計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)演示文稿

計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)演示文稿*1現(xiàn)在是1頁\一共有75頁\編輯于星期四*2計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)現(xiàn)在是2頁\一共有75頁\編輯于星期四

X射線計(jì)算機(jī)斷層成像（X－raycomputedtomography，簡(jiǎn)稱X－CT）從根本上克服了上述困難，是80多年來X射線診斷學(xué)上的一次重大突破?，F(xiàn)在是3頁\一共有75頁\編輯于星期四普通X線攝影和CT攝影圖示現(xiàn)在是4頁\一共有75頁\編輯于星期四

CT發(fā)展簡(jiǎn)史1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線（諾貝爾獎(jiǎng)）1917年，奧地利數(shù)學(xué)家Radon提出圖像重建理論的數(shù)學(xué)方法1961年，天文學(xué)家Oledendorf做了一個(gè)稱為“旋轉(zhuǎn)－平移”的試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了最早的圖像重建1963年，美國(guó)教授cormark進(jìn)一步發(fā)展了從X線投影重建圖像的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)方法（79年諾貝爾獎(jiǎng)）1967～1970年，hounsfield提出了斷層的方法（79年諾貝爾獎(jiǎng)）現(xiàn)在是5頁\一共有75頁\編輯于星期四1972年CT正式應(yīng)用于臨床1974年全身CT應(yīng)用于臨床1978年國(guó)內(nèi)開始引進(jìn)CT1983年電子束CT（EBCT）研制成功1989年螺旋CT應(yīng)用于臨床1993年雙排CT研制成功1998年多層螺旋CT應(yīng)用于臨床2000年采集8層的螺旋CT問世2002年采集16層的螺旋CT問世2004年采集64層的螺旋CT問世現(xiàn)在是6頁\一共有75頁\編輯于星期四目前醫(yī)用商用CT的生產(chǎn)廠家國(guó)外：

GE、TOSHIBA、Siemens

、

PHILIPS

壟斷國(guó)際85%市場(chǎng)國(guó)內(nèi)：沈陽東軟愛迪生

現(xiàn)在是7頁\一共有75頁\編輯于星期四EarlylaboratoryprototypeofCTscannerCentralResearchLaboratories,

EMI(ElectricandMusicalIndustries)London需要9天時(shí)間才能完成數(shù)據(jù)采集。Hounsfieldandhisprototype現(xiàn)在是8頁\一共有75頁\編輯于星期四Hounsfield’sApparatusFirstCTimage(1971)showingcyst(confirmed)Hounsfield’sPrototypewithcowbrainslice囊腫

改進(jìn)后需要9個(gè)小時(shí)才能完成數(shù)據(jù)采集。現(xiàn)在是9頁\一共有75頁\編輯于星期四HounsfieldandEMICT4分鐘可生成圖像?，F(xiàn)在是10頁\一共有75頁\編輯于星期四CTscanner結(jié)構(gòu)圖現(xiàn)在是11頁\一共有75頁\編輯于星期四4.1概述一、CT的用途醫(yī)學(xué)診斷輔助治療工業(yè)CT現(xiàn)在是12頁\一共有75頁\編輯于星期四二、CT的優(yōu)點(diǎn)顯示真正的斷層圖像圖像清晰、密度分辨率高操作簡(jiǎn)單、安全三、CT的局限有些病變不適宜成分、生物、化學(xué)結(jié)構(gòu)造價(jià)高現(xiàn)在是13頁\一共有75頁\編輯于星期四4.2幾種典型CT1醫(yī)用X-CTA、全身型組成：X射線管、固體探測(cè)器陣列、轉(zhuǎn)動(dòng)掃描機(jī)構(gòu)、可調(diào)床位和縱向掃描機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，圖像處理、存儲(chǔ)和輸出系統(tǒng)以及整機(jī)電控系統(tǒng)。（為了減少掃描引起的圖像模糊和避免患者吸收不必要的劑量，X射線管選用脈沖工作方式。）B、動(dòng)態(tài)X-CT現(xiàn)在是14頁\一共有75頁\編輯于星期四2工業(yè)CT工業(yè)CT與X-CT的不同之處主要在于：（1）吸收劑量限不同（2）成像時(shí)間要求不同（3）譜的硬化和檢測(cè)標(biāo)定不同用途：缺陷檢測(cè)、尺寸測(cè)量、裝配結(jié)構(gòu)分析、反饋工程現(xiàn)在是15頁\一共有75頁\編輯于星期四工業(yè)CT工件旋轉(zhuǎn)現(xiàn)在是16頁\一共有75頁\編輯于星期四2Mev加速器工業(yè)CT系統(tǒng)工業(yè)CT420KevX射線工業(yè)CT集成檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)在是17頁\一共有75頁\編輯于星期四清華同方威視技術(shù)股份有限公司

大型集裝箱檢查系統(tǒng)

現(xiàn)在是18頁\一共有75頁\編輯于星期四由清華同方股份有限公司承擔(dān)的集裝箱檢測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)品化工作通過了國(guó)家組織的專家審定。專家委員會(huì)認(rèn)為，該系統(tǒng)已達(dá)到可投產(chǎn)制造的程度，清華同方具備在海關(guān)建造系統(tǒng)工程項(xiàng)目的能力。威視大型集裝箱檢查系統(tǒng)發(fā)展歷程我國(guó)某邊境口岸。海關(guān)人員正焦急地將貨物往花了整整一上午才抽檢完的一只集裝箱里塞。身后，數(shù)以千計(jì)的卡車排開長(zhǎng)龍，司機(jī)焦躁地按著喇叭；80年代末：1991年，法國(guó)戴高樂國(guó)際機(jī)場(chǎng)世界上第一臺(tái)集裝箱檢測(cè)系統(tǒng)投入使用，集裝箱內(nèi)小如香煙盒的物體在高能X射線的透視掃描下都清晰可辨。清華大學(xué)四位教授致信校領(lǐng)導(dǎo)，建議注意這一新動(dòng)向，迅速開展獨(dú)立研制工作。1998年1月7日現(xiàn)在是19頁\一共有75頁\編輯于星期四X射線能量150KV以下常用電壓420KVX射線強(qiáng)度150mA左右2mA左右放射性同位素不采用60Co源高能直線加速器不采用10MeV以上掃描和結(jié)構(gòu)方式病人靜止檢測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)X光機(jī)和探測(cè)器運(yùn)動(dòng)X光機(jī)和探測(cè)器保持靜止工業(yè)CT裝置和醫(yī)用CT裝置的區(qū)別醫(yī)用CT裝置工業(yè)CT裝置現(xiàn)在是20頁\一共有75頁\編輯于星期四3核醫(yī)學(xué)發(fā)射CT原理：將放射性核素注入到人體后，由于放射性核素參與人體的正?；虍惓９δ芎痛x變化，因而可以通過放射性核素在人體內(nèi)分布和代謝反映人體內(nèi)的病理或生理變化。A、單光子發(fā)射CT（SPECT)SPECT使用的放射性核素通常為鍀-99、碘-131、碘-123、鉈-201等。這些核素發(fā)生β-衰變，每次固定產(chǎn)生一個(gè)光子?，F(xiàn)在是21頁\一共有75頁\編輯于星期四B、正電子發(fā)射CT(PET)PET使用的核素為短半衰期核素碳-11、氧-15、氟-18、氮-13.這類核素衰變時(shí)發(fā)生β+衰變，釋放出一個(gè)正電子。PET的優(yōu)點(diǎn)：（1）人體累積劑量小；（2）可以顯示新陳代謝的情況；（3）圖像空間分辨率好，信噪比高。現(xiàn)在是22頁\一共有75頁\編輯于星期四其它醫(yī)用CT---PET,發(fā)射式正電子湮滅斷層掃描(PET)PET裝置的剖面圖注入β+核素于人體內(nèi)目標(biāo)發(fā)射的正電子和周圍的負(fù)電子發(fā)生湮沒現(xiàn)象用兩個(gè)位置相對(duì)的探測(cè)器符合探測(cè)這一對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反而能量相同的γ光子即可對(duì)人體的臟器成像300萬像素彩色LCD現(xiàn)在是23頁\一共有75頁\編輯于星期四4.2基本原理X射線被準(zhǔn)直后成為一條很窄的射線束。當(dāng)X射線管沿一個(gè)方向平移時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器也跟著作平移運(yùn)動(dòng)。這樣，射線束就對(duì)整個(gè)感興趣的平面進(jìn)行了一次掃描，檢測(cè)器接收到了與臟器衰減系數(shù)直接相關(guān)的投影數(shù)據(jù)。現(xiàn)在是24頁\一共有75頁\編輯于星期四

一次掃描過程結(jié)束后，整個(gè)X射線源及檢測(cè)器系統(tǒng)將沿圓弧旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度（如每次旋轉(zhuǎn)1°），然后再重復(fù)平移掃描過程，直至在整個(gè)180°圓周上掃描一遍。當(dāng)把全部投影數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)后，就可以通過圖像重建算法來重構(gòu)關(guān)于探測(cè)平面的二維圖像，圖像的灰度值與組織的衰減系數(shù)相對(duì)應(yīng)。這就是CT的基本工作原理。現(xiàn)在是25頁\一共有75頁\編輯于星期四

右下圖為一幅只含四個(gè)像素的圖像，每個(gè)像素的衰減系數(shù)的值是未知的。根據(jù)公式，入射X射線強(qiáng)度為Io，透射后的強(qiáng)度為I，則在水平方向上可以得到以下方程：

μ1μ4μ2μ3IoIoI1I2IoIoI3I4現(xiàn)在是26頁\一共有75頁\編輯于星期四

同理還可以在垂直方向與對(duì)角線方向列出類似的方程。從原理上講，只要把其中四個(gè)相互獨(dú)立的方程聯(lián)立起來求解，就能得出μ1~μ4四個(gè)未知數(shù)的值。所形成的這幅關(guān)于衰減系數(shù)的圖像就是所要的X-CT圖像，它將向人們顯示探查平面上臟器的結(jié)構(gòu)。這就是X-CT能夠從投影數(shù)據(jù)重建圖像的基本原理。現(xiàn)在是27頁\一共有75頁\編輯于星期四4.3、各代CT掃描機(jī)1、FirstGenerationOnedetectorTranslation-rotationParallel-beam現(xiàn)在是28頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是29頁\一共有75頁\編輯于星期四Finelycollimatedx-raybeamSingleradiationdetectorTranslate-rotatemotion180translationswith1rotationbetweentranslationSingleimageprojectionpertranslationFiveminuteimagetimeHeadimage

only,notcapableofbodyimaging現(xiàn)在是30頁\一共有75頁\編輯于星期四

第一代CT的數(shù)據(jù)采集方法是用一個(gè)X射線源，一個(gè)檢測(cè)器作同步平移運(yùn)動(dòng)，并旋轉(zhuǎn)進(jìn)行掃描來獲得投影數(shù)據(jù)。它的基本問題是掃描時(shí)間比較長(zhǎng)(約幾分鐘）。因此只能對(duì)那些相對(duì)穩(wěn)定的部位（如頭部）成像。現(xiàn)在是31頁\一共有75頁\編輯于星期四2、SecondGenerationMultipledetectorsTranslation-rotationSmallfan-beam現(xiàn)在是32頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是33頁\一共有75頁\編輯于星期四Fanshapedx-raybeamMultipleradiationdetectors-adetectorarrayTranslate-rotationmotionUsually18translations

with1rotationbetween

translationsMultipleimageprojectionspertranslationApproximately30simagingtimeHeadandbodyimager現(xiàn)在是34頁\一共有75頁\編輯于星期四

第二代掃描儀也采用平移加旋轉(zhuǎn)的掃描方式。所不同的是它用一個(gè)小角度扇形的射線束和多個(gè)檢測(cè)器來代替原來的單一檢測(cè)器。因使用多個(gè)檢測(cè)器，就可在每個(gè)發(fā)射位置上同時(shí)檢測(cè)到多個(gè)投影數(shù)據(jù)。因此，在一次平移掃描后，可以讓X線源與檢測(cè)器一次轉(zhuǎn)過一個(gè)較大的角度（如10°）后再作第二次平移掃描。這樣可以使系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時(shí)間縮短到幾分之一分鐘?，F(xiàn)在是35頁\一共有75頁\編輯于星期四3、ThirdGenerationMultipledetectorsSource-detectorRotationLargefan-beam現(xiàn)在是36頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是37頁\一共有75頁\編輯于星期四AFanbeamx-raysourceSeveralhundredradiationdetectors-curvilineardetectorarrayBoththex-raysourceandthedetectorarrayrotateaboutthesameaxisImagingtimeisreducedto1sorlessRingartifacts現(xiàn)在是38頁\一共有75頁\編輯于星期四

第三代掃描機(jī)它只包含一個(gè)扇形束的旋轉(zhuǎn)掃描而不包括X線源與檢測(cè)器的平移掃描。檢測(cè)器陣列通常由幾百個(gè)檢測(cè)器單元依次排列而成。扇形角已擴(kuò)大至可復(fù)蓋全身橫斷面。光源-探測(cè)器陣列的組合繞著物體旋轉(zhuǎn)，一組中的數(shù)據(jù)可以同時(shí)采集。這一代掃描機(jī)的明顯優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而使掃描速度明顯提高，通常只需幾秒鐘。現(xiàn)在是39頁\一共有75頁\編輯于星期四4、FourthGenerationDetectorringSource-rotationLargefan-beam現(xiàn)在是40頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是41頁\一共有75頁\編輯于星期四DevelopedprincipallytosuppressringartifactsAfanbeamx-raysourceSeveralthousandindividualdetectorsRotationofthex-raysourcearoundafixeddetectorarray(rotation-stationary)Imagingtimeis1sorless現(xiàn)在是42頁\一共有75頁\編輯于星期四第四代掃描機(jī)的檢測(cè)器在360°圓周上固定安裝，因而在數(shù)據(jù)采集過程中只需旋轉(zhuǎn)X線源。光源運(yùn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)探測(cè)器到光源的直線形成了一組發(fā)散射線。當(dāng)探測(cè)器到光源的射線在重建區(qū)域的外面時(shí)，這組射線可用來對(duì)探測(cè)器進(jìn)行校準(zhǔn)。

優(yōu)點(diǎn)：克服環(huán)形偽影，圖像分辨率略有提高現(xiàn)在是43頁\一共有75頁\編輯于星期四Third&FourthGenerations(FromPicker)(FromSiemens)現(xiàn)在是44頁\一共有75頁\編輯于星期四5、Spiral/HelicalScanning

螺旋CT是在常規(guī)CT技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型CT，是CT技術(shù)改革的又一次重大飛躍。產(chǎn)生于1989年，是在滑環(huán)掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的，大致屬于第三代CT的發(fā)展。它將常規(guī)ＣＴ的單層掃描改為單方向螺旋式軌跡的連續(xù)掃描，其射線束呈螺旋狀切入人體，做不間斷地連續(xù)掃描并獲得容積診斷信息，大大地提高了掃描速度，因此具有掃描時(shí)間短、無間隔、一次屏息即可完成大區(qū)域掃描的特點(diǎn)。并有圖象清晰、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在是45頁\一共有75頁\編輯于星期四SourcerotationSimultaneousTabletranslationDataacquisition

現(xiàn)在是46頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是47頁\一共有75頁\編輯于星期四GantryDataacquisitionsystemDetectorsStorageunits:Tapes,disksDisplayControlconsoleComputerParallelprocessorTableRecordingSourceNetwork現(xiàn)在是48頁\一共有75頁\編輯于星期四SpiralCTScannerGantry：DataacquisitionsystemTableComputer：ParallelprocessorsControlconsoleStorageunits：Tapes,disksRecordingdeviceNetworkinterfaceX-raygeneratorHeatexchanger現(xiàn)在是49頁\一共有75頁\編輯于星期四一、單層螺旋CT1、供電與掃描方式

傳統(tǒng)：高壓電纜供電，往復(fù)掃描。

螺旋：電刷與滑環(huán)，滑動(dòng)的接觸式連接，連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

ＳＣＴ的優(yōu)勢(shì)（１）提高了掃描速度。（２）可進(jìn)行薄層掃描，斷層之間無數(shù)據(jù)遺漏，可在任意位置重建圖像，還可提供用于三維重建的容積數(shù)據(jù)。

現(xiàn)在是50頁\一共有75頁\編輯于星期四2、螺距與層厚（１）相鄰螺線圈沿床移動(dòng)方向的距離。（２）掃描一圈床移動(dòng)的距離／掃描線束寬度。

層厚：斷層的厚度。由準(zhǔn)直器孔徑?jīng)Q定。

現(xiàn)在是51頁\一共有75頁\編輯于星期四3、螺旋插值

圖像重建所使用的數(shù)據(jù)應(yīng)為同一層面掃描的結(jié)果。螺旋掃描所獲得的數(shù)據(jù)并非取自同一層面，而是不同層面的螺旋數(shù)據(jù)。為了獲得同一層面的數(shù)據(jù)以重建圖像，必須根據(jù)實(shí)際的投影值，通過內(nèi)插算法來獲取屬于同一斷層的數(shù)據(jù)。在欲重建圖像所對(duì)應(yīng)的同一斷層內(nèi)進(jìn)行內(nèi)插數(shù)據(jù)的方法稱為螺旋插值?，F(xiàn)在是52頁\一共有75頁\編輯于星期四多層螺旋X線-CT介紹單層螺旋CT與多層螺旋CT的比較現(xiàn)在是53頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是54頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是55頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是56頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是57頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是58頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是59頁\一共有75頁\編輯于星期四多排探測(cè)器(1)以GE公司的LightSpeed為代表。它在Z軸方向有16排探測(cè)器，每排探測(cè)器是等寬的。探測(cè)器的寬度相當(dāng)于層厚為1.25mm。材料為稀土陶瓷。

現(xiàn)在是60頁\一共有75頁\編輯于星期四多排探測(cè)器(2)以西門子公司為代表。Z軸方向有8排探測(cè)器，每排探測(cè)器的寬度不等，從中間向兩邊，其寬度分別相當(dāng)于層厚為1、1.5、2.5、5mm。材料為超速陶瓷材料。

現(xiàn)在是61頁\一共有75頁\編輯于星期四多排探測(cè)器(3)東芝公司的探測(cè)器沿Z軸方向有34排，基本上也是等寬型的，只是靠近中央的4排為一半寬度0.5mm，其他的30排均為1mm等寬的探測(cè)器。

現(xiàn)在是62頁\一共有75頁\編輯于星期四

過去全世界只有美、日、德三個(gè)國(guó)家掌握這項(xiàng)技術(shù)，并壟斷著全世界的CT市場(chǎng)。由于其技術(shù)復(fù)雜，價(jià)格非常昂貴，進(jìn)口一臺(tái)螺旋CT機(jī)需要300多萬至1000萬元人民幣。據(jù)國(guó)家衛(wèi)生部門統(tǒng)計(jì)，過去我國(guó)已進(jìn)口各類螺旋CT機(jī)近100臺(tái)，現(xiàn)在仍以每年近百臺(tái)的需求速度在發(fā)展。我國(guó)第一臺(tái)螺旋CT已由東大阿爾派研制成功，成為世界第四個(gè)可生產(chǎn)螺旋CT的國(guó)家。

現(xiàn)在是63頁\一共有75頁\編輯于星期四

為進(jìn)一步提高掃描速度而設(shè)計(jì)的第五代CT完全靠電子的方法進(jìn)行掃描，掃描時(shí)間縮短在一秒鐘之內(nèi)。第五代CT將一排X線管安放成半圓形，與之對(duì)應(yīng)地把影像增強(qiáng)器安排在另一半圓弧上。它既能對(duì)靜止或慢運(yùn)動(dòng)的組織作高密度分辨率成像，還能充分利用快速的電子掃描對(duì)心臟和肺的動(dòng)態(tài)功能進(jìn)行研究。現(xiàn)在是64頁\一共有75頁\編輯于星期四6、E-BeamCTScannerSpeed:50,100msThickness:1.5,3,6,10mm現(xiàn)在是65頁\一共有75頁\編輯于星期四現(xiàn)在是66頁\一共有75頁\編輯于星期四

電子束CT（electronicbeamtomography,EBT）是CT的一種特殊類型，與常規(guī)CT的主要區(qū)別在于由電子束取代了X線球管的機(jī)械旋轉(zhuǎn)。EBT由電子槍發(fā)射電子束，再由電子束轟擊掃描架上的靶環(huán)，由靶環(huán)發(fā)出X線。通過電子槍內(nèi)的偏轉(zhuǎn)線圈使電子束掃描鎢靶，被掃描的鎢靶產(chǎn)生往返運(yùn)動(dòng)的X線，以對(duì)患者進(jìn)行掃描。所以EBT無X線球管機(jī)械旋轉(zhuǎn)的速度限制，掃描速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于多層螺旋CT，成像時(shí)間大大縮短，特別適用于心臟等運(yùn)動(dòng)器官的檢查。

現(xiàn)在是67頁\一共有75頁\編輯于星期四

與常規(guī)CT掃描相比它不會(huì)因呼吸的幅度不同出現(xiàn)病灶遺漏和層面重疊，因此更適合于肺部、腹部這些易受呼吸運(yùn)動(dòng)影響臟器的小病灶的檢查，掃描速度快又利于病灶的連續(xù)動(dòng)態(tài)觀察。三維容積采樣還能重建出高質(zhì)量的冠狀或矢狀斷層圖象，彌補(bǔ)了CT不能直接進(jìn)行冠、矢狀掃描的不足?，F(xiàn)在是68頁\一共有75頁\編輯于星期四CTGantry

PortionoftheCTthataccomodatesthepatientandsourceanddete