參考課件——X線計(jì)算機(jī)體層成像設(shè)備

1、 第七章 X線計(jì)算機(jī)體層設(shè)備理論12學(xué)時(shí) 實(shí)踐 4 學(xué)時(shí)提要第一節(jié) 概述 第二節(jié) 掃描系統(tǒng)第三節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、圖像顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)第四節(jié) 螺旋CT 第四節(jié) CT的使用與維護(hù)第一節(jié) 概述一、原理回顧二、發(fā)展簡(jiǎn)史三、基本組成一、原理回顧一、原理回顧掃描灰度分布衰減系數(shù)uU值二維分布矩陣投影X線CT的問世被認(rèn)為是繼倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來(lái)工程界對(duì)醫(yī)學(xué)診斷的又一劃時(shí)代貢獻(xiàn)，Hounsfield和Cormack共同獲得了諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 二、發(fā)展簡(jiǎn)史五代CT發(fā)展歷程第一代 單束平移旋轉(zhuǎn)第二代 窄扇形束平移旋轉(zhuǎn)第三代 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)第四代 靜止旋轉(zhuǎn)第五代 靜止靜止五代CT的掃描方式：二、發(fā)展簡(jiǎn)史某第三代CT的外觀圖

2、依據(jù)外觀，第三代CT主要由操作臺(tái)、掃描床、掃描架、高壓發(fā)生器、電源和控制機(jī)柜、計(jì)算機(jī)與存儲(chǔ)器等組成。 三、基本組成螺旋CT外觀上的基本組成:p 電源柜p 掃描床p 掃描架p 操作臺(tái)掃描床掃描架電源柜操作臺(tái)三、基本組成CT機(jī)基本組成：p 掃描系統(tǒng)（X線管、探測(cè)器和掃描架等）p 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)（數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、運(yùn)算等）p 圖像顯示、存儲(chǔ)系統(tǒng)CT基本組成方框圖 X線管準(zhǔn)直器 探測(cè)器高壓發(fā)生器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換器圖像顯示存儲(chǔ)系統(tǒng) 顯示器 激光相機(jī) 光盤存儲(chǔ) 工作站掃描架三、基本組成第二節(jié) 掃描系統(tǒng)一、 X線發(fā)生裝置二、 準(zhǔn)直器和濾過(guò)器三、 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四、 掃描架和掃描床CT用X線管 要求大功率、高熱容量，長(zhǎng)

3、時(shí)間連續(xù)掃描，為提高其連續(xù)負(fù)荷能力，要求具有很高散熱率。散熱方式p 油循環(huán)風(fēng)冷卻散熱p 陽(yáng)極直冷式X線管p 陽(yáng)極接地X線管p 飛焦點(diǎn)技術(shù)X線管一、X線發(fā)生裝置 X線管油循環(huán)風(fēng)冷卻散熱一、X線發(fā)生裝置陽(yáng)極直冷陽(yáng)極直冷飛焦點(diǎn)飛焦點(diǎn)陽(yáng)極接地陽(yáng)極接地CT用高壓發(fā)生器結(jié)構(gòu)：高壓變壓器、燈絲變壓器、高壓整流器等組成CT對(duì)高壓（管電壓）的穩(wěn)定度要求很高。一般采用閉環(huán)控制的方法穩(wěn)定管電壓和管電流，減小與設(shè)定值之間的偏差。一、X線發(fā)生裝置 高壓發(fā)生器閉環(huán)控制方法：從高壓次級(jí)回路取一取樣電壓，與參考電壓進(jìn)行比較，所得差值反饋給高壓變壓器驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)時(shí)調(diào)整輸出管電壓值，當(dāng)取樣電壓等于參考電壓時(shí)，表示實(shí)際管電壓值等于

4、設(shè)定值。管電壓設(shè)定值決定參考電壓的大小。 比較器 差值放大 高壓 驅(qū)動(dòng)電路 高壓 變壓器高壓輸出參考電壓參考電壓取樣電壓取樣電壓管電壓閉環(huán)控制原理圖一、X線發(fā)生裝置 高壓發(fā)生器種類：p 靠近x線管端的前準(zhǔn)直器p 靠近探測(cè)器端的后準(zhǔn)直器作用：p 前準(zhǔn)直器控制橫斷面成像的掃描層厚度p 后準(zhǔn)直器使探測(cè)器只接收垂直入射的X線CT用準(zhǔn)直器二、準(zhǔn)直器和濾過(guò)器準(zhǔn)直器一般用鉛或含少量銻、鉍的鉛合金等材料制成。為有效利用X線，探測(cè)器孔徑寬度要略大于后準(zhǔn)直器狹縫寬度，前后準(zhǔn)直器位置必須精確對(duì)準(zhǔn)，否則會(huì)產(chǎn)生條狀偽影。X線管線管濾過(guò)器濾過(guò)器前前準(zhǔn)準(zhǔn)直直器器后后準(zhǔn)準(zhǔn)直直器器探測(cè)器探測(cè)器準(zhǔn)直器的位置二、準(zhǔn)直器和濾過(guò)器濾過(guò)

5、器在X線管和探測(cè)器之間，形狀設(shè)計(jì)成楔形。濾過(guò)器的尺寸根據(jù)掃描野大小決定。探測(cè)器濾過(guò)器濾過(guò)器的形狀和位置二、準(zhǔn)直器和濾過(guò)器濾過(guò)器目的：p吸收低能X線，減小X線能量變化范圍, 使X線束平均能量升高p使穿過(guò)濾過(guò)器和受檢者的透射X線束的能量分布達(dá)到均勻硬化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DAS，是掃描系統(tǒng)的重要組成部分。結(jié)構(gòu)：探測(cè)器和數(shù)據(jù)處理裝置組成。作用：測(cè)量投射X線束，并將測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，送往計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)特性:效率、穩(wěn)定性、響應(yīng)時(shí)間、準(zhǔn)確性、一致性種類：p 氣體探測(cè)器p 固體探測(cè)器閃爍探測(cè)器、稀土陶瓷探測(cè)器探測(cè)器是一種能將X線能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。CT用探測(cè)器有許多性能相同的

6、探測(cè)器單元排列成的陣列，每個(gè)探測(cè)器單元對(duì)應(yīng)一細(xì)束X線，并將該束X線的輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成一定大小的電信號(hào)。三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS電信號(hào)電信號(hào) 氙氣探測(cè)器氙氣探測(cè)器X-ray氣體電離室探測(cè)器工作原理： 當(dāng)X線進(jìn)入探測(cè)器時(shí)，極板間的氙氣被電離形成帶電離子，在電場(chǎng)作用下，帶電離子形成電流，該電流在外電路電阻中產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)，輸送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。氣體電離室探測(cè)器三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)閃爍晶體探測(cè)器工作原理：當(dāng)X線照射到閃爍晶體，能發(fā)出與x線照射強(qiáng)度成正比的熒光，熒光經(jīng)過(guò)光導(dǎo)傳給光電倍增管的光電陰極上，使熒光變成光電子，經(jīng)加速聚焦后，在陽(yáng)極輸出一個(gè)電壓信號(hào)，輸送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。DAS電信號(hào)電信號(hào)光電倍增管光電倍增

7、管X-ray閃爍晶體閃爍晶體熒光熒光閃爍晶體探測(cè)器三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)光電倍增管是一種電真空器件，直徑約2530mm，截面為圓形或六角形，內(nèi)有一個(gè)光電陰極、一個(gè)聚焦極、多個(gè)倍增極和一個(gè)陽(yáng)極。光電陰極是光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分，具有光電效應(yīng)，能接受光子而釋放出光電子，釋放光電子的數(shù)量正比于接受的光子。倍增極對(duì)光電陰極射來(lái)的光電子具有數(shù)目放大作用。陽(yáng)極是最后收集電子并輸出信號(hào)的電極。光電陰極光電陰極DD1D2D3D4倍增極倍增極陽(yáng)極陽(yáng)極閃閃 爍爍 晶晶 體體 X線線光電倍增管三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)光電二極管式閃爍探測(cè)器工作原理：來(lái)自閃爍晶體的熒光經(jīng)透鏡聚焦后，照射在PN結(jié)上，PN結(jié)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)而形成電流，電流

8、大小與光照強(qiáng)度成正比。光電二極管基本結(jié)構(gòu)閃爍晶體X線線熒光熒光P N透鏡透鏡外殼外殼絕緣體絕緣體電流輸出電流輸出光電二極管電路符號(hào)+-三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)特點(diǎn)：p X線利用率可達(dá)99p 光電轉(zhuǎn)換率高p 與光電二極管的響應(yīng)范圍匹配最好p 余輝更小p 穩(wěn)定性更高p 容易進(jìn)行較小分割，制作成密集探測(cè)器陣列稀土(貴金屬)陶瓷探測(cè)器：用摻雜稀土金屬的透明光學(xué)陶瓷與光電二極管配合來(lái)構(gòu)成探測(cè)器。三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)氣體探測(cè)器和固體探測(cè)器的優(yōu)缺點(diǎn)比較：特性、種類特性、種類氣體探測(cè)器氣體探測(cè)器固體探測(cè)器固體探測(cè)器溫度特性溫度特性大大小小噪聲噪聲有有無(wú)無(wú)飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象不容易飽和不容易飽和有可能飽和有可能飽和散射線準(zhǔn)直散

9、射線準(zhǔn)直 無(wú)需后準(zhǔn)直器無(wú)需后準(zhǔn)直器需后準(zhǔn)直器需后準(zhǔn)直器劑量利用率劑量利用率低低高高三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作用: 將探測(cè)器輸出的微弱電信號(hào)經(jīng)放大后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并經(jīng)接口電路將此信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)。 數(shù)據(jù)處理裝置構(gòu)成: 前置放大器、對(duì)數(shù)放大器、積分器、多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、接口電路等構(gòu)成。三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝置的構(gòu)成框圖 探測(cè)器陣列 X-ray前置放大對(duì)數(shù)放大積分放大前置放大對(duì)數(shù)放大積分放大I1In多路轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器接口電路計(jì)算機(jī)三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四、掃描架和掃描床旋轉(zhuǎn)部分：X線管、準(zhǔn)直器、濾過(guò)器、探測(cè)器陣列、數(shù)據(jù)處理裝置、滑環(huán)部分、高壓發(fā)生器等掃描架固定部分

10、：底座、支架、旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)及其伺服系統(tǒng)、機(jī)架主控電路板等目前多數(shù)掃描機(jī)架的孔徑為6570cm，可做一定角度的傾斜。掃描床由床面和底座構(gòu)成。它的運(yùn)動(dòng)一般由兩個(gè)電機(jī)控制：一個(gè)是床身升降電機(jī)；另一個(gè)是床面水平移動(dòng)電機(jī)。床面板由碳素纖維制成。CT掃描系統(tǒng)的掃描機(jī)架與掃描床旋轉(zhuǎn)部分固定部分掃描機(jī)架掃描床四、掃描架和掃描床掃描機(jī)架內(nèi)部結(jié)構(gòu)第三節(jié) 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、圖像顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)一、 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)二、 圖像顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)p 功能：系統(tǒng)控制、圖像重建、圖像處理、故障診斷p 構(gòu)成：控制部分、圖像重建單元、圖像顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)p 控制方式：串行處理、并行處理、分布式處理、掃描控制CT計(jì)算機(jī)系統(tǒng)p 大的內(nèi)存

11、空間p 大容量運(yùn)算能力p 運(yùn)算精度高p 速度快，能夠快速重建圖像p 控制效率高 p 具有一定的通用性 CT計(jì)算機(jī)特點(diǎn)：一、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)p 圖像顯示顯示矩陣、灰度標(biāo)尺p 圖像存儲(chǔ)軟存儲(chǔ)、硬存儲(chǔ)二、圖像顯示和存儲(chǔ)系統(tǒng)第三節(jié) 螺旋CT一、螺旋掃描過(guò)程二、螺旋掃描裝置三、螺旋掃描參數(shù)四、多層螺旋CT五、CT的發(fā)展趨勢(shì)一、螺旋掃描過(guò)程 螺旋掃描采集的數(shù)據(jù)是連續(xù)的容積式的數(shù)據(jù)。X線束在病人身上畫出一條（或多條）螺旋線軌跡。螺旋掃描螺旋掃描方式及層面投影數(shù)據(jù)螺旋掃描的特殊要求：p 大管電流、高熱容量、高散熱率的X線管。p 光電轉(zhuǎn)換率高、溫度穩(wěn)定性好的探測(cè)器。p 計(jì)算速度快、內(nèi)存大、存儲(chǔ)容量大的計(jì)算機(jī)。p 掃描

12、架的旋轉(zhuǎn)架必須依靠滑環(huán)技術(shù)能單方向連續(xù)勻速旋轉(zhuǎn)；掃描床能做同步勻速直線運(yùn)動(dòng)，且有很高穩(wěn)定性和定位精度。 p 必須選用螺旋插值算法的功能軟件 。螺旋掃描的每一周掃描的起點(diǎn)和終點(diǎn)不在同一平面上，在圖像重建前，需在原始數(shù)據(jù)的相鄰點(diǎn)內(nèi)用線性內(nèi)插法進(jìn)行校正。 如何消除運(yùn)動(dòng)偽影和防止層面的錯(cuò)位？如何消除運(yùn)動(dòng)偽影和防止層面的錯(cuò)位？采用螺旋插值算法采用螺旋插值算法二、螺旋掃描裝置滑環(huán)的基本結(jié)構(gòu)某螺旋CT滑環(huán)的局部（一）滑環(huán)技術(shù)用滑環(huán)和碳刷代替電纜，滑環(huán)固定于旋轉(zhuǎn)架，碳刷置于掃描架固定部分，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)滑環(huán)與碳刷保持良好接觸，實(shí)現(xiàn)掃描架的固定部分和旋轉(zhuǎn)部分之間電源傳送和信號(hào)傳遞。p 高壓滑環(huán)掃描架外高壓發(fā)生器產(chǎn)生的高

13、壓，通過(guò)炭刷和供電環(huán)傳輸給旋轉(zhuǎn)架上的X 線管。p 低壓滑環(huán)高壓發(fā)生器和高壓逆變電路置于旋轉(zhuǎn)架上，與X 線管一起旋轉(zhuǎn)，通過(guò)炭刷和滑環(huán)傳輸高壓逆變電路所需的直流電源。高壓滑環(huán)低壓滑環(huán) 高壓高壓發(fā)生器發(fā)生器高電壓高電壓碳刷碳刷X線管線管高高 壓壓 滑滑 環(huán)環(huán) 高電壓高電壓碳刷碳刷X線管線管低低 壓壓 滑滑 環(huán)環(huán) 高頻高壓高頻高壓發(fā)生器發(fā)生器低電壓低電壓低壓饋線低壓饋線（二）探測(cè)器陣列單層面螺旋掃描是指在Z軸方向僅使用一排探測(cè)器陣列，采用扇形X線束，掃描軌跡是一根螺旋線。多層面螺旋掃描是指在Z軸方向上使用多排探測(cè)器陣列，其排數(shù)可以從幾排到幾十排，采用錐形X線束，掃描軌跡可以是多根螺旋線。 理解電子開關(guān)

14、、數(shù)據(jù)通道、層面數(shù)據(jù) 理解探測(cè)器陣列不同組合方式對(duì)掃描參數(shù)的影響 理解圖像重建中的相鄰層面數(shù)據(jù)的融合應(yīng)用分析：某34排探測(cè)器陣列，靠近中央的4排寬度為0.5mm，其他30排寬度均為1mm。 周數(shù)：一次數(shù)據(jù)采集X線管的旋轉(zhuǎn)周次層厚：由準(zhǔn)直器設(shè)定的X線束的厚度。螺距：X線管旋轉(zhuǎn)一周時(shí)掃描床移動(dòng)的距離。成像范圍：一次采集中成像的第一層面中點(diǎn)與成像的最后一層面中點(diǎn)之間的距離。成像間隔：指連續(xù)兩幅重建圖像的層面中心點(diǎn)間的距離。螺旋掃描參數(shù)三、螺旋掃描參數(shù)螺旋度=螺旋因子*100螺旋因子=螺距/層厚成像范圍=周數(shù)*螺距層厚、螺旋因子、成像范圍之間的關(guān)系四、多層螺旋CT p 關(guān)于螺旋CT的“排”與“層”的討

15、論p 螺旋因子螺距(成像層數(shù)準(zhǔn)直寬度) 實(shí)際應(yīng)用中的選擇：高圖像質(zhì)量(HQ)模式 高速(HS)模式p 層面選擇 濾過(guò)寬度和螺旋因子可影響MSCT重建層面厚度 MSCT 層厚可通過(guò)探測(cè)器陣列的不同組合來(lái)獲得p 應(yīng)用特點(diǎn) 檢查范圍大、病灶檢出率高、圖像質(zhì)量好、多時(shí)相動(dòng)態(tài)增強(qiáng)檢查及功能研究、高質(zhì)量影像重建和三維成像、CTA效果好、可進(jìn)行特殊檢查的開發(fā)五、 CT的發(fā)展趨勢(shì)p 硬件的發(fā)展趨勢(shì) 提高掃描速度、提高圖像質(zhì)量、簡(jiǎn)化操作、提高工作效率、縮小體積、降低劑量p 設(shè)備功能的發(fā)展趨勢(shì) 血管成像、三維圖像重建、CT引導(dǎo)下的介入治療、仿真內(nèi)窺鏡、放療計(jì)劃、第五節(jié) CT的使用和維護(hù)一、使用操作二、維護(hù)保養(yǎng)一、使用操作（一）使用原則p 操作人員具備專業(yè)知識(shí)和操作技能，熟悉機(jī)器結(jié)構(gòu)、原理、參數(shù)選擇等p 嚴(yán)守說(shuō)明書所規(guī)定的操作規(guī)程操作p 每日開機(jī)，進(jìn)行X線管預(yù)熱訓(xùn)練和空氣校準(zhǔn)p 發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常應(yīng)及時(shí)停止，檢查原因所在p 掃描過(guò)程中，嚴(yán)禁改變曝光條件和成像參數(shù)，禁止超熱容量使用 環(huán)境檢查 開機(jī)球管加溫空氣校準(zhǔn)檢查磁盤掃描工作 關(guān)機(jī)（二）操作規(guī)程輸入患者資料擺放患者體位掃描前定位正式掃描存儲(chǔ)數(shù)據(jù)、重建圖像二、維護(hù)保養(yǎng)（一）日常維護(hù)1. 機(jī)房環(huán)境溫度保持1822 濕度保持45%60%2. 清潔消毒地面清潔、床墊清潔、清掃浮塵3. 操作臺(tái)防水、防塵4. 電纜線注意鼠害、接地電阻5. X線管合理控制曝