CT設備原理課件

CT設備

CT:computedtomographycomputerizedtomography計算機體層照相術計算機斷層照相術計算機控制斷層掃描術computerizedaxialtomography(CAT)計算機控制〔橫〕軸向〔X線〕斷層〔掃描〕術一、發(fā)展簡史

1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)X線。1917年，奧地利數(shù)學家Radon提出了圖像重建理論的數(shù)學方法。50年代，AllanM.Cormack便開始探討各種CT的原理；60年代末期，英國EMI（ElectricalAndMusicIndustries）公司的實驗中心根據(jù)Cormack原理，嘗試建立一套CT設備。由GodfreyHounsfield負責整個實驗計劃，1971年他所領導的小組建立了第一套CT系統(tǒng)，并于1972年春正式發(fā)表頭部CT影像。Cormark與Hounsfeild因在CT發(fā)展上的杰出貢獻，榮獲了1979年的諾貝爾醫(yī)學獎。1924－19981919－20041972年，G.N.Hounsfield研制出世界上第一臺用于臨床的CT，利用這臺CT首次為一名婦女診斷出腦部的囊腫，取得了世界上第一張病人CT照片。Hounsfield和Ambrose在英國放射學年會上正式發(fā)表論文，宣告CT的誕生；同年11月，在北美放射學會（RadiologicalSocietyofNorthAmerica，RSNA）年會上向全世界宣布。ComputedTomography

CT的基本思想（或稱原理）是取一高度準直的、極細筆狀X射線束，環(huán)繞人體某一部分作斷面掃描，未被吸收光子穿透人體后被檢測器接收，作為模擬信號輸人，經(jīng)過數(shù)處理和運算后重建圖像。（一）第一代CT（平移+旋轉(zhuǎn)掃描方式）

多屬頭部專用CT，由一只X線管和1-2個晶體探測器（detector）組成。由于X線束被準直器準直為鉛筆芯粗細的筆形線束，又稱筆形束CT。X線管產(chǎn)生的筆形束穿過病人頭部照射到與其相對的探測器上，二者先做同步直線平移掃描運動。獲得240個透射測量數(shù)據(jù)后，停止平移，再環(huán)繞病人頭顱中心旋轉(zhuǎn)1°，做與上次方向相反的直線掃描運動。獲得240個測量數(shù)據(jù)后，停止平移，再旋轉(zhuǎn)1°，重復上述過程，直到180°得到180組由240個測量數(shù)據(jù)組成的平行投影值，即完成了數(shù)據(jù)的采集過程。FirstGenerationOnedetectorTranslation-rotationParallel-beam(FromG.Wang)第一代CT的缺點是：1.X線利用率很低；2.掃描時間長；3.重建的圖像質(zhì)量較差。為了提高效率，可再加一個探測器，一次掃描可同時對兩個層面進行數(shù)據(jù)采集，獲得二個層面圖像。這樣，提高了第一代CT的工作效率和X線的利用率。每次平移掃描后的旋轉(zhuǎn)角由1°提高到扇面夾角角度，這樣旋轉(zhuǎn)180°時，掃描時間縮短到20~90s，第二代快速CT有30個以上的探測器，掃描時間減至18s。為了提高圖像質(zhì)量，也有的采用240°、360°平移加旋轉(zhuǎn)掃描，這種CT比第一代CT各項指標均有提高，不但可作頭顱檢查，實際上已具備了做全身CT檢查的條件。掃描時，僅做圍繞病人進行的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動即可。大大縮短了掃描時間，故全身掃描時間可縮短到2~9s或更短。但需大mA，為此，均選用旋轉(zhuǎn)陽極X線管。全身CT一般都采用此種掃描方式。第三代CT的優(yōu)點：結構較簡單，使用操作方便，可獲得較理想的CT圖像。ThirdGenerationMultipledetectorsTranslation-rotationLargefan-beam(FromG.Wang)其缺點是：需對相鄰探測器的靈敏度差異進行校正，這是因為一個角度的投影由不同的相鄰探測器進行測量，相鄰探測器的性能差異將產(chǎn)生同心環(huán)形偽影。目前，第三代CT的環(huán)形偽影已被解決，成為當代CT的主流在第三代CT基礎上發(fā)展起來的滑環(huán)式螺旋CT，特別是近幾年來各大廠家研究開發(fā)的多層面CT已成為現(xiàn)在和未來一段時期的主導產(chǎn)品。（四）第四代CT（旋轉(zhuǎn)-靜止掃描方式）

第四代CT具有更多的探測器（600~1500個，分布在360°的圓周上）。掃描時，僅X線管做圍繞病人一周的旋轉(zhuǎn)運動，而探測器則固定不動。扇形線束角度也較大，掃描速度可達1~5s，是第三代CT的一個變形。第四代CT的出現(xiàn)原因是第三代CT在掃描過程中，從幾何結構上講，每一個探測器只接受穿過病人掃描層面內(nèi)的某一環(huán)形部組織的X線衰減信息，當探測器性能不穩(wěn)定時，容易引起環(huán)形偽影而研制的。當?shù)谌鶦T采用穩(wěn)定可靠的高效率探測器之后，并從軟件上解決了環(huán)形偽影的產(chǎn)生條件和配置了軟件校正措施。第四代CT則因探測器數(shù)量多且在掃描過程中不能被充分利用，相對于第三代CT已失去了明顯的優(yōu)越性。故第四代CT只有個別廠家曾經(jīng)生產(chǎn)過。FourthGenerationDetectorringSource-rotationLargefan-beamThird&FourthGenerations(FromPicker)(FromSiemens)（五）第五代CT（靜止-靜止掃描方式）

第五代CT由一個大型特制掃描電子束X線管、一組由864個固體探測器構成的陣列和一個數(shù)據(jù)采樣、圖像處理、數(shù)據(jù)顯示的計算機系統(tǒng)組成。864個固體探測器均分為兩組（432個），分別安裝在兩個216°的固定環(huán)內(nèi)。每個固體探測器作為一個數(shù)據(jù)采集單元。它由一個X線—可見光轉(zhuǎn)換晶體、一個光—電轉(zhuǎn)換硅二極管和一個前置放大器構成。以上三者必須做到最佳匹配，以提高穩(wěn)定度和精度。E-BeamCTScannerSpeed:50,100msThickness:1.5,3,6,10mmECGtriggercardiacimages(FromImatron)第五代CT的工作過程是：1、電子槍產(chǎn)生的電子束加速(沿X線管長軸方向)、偏轉(zhuǎn)、轟擊到4個緊挨的210°環(huán)型靶面（靶環(huán)）上；2、準直器將X線準直成扇角為30°、厚為2cm的扇形束；

3、X線穿過病人病人，由環(huán)形探測器陣列測量透射后的X線強度分布，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，進行圖像重建。4、高速運動的電子束無機械慣性，可依次掃描一個靶環(huán)或同時輪番掃描2-4個靶環(huán)。由于采用排成兩排的環(huán)形探測器陣列，故高速運動的電子束掃描一個靶環(huán)可得到相鄰兩層的圖像。各代CT比較第一代第二代第三代第四代第五代掃描方式筆束掃描扇束掃描運動方式平移/旋轉(zhuǎn)方式連續(xù)掃描方式掃描時間3min10s~2min2.8s~10s1s~10s更快主要用途頭顱掃描全身掃描，觀察除心臟外的臟器可用于血管造影和心臟造影二、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

最初研制的CT掃描儀只能用于人腦的檢查，時間約需1分鐘至4分鐘。此后20多年來，CT設備已從第1代發(fā)展至第5代，其各項性能和速度都有了很大提高。掃描時間從4分鐘到5分鐘縮短到1秒鐘甚至更短。

除X射線CT外，其他型號的CT也相繼問世，如單光子發(fā)射CT(singlephotoemissionCT，SPECT)、正電子發(fā)射型CT（positiveemissionCT，PET）、核磁共振CT等均已付諸臨床應用。超聲CT（UCT）、微波CT的研究也取得了極大的進展。同時CT在工業(yè)生產(chǎn)等方面都已取得了令人矚目的成果并展示了美好的前景。CT掃描機自20世紀70年代問世以來，隨著計算機技術和其它相關技術的進步，獲得了突飛猛進的發(fā)展。特別是近幾年，出現(xiàn)了滑環(huán)技術（slipring）、螺旋掃描技術（helicalscan）以及在此基礎上發(fā)展起來的多層面CT技術，使CT檢查技術達到了一個嶄新的水平。CT的發(fā)展趨勢是：簡化操作、縮短掃描時間、提高檢查效率（一次掃描獲得的層數(shù)更多）和圖像質(zhì)量。目前，投入臨床應用的有2層CT、4層CT、8層CT、16層CT。并已有64層的CT裝機使用。從真正實現(xiàn)了X線管旋轉(zhuǎn)一周就能獲得更多的層面，即可完成一個臟器的掃描，真正實現(xiàn)所謂的容積掃描（volumeScan）。還有些科研機構正在開發(fā)應用平板探測器替代傳統(tǒng)探測器的多層CT掃描機，并已有了雛型機。還希望X線管旋