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CT基本原理与概述基本原理与概述 陈瑞权陈瑞权1 nCT：(COMPUTED TOMOGRAPHY)以X线束对体部某一选定体层层面进行扫描,测定透过的X线量,数字化后经过计算得出该层面各个单位容积的吸收系数,然后重建图像的一种成像技术。2 1.CT的组成的组成2.CT成像原理成像原理3.CT的发展过程的发展过程3 CT机的组成机的组成 X线发生装置线发生装置 X线检测接收装置线检测接收装置 机械运动装置机械运动装置 计算机设备计算机设备 图像显示及存储装置图像显示及存储装置 工作站工作站 4 X线发生装置线发生装置1.1.高压发生器高压发生器2.2.X X线管线管3.3.冷却系统冷却系统4.4.准直器准直器:调节层厚，减少辐射剂量，改善CT图像质量5.5.滤过器滤过器:吸收低能量X线，优化射线能谱，减少辐射剂量5 X线检测接收线检测接收装置装置1.探测器2.数据采集系统DAS6 探测器探测器n作用：作用：将X射线能转换为可供记录的电信号的装置，通过测量它接受的X射线量，然后产生与X射线量成正比的电信号。n类型：类型：气体探测器：惰性气体-氙气电离，量子探测效率低，低端使用固体探测器：X射线照射闪烁晶体使之瞬间发光，利用光电倍增管将这种闪烁晶体转换为电信号，再用电子线路和器件将它们放大并存储下来。几何利用率在50%-80%。闪烁晶体探测器（铊激活碘化钠晶体、铊激活碘化铯晶体、钨酸镉晶体）和稀土陶瓷探测器（宝石探测器：宝石加稀有元素-GE）光子计数探测器 7 数据采集系统数据采集系统DAS*模数转换器是模数转换器是CT数据采集系统（数据采集系统（Data Acquisition System，DAS）的主要组成部分。）的主要组成部分。*CT最初探测到的是连续的随时间而变的模拟最初探测到的是连续的随时间而变的模拟信号，可由电压表读取或由示波器显示，但无信号，可由电压表读取或由示波器显示，但无法被计算机识别。法被计算机识别。*模数转换器将来自探测器的输出信号放大、模数转换器将来自探测器的输出信号放大、积分后多路混合变为数字信号送入计算机处理。积分后多路混合变为数字信号送入计算机处理。8 机械运动装置机械运动装置1.1.扫描机架扫描机架2.2.滑环滑环3.3.扫描床扫描床9 扫描机架扫描机架*机架与检查床相垂直。*机架内装有成像系统组件:滑环、X线管、高压发生器、准直器、探测器和数据采集系统等*机架孔径和倾斜范围在应用中较为重要:孔径孔径:机架开口大小大小：多为70cm,最大80cm*机架须能倾斜，以适应不同患者情况和各种检查的需要，倾角倾角:最大3010 滑环滑环I.I.含义含义：CT扫描机架中去掉电缆，代以铜制滑环和导电碳刷，通过碳刷和滑环的接触导电,使机架作单向连续旋转，即滑环技术。II.II.结构形状：结构形状：盘状滑环:圆盘状，导通部分设在盘面上。筒状滑环:圆筒状，导通部分位于圆筒侧面。III.III.传导方式传导方式:低压滑环（大多数厂家都采用）。高压滑环（易高压放电导致高压噪声）。11 扫描床扫描床*作用作用:运载患者,扫描定位*要求要求:p承重承重:确保特殊体型患者的检查需要p床面材料床面材料:由易被X线穿透、能承重和易清洗的碳素纤维组成p驱动：驱动：磁悬浮气垫老式皮带*床纵向移动要求床纵向移动要求:平滑，精度高，绝对误差进床移动再扫描进床移动n螺旋扫描 n扫描和进床移动同时进行46 定位片扫描定位片扫描nX线球管和探测器静止 n检查床移动 n扫描成像n用于扫描前定位47 轴位扫描轴位扫描nX线和探测器360度旋转n检查床静止 n扫描n得到横断位的图像n床进到下一个位置n再扫描48 螺旋扫描螺旋扫描nX线球管和探测器360度旋转n检查床同时进床移动n扫描n得到容积成像 49 图像质量的改进图像质量的改进 1972 20001972 20001972年2000年50 CT发展历程发展历程n第一代：第一代：平移+旋转扫描式笔形扫描线束，时长伪影大n第二代：第二代：平移+旋转扫描式扇形线束，射线利用率低n第三代：第三代：旋转-旋转扫描式较宽的扇形角n第四代：第四代：旋转-静止扫描式扇形线束角度大，对散射线及其敏感n第五代：第五代：电子束X射线管，对射线源要求比较高n螺旋旋CT（SSCT）：）：对整个容积进行快速连续扫描n多层螺旋多层螺旋CT机（机（MSCT）：）：探测器呈弧面排列n后后64层层CT51 单层螺旋单层螺旋CT10mm,20mm,24mm,28mm,32mm,40mm，160mm分辨率分辨率(层厚层厚)：10mm,5mm,2.5mm,1.25mm,0.625mm，0.25mm (黄金分割点黄金分割点)机架旋转速度：机架旋转速度：5sec4sec1sec0.5sec,0.25sec提升扫描覆盖范围提升扫描覆盖范围扩大覆盖范围、提升扫描速度、增强临床功能扩大覆盖范围、提升扫描速度、增强临床功能双层螺旋双层螺旋CT19984层螺旋层螺旋CT20008层螺旋层螺旋CT200116层螺旋层螺旋CT200264层、双源层、双源螺旋螺旋CT20042008320层容积层容积CT199352 东芝东芝-Aquilion One 320层容积CT 320 x0.5mm 320 x0.5mm探测器单元探测器单元：2010年升级为640层（探测器不变，通过扫描时z轴上通道的动态偏置达到双倍采样的目的，获得双倍640层图像）探测器宽度大带来锥形线束伪影和图像质量下降 Z Z轴轴16cm16cm的覆盖范围的覆盖范围：球管旋转一次可以获得0.5mm层厚的各向同性信息，器官容积灌注和运动功能成像 350msec的机架旋转速度53 Philips-256层Brilliance 极速iCT 128X0.625mm128X0.625mm球面探测器（纳米平球面探测器（纳米平板探测器），板探测器），消除 X-Y-Z的散射线，减少伪影，提高图像清晰度；采用动态四焦点，共轭采集技术，通过Z轴双倍采样，获得256层图像数据 扫描机架旋转部分采用了空气轴承技术，达到0.27msec的机架旋转速度。54 GE-Discovery HD750750宝石宝石CTCT 64640.6250.625mm宝石探测器宝石探测器，缩短了探测器的响应时间和余辉时间，采用动态变焦球管，瞬间变能高压发生器系统，使曝光的同时产生两种电压的变化，产生高低不同的辐射能，达到单能谱功能成像西门子西门子-SOMATOM Definition Flash Stellar 光子光子CT 双球管双探测器，能谱分析，83ms时间分辨率，0.27msec的机架旋转速度，stellar光子探测器（低剂量高清晰），采集速度快（43cm/s,心脏0.25s,全身4s)55 多能谱多能谱CT成像成像利用物质在不同利用物质在不同X射线能量下产生射线能量下产生的不同的吸收来提供比常规的不同的吸收来提供比常规CT更多的影像信息更多的影像信息n序列扫描成像技术序列扫描成像技术：CT成像系统不发生改变，采用两次旋转扫描成像，一次采用高kVp（如140kVp）的X射线，一次采用低kVp（如80kVp）的X射线。两次成像数据在图像数据空间匹配，进行双能减影。n双球管双能量成像技术：双球管双能量成像技术：两套球管和探测器，同时产生X射线，一个高kVp的X射线，一个低kVp的X射线。两套系统分别独立采集数据信息，并在图像空间匹配，进行双能减影分析。通常使用最低电压（80kVp）和最高电压（140kVp）来达到最大能量分离以最大限度地区分不同的物质。n单源瞬时单源瞬时kVpkVp切换技术切换技术：通过使用单一球管中高低双能（80kVp和140kVp）的瞬时切换（0.5ms的能量时间分辨率）产生时空上完全匹配的双能数据，实现数据空间能谱解析。n双层探测器技术：双层探测器技术：每一层探测器仅对一定能量的X射线光子产生激发作用，两块探测器之间用滤片将射线整形以减少低能量和高能量射线的能量重叠区，并被分别探测，从而得到高、低能投影数据并进行双能CT重建。n光子计数技术光子计数技术：光子计数探测器具有能量值分辨能力，可以探测X射线中光子的能量，将具有较宽能谱的X射线分成各个能区进行计数，然后依据统计出的能量信息解析出不同的单能量图像。56 57