CT-電子計(jì)算機(jī)斷層掃描

CT--電子計(jì)算機(jī)斷層掃描摘要：本文介紹了CT機(jī)的定義、組成及基本工作原理，并對其在醫(yī)學(xué)、工業(yè)以及新興產(chǎn)業(yè)等方面的應(yīng)用進(jìn)行了全面詳細(xì)的闡述。同時(shí)指出CT在當(dāng)前應(yīng)用中存在的問題以及未來的發(fā)展方向。關(guān)鍵字：CTX寸線計(jì)算機(jī)CT--ElectronicComputerTomographyAbstract:CTofthedefinition,compositionandbasicworkingprincipleareintroducedinthispaper,andthenitmakesacomprehensiveanddetaileddescriptionofitsapplicationinmedical,industrialandemergingindustries.Atthesametime,thecurrentapplicationofCTproblemsandthefuturedirectionofdevelopmentarepointedoutinthispaper.KeywordsCT;X-ray;Computer.目錄TOC\o"1-5"\h\z摘要1關(guān)鍵字1\o"CurrentDocument"CT簡介3CT技術(shù)簡介3\o"CurrentDocument"CT技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展4\o"CurrentDocument"CT成像原理4\o"CurrentDocument"原理概述4\o"CurrentDocument"CT技術(shù)的應(yīng)用5\o"CurrentDocument"CT技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用5\o"CurrentDocument"CT灌注成像5\o"CurrentDocument"CT心臟成像6\o"CurrentDocument"外傷或急重癥病人6\o"CurrentDocument"CT技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展6\o"CurrentDocument"尺寸測量及裝配結(jié)構(gòu)分析7\o"CurrentDocument"密度分布表征7\o"CurrentDocument"CT成像技術(shù)的新發(fā)展7\o"CurrentDocument"雙源CT技術(shù)7\o"CurrentDocument"移動(dòng)CT8\o"CurrentDocument"4前景及展望8\o"CurrentDocument"參考文獻(xiàn)91CT簡介CT(ComputedTomography),即電子計(jì)算機(jī)斷層掃描，它是利用精確準(zhǔn)直的X線束、丫射線、超聲波等，與靈敏度極高的探測器一同圍繞人體的某一部位作一個(gè)接一個(gè)的斷面掃描，具有掃描時(shí)間快，圖像清晰等特點(diǎn)，可用于多種疾病的檢查；根據(jù)所采用的射線不同可分為：X射線CT(X-CT)、超聲CT(UCT以及Y射線CT(丫-CT)等CT技術(shù)簡介CT設(shè)備主要由以下三部分組成：①掃描部分，由X射線源、探測器和掃描架組成；②計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，將掃描收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行貯存運(yùn)算；③圖像顯示和存儲系統(tǒng)，將經(jīng)計(jì)算機(jī)處理、重建的圖像顯示在電視屏上或用多幅照相機(jī)或激光照相機(jī)將圖像攝下。CT工作原理流程如圖1.1.1所示。CT是用X線束對被檢測對象具體部位一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測器接收透過該層面的X線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂?，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字，輸入計(jì)算機(jī)處理。圖像形成的處理有如將選定層面分成若干個(gè)體積相同的長方體稱之為體素。掃描所得信息經(jīng)計(jì)算而獲得每個(gè)體素的X線衰減系數(shù)或吸收系數(shù)，再排列成矩陣，即數(shù)字矩陣。數(shù)字矩陣可存儲于磁盤或光盤中。經(jīng)數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器把數(shù)字矩陣鐘的每個(gè)數(shù)位轉(zhuǎn)為由黑到白不等灰度的小方塊，即像素，并按矩陣排列，即構(gòu)成CT圖像⑵。X射線源數(shù)模轉(zhuǎn)換器—?計(jì)算機(jī)f對比增強(qiáng)器數(shù)棹轉(zhuǎn)型器照相機(jī)?一顯示暑圖1.1.1CT工作原理流程圖CT技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展CT引人注目的應(yīng)用是在醫(yī)學(xué)診斷領(lǐng)域，其理論研究及設(shè)備制造技術(shù)在相當(dāng)程度上與醫(yī)學(xué)科學(xué)有關(guān)。從1971年Hounsfielld發(fā)明頭顱CT到20世紀(jì)80年代，CT技術(shù)的發(fā)展主要在于掃描部位的延伸，即從單一的頭部檢查拓展到體部檢查；從80年代到90年代，主要是掃描速度的角逐，突破了亞秒的掃描速度；20世紀(jì)90年代到2000年代，螺旋CT技術(shù)使橫斷CT向可以連續(xù)掃描的螺旋CT過渡，多層螺旋CT從4/16/32/40層到64層CT廣泛的臨床應(yīng)用，大大拓展了CT的臨床價(jià)值⑶。2CT成像原理原理概述利用高度準(zhǔn)直X線束環(huán)繞人體某一部位，并以一定層厚的層面進(jìn)行斷層掃描，未被吸收的X線光子穿透人體后，由探測器接收，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂?，?jīng)放大由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺俳?jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。2.1.1CT成像原理數(shù)學(xué)上可以證明，通過對物體進(jìn)行多次投影就可得到該物體的幾何形狀。CT的基本思想是：讓一束丫射線投射在物體上，通過物體對丫射線的吸收（多次投影）便可獲得物體內(nèi)部的物質(zhì)分布信息。當(dāng)強(qiáng)度為I0的一個(gè)窄束丫射線穿過吸收系數(shù)為小的物體時(shí)，其強(qiáng)度滿足指數(shù)衰減關(guān)系I=3(1)式中t為丫射線所穿過物質(zhì)層厚度。在實(shí)際情況中，所研究的物體往往不是由單一成分組成的，當(dāng)物體由若干個(gè)不同成分組成時(shí)，物體內(nèi)部各處的也將可能不同。在這樣的物質(zhì)中，Y束穿過整個(gè)物件后的強(qiáng)度為TOC\o"1-5"\h\z/)I(L)=I0Exp_Ju(r)dt(2)<L)式中u(r)為「處的吸收率。CT系統(tǒng)通過改變一組射線路徑L,記錄下對應(yīng)出射強(qiáng)度I(L)的變化來分析物體內(nèi)部u(r)的分布。在實(shí)際操作中，總是假定物體中的吸收系數(shù)u(r)是一個(gè)連續(xù)函數(shù)，通過射線測量方法和圖像處理技術(shù)，將數(shù)學(xué)物理方程通過計(jì)算機(jī)解出函數(shù)u(r)o在計(jì)算機(jī)屏幕上，可用顏色或灰度來表示u(r)的大小，從而被掃描的物體的切面圖像即可顯示出來。實(shí)際的掃描裝置通常是由排列成一定角度的多組探測器構(gòu)成的，這樣在每一個(gè)位置就可以獲得多組數(shù)據(jù)，從而節(jié)省了測量時(shí)間，提高了工作效率。共有三種信息收集方式：透射式CT(TCT、放射式CT(ECT'反射式CT。我們主要考慮前兩種CT的成像原理。3CT技術(shù)的應(yīng)用CT技術(shù)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用CT灌注成像CT灌注成像(CTperfusionimaging)是新近開展的項(xiàng)目之一，它不同于以往的CT形態(tài)學(xué)成像，屬于功能成像(functionimaging)的范疇⑷。它充分利用了多層螺旋CT可以顯示毛細(xì)血管染色情況這一功能，通過在靜脈中注射造影劑后，對特定的組織或器官進(jìn)行連續(xù)多層掃描，以獲得該組平面內(nèi)的時(shí)間密度曲線(TDC,以使用不同的數(shù)學(xué)模型得出血流量(BF)、血容量(BM、平均通過時(shí)間(MTT、峰值時(shí)間(TTP3)等參數(shù)，并用這些參數(shù)對該層面的組織或器官的功能進(jìn)行評價(jià)。在常規(guī)掃描和增強(qiáng)掃描上不易鑒別的月中瘤、感染、炎癥、梗塞等，其灌注參數(shù)均有所表現(xiàn)；并可對癡呆、精神疾病、偏頭痛等作出評價(jià)。有研究表明6"CT灌注成像灌注參數(shù)值的測定對于原發(fā)性肝癌、肝轉(zhuǎn)移瘤和肝血管瘤的鑒別診斷以及對鄰近的肝組織受累情況的評估具有重要的臨床意義。CT心臟成像運(yùn)動(dòng)器官一直是常規(guī)軸向掃描CT機(jī)臨床應(yīng)用的盲區(qū)，多層螺旋CT的出現(xiàn)突破了這一盲區(qū)。新的64層螺旋CT只用5s就可完成全心臟掃描，可看清軟、硬斑塊及支架等。每幅圖像的時(shí)間分辨率也已縮短至0.4?0.25so而且隨著多層螺旋CT所謂扇形或斑狀掃查，可使一層面的數(shù)據(jù)重建由多列探測器分擔(dān)采集，時(shí)間分辨率已進(jìn)一步縮短至百余毫秒甚至數(shù)十毫秒⑺。64層螺旋CT做心臟冠狀動(dòng)脈成像成功率接近100%18,0外傷或急重癥病人外傷或急重癥病人需要及時(shí)并且準(zhǔn)確的診斷，才能正確及時(shí)地?fù)尵?。?4層螺旋CT全身高分辨率各向同性采集只要10s,真正實(shí)現(xiàn)全身大范圍的掃描，可迅速查出內(nèi)臟受損傷的情況，以便及時(shí)進(jìn)行搶救，是外傷急診CT臨床應(yīng)用的巨大突破I9-10，oCT技術(shù)在工業(yè)中的應(yīng)用及發(fā)展將CT技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)無損檢測大致始于20世紀(jì)70年代中后期。初的研究工作是用醫(yī)用CT進(jìn)行的，檢測的對象為石油巖芯、碳復(fù)合材料及輕合金結(jié)構(gòu)等低密度工件。由于醫(yī)用CT所用的射線源能量較低、穿透能力有限，而機(jī)械掃描系統(tǒng)又是專門為人體設(shè)計(jì)，因此，在檢測高密度及大體積物體方面存在著明顯局限性。從20世紀(jì)80年代初期開始，由美國軍方首先提出若干專門的研究計(jì)劃，制造檢測大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或小型精密鑄件的CT設(shè)備。經(jīng)過大約20年的發(fā)展，工業(yè)CT研究已成為一個(gè)專門的分支，并在以后的十多年內(nèi)取得了飛速發(fā)展M1,o工業(yè)CT具有圖像清晰直觀、密度分辨率高、探測信號動(dòng)態(tài)范圍廣、圖像數(shù)字化等特點(diǎn)因此在無損檢測中的應(yīng)用中有著獨(dú)特的優(yōu)越性I12,o尺寸測量及裝配結(jié)構(gòu)分析通過工業(yè)CT得到的三維空間信息同樣可用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)件內(nèi)部尺寸的測量及關(guān)鍵件裝配結(jié)構(gòu)的分析，以驗(yàn)證產(chǎn)品尺寸或裝配情況是否符合設(shè)計(jì)要求。孫明太等人1131利用工業(yè)CT對航空深彈進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，精確測量其零部件位置及尺寸變化，并據(jù)此繪制圖紙、制定拆卸方案，從而保證了深彈拆卸和研究的安全性和可靠性。工業(yè)CT的發(fā)展為我國引進(jìn)的高尖端武器的研究以及延壽提供了充足的資料。密度分布表征工業(yè)CT圖像提供的密度信息，可直接用于均勻材料物理密度的測定，以驗(yàn)證產(chǎn)品密度是否符合設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然，將CT值和物理密度之間建立起對應(yīng)關(guān)系需要特定的標(biāo)定技術(shù)。現(xiàn)代武器工業(yè)的發(fā)展對彈藥裝藥質(zhì)量提出了越來越高的要求，各種大口徑炮彈要求對各種裝藥缺陷（氣泡、縮孔、裂紋、底隙等）進(jìn)行嚴(yán)格的限制，而這些缺陷通常又與炮彈的裝藥密度有著密切的關(guān)系。炮彈的裝藥密度不僅直接影響武器的殺傷能力，而且炮彈裝藥密度的均勻性還對武器的發(fā)射安全性有著不同程度的影響。實(shí)踐證明，高能工業(yè)CT技術(shù)在裝藥質(zhì)量的檢測中體現(xiàn)了其獨(dú)特的優(yōu)勢小。CT成像技術(shù)的新發(fā)展雙源CT技術(shù)雙源CT技術(shù)在2005年北美放射學(xué)會（RSNA年會上推出，展示了CT在技術(shù)與臨床應(yīng)用領(lǐng)域的革命性創(chuàng)新，重新定義和詮釋了CT的概念，全面拓展了CT的臨床應(yīng)用，將影像診斷領(lǐng)域推向了一個(gè)令人驚喜的高度。西門子SOMATOMDefinition系統(tǒng)是全球首臺雙源計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)（DualSourceComputedTomography,DSCT,它通過兩個(gè)X射線源和兩套探測器來采集數(shù)據(jù)。另外，通過雙源在不同能量下的數(shù)據(jù)采集，即兩個(gè)X射線源以不同的能量設(shè)置來工作。DSCT拓展了新型臨床應(yīng)用的范圍。該技術(shù)可應(yīng)用于大量的臨床實(shí)踐，如月中瘤、神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病和各類急癥的診療等。移動(dòng)CTNeuroLogica公司推出的可移動(dòng)的無線傳輸圖像的頭部專用8層CT機(jī)，該機(jī)安裝在4個(gè)輪子上，可推到搶救患者床邊進(jìn)行頭部CT檢查，可用于急診室/ICU/導(dǎo)管室/手術(shù)室等場所。該機(jī)沒有檢查床，由電池驅(qū)動(dòng)，通過其設(shè)計(jì)的專利娛蚣腳系統(tǒng)移動(dòng)主機(jī)來掃描，掃描圖像可通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦ぷ髡尽?前景及展望CT作為一種計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)，在醫(yī)學(xué)、工業(yè)、地球物理、農(nóng)業(yè)、工程檢測和探測等多方面發(fā)揮著越來越重要的作用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，CT技術(shù)將向著多源、多排、多層方向發(fā)展，以求得掃描速度、覆蓋范圍、圖像質(zhì)量的同時(shí)改善。同時(shí)便攜化的CT技術(shù)也將成為今后CT發(fā)展的方向。同時(shí)，近年來出現(xiàn)了分子成像115，＞叱子成像3等先進(jìn)的成像技術(shù)。分子成像技術(shù)可以對疾病進(jìn)行早期探測和跟蹤，在致病因素尚未在患者體內(nèi)成為疾病時(shí)或在患者尚未出現(xiàn)臨床癥狀之前即作出明確的診斷。小子成像檢測技術(shù)具有穿透力強(qiáng)、對高原子序數(shù)材料敏感、消耗能源少等特點(diǎn)，特別適合檢測特殊核材料，是監(jiān)控核材料走私的有效方式之一。當(dāng)今世界正處于一個(gè)日新月異的時(shí)代，相信在將來CT技術(shù)將會發(fā)揮越來越重要的作用。參考文獻(xiàn)【1】李珍照.國外大壩監(jiān)測幾項(xiàng)新技術(shù)[J].大壩觀測與土工測試,1997,21(1):16-18.[2]KalenderWA.計(jì)算機(jī)體層成像[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2003.【3】高麗娜等：CT技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展及前景[J].北京：CT理論,2009,21(3):99-109【4】牟文斌，張偉宏.醫(yī)用CT新進(jìn)展[J].現(xiàn)代儀器，2002,(5):1-3.【5】楊林.CT灌注成像的原理及其在原發(fā)性肝癌的應(yīng)用[J].川北醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008,23(3):215-218.【6】薛敏娜，白人駒，李豐坦，等.CT灌注成像對原發(fā)性肝癌、肝轉(zhuǎn)移瘤和肝血管瘤的鑒別