CT設(shè)備原理課件

CT設(shè)備

CT:computedtomographycomputerizedtomography計(jì)算機(jī)體層照相術(shù)計(jì)算機(jī)斷層照相術(shù)計(jì)算機(jī)控制斷層掃描術(shù)computerizedaxialtomography(CAT)計(jì)算機(jī)控制〔橫〕軸向〔X線〕斷層〔掃描〕術(shù)一、發(fā)展簡(jiǎn)史

1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)X線。1917年，奧地利數(shù)學(xué)家Radon提出了圖像重建理論的數(shù)學(xué)方法。50年代，AllanM.Cormack便開始探討各種CT的原理；60年代末期，英國(guó)EMI（ElectricalAndMusicIndustries）公司的實(shí)驗(yàn)中心根據(jù)Cormack原理，嘗試建立一套CT設(shè)備。由GodfreyHounsfield負(fù)責(zé)整個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，1971年他所領(lǐng)導(dǎo)的小組建立了第一套CT系統(tǒng)，并于1972年春正式發(fā)表頭部CT影像。Cormark與Hounsfeild因在CT發(fā)展上的杰出貢獻(xiàn)，榮獲了1979年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。1924－19981919－20041972年，G.N.Hounsfield研制出世界上第一臺(tái)用于臨床的CT，利用這臺(tái)CT首次為一名婦女診斷出腦部的囊腫，取得了世界上第一張病人CT照片。Hounsfield和Ambrose在英國(guó)放射學(xué)年會(huì)上正式發(fā)表論文，宣告CT的誕生；同年11月，在北美放射學(xué)會(huì)（RadiologicalSocietyofNorthAmerica，RSNA）年會(huì)上向全世界宣布。ComputedTomography

CT的基本思想（或稱原理）是取一高度準(zhǔn)直的、極細(xì)筆狀X射線束，環(huán)繞人體某一部分作斷面掃描，未被吸收光子穿透人體后被檢測(cè)器接收，作為模擬信號(hào)輸人，經(jīng)過(guò)數(shù)處理和運(yùn)算后重建圖像。（一）第一代CT（平移+旋轉(zhuǎn)掃描方式）

多屬頭部專用CT，由一只X線管和1-2個(gè)晶體探測(cè)器（detector）組成。由于X線束被準(zhǔn)直器準(zhǔn)直為鉛筆芯粗細(xì)的筆形線束，又稱筆形束CT。X線管產(chǎn)生的筆形束穿過(guò)病人頭部照射到與其相對(duì)的探測(cè)器上，二者先做同步直線平移掃描運(yùn)動(dòng)。獲得240個(gè)透射測(cè)量數(shù)據(jù)后，停止平移，再環(huán)繞病人頭顱中心旋轉(zhuǎn)1°，做與上次方向相反的直線掃描運(yùn)動(dòng)。獲得240個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)后，停止平移，再旋轉(zhuǎn)1°，重復(fù)上述過(guò)程，直到180°得到180組由240個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)組成的平行投影值，即完成了數(shù)據(jù)的采集過(guò)程。FirstGenerationOnedetectorTranslation-rotationParallel-beam(FromG.Wang)第一代CT的缺點(diǎn)是：1.X線利用率很低；2.掃描時(shí)間長(zhǎng)；3.重建的圖像質(zhì)量較差。為了提高效率，可再加一個(gè)探測(cè)器，一次掃描可同時(shí)對(duì)兩個(gè)層面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得二個(gè)層面圖像。這樣，提高了第一代CT的工作效率和X線的利用率。每次平移掃描后的旋轉(zhuǎn)角由1°提高到扇面夾角角度，這樣旋轉(zhuǎn)180°時(shí)，掃描時(shí)間縮短到20~90s，第二代快速CT有30個(gè)以上的探測(cè)器，掃描時(shí)間減至18s。為了提高圖像質(zhì)量，也有的采用240°、360°平移加旋轉(zhuǎn)掃描，這種CT比第一代CT各項(xiàng)指標(biāo)均有提高，不但可作頭顱檢查，實(shí)際上已具備了做全身CT檢查的條件。掃描時(shí)，僅做圍繞病人進(jìn)行的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即可。大大縮短了掃描時(shí)間，故全身掃描時(shí)間可縮短到2~9s或更短。但需大mA，為此，均選用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線管。全身CT一般都采用此種掃描方式。第三代CT的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，使用操作方便，可獲得較理想的CT圖像。ThirdGenerationMultipledetectorsTranslation-rotationLargefan-beam(FromG.Wang)其缺點(diǎn)是：需對(duì)相鄰探測(cè)器的靈敏度差異進(jìn)行校正，這是因?yàn)橐粋€(gè)角度的投影由不同的相鄰探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，相鄰探測(cè)器的性能差異將產(chǎn)生同心環(huán)形偽影。目前，第三代CT的環(huán)形偽影已被解決，成為當(dāng)代CT的主流在第三代CT基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的滑環(huán)式螺旋CT，特別是近幾年來(lái)各大廠家研究開發(fā)的多層面CT已成為現(xiàn)在和未來(lái)一段時(shí)期的主導(dǎo)產(chǎn)品。（四）第四代CT（旋轉(zhuǎn)-靜止掃描方式）

第四代CT具有更多的探測(cè)器（600~1500個(gè)，分布在360°的圓周上）。掃描時(shí)，僅X線管做圍繞病人一周的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而探測(cè)器則固定不動(dòng)。扇形線束角度也較大，掃描速度可達(dá)1~5s，是第三代CT的一個(gè)變形。第四代CT的出現(xiàn)原因是第三代CT在掃描過(guò)程中，從幾何結(jié)構(gòu)上講，每一個(gè)探測(cè)器只接受穿過(guò)病人掃描層面內(nèi)的某一環(huán)形部組織的X線衰減信息，當(dāng)探測(cè)器性能不穩(wěn)定時(shí)，容易引起環(huán)形偽影而研制的。當(dāng)?shù)谌鶦T采用穩(wěn)定可靠的高效率探測(cè)器之后，并從軟件上解決了環(huán)形偽影的產(chǎn)生條件和配置了軟件校正措施。第四代CT則因探測(cè)器數(shù)量多且在掃描過(guò)程中不能被充分利用，相對(duì)于第三代CT已失去了明顯的優(yōu)越性。故第四代CT只有個(gè)別廠家曾經(jīng)生產(chǎn)過(guò)。FourthGenerationDetectorringSource-rotationLargefan-beamThird&FourthGenerations(FromPicker)(FromSiemens)（五）第五代CT（靜止-靜止掃描方式）

第五代CT由一個(gè)大型特制掃描電子束X線管、一組由864個(gè)固體探測(cè)器構(gòu)成的陣列和一個(gè)數(shù)據(jù)采樣、圖像處理、數(shù)據(jù)顯示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。864個(gè)固體探測(cè)器均分為兩組（432個(gè)），分別安裝在兩個(gè)216°的固定環(huán)內(nèi)。每個(gè)固體探測(cè)器作為一個(gè)數(shù)據(jù)采集單元。它由一個(gè)X線—可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換晶體、一個(gè)光—電轉(zhuǎn)換硅二極管和一個(gè)前置放大器構(gòu)成。以上三者必須做到最佳匹配，以提高穩(wěn)定度和精度。E-BeamCTScannerSpeed:50,100msThickness:1.5,3,6,10mmECGtriggercardiacimages(FromImatron)第五代CT的工作過(guò)程是：1、電子槍產(chǎn)生的電子束加速(沿X線管長(zhǎng)軸方向)、偏轉(zhuǎn)、轟擊到4個(gè)緊挨的210°環(huán)型靶面（靶環(huán)）上；2、準(zhǔn)直器將X線準(zhǔn)直成扇角為30°、厚為2cm的扇形束；

3、X線穿過(guò)病人病人，由環(huán)形探測(cè)器陣列測(cè)量透射后的X線強(qiáng)度分布，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行圖像重建。4、高速運(yùn)動(dòng)的電子束無(wú)機(jī)械慣性，可依次掃描一個(gè)靶環(huán)或同時(shí)輪番掃描2-4個(gè)靶環(huán)。由于采用排成兩排的環(huán)形探測(cè)器陣列，故高速運(yùn)動(dòng)的電子束掃描一個(gè)靶環(huán)可得到相鄰兩層的圖像。各代CT比較第一代第二代第三代第四代第五代掃描方式筆束掃描扇束掃描運(yùn)動(dòng)方式平移/旋轉(zhuǎn)方式連續(xù)掃描方式掃描時(shí)間3min10s~2min2.8s~10s1s~10s更快主要用途頭顱掃描全身掃描，觀察除心臟外的臟器可用于血管造影和心臟造影二、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

最初研制的CT掃描儀只能用于人腦的檢查，時(shí)間約需1分鐘至4分鐘。此后20多年來(lái)，CT設(shè)備已從第1代發(fā)展至第5代，其各項(xiàng)性能和速度都有了很大提高。掃描時(shí)間從4分鐘到5分鐘縮短到1秒鐘甚至更短。

除X射線CT外，其他型號(hào)的CT也相繼問(wèn)世，如單光子發(fā)射CT(singlephotoemissionCT，SPECT)、正電子發(fā)射型CT（positiveemissionCT，PET）、核磁共振CT等均已付諸臨床應(yīng)用。超聲CT（UCT）、微波CT的研究也取得了極大的進(jìn)展。同時(shí)CT在工業(yè)生產(chǎn)等方面都已取得了令人矚目的成果并展示了美好的前景。CT掃描機(jī)自20世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和其它相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。特別是近幾年，出現(xiàn)了滑環(huán)技術(shù)（slipring）、螺旋掃描技術(shù)（helicalscan）以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多層面CT技術(shù)，使CT檢查技術(shù)達(dá)到了一個(gè)嶄新的水平。CT的發(fā)展趨勢(shì)是：簡(jiǎn)化操作、縮短掃描時(shí)間、提高檢查效率（一次掃描獲得的層數(shù)更多）和圖像質(zhì)量。目前，投入臨床應(yīng)用的有2層CT、4層CT、8層CT、16層CT。并已有64層的CT裝機(jī)使用。從真正實(shí)現(xiàn)了X線管旋轉(zhuǎn)一周就能獲得更多的層面，即可完成一個(gè)臟器的掃描，真正實(shí)現(xiàn)所謂的容積掃描（volumeScan）。還有些科研機(jī)構(gòu)正在開發(fā)應(yīng)用平板探測(cè)器替代傳統(tǒng)探測(cè)器的多層CT掃描機(jī)，并已有了雛型機(jī)。還希望X線管旋