线管：是产生X线的器件，由阴、阳极和真空玻璃管(或金属管)组成。与普通的X线管一样，分固定阳极和旋转阳极两种。安装固定阳极管，其长轴与探测器平行，安装旋转阳极管其长轴与探测器垂直。n 固定阳极管主要用于一二代CT机，扫描时间长、产热多，采用油冷或水冷强制冷却。

n 第三第四代CT机多采用旋转阳极管，因扫描时间短，要求管电流较大，一般为100mA-600mA，采用油冷方式。旋转阳极管焦点小，要求热容量大，可达3-6M个热单位，这种X线管一般寿命很长，可达2万次扫描以上。

2） 冷却系统：一般扫描架内有两个冷却电路：即X线管冷却电路和电子线路的冷却电路。无论旋转阳极管还是固定阳极管，在扫描过程中均会产生大量的热。一方面会影响电子的发射，更为严重的是靶面龟裂，影响到X线质量，所以冷却是必须的。 X线管用绝缘油与空气进行热交换，扫描机架静止部分则用风冷或水冷进行热交换。扫描机架与外界是隔绝的，所以只有热交换器控制温度。球管和机架内都有热传感器把信号传给主计算机，当温度过高时，则会产生中断信号，机器停止工作，直到温度降到正常范围才可以重新工作。另外，主计算机根据扫描参数的设定预算热量值，当预算值超过正常范围时，计算机会在屏幕上给出提示，操作者可通过修改扫描方案，如缩短扫描范围，降低毫安、干伏，螺旋CT则还可用增大螺距的方法等，直到计算机认可。扫描机架内部温度的升高会影响到电子电路的热稳定性，因此也必须控制温度，一般在18—27度为宜。

3） 高压系统：包括高压发生器和稳压装置。高压发生器产生X线的形式主要为连续X线发生器和脉冲X线发生器，CT机对高压的稳定性要求很高，电压波动会影响X线能量，而X线能量与物质的衰减系数μ(或称吸收值)密切相关，CT图像是计算机求解吸收值而重建出来的，显然电压的波动会影响到图像质量。一般说来，CT值的精度要求在0.5％以下。这就要求高压发生器的高压稳定度必须在干分之一以下，纹波因素为万分之五。因此，任何高压系统必须采用高精度的反馈稳压措施。现在新机型多采用高频逆变高压技术，这种方法，电压一致性好，稳定，纹波干扰小，图像分辨力更高。

（二） 数据采集系统

数据采集系统(data acquisition system，DAS)包括探测器、缓冲器、积分器和A／D转换器等组成。由探测器检测到的模拟信号，在计算机控制下，经缓冲、积分放大后进行模数 (A／D)转换，变为原始的数字信号。DAS采集数据的时间和控制信导由扫描控制系统SCU产生，并且通过接口提供到DAS。数据窗开关(DWS)在三种扫描方式(即TOM、TOP、Offset)中任何一种方式下打开数据窗，采集完数据后再关闭数据窗。数据窗工作时间即数据采集时间。

1、探测器(detector)，是一种能量转换装置。一般CT常用的探测器为两种基本类型，一种是收集电离电荷的探测器，有气体和固体探测器两种。气体探测器主要有电离室，正比计数器、盖革计数器等。固体探测器主要是半导体探测，另一种是闪烁晶体探测器。无论哪种探测器必须具备以下条件：

² 电源：电源适应性强，不同电压均能正常使用，有良好均匀性。

² 社会范围：动态范围宽。强弱信号都能检测．灵敏度高。

² 余辉时间：余辉时间短，竭止性能好。

² 稳定性：成分稳定，受理化因素影响小、寿命长。

² 体积：体积小、空间配置容易。

气体探测器技术应用的是气体电离室，它是在一个公共压力下的探测器管套内，排列着数百个至数千个单独通道所组成的，每一个通道为一个最小单元。电离室的两个电子阴极被连到高压电源，另一个阳极连接到电流／电压转换电路(图6—3)。当x线进入探测器，极板间氙气被电离，形成带电离子，在电场作用下，带电离子沿着场线形移动形成电流。该电流在外电路电阻中就会产生一个电压信号，输送到检测电路。

目前，CT机上所用的气体探侧器多采用化学性能稳定的惰性气体氙气(Xenon，符号Xe)或氪气(Krypton，符号K r)等。气体探测器稳定性好，几何利用率高，但光子转换率低，因此通常使用高压气体(10—15个大气压)，提高气体分子密度，增加电离几率，增强灵敏度。对气体探测器的要求是：探测器密封性能好、有足够的机械强度、极板精度高、各通道气体压力相等、容积相等。

闪烁晶体探测器是利用某些晶体受射线照射后发光的特性制成的，组成部分是闪烁晶体，光导及光电倍增管等，结构简图如图6-5。当X线照射晶体后，原子接受X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基态时，释放能量，这种能量以荧光光子的形态出现(荧光现象)。这种荧光经光导传给光电倍增管的光电阴极上，其上的光电