ct原理及发展历程

第一讲概论

目录

第一讲概论 (1)

一、CT简介 (1)

1.1 什么是CT (1)

1.2 CT设备的构成 (2)

1.3 CT分类及部分性能指标 (3)

1.4 CT成像的特点 (3)

1.5 CT应用领域 (4)

1.6 CT发展简史 (4)

1.7 检测成像工程中心简史 (6)

二、X射线成像物理学 (8)

2.1 X射线的产生 (8)

2.2 X射线与物质相互作用 (8)

三、CT成像的数学模型 (10)

3.1 Beer定律 (10)

3.2 CT成像的连续数学模型 (11)

3.3 CT成像的离散数学模型 (12)

四、附录 (13)

4.1 CT图书 (13)

4.2 CT杂志 (14)

4.3 CT 会议 (15)

4.4 在线资源 (16)

一、CT简介

1.1 什么是CT

CT是Computerized Tomography或Computed Tomography的缩写。“C”就是“计算机化的”或是“计算的”。

我们看“T”或“Tomography”。

Tomography=tomos(slice, section)+graphein(draw)

所以，“Tomography”就是对断层进行绘图（成像）。Tomography是内视技术，即不打开物体就能看到物体内部的结构。具体的讲：

●目标：希望得到被测物体内部物理量B的分布。

●信息获取：用探测器探测一组物理量A。

●信息处理：根据物理量A与物理量B之间的物理关系A=F(B)，求解出物理量B

的分布。

CT就是计算机断层成像。广义上讲，以下技术均属于计算机断层成像技术：

●X射线（γ射线）断层成像技术（即狭义CT）

●激光CT成像（Optical Computer Tomography）

●核磁共振断层成像技术（Magnetic Resonance Imaging, MRI）

●超声成像技术（Ultrasonic Tomography, UT）

●电阻抗成像技术（Electrical Impedance Tomography）

●红外成像技术（Infrared Imaging）

●……

而本课程主要介绍X射线（γ射线）断层成像技术（即狭义CT，XCT）。即便是狭义的XCT，根据射线产生方式、获得信息内容、所关心物理过程等的不同，又分为

●透射式CT （Transmission CT）

◆吸收衬度CT成像（Attenuation contrast CT, 即通常CT）

◆相位衬度CT成像（Phase contrast CT）

●发射式CT（Emission CT）：PET，SPECT

●散射式CT（Scattering CT）

本课程仅介绍吸收衬度CT。

1.2 CT设备的构成

前面提到，CT成像涉及“信息获取”和“信息处理”两个过程，根据需要，无论是工业CT或是医用CT，都包含以下组成部分：

●射线发生器

●射线探测器

●机械及控制系统

●计算机（控制/存储/处理）

1.3 CT分类及部分性能指标

可根据不同准则对CT进行分类：

●纳米焦点CT：对象10-30um，分辨率30-160nm

●微焦点CT：对象1-30mm，分辨率0.5-5um

●医学CT：对象(人)300-800mm，分辨率0.3mm-3mm

●工业CT：对象(构件)100-500mm，分辨率0.1-0.5mm

●大型工业CT：构件300-1000mm，分辨率0.5-1.0mm

●超大型工业CT：构件1000-2000mm，分辨率1.0mm左右

●工程CT：桥梁、隧道等，分辨率1米-几米

●地学CT

●天体CT

著名的医学影像厂商：GPS（GE，Philips，Siemens），Toshiba 著名的工业CT厂商：YXLON，GE，SkyScan，ZEISS(XRadia)，岛津

1.4 CT成像的特点

●非接触、无损成像

●无影像重叠

●密度和空间分辨率高

●数字图像，易于处理、存储、传输

1.5 CT应用领域

●医疗生物（医疗诊断、小动物成像）

●工业（国防：导弹、炮弹、飞机发动机叶片、火箭推进器、气缸...；民用：机

械部件、电子器件、陶瓷、…）

●材料（分子结构、岩心、管道、…）

●安全检查（非金属武器、毒品、炸药…）

●化石成像（古动植物三维结构成像）

●CT原理也用于：天体成像、地学成像（地震、地质构造）、工程成像（桥梁、

隧道、水坝、物探）

1.6 CT发展简史

国内情况

1980’s初期开始CT理论与应用研究

较早开始CT研究的单位：

上海交通大学（庄天戈）

北京信息工程学院（邱佩璋）

清华大学（安继刚、王经谨、张朝宗）

东南大学，东北大学，重庆大学

目前活跃的研究单位：

清华大学（康克军、陈志强、李元景、刘以农、张丽、邢宇翔、赵自然等，威视），东北大学（郑全录、江根苗，东软），重庆大学（王珏、曾理，ICT中心），中北大

学（韩炎、潘晋孝、桂志国等），北京大学（姜明、杨建生、周铁），首都师范大学，中科院高能物理所（魏龙、姜晓明、朱佩平、单保慈、魏存峰等），上海交通大学（赵俊），西安交通大学（牟轩沁），北京交通大学（渠刚荣），北京信息科技大学（邱钧），大连理工大学（孙怡），北京航空航天大学（杨民、傅健），西北工业大学。还有一些搞PET、光CT的单位：中科院高能所、华中科技大学（骆清铭、谢庆国）等。

1.7 检测成像工程中心简史

●2003年，张朋研究员调入首都师范大学，建设检测成像实验室

●2007年，完成实验室多功能锥束/扇束工业CT系统的搭建，国内率先实现GPU

加速图像重建，对外做了大量的服务工作

●2009年，自主研发成功显微CT设备，分辨率为10-20um

●2010年，获批检测成像北京高校工程中心

●2012年，与东营三英工程中心联合成功研制研发光耦合显微CT，分辨率到达亚

微米

●2013年，成立天津三英精密仪器有限公司

●2013年，与中科天悦公司联合开发口腔CT

●2015年，自主研发成功国内首台双能谱显微CT设备，分辨率达到亚微米