第五章-CT设备模板

第五章X线计算机体层成像设备医学影像设备学重要知识点CT设备的基本组件及工作原理1检测器及数据处理装置工作原理2螺旋CT和多层CT工作原理3CT设备应用质量保证基础知识4１．CT图像可直观病变的外形、轮廓、范围，甚至其内部结构等，从而得到明确的定位和定性诊断。CT的特点２．CT图像清晰，密度分辨率高３．CT检查操作简单、安全、属于“无损伤性诊断”方法。CT的局限性对颅脑和腹部实质性脑器检查效果较佳，对消化道检查就不适宜了。CT图像可直观病变的外形、轮廓、范围，甚至其内部结构等，从而得到明确的定位和定性诊断。CT的局限性但因其病变部位、大小、性质、病程长短、病人胖瘦和配合情况及CT扫描机固有性能等诸多因素，其检查结果也有不理想时，也会有漏诊，误诊。为提高其准确性，必须紧密结合临床和一些其它检查。概述一、X线CT扫描设备的发展简史CT：ComputedTomographyCT扫描机在20世纪70年代初推出是数学运算的进步和高速数学电子计算机发展的结果。早在1917年奥地利数学家雷当（J.Radon）就提出二维或三维的物体从各个方向上投影取得数据，用数学计算方法可以计算出一张重建图像。随后，科学家们从各个方面进行研究均在不同领域取得成功。1963年美国塔夫脱大学物理学教授柯马克（A.M.Cormack）在一篇文章中详细叙述了他做的实验及计算方法。他是正确应用图像重建数学的第一人，从而为CT图像重建算法打下了基础。以人体组织对X线的线性吸收系数为物理参量，用X线投影作为人体组织对X线线性吸收系数的线积分，研究出重建图像的数学方法。A.M.Cormack1967~1970豪斯菲尔德博士（G.N.Hounsfield）提出体层成像的具体方法，世界上第一台用于临床的CT扫描机在1971年由英国EMI研究实验室的研制成功，1972年在RSNA上宣布，宣告XT诞生。1974年美国George-town大学医学中心的Ledly研制成第一台全身CT扫描机。1979年诺贝尔生理和医学奖1972年CT发明人Housfield先生各代CT扫描机收集数据方式第一代CT扫描机数据采集是基于X线管和探测器作平移加旋转（T/R）的扫描方式,直线笔形束扫描，扫描过程：X线管和探测器同步做直线平移运动，获得240个透射测量数据后，停止平移；X线管和探测器围绕人体旋转1度，然后重复上述平移运动，平移运动方向与上次相反，在获得240个透射测量数据后，停止平移，重复上述过程，直到旋转180°。第一代CT效率非常低，扫描时间长，通常需要3~5分钟，重建一幅图像的时间为5分钟，专用人体头颅成像。各代CT扫描机收集数据方式第二代CT扫描机数据采集是基于X线管和探测器作平移加旋转（T/R）的扫描方式,直线多路笔形束扫描（或连续扇形X线束），探测器的数量增加（3-30），每次旋转的角度也可增大（3°-30°）总扫描时间缩短（20-90s）。要求每个探测器的性能和灵敏度必须一致，避免产生投影数据误差。各代CT扫描机收集数据方式第三代CT扫描机数据采集是基于X线管和探测器作旋转（R/R）的扫描方式,采用具有较宽扇形角（30°~45°）脉冲发射的扇形X线束（连续旋转脉冲宽扇束扫描），总扫描时间缩短（3~5s），扫描采用往复运动的方式实现交替层面扫描，避免电缆的过度缠绕。各代CT扫描机收集数据方式第四代CT扫描机探测器更多（600-1500个或更多）紧密排成圆环，分布在360°,扫描时探测器固定不动，只有X线管围绕患者做360°旋转（S/R），旋转速度加快，扇形角更大，总扫描时间缩短（1-5s）。对散射线敏感，加小准直，降低了探测器的几何效率，增加患者辐射剂量。在临床应用的不多。第五代CT扫描机X线管和探测器都是静止的（S/R），为了获得心脏等动态器官的高分辨率图像，消除运动伪影，扫描时间缩短致毫秒级，1983年前后出现了两种类型的高速扫描机：超高速电子束CT扫描机（EBT）动态空间重现机（DST）各代CT扫描机收集数据方式第五代CT扫描机超高速电子束CT扫描机EBT：超高速CT（UFCT）也称电子束CT（EBCT），它用电子束的方法产生旋转的X线源，极大地提高了扫描速度。四个紧挨的环状钨靶，两排探测器阵列，探测器固定在两个分开的圆环上，130KV的高压使电子枪产生电子束~加速，聚焦的作用是使电子束聚成一个指定的焦点（1mm×1.2mm），再由电磁偏转线圈使电子束按规定的角度偏转，射向4个固定~环靶，~环靶半径为90cm，围成210°圆周。当电子束轰击钨环靶时即产生X线，经准直后成扇形线束穿过扫描部位，照射野为47cm。在钨环靶对面有两排探测器阵列，固定在两个分开的圆环上，圆环半径为67.5cm，围成210°圆周。第一个环上有864个探测器，第二个环上有432个探测器。当电子束轰击一个钨环靶时，可以扫描出两个层面图像，当电子束同时轰击4个钨环靶时，可以扫描出8个层面图像。X线穿过扫描部位后被静止的高灵敏固体探测器（闪烁晶体和硅光电二极管）阵列接收，接收的数据经预处理后由光缆送至计算机，利用卷积快速富里叶变换重建图像。***超高速CT除具有心脏疾病的诊断功能外，还具备一般CT功能。它有三种扫描方式：1.单靶单层面扫描方式；2.单靶多层面连续扫描方式；3.多靶多层面扫描方式；多靶多层面是超高速CT最大优点。在一切不动的情况下，一次扫出8个层面的图像仅需0.46秒。特点：基于电子束扫描技术；没有作机械扫描的部件；数据采集的方法不同于常规采集系统。螺旋CT螺旋CT扫描中,X线管在单一方向上连续旋转,在X线管连续旋转中放射X线，同时病人躺在扫描床上，其床面纵向的匀速移动。X线相对于病人的移动描述病人身体形成螺旋线形轨迹，故称螺旋扫描又称容积扫描，属于第三代CT。满足：依靠滑环技术使X线管能连续地沿着一个方向转动；病床能做同步匀速直线运动；使用大功率、高热容量和散热率的高频X线发生装置；具有螺旋加权算法软件；选用计算速度快、存储容量大的计算机系统。螺旋CT扫描机具有优点：1.扫描速度快：通常1秒内可旋转360°，从而有效地缩短了扫描时间。2.连续扫描和连续采集数据可获得容积数据，后处理中可重建任意位置的层面像和高质量的三维重建图像。3.快速无层间隔扫描，可以充分发挥造影剂的对比增强作用。各代X线CT扫描机的特点二、CT设备的发展趋势1972年~~~2013年（640螺旋CT）硬件的发展趋势：提高扫描速度提高图像质量：X线源特性和探测器性能；扫描数目和速度；图像重建的算法；数据表达和显示方法。降低剂量缩小体积简化操作提高工作效率二、CT设备的发展趋势1972年~~~2013年（640螺旋CT）硬件的发展趋势：研制和生产新型的高效探测器CT设备与其他设备的整合CT设备与放射治疗设备的整合二、CT设备的发展趋势1972年~~~2013年（640螺旋CT）硬件的发展趋势：研制和生产新型的高效探测器CT设备与其他设备的整合CT设备与放射治疗设备的整合二、CT设备的发展趋势软件功能的发展趋势血管成像三维图像重建CT引导下的介入治疗仿真内镜放疗计划第二节CT成像系统数据采集系统计算机和图像重建系统图像显示、记录和存储系统第二节CT成像系统一、数据采集系统是从X线产生，经过滤过，准直穿过扫描部位，准直，探测器收集成为电信号，经A/D转换成为数字信号，送至计算机。系统的组成包括X线高压发生器、X线管、准直器、滤过器、探测器、扫描机架、病床和前置放大器及接口电路等。（一）X线发生装置X线CT扫描机用的X线管与普通诊断X线机用的X线管结构一样，有固定阳极X线管和旋转阳极X线管。但由于连续扫描时间长，X线管的额定功率和热容量要大。固定阳极X线管固定阳极X线管用于第一、第二代CT扫描机。因其扫描时采用笔形线束或小角度扇形线束，对X线管瞬时功率要求不很高，但扫描时间长，散热需用循环冷却油方法。旋转阳极X线管用于第三、第四代CT扫描机。因其扫描时采用广角扇形线束，连续工作时间较短，对瞬时功率要求很高，必须采用瞬时功率和热容量高的旋转阳极X线管。最大功率为100kW，最高热容量8MHU。将X线管管套与油循环、风冷却的热交换器组成一体。在CT扫描机中，X线管的工作方式有：连续工作方式和脉冲工作方式。对X线量和质的要求就是要很稳定。为此，高压稳定性要求很高，在高压发生器装置中彩高精度闭环控制方式，如智能剂量管理技术控制高压的发生。（二）准直器及滤过器准直器是限制X线束成为窄束X线束，只能射入相对的探测器，其作用：降低患者表面辐射剂量减少进入探测器的散射线限定成像的空间范围（决定扫描层厚）准直器准直器有两种：X线管准直器（前准直器）控制X线束在人体长轴平行方向上的宽度，从而控制了横截面成像的扫描厚度；探测器准直器（后准直器）使探测器只接受垂直入射探测器的射线束，尽量减少来自其它方向的散射线的干扰，提高探测器的测量精度。滤过器滤过器的作用：吸收波长较长的低能X线，滤过后使射线平均能量升高，射线变硬；使穿过滤过器和受检部位的射线能量分布达到均匀硬化。减少信号强度差。（三）探测器探测器是将X线能量转换为电信号的部件，是由性能完全相同的探测组件排列而成。每个探测组件对应着一束X线束，如果由N个探测组件，一次就可同时获得N个投影数据。（三）探测器探测器的特性——高探测效率、短响应时间、稳定性好和宽动态范围。1.检测效率：指探测器从X线束吸收能量的百分数。对X线光子的俘获能力、吸收能力和转变为电信号的能力，通常用照射到探测器上并形成电信号的光子的百分数来表示。影响探测器效率的因素有：几何效率和吸收效率。是二者的乘积，50%~90%之间。探测器几何效率：探测器能获得穿过受检体的透射X线光子的能力。由空间包括探测器本身的宽度、静止的准直器或一个探测器与相邻探测器之间的间隔决定。探测器窗口宽度w/（探测器窗口宽度w+相邻两探测器之间的间隔d）探测器吸收效率：指辐射进入探测器并被吸收的X线光子的百分数。与探测器类型、探测器厚度及相邻两个探测器之间的间隔有关。总效率：是几何效率与吸收效率的总和。一般在50%~80%之间探测器2.稳定性：指探测器的重复性和还原性，从某一瞬时到另一瞬时探测器的一致性和还原性，CT的探测器需经常进行校准以保证其稳定性。3.响应时间：指探测器接收、记录和输出一个信号所需的时间，即探测到一个信号恢复到能探测下一信信号所需的时间。应非常短（微秒级），避免余辉或信号堆积等问题的出现；探测器4.准确性与线性：探测器对衰减系数和测量的准确性。输入X线强度与检测器的输出信号成正比关系。5.一致性：对于相同的X线输入，各探测器单元输出相同。6.动态范围：指探测器能够测量到的最大信号与能被识别的最小信号之比，通常在106:1。2.探测器CT扫描机中常用探测器利用光电效应的探测器，称为固体探测器（闪烁晶体探测器和稀土陶瓷探测器）。收集气体电离电荷的探测器，称为气体探测器。探测器气体探测器气体探测器的工作原理是基于电离作用。通过测量电离电流的大小来测量出入射X线的强度。结构：它是上下夹面由绝缘体构成，封装在气体容器中，构成一系列单独的气体电离室，电离室电极由钨片分构成，多组电极将气体容器分隔成多个电离室，每组电极上加直流加速电压。钨片还起到收集电子的作用。气体（氙气）压力高达20~30个大气压，转换率为35%~45%。入射的X线使电离室内气体电离，产生正负离子在加速电压作用下形成电流，并由个中心收集电极引线连接到相应的前置放大器，通过前置放大器放大后送入数据采集系统。各单元的电离室是相互连通的一个整体，处于同一气压、密度、纯度，一致性好。•对系统漂移进行校正，保持良好的线性和稳定性。•工作方式分为：比例计数型和电离室型。区别是电极两端所加的直流电压不同，工作区域不同。P114气体电离室探测器外表结构气体探测器•稳定性高•一致性好•响应时间短•没有余辉•价格便宜•要恒温保证气体压力•检测效率相对低，几何效率高，总效率大致相似。•要高mAs来获得