第五章--X线计算机体层成像设备(第三节).pptx

第五章 X线计算机体层成像设备天津医科大学 李林枫吉林医药学院 曲保忠哈尔滨医科大学 赵雁鸣医学影像设备学医学影像设备学第三节 螺旋CT天津医科大学 李林枫目录一、特点二、螺旋扫描装置三、多层螺旋CT 一、特点v螺旋CT扫描方式 X线管向一个方向持续转动 受检者床向一个方向匀速滑动v扫描层面（1）轴扫（2）螺旋v采集数据 容积数据一、特点特点： 时间短，时间分辨力提高 重建层厚薄 z轴空间分辨力提高 降低辐射量 容积数据，可进行任意位置及任意层厚的高质量影像重建和三维成像 减少对比剂用量 有利于一些特殊检查的开发二、扫描装置滑环首先了解滑环(slip ring)扫描装置滑环低压滑环：通常指市电供电滑环 电压低，不需绝缘处理 电流大，易生热、易出现电弧高压滑环：通常指千伏级供电滑环 电压高，需要绝缘处理，常用惰性气体隔离 电流小，不易生热 易出现高压干扰 易吸附尘土扫描装置滑环电源供电滑环 三相四线制 三相三线制数据传输滑环 可采用LAN连接方式 当采用无线传输方式（如RF、Wifi、BlueTooth等）时，可以无此滑环二、扫描装置结构特点硬件装置的特点vX线管：容量更高，散热效率更高v高压发生器：高频、负反馈稳定输出v探测器：吸收效率更高，稀土陶瓷、纳米、宝石、光子等等v扫描系统：无刷直流伺服电机，悬浮旋转机构，检查床运行平稳快速v控制台与计算机：大内存、高速度、图像标准化（DICOM）、人机对话功能更强、分布式控制无刷直流伺服电机直流电动机的主要优点是调速和起动性能好，旋转转矩大无刷直流电动机结构使其既具有直流电动机的特性，又具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点利用位置传感器和电子控制线路取代电刷和滑环换向器。

二、扫描装置结构特点螺旋CT机扫描架的旋转按32对极直流无刷电动机的原理进行设计位置传感器的任务由旋转变压器完成二、扫描装置结构特点悬浮装置气动悬浮和磁悬浮两种形式二、扫描装置结构特点二、扫描装置结构特点软件v四维成像和四维血管造影v虚拟内镜v多层螺旋插值v同步血管注射计划v全中心扫描方式二、扫描装置扫描参数v螺距（pitch）P： X线管移动一周时，床移动的距离v螺旋因子Pf： 螺距/层厚v螺旋度（helix）(%)：螺旋因子乘以100%二、扫描装置扫描参数P=1P=1.53二、扫描装置扫描参数v螺距（pitch）：增加螺距就增加了扫描的覆盖区域，同时减少了扫描时间，但影像质量也会受到一定程度的影响 当螺距为1时；用于头部的弯曲部分或血管的弯曲部分 当螺距为1.5时，用于胸、腹部、骨盆的扫描很理想 螺距1可以实现快速扫描以消除运动伪影，而且一次憋气就能完成螺旋扫描的数据获取二、扫描装置扫描参数周数（Revolutions）：一次数据采集中X线管旋转的周次；总成像数：一次采集后所有的重建图像数；成像范围：第一层面中点与最后一层面中点之间的距离 螺旋扫描的起点和终点有部分数据收集不完整，图像的重建范围比扫描范围小，计算公式为： 重建长度 =（扫描时间-2）床速 例如：扫描时间24s，床速10mm/s，则重建长度为(24-2)10=220mm二、扫描装置扫描参数v 重建间隔：是重建时相邻两层面的距离，可以在一周内重建出一或多个图像，重建层数主要由层厚和重建间隔决定 当层厚与重建间隔相等时，重建图像的数量计算公式为：重建层数 =（扫描周数-2）1 例如：扫描周数为24周，层厚和间隔均为10mm时，则重建层数为(24-2)+1=23层。

当重建间隔小于层厚时，此时为重叠重建，重建图像的计算公式为：重建层数 =（扫描周数-2）（层厚间隔）1 例如扫描周数24周，层厚10mm，间隔5mm，则重建层数为(24-2)(10/5)+1=45层二、扫描装置扫描参数扫描时间：X线球管旋转一周所需的时间矩阵(matrix)：平面内图像的规则划分CT机上常见的矩阵有： 256256，320320，512512，640640像素(pixel)：构成CT图像的最小单位，矩阵中的一个元素例如：矩阵256256，象素25625665536体素：一定层厚条件下对层面的二维划分（按矩阵划分）后的每个小单元的体积： 体素 = 层厚像素尺寸 层厚变薄时，体积单元减少，探测器上光子将随之减少，为了保证图像质量，就要增加曝光剂量 二、扫描装置螺旋插值覆盖360角的数据用常规方式重建会出现运动伪影用螺旋插值方法从螺旋数据中合成平面数据 合成平面数据最容易的逼近法是把一种“滑动”滤波器用于螺旋数据上形成投影数据 选择需要的数据和确定数据对某一指定位置平面上的贡献程度- z轴加权 对螺旋数据的Z轴加权法称作螺旋内插法(interpolation) 螺旋内插法应具备运动校正功能，或先独立进行运动校正后再采用螺旋内插二、扫描装置螺旋插值常见的螺旋内插器有三种：标准型、清晰型和超清晰型内插方法决定了层面灵敏度曲线(SSP，slice sensitive profile)二、扫描装置z轴分辨力z轴分辨力由层面灵敏度曲线（SSP）的半高宽度（FWHM）决定三、多层螺旋CT多层CT（multi-slice CT，MSCT），与之相对的是单层CT（single-slice CT，SSCT）X线管旋转一周可以获得多个层面的图像因使用多排探测器，曾经被称为多排CT（multi-row detector CT）多层CT的扇形X线束厚度在z轴方向从1cm左右增加到几厘米至十几厘米；今后将会更厚而成为锥形X线束CT（cone beam CT）MSCT层数已可达64层、128层、256层和320层，512层也已应用于临床。

三、多层螺旋CT探测器阵列螺旋CT和多层CT的结构区别在于检测器e.g. 256层CT的检测器：三、多层螺旋CT数据采集通道SSCT仅有一组数据采集通道，而MSCT则有与一周扫描能够生成的图像层数相一致的多组数据采集通道通道组数等于MSCT的层数根据所选层厚的不同，可将探测器的排组合成不同的多组，构成不同的层厚多组数据采集通道在扫描过程中，分别对各自连接的探测器排组合，同时接收X线所产生的电信号来完成数据的采集、输出X线束则采用锥形束(Cone Beam)三、多层螺旋CTX线束三、多层螺旋CT层厚选择方法v探测器排数与螺旋CT层数不一定相等v层厚选择与探测器排中每一排的厚度相关v不是所有层厚均可以选择到螺旋CT层数v探测器的排数大于或等于螺旋CT层数三、多层螺旋CT层厚选择方法三、多层螺旋CT螺距概念三、多层螺旋CT螺距概念三、多层螺旋CT重建算法v优化采样 MSCT通过调整数据采集轨迹来获得信息补偿，并通过调整螺距来缩短采样间隔，在z轴方向上增加采样密度，达到改善图像质量的目的v滤过内插法 指在z轴方向设置一个确定的滤过厚度，优化采样扫描的数据，通过改变滤过波形和厚度来调整层面灵敏度曲线外形、有效层厚及图像噪声。

三、多层螺旋CT新技术发展双源CTv拥有两套X线源和探测器系统，两套系统在机架内成90度排列v机架的最短的旋转时间是0.28s v两套探测器系统大小不等，其中大的探测器可覆盖扫描视野（field of view，FOV）50 cm的范围，小探测器只能覆盖机架中心处26 cm的FOV范围v早期的双源CT，大小探测器都是由40排组成 ，其结构均为中间部分32mm0.6 mm和外围部分8mm1.2 mmv双源CT目前已有128排探测器应用于临床三、多层螺旋CT新技术发展v两个X线管可分别以不同的管电压和管电流进行工作，获得双能量数据，实现能量减影 v相对于单源CT快速扫描时采用的180投影采集，DSCT只需旋转90便可获得180的信息，在任何心率时只用一个心动周期的数据就能实现75ms的时间分辨力三、多层螺旋CT新技术发展双能量探测器v双能量探测器技术由两层探测器加滤线层组成 充分利用X线的谱线宽度 可以进一步向多能量探测器方向延伸 由于增加了滤线层，使一次双能量采集所需的X线剂量有所增加三、多层螺旋CT新技术发展飞焦点利用电磁偏转技术改变X线管中灯丝产生的电子束的偏转轨迹，使X线在阳极靶面的两个或多个位置形成焦点而出射X线 飞焦点技术又可分成横向飞焦点和纵向飞焦点两种 横向飞焦点又称平面内飞焦点，用横向视角表示，记为FFS 纵向飞焦点也称z轴飞焦点，记为zFFS 三、多层螺旋CT新技术发展横向飞焦点使X线束从两个不同的角度进行投影，在不增加X线投射的情况下，将探测器的采样间距缩小了一倍，提高了平面内的成像的空间分辨力 纵向飞焦点也可以使纵向分辨力得到提高，对应两个z轴方向焦点位置，提供了两倍取样，使一排探测器得到了两层影像数据 三、多层螺旋CT新技术发展飞焦点的应用三、多层螺旋CT新技术发展CT透视v设备架旋转360采集第一幅横断面图像，以后连续扫描，每旋转60的图像数据，替代前一幅图像中同一位置60内的原扫描数据重建一幅图像，如此往复循环。

v高速的图像重建采用了不同的图像重建算法，实时CT透视连续扫描不采用内插法，所以运动伪影在所难免v为了加快速度，图像重建采用256256矩阵v图像的显示通常采用电影显示模式，显示分辨力可以是512512或10241024三、多层螺旋CT新技术发展其他快速管电压切换：0.5ms切换高压，实现双能采集，为能谱技术应用提供新的方案新型探测器：提高探测效率和减小响应时间，代表性有宝石结构探测器、纳米探测器、光子探测器、石榴石探测器等高清晰度成像：10241024成像矩阵迭代重建技术：采用迭代算法进行图像重建，可以在低剂量条件下获得较好的图像三、多层螺旋CT新技术发展。