第5章 医学CT影像设备与应用

单击此处编辑母版标题样式1ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.5第5章医学CT影像设备与应用5.1CT影像设备简述5.2医学CT影像设备成像系统5.3螺旋CT5.4多排螺旋CT5.5CT影像设备新技术进展与应用单击此处编辑母版标题样式2ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.55.1CT影像设备简述5.1.1CT影像设备发展概况5.1.2CT影像设备功能5.1.3CT影像设备主要性能指标单击此处编辑母版标题样式3ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.5N．Housfield科马克单击此处编辑母版标题样式4ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.5双能CT扫描仪单击此处编辑母版标题样式5ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.55.1.2CT影像设备功能利用高度准直X线束环绕人体某一部位,并以一定层厚的层面进行断层扫描,部分X线光子被组织器官吸收,X线强度因而衰减,未被吸收的X线光子穿透人体后,由探测器接收,将其转变为可见光后,经放大由光电转换器转变为电信号,再经模拟/数字转换器转为数字信号,输入计算机进行运算处理.1．CT成像的基本原理单击此处编辑母版标题样式6ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.55.1.2CT影像设备功能图象形成过程:CT每扫描一次，即可得到一个方程，经过若干次扫描，即得到一联立方程。经过计算机运算（傅立叶转换、反投影法等）可以解出这一联立方程，从而求出每个体素的X线吸收系数或衰减系数，将其排列成数字矩阵（digitalmatrix），数字矩阵经过数字/模拟转换器（D/A）把数字矩阵中的每个数字转变为由黑到白不同灰度的小方块，即像素（pixel），也按矩阵排列，即构成了CT图像。1．CT成像的基本原理单击此处编辑母版标题样式7ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.5高压发生器X线球管人体模型探测器群操作控制台多幅激光照相机电子计算机模数转换器内外存储器CRT显示器CT影像设备的基本结构与工作原理流程单击此处编辑母版标题样式8ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.55.1.2CT影像设备功能CT机主要分以下三部分：即①扫描系统（X线管、探测器和扫描架）;②计算机系统（数据储存、运算等）;③图像显示和存储、照相系统。2．CT影像设备的组成与功能单击此处编辑母版标题样式9ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.55.1.2CT影像设备功能①扫描系统（X线管、探测器和扫描机架）:扫描机架（gantry）内安装有X线系统、图像采集、X线过滤器、系统准直器等，其中X线球管和数据采集系统（dataacquisitionsystem，DAS）最为重要。扫描机架的孔径与倾斜范围也是两项重要的应用指标，目前多数扫描机架的孔径为70cm，倾斜角度通常为±12°～±30°。CT扫描系统的扫描机架与扫描床扫描机架内部结构单击此处编辑母版标题样式10ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.55.1.2CT影像设备功能①扫描系统（X线管、探测器和扫描架）:X线球管是CT影像设备的心脏部分，由阴极、阳极和真空玻璃或金属管组成，其类型可分为固定阳极和旋转阳极两种。固定阳极X线球管主要应用于单束和多束形的扫描机中，其焦点是矩形的，主要用于第1、2代CT机中；旋转阳极X线球管主要用在扇束旋转扫描机中，故在第3、4代CT机中多采用此种X线球管；单击此处编辑母版标题样式11ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.55.1.2CT影像设备功能目前，CT多采用2个焦点交替工作，大大延长了X线球管的寿命，其曝光次数由原来的2万次达到25～50万次以上。2003年末Siemens公司推出所谓的零兆阳极热容量的概念，代表球管为Straton电子束控金属球管，是以0.37秒速度进行机架旋转的球管,可以实现亚毫米满负荷扫描。Straton电子束控金属球管外形单击此处编辑母版标题样式12ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.5CT的数据采集系统（DAS）作用是测量X射线束，并将这些数据编码成二进制数据，送往计算机进行运算。探测器（detector）是DAS系统中重要的部件，其主要功能有：①接受透过病人检查部位的X射线；②将接收到的X线转换成模拟形式的电子信号；③将模拟信号放大；④将模拟信号转换成数字信号（通过A/D转换器）。单击此处编辑母版标题样式13ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.5②计算机系统:CT和MRI等临床大型医疗设备均使用的是小型计算机。CT的计算机系统包括主计算机和阵列计算机两部分。主计算机控制CT整个系统的正常工作。其主要的功能有：①扫描监控，并将CT扫描得到的数据进行存储；②CT值的校正；③图像的重建控制与图像后处理；④CT机自身故障的诊断与分析。单击此处编辑母版标题样式14ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.5②计算机系统:阵列处理器（ArrayProcessor,AP）：本身不能独立工作，它与主计算机相连，在其控制下进行高速的数据运算以完成CT扫描的庞大数据量的处理与运算。Philips16排MSCT影像设备的AP柜CPU3.06GHzHardDisk146GB单击此处编辑母版标题样式15ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.5③图像显示与存储：CT图像的显示：由操作台上的CRT屏显示，目前多层螺旋CT多配有高性能的工作站（workstation），也可以在工作站的显示屏上显示。CT图像的记录系统：系统硬盘、外部存储器等构成。CT图像的外部存储器包括磁带、合式磁带、光盘、磁光盘、软盘以及各种照相机等。单击此处编辑母版标题样式16ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.55.1.3CT影像设备主要性能指标CT影像设备可应用于许多领域，如：应用在工业上可以进行无损检测；应用在农业上可以测量树木的年轮、虫蛀或含水情况；应用在地球物理方面可以进行地球资源的勘探、地震的预测以及地质结构的确定等。在医学上，目前的CT影像设备几乎可以应用于人体各个部位的检查，在临床疾病的诊断和治疗中发挥越来越重要的作用。单击此处编辑母版标题样式17ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.5CT值：是CT图像中各种组织与X线吸收系数（μ值）相当的对应值，它是从人体组织器官的μ值换算出来的。CT值=(μ-μw)/μw•a，其中μ和μw分别为受检物和水的吸收系数（骨皮质吸收系数为2.0，空气吸收系数为0，水的吸收系数为1.0），a为分度因数。一般将人体组织CT值划分为2000个单位（HU），最上界为骨+1000HU，最下界为空气-1000Hu，水的理想CT值为0。CT值不是绝对不变的数值，与X线管电压、CT设备、扫描层厚等因素有关。CT值有助于大致判断组织类型，从而有助于提示疾病的诊断。单击此处编辑母版标题样式18ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.51．X线球管的热容量与散热率热容量的单位MHU，X线球管的热容量越大，表示可承受的工作电流越大，连续工作的时间也越长；散热率的单位是kHU，散热率越高，说明X线球管的性能越好。如：TOSHIBA公司的Aquilion16排MSCT的X线球管热容量达到7.5MHU，散热率达到1386KHU/min；而GE公司的64排LightSpeedVCT的X线球管热容量达到8.0MHU,散热率超过2100KHU/min。单击此处编辑母版标题样式19ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.52．探测器的数量探测器是位于X线球管和计算机系统之间重要的数据检测部件。一般来说，探测器的数量越多，采集到的扫描数据就越多，可提高X射线的利用率，相应的缩短扫描时间和提高图像的质量。比如GE公司LightSpeed16排MSCT的探测器系统共有24排矩阵式探测器组合，每排有912个稀土陶瓷探测器，共有21，888个探测器。单击此处编辑母版标题样式20ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.53．扫描时间、重建时间和周期时间CT扫描时间是指X线球管以一定的层厚围绕人体旋转扫描一周（360°）所需要的时间。扫描时间取决于X线球管旋转的速度与能力，以往的CT扫描时间为1s、2s、3s或更长，现在已实现了亚秒扫描。如GE公司LightSpeedPlus16排CT的扫描时间为0.5s；Philips公司的Brilliance16排CT最短扫描时间可达0.42s；扫描时间的缩短可以减少病人的检查时间，提高单位时间内病人的检查量，还能减少不配合病人的运动伪影等。单击此处编辑母版标题样式21ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.53．扫描时间、重建时间和周期时间重建时间是指计算机的阵列处理器将CT扫描的原始数据重建成图像所需要的时间。目前，由于计算机功能的异常强大,CT图像的重建速度有了大幅度提升，如先进的16排MSCT能够在1秒重建出12幅512×512的图像。图像扫描与重建时间7分钟图像扫描与重建时间＜7秒单击此处编辑母版标题样式22ChinaMedicalUniversityComputerCenter2007.8《医学影像实用技术教程》5.15.25.35.45.53．扫描时间、重建时间和周期时间周期时间是指从CT扫描开始、图像的重建、直到图像的显示这一全过程所需要的时间，一般来说，周期时间是扫描时间与重建时间的总和。最大连续扫描时间是指螺旋CT扫描时的X线球管连续、不间断曝光时间的长短。该时间的长短不仅与X线球管的热容量和散热率因素有关，还与DAS数据采集的速度、计算机的处理能力等因素有关。目前的多层螺旋CT最大的连续扫描时间可以超过100秒。单击此处编辑母版标题样式23ChinaMedicalUniversityCompute