CT概述和基本结构

王鸣鹏华东医院CT室SectionCT,HuadongHospitalofShanghai华东医院CT的发明和临床应用CT的发明华东医院颅脑CT发明人物：亨斯菲尔德(GodfreyN.Hounsfield)发明地点：英国EMI公司实验室发明时间：1972年4月，英国放射学院年会1972年11月，北美放射年会全身CT发明人物：莱德里(RobertLedley)发明地点：美国GeorgeTown医学中心发明时间：1974年CT的发明华东医院有关CT的术语目前ComputedTomography,CT曾经ComputerizedTomography,CTComputerAidedTomography,CATComputerizedTransverseTomography,CTTComputerizedTransverseAxialTomography,CTAT等CT的发明华东医院实物研究亨斯菲尔德，1967年英国EMI实验室；理论研究考迈克(AllanMacleodCormack)，有关计算机图像重建理论的早期研究工作；第一台样机安装于英国Atkinson-morley’s医院一幅图像的重建时间从20分钟4分半钟CT的发明华东医院奖项和时间1972年，亨斯菲尔德获与工程学诺贝尔奖齐名的McRobert奖；1979年，亨斯菲尔德与考迈克教授一起，获得了诺贝尔医学生理学奖。CT的发明华东医院亨斯菲尔德的实验室CTCT的发明人华东医院华东医院亨斯菲尔德考迈克CT的发明人华东医院华东医院螺旋CT发明人克莱恩德发明时间：1989年，北美放射学年会。CT的临床应用华东医院CT除可用于工业、农业外，主要用于医学影像学对人体疾病的诊断。CT由于密度分辨率高，能分辨人体组织内微小的密度差，能看清常规X线摄影无法看到的软组织等；增强CT检查，能观察血管与病灶的关系，病灶部位的血供和血液动力学变化；华东医院CT的临床应用CT可作人体的活检穿刺，准确性优于X线透视下定位穿刺；CT还有助于放射治疗计划和治疗效果评价CT可作各种定量计算测量，如骨密度测量和心脏冠状动脉钙化的测量；CT的三维成像，可为外科手术方案的制订和手术途径的选择提供帮助，尤其整形外科。华东医院CT的临床应用树木年轮判断和生猪脂肪含量检测。地质构造和矿藏分布检测华东医院CT的优、缺点CT的优点1.真正的断面图像良好的准直系统，可获得无层面外组织结构干扰的横断面图像；2.密度分辨率高密度分辨率比常规X线摄影高约20倍；华东医院CT的优、缺点3.可作定量分析根据X射线的吸收衰减和利用CT值，可作各种定量分析测量。4.可作各种图像后处理利用计算机图像处理软件，可作病灶的形状和结构分析，以及多平面和三维成像。华东医院CT的优、缺点CT的缺点1.极限分辨率不及常规X线摄影。中档CT的空间分辨率在10-14LP/cm，高档30LP/cm。X线屏片摄影7-10LP/mm，无屏30LP/mm以上（最主要，目前仍是）；2.应用范围广，但并非适用于人体所有脏器，如心脏、胃肠道（现已有所改善）；华东医院CT的优、缺点3.CT的定位、定性诊断只能相比较而言，准确性受多种因素的影响；4.CT的图像基本只有解剖信息，几乎没有功能方面的信息（现有所改善）；5.基本只能作直接的横断面扫描，不及磁共振（现已改善）。华东医院CT的分代与发展华东医院CT的分代和发展根据CT发展的时序和构造，大致可分为五代。1.第一代CT机扫描方式旋转－平移线束形状笔形线束扫描时间3－5分钟探测器数量2－3个射线束角度无扫描层/次1应用范围头颅华东医院CT的分代和发展2.第二代CT机扫描方式旋转－平移线束形状小扇束扫描时间20－90秒探测器数量3－30个射线束角度5－20度扫描层/次1应用范围头颅华东医院CT的分代和发展3.第三代CT机扫描方式旋转－旋转线束形状大扇束扫描时间2－9秒探测器数量300-800个射线束角度30－45度扫描层/次1应用范围全身华东医院CT的分代和发展4.第四代CT机扫描方式旋转线束形状反扇束扫描时间1－5秒探测器数量600-1500个射线束角度50－90度扫描层/次1应用范围全身华东医院CT的分代和发展5.第五代CT机扫描方式静止线束形状动态空间重现扫描时间30－100毫秒探测器数量864个射线束角度30－45度扫描层/次8应用范围心等动态器官华东医院项目第一代第二代第三代第四代第五代螺旋CT扫描方式旋转－平移旋转－平移旋转－旋转旋转静止连续旋转射线束单束扫描小扇束大扇束反扇束液态空间大扇束（孔束）重现扫描时间5min20-90s2-9s1-5s30-100ms0.5-2s探测器数量2－3个3－30个300－800个600－1500个864个单层：800个左右多层：5376-30464射线束角度无5°-20°30°-45°50°-90°30°-45°30°-45°扫描层/次121181－4层应用范围头部头部全身全身心等动态器官单层：全身多层：全身及动态器官各代CT扫描机的主要特性华东医院CT的分代和发展CT30余年的发展大致可分为两个阶段。从发明后的前18年为一个阶段，后十几年为一个阶段。第一个阶段共产生5代CT机。第二个阶段是以螺旋CT扫描方式为代表的单层和多层CT机。至第二阶段，各种CT机不再以“代”称呼。华东医院CT的分代和发展华东医院CT发明初期的图像第三代CT的图像多层螺旋CT的心脏图像华东医院CT的分代和发展华东医院用于实验室的微型CT机小鼠的心、肺小鼠的肾脏腹部冠状面骨骼三维图像华东医院数字图像基础知识华东医院数字图像的基础知识CT是采用计算机成像，因此具有数字图像的基本特征。1.计算机数字运算的二进制常用数字运算单位是以十为计算单位，而计算机运算则是以2为单位，其中只有0和1两个数字。如数字1，在计算机中表达为00001；2则表达为00010；10表达为01010。华东医院数字图像的基础知识2.二进制的单位和换算二进制的基本单位是比特(bit)，换算关系如下：4个bit(0.5byte，位)＝1nibble（半字节）8个bit(1byte)＝1byte（一个字节）16个bit(2byte)＝1word（一个单字）32个bit(4byte)＝2word（两个单字）因为在计算中用字节数表示太长，实际使用中常用位组(byte)计算，而一个位组正好是存储中的一个寻址单位，并且存储量也是用位组计算的。华东医院数字图像的基础知识3.实际使用的容量计算单位1KB(kilobyte)＝1000B1MB(megabyte)＝1,000,000B1GB(gigabyte)＝1,000,000,000B1TB(terabyte)＝1,000,000,000,000B目前二进制编码方式有两种：微机上广泛采用ASCII(AmericanStandardCodeforInformationInterchange);EBCDIC(ExtendedBinaryCodedDecimalInterchangeCode)由IBM公司开发。华东医院数字图像的基础知识4.计算机常见的运算处理方法系列或序列处理根据输入或已存储在计算机内的指令程序处理信息，一次只处理一条信息。这是计算机最简单的处理方法；分布式处理分布式处理是联网的数台计算机共同处理信息，即数台不同的计算机分担执行一个较大的任务；华东医院数字图像的基础知识多任务处理多任务处理是一个操作系统同时处理多个任务；协同处理将两个或两个以上的处理器连接在一起协同处理任务，目的是增加速度或处理能力；并行处理在同一种类有两个或两个以上处理器的计算机上同时执行处理称为并行处理；管线样处理在某一时段内拾取和解码指令，而时段的不同时间对数个程序指令作拾取和解码的过程，称为管线样处理。华东医院数字图像的基础知识5.计算机在放射科的应用成像方面的应用特征是采用计算机数字图像处理技术，如CR、DR、DSA、CT、MRI等。非成像方面的应用放射信息管理系统（RIS）、医学图像存档和通讯系统（PACS）和图像工作站。华东医院数字图像的基础知识数字图像与模拟图像的主要差别是接收介质的差别。数字图像根据不同的接收介质，图像的分辨率有所不同。大致的过程可分为采样、量化和数字化。作为采样的接收介质，决定了图像的分辨率。华东医院数字图像的基础知识图像中的每一个“小方块”，组成了一幅图像。数字图像的基础知识华东医院像素的多少，对图像质量的影响华东医院量化，每一个被采样像素的亮度值都被取整数，即零、正数、负数，其所取数值决定了结果数字图像的灰度值。数字图像的基础知识华东医院模数转化，由模拟信号转换为数字信号。数模转换，灰阶显示数字图像的基础知识华东医院数字图像的基础知识CT图像的数字化过程基本如下：一幅图像被划分成若干个像素，在CT的每一个扫描层面中，由于X线球管是围绕病人旋转，产生的层面有一定的厚度，第三度的量加入以后，被称为体素。然后通过病人扫描层面的图像由探测器接收采样，此时华东医院数字图像的基础知识探测器接收到的信号是模拟信号。最后一步是量化，在扫描中接收到的模拟信号，先要进行量化，然后转换成数字格式，送计算机重建成像。CT的数字图像重建过程较复杂，如采样的修正、各种重建算法等，最后通过数模转换成适合人眼视觉的模拟图像。华东医院华东医院CT的基本结构华东医院CT的基本结构和工作概况华东医院CT机的基本结构华东医院华东医院CT的基本结构和工作概况CT的工作概况CT对人体的扫描成像，类似于常规体层摄影，但没有层面上下组织结构的干扰，是一幅完全断面的图像。华东医院CT的基本结构和工作概况CT机的基本构成和工作流程示意图华东医院CT的基本结构和工作概况CT成像的基本过程：X射线管发出X射线经前准直器准直窄束X射线透过被检物体探测器接收（探测器前准直器）光电转换（探测器内）逻辑放大、模数转换、信号传送（DAS内）图像重建（阵列计算机）数模转换器转换为模拟信号显示器显示或不转换计算机硬盘或激光照相机。华东医院华东医院CT的结构和重要部件性能华东医院CT的结构和重要部件特性CT的硬件结构大体可分为三个部分：1.成像系统包括了绝大部分重要的元器件，主要位于扫描机架内。孔径多数为70cm2.计算机系统以前都采用小型计算机，包括系统计算机和阵列处理机。3.附属设备显示器、外部存储器、照相机和通讯设备等。华东医院CT的结构和重要部件特性扫描机架和孔径华东医院CT的结构和重要部件特性计算机系统1.系统计算机●控制和监视扫描过程●CT值的校正和输入、输出数据●与操作者对话并控制扫描等信息的传送●图像重建的程序控制●故障诊断及分析华东医院CT的结构和重要部件特性2.阵列处理机阵列处理机与主计算机相连，其本身不能独立工作。主要的任务是在系统计算机的控制下，执行图像重建等处理。两个计算机的处理是同时进行的（并行），当阵列处理机把数据运算的结果送给主机时，主机暂时停止自己的工作，完成由阵列处理机交付的工作。华东医院CT的结构和重要部件特性CT属于数字成像设备CT图像的矩阵大小是512×512深度是8~12个比特灰阶范围512(28)~4096(212)一幅CT图像约需0.5MB的存储空间华东医院CT的结构和重要部件特性附属设备1.检查床承载病人并送入预定的位置精度误差±0.25~±0.5mm2.硬磁盘保存系统操作和故障诊断软件等容量目前可达几十至上百GB3.光盘和磁带早期磁带机，现多采用光盘光盘分CDR和MO4.键盘和显示设备键盘基本同PC机，多了功能键；显示器基本同PC机，但用于图像显示的分辨率较高。华东医院CT的结构和重要部件特性早期使用的磁带和目前使用的磁光盘磁光盘和光盘驱动器华东医院CT的结构和重要部件特性CT机的显示器和键盘软盘和软盘驱动器华东医院CT的结构和重要部件特性5.照相机多幅相机，模拟成像胶片红灯不敏感激光相机，数字成像胶片绿灯不敏感干式激光相机，数字成像华东医院CT的结构和重要部件特性华东医院CT的结构和重要部件特性成像系统重要元器件特性1.X线管要求a.射线衰减，根据射线强弱，