CT基础培训.

主要内容X射线CT历史CT以及CT原理CT组成部件（主要内容）X射线1.轫致辐射2.特征辐射1895年，伦琴研究阴极射线。却意外地发现一米以外的一块荧光屏上发出亮光。过反复实验，确信这是种尚未为人所知的新射线，便取名为X射线1845～1923年X射线1、穿透作用2、电离作用3、荧光作用4、热作用5、干涉、衍射、反射、折射作用X射线特性CT历史1917-1719年奥地利数学家Radon提出来数学重建图像的方案1963年Cormack重建得到一个投影的重建图片1971Hounsfield年第一台CT研制用于临床颅脑扫描。1979年Cormack和Hounsfield生理和医学奖，破例授予两位没有医学经历的科学家常规CT（第一代）X线源为3mm宽的笔形束。由于探测器少、扫描次数很多，故扫描完一个层面所需时间长，一般需要几分钟。已淘汰。常规CT（第二代）扫描方式与第一代相似，但X线源为具有不同角度的扇形束（如10º角），其对面有十几个或几十个探测器，每次平移扫描可完成扇形区（如10º角）范围内的工作。扫描一个层面的时间为10～40秒。常规CT（第三代）旋转过程中X线管发射几百次脉冲，同时进行扫描，即边旋转边扫描，加之探测器数目达几百个，速度大大增加，扫描一个层面的时间约为2～4秒。常规CT（第四代）球管旋转180˚得到一个层面的图像数据。然后平移到下一个层面的位置继续扫描。分2种方式。CT以及CT原理CT是用X射线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digitalconverter）转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。CTCT原理CT就是ComputedTomography简称。即电子计算机断层扫描CT以及CT原理数学公式基础tubeoutputdetectorIoImI=I0e-mdI0Idm1m2m3mnI0II=I0e-dSmii=1ndI=I0e-mxdxmxI0I0DxDCT以及CT原理•CT值通过μ值换算得到的用以表示每个体素的X线吸收能力，即表达CT图像中的组织密度的统一单位，是一种相对数值。•规定将受测物质的衰减系数（μM）与水的衰减系数作为比值计算，并分别以骨皮质和空气的衰减系数作为上、下限进行分度，由此计算出CT值。CT以及CT原理•衰减系数（μ值）计算机对X线从多个方向扫描得到的信息，计算出每个体素（相对于每个像素对应的组织“块”的体积）的X线吸收系数。这是成像的数字基础。•水的衰减系数（μW）为1，骨（μB）为1.9～2.0，空气（μA）为0.0013（≈0）CT以及CT原理•CT值的计算公式：•α为分度因数。现在CT值一般用亨氏单位（H），则α为1000。CT以及CT原理•水的CT值：•骨的CT值：•空气的CT值：CT以及CT原理•窗技术：是CT检查中用以更好地观察不同密度组织的一种显示技术。•窗技术包括窗宽（windowwidth）和窗位（windowlevel,orwindowcenter）。•为了增强人眼对不同密度CT图像的分辨力，引入了窗技术：人体组织的CT值有2000个分度，显示器虽能显示2000个灰阶，但人眼只能识别16个灰阶。所以，若在一幅CT图像上同时显示2000个CT值，则意味着人眼观察时只能分辨大于125H（2000/16，即125个CT值）的密度变化——显然不够。CT以及CT原理窗位20窗宽80图像上可分辨的CT值范围为-20～+60H；可分辨的最小CT值差别为80/16，即5HU。CT组成部件CT组成部件CT组成部件•数据采集阶段包括：X射线管、探测器、准直器、滤过器、对数放大器、模数转换器（A/D）、接口电路等•图像重建阶段包括：计算机、D/A转换器等•图像显示阶段包括：图像显示器、相机、接口电路等等•整个系统由中央系统控制器操纵，加上检查床便构成一台完整的X-CT系统X射线球管I.球管的发展II.球管功能及构成III.球管的高压发生器X射线球管I.球管的发展–固定阳极（stationaryanode）X线管（I、II代CT、牙科CT等）–旋转阳极(rotatinganode)X线管（全身CT）X射线球管•球管组成•Envelope外壳•Cathode阴极•Anode阳极•ProtectivehousingX射线管防护罩X射线球管•控制电子束的位移，在很短的时间内在两个位置间移动发射X线，相当于多了一次采集或采集数量的加倍；•采样增加、空间分辨力增加•Heatunitishowmuchheatananodecanstorebeforedamageoccurs热容量表示阳极损坏之前的储热能力•单位：HUkVpmAtimerectificationconstant•Heatdissipationmeanshowfastatube’sanodecoolsdown散热率表示阳极冷却时间•单位：HU/min热容量和散热率（冷却速率）高压发生器作用•发生器提供高压并将其传输到X线管，使得电子从球管灯丝到达阳极Thegeneratorproduceshighvoltageandtransmitsittothex-raytube.Thishighvoltagepropelstheelectronsfromthex-raytubefilament(灯丝)totheanode•灯丝加热电流Providetheheatcurrentoffilament•控制X线曝光时间TimeControl过滤器•吸收对CT成像没有贡献的软射线。Toabsorblow-energyx-rays(softX-Ray)thatdonotcontributetotheacquisitionofCTimage•降低患者剂量并提高射线质量（射线变硬）Bydoingthis,patientdoseisreducedandthebeamqualityincreases(beam“harder”)•使出射射束能量分布定型为均匀一致的硬射束Toshapetheenergydistributionacrosstheradiationbeamtoproduceuniformbeamhardeningwhenx-rayspassthroughthefilterandtheobject准直器准直器Purpose:目的usedforcollimatingthex-raybeamtoadesiredwidth用于校准X线束到期望宽度Types:类型•thetubecollimator(Pre-patientcollimator)球管侧准直器（前准直器）•thedetectorcollimator(Post-patientcollimator)探测器侧准直器（后准直器）准直器X-RAYTUBE1MMCuFILTERBEAMLIMITTINGEARSPOSTPATIENTCOLLIMATORDETECTORSLICETHICKNESSPLATESBEAMSHAPER(NOTINTOMOM/EG)单层CT的准直器7mm5mm3mm2mm10mm(COLLIMATOR)准直器探测器I.Purpose•Gatherinformationbymeasuringthex-raytransmissionthroughtheobject;测试穿过物体的X线Electricalsignalproportionaltox-raybeamintensity与X线强度成正比的电信号探测器II.Characteristic•Efficiency效率•Stability稳定性•Detectorresponse响应•……探测器1.Efficiency效率•Theabilitytocapture,absorb,andconvertx-rayphotonstoelectricalsignal;捕捉、吸收、转换X线光子形成电信号的能力；•Thetotaldetectorefficiency,referredtoasthedoseefficiency,istheproductofthecaptureefficiency,absorptionefficiency,andconversionefficiency;总探测器效率（剂量效率）指探测效率、吸收效率和转换效率的乘积。探测器2.Stability稳定性•thesteadinessofthedetectorresponse.探测器响应的稳定性•Ifthesystemisnotstable,frequentcalibrationsarerequiredtorender(补偿)thesignalsuseful;如果系统不稳定，就需要频繁的校准来补偿信号的作用。探测器3.Responsetime响应时间•Thespeedwithwhichthedetectorcandetectanx-rayeventandrecovertodetectanotherevent;探测器探测一个X线信号到为下一个信号作好准备的时间•Afterglow余辉问题4.Accuracy准确性•LowelectronicNoise低电子噪声•Linear线性•Uniformity探测器均匀一致性•Instantaneousstability瞬时稳定性探测器III.Detectortypes探测器类型•Solidstatedetectors固体探测器–NaI早期固体探测器–稀土陶瓷探测器•气体探测器1.闪烁体探测器或固体探测器Scintillation闪烁体Photoncapture电子俘获Light光Photo-diode光电二极管Signal信号Pressurisedxenongas高压氙气Ionization电离Signal信号3.Xenondetectors气体探器X-ray气体探测器Thexenongasdetectorconsistsofpressurechamberseparatedinternallyintomanycompartments;气体探测器由分散在很多隔间内部的压力电离室组成。•电离室的上下夹面由陶瓷拼成；每个电离室两侧用薄钨片构成；电离室内充满氙气；各个中心收集电极引线连至相应的前置放大器，DAS数据采集系统•DAS~Dataacquisitionsystem•Function–将输出信号放大、积分后，多路混合成一路用A/D转换器变为数字信号送入计算机处理；组成1.Pre-amplifier前置放大器2.Integrator积分器3.Multiplexer多路转换器4.A/D转换器5.D/A转换器由探测器接收信号，经对数压缩使后续电路工作在一个较窄的范围；积分器接在放大器之后测量每个角度下的光子总和；各路积分器输出信号经多路混合变成一路使用共同的A/D转换器变为数字信号；将连续时域模拟信号转变为离散的数字化信号；CT一般要求大于16bit将数字图像变为显示终端的模拟信号Gantry机架床Gantry(机架)•俗称：龙门架•作用：–完成特定扫描方式的扫描，以获得病人扫描层面的原始数据，供计算机系统进行图像处理–放置X-CT部件•扫描架性能–扫描架孔径应足够大，绝大多数的机架孔径为70cm–旋转倾斜性能好，大多数可以倾斜±30。Patienttable(诊视床~couch)Convenientcontrol/andpositionreadout;便于控制和读数Strongandrigidtosupporttheweightofthepatient;足够的强度和刚性来承载体很重的患者Accurate;精确性好Easyloading;方便装载Adjustable;可以调节