医学影像设备学-CT设备

医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ第十二章CT设备医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ第一节概述一、发展简史1895年,德国物理学家伦琴(W.C.Rontgen);发现X射线,为射线CT奠定了基础。1917年,奥地利数学家雷登(Radon):从数学上证明,利用物体在各个方面的投影数据,可以重建出物体的二维断面或三维图像。1945年,计算机的发明:为投影重建理论提供了物质基础.1963年,美国物理学家科马克(Cormack)发表了一篇研究报告,详细描述了用X射线投影数据重建图像数学方法。1971年,英国工程师亨斯费尔德(Hounsfield):在EMI公司研制成功世界上的第一台头颅CT。1974年,美国工程师莱德利(Ledley):研制成功世界上的第一台全身CT。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ1971年,英国工程师亨斯费尔德(Hounsfield):HounsfieldCormack医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZCT机的分代:第一代CT机:X线为单束,探测器数有单个或几个,运动方式平移加旋转,扫描时间长数分钟,头部.第二代CT机:X线为多束,探测器数有数个或几十个,运动方式平移加旋转,扫描时间数十秒,全身.第三代CT机:X线为扇形,探测器数有几百个扇形排列,运动方式旋转+旋转,扫描时间长数秒钟.第四代CT机:X线为扇形,探测器数有数百到几千个呈圆周状排列,提高了图像质量.运动方式为旋转.第五代CT机:电子束CT超高速型CT机(UFCT).扫描无机械旋转维护费用高.医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ（一）第一代CT（平移+旋转扫描方式）第一代CT由X线管和1-2个探测器（detector）组成。X线束穿过和探测器同步直线平移运动。获得透射数据后，X线管和探测器环绕中心旋转1°，做上次相反的直线扫描运动。获得数据后，再旋转1°，重复上述过程直到180°，采集到数据组成的平行投影值，即完成了数据的采集过程。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ第一代CT（平移+旋转扫描方式）医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ（二）第二代CT（平移+旋转扫描方式）第二代CTX线束改为扇形线束，由一只X线管和3~30个晶体探测器组成。由呈扇形排列的多个探测器，每次平移后的旋转角由1°提高到扇面角度，扫描时间减至18s。为了提高图像质量采用240°、360°平移加旋转扫描，比第一代CT各项指标有提高，已具备了做全身CT检查的条件。第二代CT主要缺点是：在扫描过程时间长，由于病人的生理运动，易产生伪影。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ第二代CT（平移+旋转扫描方式）医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ（三）第三代CT（旋转-旋转扫描方式）第三代CT的扇形角较宽（30°~45°），探测器增加到300~1000个逐个依次无空隙排列。扫描时，X线管和探测器无直线平移运动，仅做围绕病人进行连续旋转运动即可。扫描时间可更短。优点：结构较简单，使用操作方便，可获得较理想的CT图像。缺点：需对相邻探测器的灵敏度差异进行校正，相邻探测器的性能差异将产生同心环形伪影。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ第三代CT（旋转-旋转扫描方式）医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ（四）第四代CT（旋转-静止扫描方式）第四代CT具有更多（600~4800个，分布在360°的圆周上）探测器。扫描时X线管做围绕病人一周的旋转运动，而探测器则固定不动。扇形线束角度也较大，扫描速度可达1~5s。其工作原理和第三代CT没有本质的区别，仅是第三代CT的一个变形。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ第四代CT（旋转-静止扫描方式）医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ（五）第五代CT（静止-静止扫描方式）第五代CT由一个电子束X线管、由864个固体探测器构成216°的阵列固定环内和一个数据采样、图像处理、数据显示的计算机系统组成。每个固体探测器作为一个数据采集单元。它由一个X线—可见光转换晶体、一个光—电转换硅二极管和一个前置放大器构成。第五代CT适用于心脏，查易动病人检查，是一种新型的CT。其缺点是造价昂贵。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ电子束CT医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ第五代CT（静止-静止扫描方式）医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ电子束CT医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ双源CT医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ各代CT比较第一代第二代第三代第四代第五代扫描方式笔束扫描扇束扫描运动方式平移/旋转方式连续扫描方式固定扫描时间3min10s~2min2.8s~10s1s~10s更快主要用途头颅扫描全身扫描，观察除心脏外的脏器可用于血管造影和心脏造影医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ二、现状与发展趋势滑环技术（slipring）螺旋扫描技术（helicalscan）多层面螺旋扫描技术：2层CT、4层CT、8层、16层、32层、64层CT……容积扫描（volumeScan）平板探测器CT机：锥形CT扫描机（conebeamCT）。排(层)的发展:单排CT→双排CT→64排CT→平板（锥形）CT医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ锥形CT机面临的难点是：①克服锥形线束伪影（conebeamartifact）；②改进图像重建算法；③提高大量数据的处理速度；④提高平板探测器的性能；⑤克服机械结构限制。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ容积扫描医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ锥形CTTHREE-DIMENSIONAL医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ第二节CT工作原理X线CT扫描机能对人体进行横断体层成像，将各种组织对X线的吸收系数以数字（CT值）表示出来。X线CT扫描机与常规X线体层摄影的原理和成像方法也完全不同，它没有纵向体层摄影时上下层模糊影像对目标体层的影响，被检查层各点CT值经数学方法重建出来的图像。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ投影像医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZX线投影医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ一、线衰减系数µ将X线束穿过人体一横断层面则对面的探测器可获得该层面的信息。借助于各组织对X线具有不同衰减系数的特征来实现还原为该层面的图像。X线在人体被衰减的程度，按组织对X线的衰减系数µ和组织厚度D以指数函数关系发生变化其式为:或式中：I0入射X线强度；I为穿过病人衰减后的强度；D为组织厚度，µ为线性衰减系数。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ沿X线束穿过的人体各组织密度一般是非均一的。认为是由大量各不相同的密度单元体所组成。单元体厚度为ΔD，单元体被分割得越细小，其体内密度越接近一致.医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ二、工作原理需要从一个横断面的许多视角射入X线，以便测得大量“衰减系数之和”，即所谓数据采集过程，随后建立n元一次方程组求解，即可得到各单元体的衰减系数。若一幅图像有n×m个像素，则需解n×m个n元一次方程，方能求出一个层面各单元体的衰减系数。数据采集的基本组成部分是X线管、滤过器、准直器和探测器，医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ将计算出各单元体衰减系数的过程称为图像重建。一幅图像至少由几十万至上百万个单元体（像素）组成。不同组织的衰减系数之和可能相等的示意图医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZCT信号检测原理医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ投影图像重建医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ各组织的CT值组织CT值组织CT值骨60~1800肝脏16~80血30~80乳房-120~-50蛋白质20~40脂肪-220~-200灰质30~40肺-950~-180空气-1000水0医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ数据采集的组成:是X线管、滤过器、准直器和探测器。为了从不同视角获取数据，需要一个扫描机架。X线管、探测器环绕患者作360°旋转，以获取大量原始数据。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ1000_waterwaternumberCTHousfieldunit(HU):-1000AirCTnumber0500Water脂肪软组织造影剂骨WindowWidthWindowLevel0255WWdecideswhatwesee&WLdecidestheprecision医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZCTnumber-1000０500ThelowertheWL,thelightertheimageThenarrowertheWW,thehigherthecontrast医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ各组织的CT值医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZCT-3D医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ三、基本构成CT由三个主要部分构成：①数据采集系统:包含X线高压发生器、X线管、准直器、滤过器、探测器、扫描架、扫描床、前置放大器及接口电路等；②计算机及图像重建系统；③图像显示、记录和存储系统:它包含显示器、光驱、多幅照相机、激光照相机、洗片机等。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZCT的基本构成方框图X线管准直器探测器X线高压发生器中央控制器及图像重建系统A/D图像显示记录存储显示器相机光盘存储工作站洗片机扫描架前置放大器医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZCT机的基本结构医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZgantrytableOCinsideOCPDU医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ第三节基本参数一、分辨力（一）空间分辨力空间分辨力（spatialresolution，SR）是指在高对比情况下鉴别细微的能力（显示最小体积、病灶和结构的能力）。它与X线管焦点大小、探测器尺寸、相邻间隔、采样间隔、系统的噪声指标以及图像重建中卷积滤波函数等因素有关。空间分辨率测量方法：有点扩散函数法，调制传递函数截止频率法MTF，星型频闪模型法，分辨成排圆孔大小法（模型测试卡）医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ空间分辨率测试卡空间分辨率测试卡医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZMTF：ModulationTransferFunction空间分辨率是评价图像清晰度的标准用厘米线数对表示:[ｌｐ／cm]Linepair医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ（二）低对比分辨力低对比分辨力：是当细节与背景间具有低对比度时，将一定大小的细节从背景中鉴别出来的能力。医疗器械维修联盟微信号：MedicalServicesXSZ二、伪影(artifacts)CT图像伪影(CTimageartifacts)：是经计算机处理的人体各部位图像时由于各种因素的影响而产生被检体不存在的假象，通称为伪影(artifact)。常见的伪影有