1、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。,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330个。每次扫描后的旋转角由10提高至30300。,各代CT,第三代CT机有较宽的扇形角
2、(30045 0)，可包括整个被扫描体截面，探测器数目极大地增加了。 扇形角宽( 扇角为300450), 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,第三代(旋转一旋转方式),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，,各代CT,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:
3、闪烁晶体: 硅光电二极管 扫描时间:50ms; 最快扫描速率:17次/S,电子束CT技术性能,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。,CT扫描成像基础,单能谱X射线束通过密度均匀的物体,I0入射X线强度 I穿过物体后X线 强度 X线衰减系数 d组织厚度,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
4、，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 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,a. 扫描机架； bX射线发生器装置； c扫描检查床； d控制台 e计算机图像处理系统。,一、CT一般有下列基本部件组成,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
5、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。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,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。
6、（P139）,准直器,CT扫描成像系统,滤过器 CT扫描机中滤过器的作用: 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。,探测器 气体探测器 固体探测器,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
7、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 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。,探测器,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,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
8、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。,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 AD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 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
9、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。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。,标准电压,模拟输入,开关,积分器,比较器,控制门,时钟,计数器,双积分式模数转换器,2、逐次逼近式ADC：Vin与一个推测信号V1相比较，根据V1是
10、大或小，来决定减小还是增大V1。以便向Vin逼近。当V1Vin，向ADC输入的数字即为对应的模拟输入的数字。,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V1Vin，向ADC输入的数字即为对应的模拟输入的数字。,数模转换器,控制门,比较器,模拟输入,时钟,移位寄存器,输出锁存器,逐次逼近式模数转换器,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1000m
11、m。 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,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 CT计算机的特点1、足够大的内存空间
12、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,数据采集,图像重建,图像显示,监视器,图像合成,图像像是缓存,图像缓存,重建运算,原始数据存储,前置放大,控制计算机,数据存储,计算机系统框图,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平行线束转换；滤过处理；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；和操作台上设定的滤波函数 3、反投影计算
13、：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,水补正 数据,校正系数,各种修正,卷积,滤波函数,定位数据,反投影,R,图像缓存,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：可靠性高；灵活性高；经济性好。
14、,系统总线,扫描控制器,数据电缆,扫描架,扫描床,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,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 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
15、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。 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 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,CT真好!,但仍然存在很多问题.,第四节 螺旋CT,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
16、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。,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：
17、1传导设备操作与控制信号的低压环。2供X射线球管与变压器电源的电源环。3向探测器输入输出数据的数据环。,高压滑环用滑环技术将高压电馈入机架供给X线管产生X线。旋转的高压滑环装在充满绝缘或惰性气体的密闭室内。,螺旋CT,低压滑环以低电压馈电的方式，称为“低压滑环”。由外界将数百伏的直流电输入到扫描机架内，容易实现良好的绝缘，数据的传输性能也很稳定。,低压滑环低压滑环的电流很大，要求碳刷与集流环接触电阻要非常小，集流环常采用电阻率非常低的材料制作。要求发生器体积小、重量轻、功率大。 所以发生器普遍采用中高频逆变技术， 它是低压滑环技术的关键。,螺旋CT,组合式X射线发生装置:X射线管、高压发生器、
18、逆变器等组合在一起。 当代高频技术成果在X射线发生装置中的应用。,螺旋CT,低压滑环优点:对绝缘要求不高,安全、稳定、可靠，工艺要求和制作成本相对较低，所以被大多数CT厂家所采用。低压滑环的不足: 增加了旋转部分的重量、旋转力矩和离心力，给扫描速度的提高带来一定的困难。,扫描方式的实现 1、硬件装置的特点 1）X线管：高速、大管电流输出、连续扫描对X线管阳极的热容量和管壳的散热性能必须提高。金属陶瓷X线管，将阳极转轴变为螺旋槽形式，螺旋槽和管壳之间加入液态金属散热。动态飞焦点、多扇面技术，使X线管受热均匀，数据采集量增加。 2）探测器：多采用稀土陶瓷探测器，提高了稳定性。多排固体探测器的使用使
19、扫描速度增加多倍。 3）机架与检查床：人机工程技术，更便捷、舒适。扫描范围加大。定位精度更高、平移更稳定。 控制台与计算机：高速大容量、实时处理和显示。显示矩阵大。操作简洁方便，大内存、大硬盘。接口趋向标准，兼容性好。,软件的特殊性 螺旋扫描属体积扫描技术，应用三维多组织软件包，可同时使用不同的颜色来区分不同的组织，三维图像更逼真细致。智能扫描、最大强度投影、最小强度投影等技术。,螺旋扫描参数 1、一般参数 数据采集：单次螺旋扫描中被扫描的整个体积数据。 周数（N）：一次数据采集中X线管的旋转周次。 层厚（a）：由准直器设定的X线束的厚度。 螺距（P）：X线管旋转一周，扫描床移动的距离。 螺旋
20、因子（Pf）：螺距除以层厚或探测器准直宽度。 成像范围（D）：一次采集中，成像的第一层中点到最后一 层中点的距离。 成像间隔（d）：连续两张重建图像的层面中心点间的距离。 即螺距除以每周成像数。 床移动范围：一次采集中扫描床长轴方向移动距离之和。,螺距 螺旋因子：CT中的螺旋因子是一无单位参数，是螺距与层厚相除所得因子（螺距与层厚之比），有它来确定螺距。常选为1、1.5、2。也有小于1的。0.5、0.75 螺旋度：螺旋因子乘以100%。 螺距=螺旋因子层厚 每周成像数=螺距/成像间隔 总成像数：一次采集后所有的重建图像数 总成像数数据获取周数每周成像数1,螺旋插值（P127）常规重建会出现运动
21、伪影；为了消除伪影，同时为了重建扫描体积中任意位置的图像，必须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，是采用一种“滑动”滤波器于螺旋数据上形成投影数据，它仅选择需要的数据和界定数据对某一位置平面上的反应程度度，也就是一种卷积运算。对螺旋数据的Z轴加权处理。这种方法叫螺旋内插法。 具有这种加权功能的部件叫螺旋内插器 通常采用三种不同的螺旋内插器：标准型、清晰型、超清晰型。,Z轴分辨力（P127） 层厚、螺距、螺旋内插器的选择，不同的层厚，不同的螺距，选择不同的内插器。,Z,轴分辨率,多层面螺旋CT机 MSCT一. 概述从扇形线束扫描演变到锥形线束扫描是今后CT机发展的一个重要方向,
22、主要特征是探测器采用2D分布。,多层面CT机的2D探测器分布,多层面螺旋CT机,多层面螺旋CT(MSCT: Multi slice CT)是指X射线球管每转一 周( 360O )就可同时获得多层图像的螺旋CT。MSCT采用锥形线束扫描,使图像 纵向分辨率的大辐提高为获得各 向同性的图像创造了条件，基本 消除了部分容积效应伪影和阶梯 状伪影，加上强大的图像处理功 能，为CT在心脏血管等器管组识 的临床应用上开辟了新的天地。,多层面螺旋CT机,二、性能与技术特点 探测器和锥形线束多层螺旋CT的关键性突破是以多列的宽体探测器阵列来取代单层螺旋CT中的单列探测器。,多层螺旋X线-CT探测器阵列中最薄阵
23、列的探测器宽度即决定了最薄的采集层厚。,单层螺旋CT与多层螺旋CT的比较,等宽的探测器阵列 不等宽的探测器阵列,探测器的阵列,螺旋因子概念 定义：螺距除以成像层数与每排探测器准直宽度之积。螺旋因子=螺距/（成像层数探测器准直宽度） 螺旋因子的可选择性：可选择高图像质量（HQ）模式和高速（HS）模式。 HQ模式通过优化采样，提高Z轴空间分辨力，提高图像质量；HS模式通过提高床移速度，缩短扫描时间。,层面选择MSCT中，不同的滤过宽度（FW）影响重建层面的厚度；螺距可影响层面灵敏度曲线SSP，进而影响有效层面厚度。螺距越大，有效层面厚度越宽。除最小层厚取决于最小探测器宽度外，MSCT的层厚可通过探
24、测器拍的组合来获得不同的层厚。（两排0.625mm的探测器可以组合成1.25mm的层厚。,重建算法 1、优化采样扫描： 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轴上增加采样密度。 2、滤过内插法： 在Z轴方向设置一个确定的滤过宽度，优化采样扫描的数据，通过改变滤过波形和宽度，来调整层面灵敏度曲线外形、有效层厚及图像噪声。,应用特点MSCT能将常规CT的三个相互制约的因素，即分辨力、覆盖面和速度有机结合起来，根据需要，选择开启中央小部分、较大部分、或全部探测器排。 MSCT的优点：1）扫描速度快2）X线管损耗小3）空间分辨力高4）采集信息量大5）降低对比剂用
25、量 MSCT两大特征：1）一次扫描可得到重建不同层厚CT图像的数据2）成像速度快，能包容较大范围进行溶剂扫描,新技术进展 1、双源CT技术：拥有两套X线源和探测器系统，呈90排列。两套探测器系统大小不等。可同时或分别工作；可同时进行不同管电压的扫描 ，获得两种能量数据；大大提高时间分辨率。 2、双能量探测器技术：由多层探测器和滤线层组成，能充分利用X线的谱线宽度，同时探测低能和高能X线，而不需要两次或两只X线管发射X线。 3、飞焦点技术：在扫描过程中，利用电磁偏转技术改变X线管中电子束的偏转轨迹，使X线在阳极靶面的两个或多个位置形成焦点而射出X线。横向焦点、纵向焦点。,多层螺旋CT的发展 双能CT,多层螺旋CT的发展,五.软件升级的简易性目前,多层面CT机处于全面发展阶段。相比硬件设计方面的变化,软件的变更和升级会更迅速。随着临床使用经验的丰富，各类临床的应用将更加明朗化。某些生产厂家在多层面CT机中备有升级到更高一级多层面CT机的选项。,谢 谢!,
