医学影像设备学CT设备PPT.ppt

第十二章CT设备,第一节概述一、发展简史,1895年,德国物理学家伦琴(W.C.Rontgen);发现X射线,为射线CT奠定了基础1917年,奥地利数学家雷登(Radon):从数学上证明,利用物体在各个方面的投影数据,可以重建出物体的二维断面或三维图像1945年,计算机的发明:为投影重建理论提供了物质基础.1963年,美国物理学家科马克(Cormack)发表了一篇研究报告,详细描述了用X射线投影数据重建图像数学方法1971年,英国工程师亨斯费尔德(Hounsfield):在EMI公司研制成功世界上的第一台头颅CT1974年,美国工程师莱德利(Ledley):研制成功世界上的第一台全身CT1971年,英国工程师亨斯费尔德(Hounsfield):,Hounsfield,Cormack,,CT机的分代:第一代CT机:X线为单束,探测器数有单个或几个,运动方式移加旋转,扫描时间长数分钟,头部.第二代CT机:X线为多束,探测器数有数个或几十个,运动方式移加旋转,扫描时间数十秒,全身.第三代CT机:X线为扇形,探测器数有几百个扇形排列,运动方式旋转+旋转,扫描时间长数秒钟.第四代CT机:X线为扇形,探测器数有数百到几千个呈圆周状排列,提高了图像质量.运动方式为旋转.第五代CT机:电子束CT超高速型CT机(UFCT).扫描无机械旋转维护费用高.,（一）第一代CT（移+旋转扫描方式）,第一代CT由X线管和1-2个探测器（detector）组成。

X线束穿过和探测器同步直线移运动获得透射数据后，X线管和探测器环绕中心旋转1，做上次相反的直线扫描运动获得数据后，再旋转1，重复上述过程直到180，采集到数据组成的行投影值，即完成了数据的采集过程第一代CT（移+旋转扫描方式）,（二）第二代CT（移+旋转扫描方式）,第二代CTX线束改为扇形线束，由一只X线管和330个晶体探测器组成由呈扇形排列的多个探测器，每次移后的旋转角由1提高到扇面角度，扫描时间减至18s为了提高图像质量采用240、360移加旋转扫描，比第一代CT各项指标有提高，已具备了做全身CT检查的条件第二代CT主要缺点是：在扫描过程时间长，由于病人的生理运动，易产生伪影第二代CT（移+旋转扫描方式）,（三）第三代CT（旋转-旋转扫描方式）,第三代CT的扇形角较宽（3045），探测器增加到3001000个逐个依次无空隙排列扫描时，X线管和探测器无直线移运动，仅做围绕病人进行连续旋转运动即可扫描时间可更短优点：结构较简单，使用操作方便，可获得较理想的CT图像缺点：需对相邻探测器的灵敏度差异进行校正，相邻探测器的性能差异将产生同心环形伪影第三代CT（旋转-旋转扫描方式）,（四）第四代CT（旋转-静止扫描方式）,第四代CT具有更多（6004800个，分布在360的圆周上）探测器。

扫描时X线管做围绕病人一周的旋转运动，而探测器则固定不动扇形线束角度也较大，扫描速度可达15s其工作原理和第三代CT没有本质的区别，仅是第三代CT的一个变形第四代CT（旋转-静止扫描方式）,（五）第五代CT（静止-静止扫描方式）,第五代CT由一个电子束X线管、由864个固体探测器构成216的阵列固定环内和一个数据采样、图像处理、数据显示的计算机系统组成每个固体探测器作为一个数据采集单元它由一个X线可见光转换晶体、一个光电转换硅二极管和一个前置放大器构成第五代CT适用于心脏，查易动病人检查，是一种新型的CT其缺点是造价昂贵电子束CT,第五代CT（静止-静止扫描方式）,电子束CT,双源CT,各代CT比较,二、现状与发展趋势,滑环技术（slipring）螺旋扫描技术（helicalscan）多层面螺旋扫描技术：2层CT、4层CT、8层、16层、32层、64层CT容积扫描（volumeScan）板探测器CT机：锥形CT扫描机（conebeamCT）排(层)的发展:单排CT双排CT64排CT板（锥形）CT,锥形CT机面临的难点是：,克服锥形线束伪影（conebeamartifact）；改进图像重建算法；提高大量数据的处理速度；提高板探测器的性能；克服机械结构限制。

容积扫描,锥形CTTHREE-DIMENSIONAL,第二节CT工作原理,X线CT扫描机能对人体进行横断体层成像，将各种组织对X线的吸收系数以数字（CT值）表示出来X线CT扫描机与常规X线体层摄影的原理和成像方法也完全不同，它没有纵向体层摄影时上下层模糊影像对目标体层的影响，被检查层各点CT值经数学方法重建出来的图像投影像,,X线投影,一、线衰减系数,将X线束穿过人体一横断层面则对面的探测器可获得该层面的信息借助于各组织对X线具有不同衰减系数的特征来实现还原为该层面的图像X线在人体被衰减的程度，按组织对X线的衰减系数和组织厚度D以指数函数关系发生变化其式为:或式中：I0入射X线强度；I为穿过病人衰减后的强度；D为组织厚度，为线性衰减系数沿X线束穿过的人体各组织密度一般是非均一的认为是由大量各不相同的密度单元体所组成单元体厚度为D，单元体被分割得越细小，其体内密度越接一致.,二、工作原理,需要从一个横断面的许多视角射入X线，以便测得大量“衰减系数之和”，即所谓数据采集过程，随后建立n元一次方程组求解，即可得到各单元体的衰减系数若一幅图像有nm个像素，则需解nm个n元一次方程，方能求出一个层面各单元体的衰减系数。

数据采集的基本组成部分是X线管、滤过器、准直器和探测器，,将计算出各单元体衰减系数的过程称为图像重建一幅图像至少由几十万至上百万个单元体（像素）组成不同组织的衰减系数之和可能相等的示意图,,CT信号检测原理,投影图像重建,各组织的CT值,,数据采集的组成:是X线管、滤过器、准直器和探测器为了从不同视角获取数据，需要一个扫描机架X线管、探测器环绕患者作360旋转，以获取大量原始数据Housfieldunit(HU):,WWdecideswhatweseeKv;mA;保用次数热容量:0.5MHU0.75MHU1.5MHU2MHU3MHU5MHU5.5MHU6MHU,X线管组件接线图,二、探测器,探测器是一种将射线能量转换电信号的装置一）探测器性能,1效率是指它从线束吸收能量的百分数几何效率;吸收效率;总检测效率2稳定性是指从一瞬间到另一瞬间探测器的一致性和还原性，探测器需经常进行校准以保证其稳定性3响应性是指探测器接收、记录和抛弃一个信号所需的时间4准确性人体软组织及病理变化所致衰减系数小的变化二）探测器类型,固体探测器：是一种收集荧光的探测器，称闪烁探测器气体探测器：是收集气体电离电荷的探测器。

1固体(闪烁)探测器,闪烁探测器是利用射线能使某些物质闪烁发光的特性来探测射线的装置SolidStateDetector,SolidStateDetector(SSD),,,,,,InternalCollimator,ExternalCollimatorPlate,Scintillator,Photodiode,,x-ray,Light,Collimator:Molybdenum0.1mmthickness1.028pitcheliminatescatterScintillator:materialissecretconvertsx-raytovisiblelighttoomuchx-raycanchangethesensitivityPhotodiode:convertsvisiblelighttoanelectricalsignal,,toDDC,i,SolidStateDetector,部分闪烁晶体性能表,2气体探测器,气体探测器是利用气体（一般采用化学性能稳定的惰性气体）电离的原理，入射的X线使气体产生电离，通过测量电流的大小来测得入射X线的强度探测器,固体探测器Picker公司分布式处理方式;西门子公流水线处理方式。

一）流水线处理方式,流水线处理方式（pipelineprocessing）采用了生产上的流水线概念，把每条指令分为若干个顺序的操作，每个操作分别由不同的处理器实施这样可以同时执行若干条指令，对每个处理器来说，每条指令中的同类操作像流水线一样被连续加工处理这样可以提高计算机工作速度和提高各个处理器的使用效率流水线处理方式,（二）并行处理方式,并行处理方式（parallelprocessing）是由三台多任务计算机通过系统总线耦合成一系统，分别形成扫描处理器、显示处理器和文件处理器扫描处理器中采用二台阵列处理器和一台反投影处理器，使其重建速率为每秒6400万次浮点运算显示处理器中采用一立的阵列处理器用于整形、放大、窗位控制和图像分析并行处理方式,（三）分布式处理方式,分布式处理方式（distributedprocessing）由若干立的处理器构成，各台处理器可分别处理同一程序的各个子程序，也可按功能分别处理一道程序的各个阶段每台处理器都有自己的局部存储器，能独立承担分配给它的任务在统一操作系统控制下工作，相互间可以通信系统具有动态分配任务的能力，能自动进行任务调度和资源分配其优点是：可靠性高；一台处理器失效，对系统影响不大；灵活性高，由于系统模块化，便于扩充、替换和更换部件；经济性好，可以用价格便宜的微处理器。

并行处理方式,四、软件（一）基本功能软件,1人机对话方式2条件联系方式3返回处理方式,（二）专用功能软件,1动态扫描（dynamicscan）软件2快速连续扫描（fastcontinuescan）软件3定位扫描（scanogramorscout）软件4目标扫描（objectscan）软件5滑过滤（smoothingcuppingfiltering）软件6三维图像重建（threedimensionimagingreconstruction）7高分辨力CT（highresolutionCT）软件8定量骨密度测定软件9氙气增强CT扫描软件,第六节图像显示、记录和存储系统,计算机和图像重建系统提供的数字图像:可以显示在监视器上供医生观看;可以直接存储在磁性载体上供以后需要时调用;也可以永久性地记录在胶片上CT上配置了图像显示、记录和存储系统图像的存储,显示和记录,磁盘(硬盘)光盘磁带或软磁盘显示器照相机,,,,,,,,,,一、图像显示系统,CT机用的常是高分辨率黑白电视监视器,10241024矩阵,16灰阶.,二、图像存储系统（储存介质）,三、图像记录系统,（一）阴极射线管型多幅相机（二）激光型多幅照相机,照相机,种类干式打印机多幅照相机激光打印机,,,,,（一）阴极射线管型多幅相机,,,X,Y,（二）激光型多幅照相机,激光图像形成原理图,激光相机图像的形成,从激光管放出的激光，调制器AOM(acousticopticalmodulater)调制，随着图像数据变化。

通过AOM的激光束器调整成适合扫描的光束靠多面转镜的旋转，激光形成水的扫描圆柱透镜校正,多棱镜反射不同角度变成水强度均匀的扫描经过f透镜的光，再经反射镜反射扫描滚筒上的胶片使胶片感光激光相机扫描部分,,,,,,激光部分,激光与CRT相机优点,激光束有很好的聚焦性、方向性，反应极其迅速，以毫微米级计算，这样的激光束直接投照到胶片上防止了伪影，如轮廓线、光栅线、失真等系统采用计算机控制，输入存储器的图像在打印之前可以清除，重新排列，然后打印硬盘，可连续打印，可以存储打印同时进行，以至供多机共同使用。