CT成像原理與設(shè)備

1、CT成像原理與設(shè)備-CT成像基礎(chǔ) (一CT的成像原理與方式nhg影像園XCTMR.comCT與常規(guī)X線攝影一樣，它的成像也是利用了X線的原理。X線穿過(guò)人體各組織后會(huì)發(fā)生衰減，主要是因?yàn)槟芰勘晃?同時(shí)也有散射的緣故。不同的組織會(huì)有不同衰減系數(shù)，也就是說(shuō)不同的組織會(huì)有不同的X線衰減程度，而所有的應(yīng)用X線的成像技術(shù)和模式都是以此為基礎(chǔ)的。目前所應(yīng)用的投影方式X線成像技術(shù)可分為兩類，模擬成像和數(shù)字成像，CT則是應(yīng)用數(shù)字成像的典型。nhg影像園XCTMR.com1數(shù)字成像所謂數(shù)字成像實(shí)際上就是將模擬信號(hào)數(shù)字化，也就是把連續(xù)變化的模擬曲線變化給予相應(yīng)的具體值，形成離散而非連續(xù)的數(shù)字值。這些數(shù)字

2、以行和列的排列形式組成數(shù)字矩陣，然后將數(shù)字矩陣轉(zhuǎn)化為可視圖像的像素矩陣，每個(gè)像素根據(jù)數(shù)字矩陣中相應(yīng)的數(shù)字以不同的亮度(即灰階表現(xiàn)出來(lái)。nhg影像園XCTMR.com在X線數(shù)字成像中，一種是模擬圖像數(shù)字化；另一種是將獲得信息由模擬量直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字(模數(shù)轉(zhuǎn)換量，然后成像，如CR和DR。CT和這些數(shù)字成像又有所不同，并非直接測(cè)量而是經(jīng)過(guò)不同方式的計(jì)算方法使每個(gè)像素?cái)?shù)字化，是個(gè)間接過(guò)程。nhg影像園XCTMR.com與模擬成像相比，數(shù)字成像的優(yōu)勢(shì)很多，可以進(jìn)行高保真的存儲(chǔ)(磁帶及光盤和傳輸(電纜、電話及衛(wèi)星，并且隨時(shí)可以高保真的調(diào)閱，這是膠片存儲(chǔ)所不及的。可以進(jìn)行圖像后處理(改變對(duì)比度、灰階和圖像大小

3、，計(jì)算距離、面(體積、測(cè)量像素或感興趣區(qū)的密度值以及二維三維甚至四維的圖像重建；軟組織對(duì)比度分辨力(密度分辨力也明顯高于模擬成像，它的不足之處是空間分辨力較模擬圖像低得多，目前最多為1024x 1024矩陣。nhg影像園XCTMR.com2CT掃描模式nhg影像園XCTMR.com(1斷層掃描CT的X線球管發(fā)出的X射線與常規(guī)x線攝影的不同，在準(zhǔn)直器的作用下，X射線呈有一定厚度的筆形或扇形束穿過(guò)相同厚度的人體斷層，到達(dá)對(duì)面替代常規(guī)X線攝影中膠片感光顆粒和熒光屏作用的檢測(cè)器(detector，檢測(cè)器的作用是將穿過(guò)人體不同組織后衰減的X線的強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成不同電流強(qiáng)度的電信號(hào)通過(guò)輸送電纜送人計(jì)算機(jī)。這個(gè)X

4、線束用不同的運(yùn)動(dòng)方式(直線或旋轉(zhuǎn)以脈沖形式依次從不同投射角度穿過(guò)人體的同一解剖斷層，檢測(cè)器將所得數(shù)據(jù)依次送人計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)計(jì)算出這一斷層矩陣中每一個(gè)像素的密度值(CT值組成數(shù)字矩陣再以灰階形式顯示在監(jiān)視器上。一個(gè)斷層掃描完畢，掃描床移動(dòng)使另一個(gè)斷層對(duì)準(zhǔn)x線束再進(jìn)行掃描。螺旋掃描出現(xiàn)之前所有的CT機(jī)器都是這一種掃描方式，螺旋掃描問(wèn)世后將這種斷層掃描方式稱為常規(guī)CT掃描以與螺旋掃描相區(qū)分。nhg影像園XCTMR.com 斷層掃描主要有以下三種運(yùn)算方法：反投影法(back projection，亦稱綜合法(summation method；迭代法(interactive methods，

5、包括代數(shù)重建法(algebraic reconstruction、逐線校正法(ray -by -ray correction、逐點(diǎn)校正法(point- by -point correction；解析法(analytic methods，包括二維傅立葉轉(zhuǎn)換法(two-dimensional Fourier analysis、濾波反投影法(filtered back-projection和褶積反投影法(convoluted back-projection 。在上述三種重建方法中，由于運(yùn)算量較小、圖像質(zhì)量較高，解析法的使用最多。nhg影像園XCTMR.com(2螺旋掃描：滑環(huán)技術(shù)是上世紀(jì)70年代末開(kāi)

6、始采用的新技術(shù)?；h(huán)時(shí)代之前，含有X線球管的旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分之間的饋電和信號(hào)傳輸是靠電纜來(lái)完成的，電纜的有限長(zhǎng)度限制了球管的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使球管的運(yùn)動(dòng)只能是雙向往返式，無(wú)法向一個(gè)方向進(jìn)行連續(xù)掃描。所謂滑環(huán)裝置，就是用類似發(fā)電機(jī)上碳刷作為旋轉(zhuǎn)部分，帶有凹槽的滑環(huán)作為固定部分，代替電纜來(lái)進(jìn)行固定部分與旋轉(zhuǎn)部分之間的饋電和信號(hào)傳輸。省卻了電纜，使球管可以向一個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。nhg影像園XCTMR.com螺旋掃描是在滑環(huán)技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的掃描方式。掃描過(guò)程中，X線球管圍繞機(jī)架連續(xù)旋轉(zhuǎn)曝光，曝光的同時(shí)檢查床同步勻速移動(dòng)，探測(cè)器同時(shí)采集數(shù)據(jù)，由于掃描軌跡呈螺旋線，故稱螺旋掃描。螺旋掃描的特點(diǎn)

7、是將傳統(tǒng)常規(guī)CT的二維采集數(shù)據(jù)發(fā)展為三維采樣。這種采樣完全不同于常規(guī)CT的采樣，常規(guī)CT中采樣時(shí)患者(檢查床靜止不動(dòng)，因而是一次二維采樣。采樣完成后檢查床運(yùn)動(dòng)一段距離，再進(jìn)行另一層面的二維采樣。兩次采樣之間存在間隔。螺旋掃描則不同，球管連續(xù)旋轉(zhuǎn)曝光的同時(shí)，檢查床也在勻速運(yùn)動(dòng)，直至掃描完預(yù)定范圍，由于掃描的軌跡呈螺旋狀，所以稱之為螺旋掃描。螺旋掃描是整個(gè)掃描區(qū)域連續(xù)不問(wèn)斷的三維采樣，又稱為容積或體積采樣，然后自三維數(shù)據(jù)中再重建出二維斷層圖像。所以螺旋掃描又稱體積或容積掃描(volume scanning，這種采樣為數(shù)據(jù)的后處理帶來(lái)了更大的靈活性。由于螺旋掃描的軌跡呈螺旋狀，與常規(guī)CT的掃描方式不

8、同，掃描一周的起點(diǎn)與終點(diǎn)不在同一點(diǎn)上，這樣在圖像重建時(shí)采用的方法亦不同，它采用的是內(nèi)插法，又稱差補(bǔ)法(interpolation。nhg影像園XCTMR.com螺旋掃描與常規(guī)斷層掃描相比，有兩大優(yōu)勢(shì)。第一是“快”，即掃描速度快。例如常規(guī)斷層掃描一個(gè)掃描周期大約10秒，如果掃描范圍為100mm，層厚為lOmm，全部掃描時(shí)間需要100秒。如果用螺旋掃描，旋轉(zhuǎn)一周為1秒，螺距為1，層厚和掃描范圍不變，僅僅需要10秒，快了10倍。因此螺旋掃描可以大大縮短患者的檢查時(shí)間，患者免去長(zhǎng)時(shí)間平臥在檢查床上的痛苦和長(zhǎng)時(shí)間的待診帶來(lái)的煩惱?！翱臁边€可以使整個(gè)掃描區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描成為現(xiàn)實(shí)，而常規(guī)CT只能在一或幾

9、層內(nèi)完成動(dòng)態(tài)掃描，這就為許多病變的診斷與鑒別診斷帶來(lái)更多更有意義的信息。“快”還能在允許的掃描時(shí)間內(nèi)覆蓋更長(zhǎng)的范圍，例如可以一次屏息完成肝、胰腺甚至腎臟的掃描。螺旋掃描的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是“容積數(shù)據(jù)”，由于孔徑的限制，CT掃描只能獲得人體的橫斷層解剖圖像，前后左右的關(guān)系十分明了。但是上下解剖關(guān)系的顯示始終是CT的缺陷。“容積數(shù)據(jù)”可以在工作站上進(jìn)行圖像后處理，重組成高質(zhì)量的冠狀、矢狀、斜位甚至曲面圖像，彌補(bǔ)了只能橫斷掃描的缺陷。還可以進(jìn)行三維圖像的重建，使我們能夠立體地觀察病變。常規(guī)CT在胸腹部掃描中常常遇到一個(gè)難題，即患者無(wú)法做到每次屏息的呼吸幅度完全一致，雖然掃描床的移動(dòng)非常精確，實(shí)際獲得的每?jī)?/p>

10、層面之間縱軸方向的連續(xù)性很差，對(duì)于較小的病灶很容易在兩次掃描之間漏掉。這是實(shí)際應(yīng)用中非常令人頭痛的事?！叭莘e采樣”是在一次屏息中獲得的連續(xù)數(shù)據(jù)，不會(huì)再產(chǎn)生上述問(wèn)題。(二CT設(shè)備nhg影像園XCTMR.com1.掃描部分nhg影像園XCTMR.com(1高壓發(fā)生器：它的作用是為X球管產(chǎn)生X線提供穩(wěn)定的直流高壓，CT、球管大約需要120140kV的直流高壓。隨著各種技術(shù)的發(fā)展，高壓發(fā)生器的性能越加穩(wěn)定，體積亦越來(lái)越小。早些時(shí)候的常規(guī)X-CT、及高壓滑環(huán)CT的高壓發(fā)生器位于掃描架(gantry之外，對(duì)其體積的要求不是很高。而具備螺旋掃描功能的低壓滑環(huán)CT則需配備放置在掃描架之內(nèi)的小巧的高頻高壓發(fā)生器

11、。nhg影像園XCTMR.com(2X線球管：作用是發(fā)射X線。nhg影像園XCTMR.com(3準(zhǔn)直器：準(zhǔn)直器是位于球管前方，通過(guò)可調(diào)節(jié)窗口決定X線寬度的裝置，使X線呈有一定厚度的扇形束狀，調(diào)節(jié)窗口的寬度可變換X線束的厚度，決定掃描的層厚。nhg影像園XCTMR.com(4探測(cè)器：它的作用是接收衰減后的X線并將其轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)。新代的固體探測(cè)器已有開(kāi)發(fā)，如稀土陶瓷探測(cè)器轉(zhuǎn)換率高達(dá)9999，余輝也非常短，適合高速掃描的要求。nhg影像園XCTMR.com(5掃描架和掃描床：掃描架內(nèi)裝沿軌跡運(yùn)動(dòng)的X線球管，球管對(duì)面是成排的探測(cè)器(或與球管同時(shí)運(yùn)動(dòng)，或固定在掃描架上，二者之間是掃描孔，球管(或與探測(cè)

12、器一起圍繞掃描孔旋轉(zhuǎn)并發(fā)射X線，對(duì)位于掃描孔內(nèi)的被掃描物體進(jìn)行掃描。常規(guī)CT及高壓滑環(huán)CT、掃描架內(nèi)不裝備高壓發(fā)生器，而低壓滑環(huán)CT則要將小巧的高壓發(fā)生器安裝在掃描架內(nèi)的旋轉(zhuǎn)部分。掃描床上載被掃描物體，可作垂直和平行兩相運(yùn)動(dòng)，掃描時(shí)調(diào)整好高度，并將被掃描物體送人掃描孔，到達(dá)預(yù)定掃描位置。斷層掃描時(shí)，掃描床固定不動(dòng)，掃描間隙移動(dòng)到下一層掃描位置。螺旋掃描時(shí)，掃描床勻速前進(jìn)或后退。掃描床的要求一是移動(dòng)精度，目前最先進(jìn)掃描床的移動(dòng)精度可達(dá)0.5mm。另一要求是舒適程度。nhg影像園XCTMR.com2計(jì)算機(jī)部分  CT機(jī)具有兩個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一是主計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一是陣列處理器。計(jì)算機(jī)部分是CT

13、的“心臟”，承擔(dān)著如下任務(wù)：掃描程序的控制；信號(hào)的接收和處理；圖像的重建以及圖像的后處理。硬件的配置要求盡量快的計(jì)算速度和盡量大的容量，以用最快的速度計(jì)算出高質(zhì)量的圖像。nhg影像園XCTMR.com3圖像顯示及存儲(chǔ)部分nhg影像園XCTMR.com(1顯示器：用于CT圖像的顯示，目前已采用高分辨力的大屏幕彩色監(jiān)視器，以適應(yīng)高分辨力圖像，很多新的CT已經(jīng)采用高質(zhì)量的液晶顯示屏幕，使得監(jiān)視器變得更薄、更輕便。nhg影像園XCTMR.com(2存儲(chǔ)器：重建圖像的暫時(shí)存儲(chǔ)一直是硬盤存儲(chǔ)，有利于隨時(shí)調(diào)閱及圖像后處理。現(xiàn)在多用磁光盤或小型磁帶作為永久存儲(chǔ)。nhg影像園XCTMR.com(三操作控制部分n

14、hg影像園XCTMR.com1在控制臺(tái)上可以進(jìn)行掃描范圍的確定，各種掃描條件(層厚、間隔、kV、MAS及視野和掃描方式(常規(guī)或螺旋的選擇。nhg影像園XCTMR.com2圖像后處理，包括圖像的調(diào)閱及圖像的后處理，如各種二維及三維重建，各種血管成像以及CT值和距離、面積的測(cè)定，窗寬窗位的調(diào)節(jié)等。可以將圖像轉(zhuǎn)輸?shù)姜?dú)立工作站去處理，獨(dú)立工作站具有另一臺(tái)圖像處理計(jì)算機(jī)，可以獨(dú)立進(jìn)行各種圖像后處理，不再會(huì)影響掃描。nhg影像園XCTMR.com3照相系統(tǒng)(四多層螺旋CTnhg影像園XCTMR.com1原理與構(gòu)造特點(diǎn)nhg影像園XCTMR.com(1縱軸多排探測(cè)器：?jiǎn)螌勇菪鼵T的Z軸方向只有一排探測(cè)器，多

15、層螺旋CT改變?yōu)榫哂卸?264組排探測(cè)器陣列，不同廠家的探測(cè)器排數(shù)和構(gòu)造不同。nhg影像園XCTMR.com(2錐形X線束：?jiǎn)螌勇菪ㄟ^(guò)準(zhǔn)直器后的x線束為薄扇形，因?yàn)閷?duì)面z軸方向只有一排探貝4器接收信號(hào)，所以，x線束的寬度等于層厚。多層螺旋由于對(duì)面z軸方向是具有多個(gè)通道的多排探測(cè)器，X線束的寬度等于多(264個(gè)層厚之和，改變?yōu)殄F形X線束，最厚可達(dá)40mm。提高了X線利用率。nhg影像園XCTMR.com(3多個(gè)數(shù)據(jù)采集通道：?jiǎn)螌勇菪齼H有一組通道采集數(shù)據(jù)，目前的多層螺旋則根據(jù)層厚的不同把多排探測(cè)器組合成不同的若干組，目前最多可以達(dá)到64組輸出通道。64組通道在掃描過(guò)程中，同時(shí)分別對(duì)各自連接的探測(cè)

16、器接收的X線所產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行采集、輸出。nhg影像園XCTMR.com(4球管旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多幅圖像：?jiǎn)螌勇菪粋€(gè)旋轉(zhuǎn)周期只能獲得一幅圖像，目前的多層螺旋一個(gè)采樣周期可獲得264幅圖像。nhg影像園XCTMR.com2多層螺旋CT的優(yōu)勢(shì)nhg影像園XCTMR.com(1降低球管消耗：常規(guī)和單層螺旋C'I、球管旋轉(zhuǎn)一周僅能獲得一幅圖像。多層螺旋CT球管發(fā)射同等量的x射線，可以獲得264層圖像，使得x線的利用率提高到單層掃描的264倍。nhg影像園XCTMR.com(2覆蓋范圍更長(zhǎng)：由于探測(cè)器側(cè)具有464個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，使用同樣的層厚、同樣的掃描時(shí)間，使在一次屏息內(nèi)完成更長(zhǎng)范圍的掃描成

17、為可能。目前64層螺旋可在20秒左右，以亞毫米的薄層，完成自胸廓上口到恥骨聯(lián)合整個(gè)軀干的掃描。nhg影像園XCTMR.com(3檢查時(shí)間更短：多層螺旋則使掃描時(shí)間又進(jìn)一步縮短。在保持原來(lái)的層厚，覆蓋原來(lái)一樣的長(zhǎng)度，相當(dāng)于同樣螺距的條件下，掃描時(shí)間明顯縮短。64層CT可以在10秒以內(nèi)完成亞毫米層厚的肝臟掃描。64排CT可以在5秒內(nèi)完成0625毫米層厚的心臟掃描。nhg影像園XCTMR.com(4掃描層厚更?。河捎诰哂?64個(gè)數(shù)據(jù)采集通道，可以在一次屏息掃描中，同樣的掃描時(shí)間，保持原來(lái)覆蓋長(zhǎng)度的條件下，采用更薄的層厚完成檢查，大大提高了Z軸方向的空間分辨力。nhg影像園XCTMR.com(5圖像后處理功能更強(qiáng)：多層CT多采用更薄的層厚進(jìn)行檢查，增加了Z軸方向的空間分辨力，可以達(dá)到各向同性掃描。使我們?cè)趻呙韬蟮膱D像后處理工作中獲得空間分辨力明顯提高的各種重組或重建圖像。nhg影像園XCTMR.com(五電子束CT(electronic beam CT，EBCTnhg影像園XCTMR.com1原理與構(gòu)造特點(diǎn) 又稱超高速CT(ultrafast CT，UFCT。它的結(jié)構(gòu)與常規(guī)(第三、四代CT有很大不同。X線的產(chǎn)生做了重大改革，不是用普通的旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極球管，而是采用先進(jìn)的電子束技術(shù)，從陰極的電子槍發(fā)出電子束并加速形成高能