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❖ 计算机在CT中的功能 ❖ 1、控制整个CT系统的运行 ❖ 2、图像重建 ❖ 3、图像处理 ❖ 4、故障诊断及分析
❖ CT计算机的基本结构
控制部分:完成扫描控制和数据采集控制 图像重建单元;完成图像的重建运算 图像显示:完成图像数据的缓存与图像显示
数据存储:完成原始数据和图像数据的存储
Hale Waihona Puke ❖ CT计算机的特点1)积分器: 由集成运放和RC积分环组成; 2)比较器: 比较器的输出信号接控制门,作开、关信
号。
3)计数器: 担负计数任务 4)控制门: 一端接标准周期的时钟脉冲源,作为测
量时间间隔的标准时间;另一端接比较器的输出 端,由比较器的输出信号控制开、关。
❖ 采样阶段:开关接通Vin, Vin在一个固定的时 间内对积分电容充电。积分器开始积分。
固体探测器(P142)
➢ 另一种是收集荧光的射线探测器——闪烁探测 器。为固体探测器。
闪烁晶体探测器:如碘化铯或钨酸镉。
光电倍增管式闪烁探测器
光电二极管式闪烁探测器
稀土陶瓷探测器: 用掺杂稀土金属的透明光学 陶瓷来替代闪烁晶体,与光电二极管配合来构 成探测器。
X线利用率可达99%、光电转换效率高、与光 电二极管的响应范围配合最好、更低余辉、更 高的稳定性。
但低压滑环结构的CT机中,高压发生器安 放在螺旋机架上,对高压发生器提出了严格的 体积和重量限制。采用高频或超高频高压发生 器,并配合高压倍压整流方式
数据采集装置
❖ X线准直器的作用 ❖ 1)降低病人表面辐射量 ❖ 2)减少进入探测器的散射线 ❖ 3)限定成像的空间范围(层厚) ❖ X线管侧准直器——前准直器 ❖ 探测器侧准直器——后准直器
卷积 定位数据
反投影 图像缓存
水补正 数据 各种修正
滤波函数
R,θ
❖ 计算机控制单元
❖ 计算机分别进行扫描架、病人床、X线发生器、数据采集 系统的控制。为提高处理速度和运算能力,采用多通道处理 技术。具体的有:
1、串行处理方式: 2、并行处理方式: 3、分布式处理方式
分布式处理方式的优点:①可靠性高;②灵活性高;③经济 性好。
❖ 比较阶段:当时间到时,控制门将开关转 到基准电压上,开始令电容器放电,放电期 间,计数脉冲的多少反映了放电时间的长短, 从而判定Vin的大小。当比较器判定放电完毕 时,便输出信号令计数器停止。恢复,等待 下次测量。
模拟输入
开关
积分器 -
标准电压 时钟
控制门 计数器
比较器
双积分式模数转换器
❖ 2、逐次逼近式ADC:
CT扫描成像基础
I0—入射X线强度 I—穿过物体后X线 强度 μ—X线衰减系数 d—组织厚度
单能谱X射线束通过密度均匀的物体
CT扫描成像基础
单能谱X射线束通过非均匀密度的物体
CT扫描成像基础
以上表明:在X射线穿过的路径上,如果已知d、IO、In,则物体的衰减 系数总和是可以计算出来的。然而一个方程是不能解出n个未知数的,因 此必须作出多方向投影建立多个方程式,才能算出所有的产值来。也就
系统总线
扫描控制器 数据电缆
扫描架 扫描床
Χ线 发生器
集中控制方式
系统总线
扫描控制器 通讯电缆
扫描架 控制
扫描床 控制
Χ线发生 控制
分布控制方式
❖ 软件
❖ 1、基本功能软件 各类CT均需具有的扫描功能、诊断功能、 显示记录功能、图像处理功能、故障诊断功能等软件。
❖ 管理程序和各独立软件的联系方式: 1)人机对话方式 2)条件联系方式 3)返回处理方式
1)吸收低能X射线(软射线, 这些软X射线无益于CT图 像),
2)使X射线通过滤过器后, 变成能量分布均匀的硬射 线束。
3)减小信号强度差
数据采集装置
探测器
气体探测器 固体探测器
探测器是将X射线量转换为 可供记录的电信号的装 置。
由很多小探测器单元组 成的阵列。每个探测器 对应着一束X线,N个探 测器单元,一次就可以 获得N个投影数据。
❖ 2、专用功能软件 1)动态扫描软件: 在选定了扫描的起始位置、终止位置、 厚度、层距和其他技术参数后,整个扫描过程自动逐层 进行。
2)快速连续扫描软件:对某一感兴趣区域自动做多次快速扫 描。
3)定位扫描软件:在希望的角度上固定X线管和探测器,在病 人检查床自动送入的同时进行曝光,得到所需的定位扫描 像。
是说,CT图像的重建过程,就是求每个小单元衰减系数的过程。 因而上述方程是CT图像重建的基本方程之一。
第三节 CT成像系统
完整的CT有三个主要部分组成: (P138) 1)数据采集系统 2)图像重建系统 3)图像显示、记录存储系统
CT扫描成像系统
一、CT一般有下列基本部件组成
a. 扫描机架; b.X射线发生器
CT扫描成像系统
数据处理装置(DAS)
• 作用是将探测器输出微弱电 信号经
• 前置放大、 • 对数放大器 • 积分、采样保持 • 后经多路转换 • A/D转换器(ADC)
把相应的人体组识的密度
信息转变为数字信号送入 计算机进行图像重建处理。
❖ ADC 常用的有双积分式ADC和逐次逼近式ADC。
❖ 1、双积分式ADC:又称斜率ADC
➢ 扇形角宽( 扇角为300~450), X射线管必须环绕其中心线 转过90 0。
➢ 技术性较高,成本和图像质 量方面具有较大优势。扫描 时间可达到0.5S以内,是目前 临床上应用最为广泛的一种 CT机
各代CT
第四代(旋转一静止)
扫描方式是探测器静 止而只有X射线管旋 转。扇形线束角度也 较大,单幅的数据获 取时间缩短。第四代 CT扫描机的缺点是 对散射线极其敏感,
➢ 患者支架的步进精度 不大于0.25mm。
左侧罩壳 左上护栏 右上护栏 控制部件 维修按钮
CT扫描成像系统
扫描机架
CT扫描机架,孔径大不仅能 供病人作垂直方向的横断 面CT检查。而且还具有倾 斜功能。 ❖ 技术要求
➢ 扫描机架开口直径一般 › 65cm。
➢ 扫描机架倾斜角度不小 于20O。
计算机和图像重建系统
Vin与一个推测信号V1相比较,根据V1是大 或小,来决定减小还是增大V1。以便向Vin逼 近。当V1=Vin,向ADC输入的数字即为对 应的模拟输入的数字。
模拟输入 数模转换器
比较器
输出锁存器



移位寄存器
时钟 逐次逼近式模数转换器
❖ Vin与一个推测信号 V1相比较,根据V1是
大或小,来决定减小 还是增大V1。以便向 Vin逼近。当V1=Vin, 向ADC输入的数字即
的时间。 4、准确性与线性 准确测量、线性转换 5、一致性 每个探测器之间要有一致性
探测器的类型
探测器
CT中最常用的有两种转换原理 和探测器类型:
➢ 一种是收集电离电荷的探 测器,通常为气体探测器。
电离室,通常在高压下充 入惰性气体。
CT扫描成像系统
气体探测器
后准直器
探测器
后准直器作用:减少来自其他方向的散射线的干扰
各代CT 电子束CT技术性能
4个固定的环状钨靶, 围成 210度(90cm半径) 两排环形探测器阵列; 432个/排(单排模式为864个;成216o)。 探测器类型:闪烁晶体: 硅光电二极管 扫描时间:50ms; 最快扫描速率:17次/S
多层螺旋CT是当前CT的主要代表
1998年推出的多层CT 的使得CT在扫描速度; 图像质量、扫描范围、 适用器官等方面取得 新的突破,是CT技术 进入新阶段的标志。 是各家厂商研究关注 的热点。
准直器
CT扫描成像系统
➢ 准直器的原理
准直器是一种辐射衰减 物质,用以限制到达探 测器组件的放射线角度 分布。它的作用是空间 定位,即仅局限于某一 空间单元的射线进入探 测器。
➢ 准直器的形状为狭缝状, 利用步进电机控制狭缝 的宽度。(P139)
CT扫描成像系统
• 滤过器 CT扫描机中滤过器的作用:
4)目标扫描软件:仅对感兴趣区的层面进行扫描,而对其他 区域采取大厚度,大层距或间隔扫描。
5)平滑过滤软件:使所用相邻的不同组织界面得到平滑过滤, 产生平均CT值,有效地提高相邻区的对比。
6)三维图像重建软件:在薄层连续重叠扫描或螺旋扫描的基 础上重建出三维立体图像。
7)高分辨力软件:用于肺部弥漫性间质病变
各代CT
第二代(平移+旋转方式)
➢ 把第一代单一笔形,X 射线束改为扇形线束
➢ 探测器数目也增加到 3~30个。
➢ 每次扫描后的旋转角 由10提高至30~300。
各代CT
第三代(旋转一旋转方式)
➢ 第三代CT机有较宽的扇形角 (300~45 0),可包括整个被 扫描体截面,探测器数目极 大地增加了。
间里,只扫描了有限的几个层面。
螺旋CT
CT螺旋扫描是指对整个 容积进行快速连续扫描。
• 滑环技术的运用是实 现CT连续旋转,采用容 积扫描方式的先决条 件。
• 进行容积扫描时,球 管一探测器系统连续 多圈旋转,同时病人 在机架内连续移动。
➢ 容积扫描
螺旋CT
螺旋扫描技术的基础——滑环技术 滑环技术有赖于:运用封闭导电滑环代 替机架运动组件的供电和数据电缆;应 用高频技术把高压发生器做得很小。
1、足够大的内存空间 2、大容量运算能力 3、运算精度高 4、速度快 满足图像实时性的需要 5、控制效率高 6、一定的通用性 与外围设备进行通讯
扫描 系统
前置放大
控制 计算 机
原始数据存储
数据
采集
重建运算



像 图像缓存



计 算 机 系 统 框


图 图像像是缓存 像 显 示 图像合成
监视器
❖ 探测器特性:
1、检测效率 探测器从X线束吸收能量的百分数。 1)、几何效率 由每个探测器的孔径和相关的每个
探测器所占总空间的比来决定的。 2)、吸收效率 X线辐射进入探测器而被吸收的百分率
3)、总检测效率 几何效率×吸收效率
2、稳定性 即探测器的重复性和还原性。 3、响应时间 探测器接收、记录和输出一个信号所需
装置; c.扫描检查床; d.控制台 e.计算机图像
处理系统。
数据采集系统
数据采集系统:由X射线发生装置、准直器、 滤过器、探测器、数据处理装置、扫描机架 和扫描床组成。
数据采集装置
高压发生器
高压滑环结构的CT机中,高压发生器安放 在扫描架外,不受体积、重量的限制,所产生 的高压通过高压滑环供给X线管。
滑环技术解决了机架旋转部分 与静止部分的馈电和信号传递 方式,从而实现连续扫描。
螺旋CT
螺旋扫描、滑环和碳刷
滑环由三部分组成:
1.传导设备操作与控 制信号的低压环。
定的滤波函数 3、反投影计算:实现坐标转换、反投影的数据以空气为0基
准,空气的CT值为-1000.
图像重建单元
又称快速重建 单元,采用专用 计算机-阵列处理 机来执行图像重 建和处理任务。 阵列处理机与主 计算机相连,它 本身不能独立工 作,在主计算机 的控制下,进行 重建和处理。
数据处理装置
输入缓存 前置处理 校正系数
❖ 测量数据的校正
1、原始数据零点漂移校正 2、参考校正 3、空气校正 4、体模校正
5、㏒转换
6、环形校正
❖ 图像重建
❖ 各种校正的过程叫做预处理。预处理后进行图像重建①平行 线束转换;②滤过处理;③反射投影计算。
1、平行线束转换: 扇形线束转换为平行线束 2、滤波: 包括图像重建时调整的滤波参数;和操作台上设
为对应的模拟输入的 数字。
CT扫描成像系统
扫描检查床
CT扫描检查床和机架 配合,不仅能供病人作 垂直方向的横断面CT 检查。而且还具有倾 斜功能。 ❖ 技术要求
➢ 具有高度调节功能的 CT扫描装置,其高度调 节的范围至少为扫描 架开口直径的一半。
➢ 患者支架中床面水平 移动范围不得小于 1000mm。
8)定量骨质密度测定软件:对骨矿物质的定量测定
9)氙气增强CT扫描软件:用氙气做增强剂来测定脑血流量
第四节 螺旋CT
CT真好! 但仍然存在很多问题...
螺旋CT
常规扫描方式的缺点: 1、需要较长的扫描时间 2、成像中会产生遗漏人体某些组织的情况 3、不能准确地重建三维图像和多方位图像 4、使用造影剂扫描时,在造影剂的有效时
CT
CT发展回顾
CT的发明
➢ 对CT的研究可追溯到1967年。那年,CT的发明 人工程师豪斯菲尔德(Godfrey Hounsfield)制成 了第一台可用于临床的计算机X - 射线断层摄影 机。1971年9月第一台头扫描CT机安装在英国 的一所医院中。
各代CT
第一代(平移+旋转方式)
❖ 这类扫描机多属于头 部专用机,由一个X射 线管和两个或三个晶体 探测器组成,由于X射 线束被准直成像铅笔芯 粗细的线束,故又称为 笔形扫描束装置。
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