第二节传统X-CT的扫描方式

1、1 第二节第二节 传统传统X-CT的扫描方式的扫描方式李李 燕燕CT机的工作过程可以分为四个步骤，机的工作过程可以分为四个步骤，即：即：产生产生X线；线；获取穿出物体后的获取穿出物体后的X线衰减信号；线衰减信号；将得到的数据信号进行处理，并将得到的数据信号进行处理，并加工成图像信号；加工成图像信号；将图像信号显示和记录下来，其将图像信号显示和记录下来，其中的每一过程都是在计算机的协助中的每一过程都是在计算机的协助下完成的。下完成的。 2一单束平移旋转（）方式一单束平移旋转（）方式二窄扇形束扫描平移旋转（）方式二窄扇形束扫描平移旋转（）方式三旋转旋转（）方式三旋转旋转（）方式四静止旋转（）方式四

2、静止旋转（）方式五传统扫描的技术缺憾五传统扫描的技术缺憾六电子束扫描方式六电子束扫描方式3 自从自从 豪斯菲尔德（豪斯菲尔德（Godfrey N Hounsfied）发明）发明 CT至今，至今，CT技术技术应用到医学临床已有应用到医学临床已有30余年的历余年的历史从最早只能扫描头部到能用于全史从最早只能扫描头部到能用于全身各个部位检查，从单层螺旋身各个部位检查，从单层螺旋CT到到多层螺旋多层螺旋 CT，CT技术的发展突飞技术的发展突飞猛进，尤其是近十年来，更为迅速，猛进，尤其是近十年来，更为迅速，平均每平均每23年就有一个比较大的进年就有一个比较大的进展。以下介绍扫描方式的改进展。以下介绍扫描

3、方式的改进 420世纪世纪70年代是年代是CT发展的初期发展的初期阶段，这期间，阶段，这期间，CT从一二代发展从一二代发展到三四代，都属于初期探索阶段。到三四代，都属于初期探索阶段。80年代是年代是CT的巩固、提高阶段。的巩固、提高阶段。90年代是螺旋年代是螺旋CT阶段，实现了容阶段，实现了容积扫描。新世纪是多层螺旋积扫描。新世纪是多层螺旋CT阶阶段，现为主要观察手段。段，现为主要观察手段。5一单束平移旋转（）方式一单束平移旋转（）方式第一代第一代CT机采取平移机采取平移/ /旋转方式旋转方式(translate/rotate mode)(translate/rotate mode)进行扫描和

4、收进行扫描和收集信息集信息这是一种最原始的这是一种最原始的CT机此机机此机在病人的两侧分别装有一个在病人的两侧分别装有一个X线管和一线管和一个晶体检测器，在对个晶体检测器，在对X线管所产生的光线管所产生的光束进行准直后，使光束与检测器成为一束进行准直后，使光束与检测器成为一条连线第一代是实验室设备，面世时条连线第一代是实验室设备，面世时已进入第二代扫描方式已进入第二代扫描方式67首先首先X X线管和相对应的探测器作第一线管和相对应的探测器作第一次同步平行移动次同步平行移动然后，环绕患者旋然后，环绕患者旋转转1 1度并准备第二次扫描度并准备第二次扫描周而复始，周而复始，直到在直到在180范围内完

5、成全部数据范围内完成全部数据采集采集，即即扫描系统旋转到与初始值位扫描系统旋转到与初始值位置成置成180角为止这样，就能从角为止这样，就能从不同的方向上采集某一扫描部位的投不同的方向上采集某一扫描部位的投影信号，并由图像处理机加工处理影信号，并由图像处理机加工处理 8由于采用笔形由于采用笔形X X线束和只有个探测器，线束和只有个探测器，所采数据少，因而每扫一层所需时间长，所采数据少，因而每扫一层所需时间长，图像质量差图像质量差这种扫描方式的这种扫描方式的缺点缺点是射线利用率极低，是射线利用率极低，扫描速度很慢，对一个断层扫描约需扫描速度很慢，对一个断层扫描约需5分钟时间，这不适合运动性大的器官

6、，分钟时间，这不适合运动性大的器官，可对容易静止的部位，如头颅，还是很可对容易静止的部位，如头颅，还是很有用的，尽管其图像质量不太理想，但有用的，尽管其图像质量不太理想，但这是一个新的医疗技术的开端这是一个新的医疗技术的开端9二窄扇形束扫描平移旋转（）方式二窄扇形束扫描平移旋转（）方式窄扇形束扫描又称为第二代窄扇形束扫描又称为第二代CT扫描扫描第二代第二代CT机将机将X X线束改为扇形，线束改为扇形，探测器增多至探测器增多至3030个，扩大了扫描范个，扩大了扫描范围，增多了采集的数据围，增多了采集的数据因此，旋因此，旋转角度增至转角度增至2020度，缩短了扫描时间，度，缩短了扫描时间，图像质量

7、有所提高，但仍不能完全图像质量有所提高，但仍不能完全避免患者生理避免患者生理运动运动所引起的伪影所引起的伪影(Artifact)(Artifact)1011 第二代第二代CT机同第一代机同第一代CT机差别机差别不大，它以若干个（约不大，它以若干个（约360只）晶体只）晶体检测器代替第一代的只用一只检测器，检测器代替第一代的只用一只检测器，使在一次平移扫描时记录下来的投影数使在一次平移扫描时记录下来的投影数目增加了若干倍数，同时，目增加了若干倍数，同时，X线光束的线光束的形状是小角度的扇形，覆盖了全部检测形状是小角度的扇形，覆盖了全部检测器，这样使一次扫描的效率成倍提器，这样使一次扫描的效率成倍

8、提高扫描时间缩短，只需用高扫描时间缩短，只需用10秒左右秒左右完成一次扫描，第二代机基本上也是用完成一次扫描，第二代机基本上也是用于头颅检查，但它有快速和慢速扫描二于头颅检查，但它有快速和慢速扫描二种机型，其中的快速机型检测器多，种机型，其中的快速机型检测器多，X线成扇形张角大，可以用于全身扫描检线成扇形张角大，可以用于全身扫描检查查 12 这种扫描的主要缺点是：由于检这种扫描的主要缺点是：由于检测器排列成直线，对于测器排列成直线，对于X射线管发射线管发出的扇形束来说，扇形束的中心出的扇形束来说，扇形束的中心射束和边缘射束的测量值不相等，射束和边缘射束的测量值不相等，故需校正，否则扫描会因这种

9、运故需校正，否则扫描会因这种运动而出现运动伪影，影响动而出现运动伪影，影响CT像的像的质量质量 13三旋转旋转（）方式三旋转旋转（）方式1976年诞生第三种扫描方式年诞生第三种扫描方式, 第第三代三代CT机主要特点是控测器激增至机主要特点是控测器激增至250-250-700700个，并与相对的个，并与相对的X X线管只作旋转运动线管只作旋转运动(rotate/rotate mode)(rotate/rotate mode)因此，能收集因此，能收集较多的数据，扫描时间在较多的数据，扫描时间在5s5s以内，使伪以内，使伪影大为减少，图像质量明显提高影大为减少，图像质量明显提高 14 1516 第三

10、代机是一个全新的机第三代机是一个全新的机型，它消除了横向平移扫描，扫型，它消除了横向平移扫描，扫描装置由一个描装置由一个X射线管和由射线管和由250700个检测器（或用检测个检测器（或用检测器阵列）排成一个可在扫描架内器阵列）排成一个可在扫描架内滑动的紧密圆弧形排列组成滑动的紧密圆弧形排列组成X射射线管发出张角为线管发出张角为 3045能能覆盖整个受检体的宽扇形射线覆盖整个受检体的宽扇形射线束束17在宽扇形束扫描中，扇形射束宽度在宽扇形束扫描中，扇形射束宽度内的检测器同时获取扇形射束内的内的检测器同时获取扇形射束内的所有数据，这种排列使扇形束的中所有数据，这种排列使扇形束的中心射束和边缘射束到

11、检测器的距离心射束和边缘射束到检测器的距离相等，故可减少中心射束和边缘射相等，故可减少中心射束和边缘射束的检测值差异由于此种宽束扫束的检测值差异由于此种宽束扫描一次即能覆盖整个受检体，故不描一次即能覆盖整个受检体，故不再需要直线的平移，只需再需要直线的平移，只需X射线管射线管和检测器作同步旋转运动即可和检测器作同步旋转运动即可 18宽束扫描使得宽束扫描使得X射线的利用率有所射线的利用率有所提高，故可靠性也比平移提高，故可靠性也比平移-旋转方旋转方式高用此种方式对断层扫描所用式高用此种方式对断层扫描所用的时间已降为的时间已降为1秒左右它的最主秒左右它的最主要的优点是，仅仅用要的优点是，仅仅用51

12、0秒钟就秒钟就能完成一次扫描，由于宽的扇形张能完成一次扫描，由于宽的扇形张角，角，X线的利用率提高，数据采集线的利用率提高，数据采集量也就增加，所以图像质量就比前量也就增加，所以图像质量就比前二代机型好二代机型好19 第二代机是在平移时做扫描的，所以同一第二代机是在平移时做扫描的，所以同一角度的物体投影数据，检测是由同一个检测器来角度的物体投影数据，检测是由同一个检测器来完成的但在第三代机里，由于是在旋转中进行完成的但在第三代机里，由于是在旋转中进行扫描，同一角度的物体投影数据检测要由不同的扫描，同一角度的物体投影数据检测要由不同的检测器来完成，这就要求每个检测器的性能要十检测器来完成，这就要

13、求每个检测器的性能要十分一致，稍有误差，就会导致图像中出现同心圆分一致，稍有误差，就会导致图像中出现同心圆影的环形伪形，这就是第三代机的最主要的影的环形伪形，这就是第三代机的最主要的缺点缺点：对相邻检测器的差异十分敏感对相邻检测器的差异十分敏感. 要对每个相邻检要对每个相邻检测器的接收灵敏度差异进行校正，否则由于同步测器的接收灵敏度差异进行校正，否则由于同步旋转扫描运动会产生环形伪像旋转扫描运动会产生环形伪像为了保持检测器的稳定，大多数的第三代机为了保持检测器的稳定，大多数的第三代机使用的是高压氙气检测器，数百只电离室内，气使用的是高压氙气检测器，数百只电离室内，气体相通，压力一致，其光电作用

14、一致，减少伪影体相通，压力一致，其光电作用一致，减少伪影产生的机会产生的机会20 四静止旋转（）方式四静止旋转（）方式 第四代第四代CTCT机检测器机检测器(1978)(1978)进进一步增加，高达一步增加，高达1000-24001000-2400个并环状个并环状排列而固定不动，只有排列而固定不动，只有X X线管围绕患线管围绕患者旋转，即固定者旋转，即固定/ /旋转式旋转式(stationary/rotate mode)(stationary/rotate mode)它和它和第三代机的扫描切层都薄，扫描速第三代机的扫描切层都薄，扫描速度都快，图像质量都高度都快，图像质量都高 212223第四代

15、机克服了第三代机环形伪影的缺第四代机克服了第三代机环形伪影的缺点，将晶体检测器点，将晶体检测器360均匀分布在环均匀分布在环形扫描机架上，扫描时检测器是静止不形扫描机架上，扫描时检测器是静止不动的，而动的，而X线管在检测器圈内旋转，在线管在检测器圈内旋转，在扫描产生出的图像上，每一点都是由所扫描产生出的图像上，每一点都是由所有的检测器进行数据检测后重建出来的，有的检测器进行数据检测后重建出来的，这代机型又称反扇形光束机型，因为扇这代机型又称反扇形光束机型，因为扇形的原点是在检测器上，而不是在形的原点是在检测器上，而不是在X线线管的焦点上，每一检测器都受到许多的管的焦点上，每一检测器都受到许多的

16、X线光束组成的扇形光束的照射。线光束组成的扇形光束的照射。 24实际上第四代机的扫描时间并不比实际上第四代机的扫描时间并不比第三代机快除了能克服环形伪影，第三代机快除了能克服环形伪影，图像分辨率略有提高外，它还有很图像分辨率略有提高外，它还有很多不理想的方面例如，第四代机多不理想的方面例如，第四代机不能做出扫描平片，而这扫描平片不能做出扫描平片，而这扫描平片图像对病人的定位及检查是很重要图像对病人的定位及检查是很重要的，另外由于每个检测器的微小偏的，另外由于每个检测器的微小偏差，使重建后的图像噪声总量会增差，使重建后的图像噪声总量会增加千分之几所以第四代机不一定加千分之几所以第四代机不一定是更

17、好的机型是更好的机型 25静止静止-旋转扫描方式的整体优点是：旋转扫描方式的整体优点是：因为每一个检测器相继完成多个方因为每一个检测器相继完成多个方向上投影的检测或者说在一个检测向上投影的检测或者说在一个检测器上获得多个方向的投影数据，故器上获得多个方向的投影数据，故能较好地克服宽扇形束的旋转能较好地克服宽扇形束的旋转-旋旋转扫描方式中由于检测器之间差异转扫描方式中由于检测器之间差异所带来的环形伪影，其扫描速度同所带来的环形伪影，其扫描速度同宽扇束相比也有所提高或接近宽扇束相比也有所提高或接近 26 五传统扫描的技术缺憾五传统扫描的技术缺憾 上述四类一般被称为传统扫描上述四类一般被称为传统扫描

18、方式，方式，X射线管的射线管的供电方式供电方式都是由一都是由一根电缆线连在根电缆线连在X射线管上，这种供电射线管上，这种供电方式使方式使X射线管不能进行连续的扫描。射线管不能进行连续的扫描。这样的扫描过程不仅大大延缓了完这样的扫描过程不仅大大延缓了完成全部扫描工作的时间，且存在接成全部扫描工作的时间，且存在接受扫描的新层间的间隔（称为层隔）受扫描的新层间的间隔（称为层隔）等缺点。这些缺点是传统等缺点。这些缺点是传统CT扫描技扫描技术的缺憾。术的缺憾。 27六电子束扫描方式六电子束扫描方式8080年代出现了电子束年代出现了电子束CTCT，称作，称作第五代第五代第五代第五代CTCT机将扫描时间缩机

19、将扫描时间缩短到短到50ms50ms，因而解决了心脏扫描。，因而解决了心脏扫描。其中主要结构是一个电子枪，所产其中主要结构是一个电子枪，所产生的电子束生的电子束(Electron beam)(Electron beam)射向一射向一个环形钨靶，环形排列的探测器收个环形钨靶，环形排列的探测器收集信息集信息 28传统的四类扫描方式基本上可以满足人体全传统的四类扫描方式基本上可以满足人体全身除动态器官如心肺以外的各器官的检测。身除动态器官如心肺以外的各器官的检测。为了实现对人体动态器官如心肺的为了实现对人体动态器官如心肺的CT，需要，需要进一步提高扫描的速度，于是在静止进一步提高扫描的速度，于是在静

20、止-旋转旋转扫描模式基础上出现了扫描模式基础上出现了动态空间扫描动态空间扫描和和电子电子束扫描束扫描两种扫描方式，这两种扫描方式被称两种扫描方式，这两种扫描方式被称为高速扫描。这两种扫描方式取消了为高速扫描。这两种扫描方式取消了X射线射线管和检测器之间的同步扫描机械运动，取而管和检测器之间的同步扫描机械运动，取而代之的是利用电子控制的非机械运动式同步代之的是利用电子控制的非机械运动式同步扫描。由于扫描没有机械运动（动态空间扫扫描。由于扫描没有机械运动（动态空间扫描中有时的一点机械运动），所以大大地提描中有时的一点机械运动），所以大大地提高了扫描速度。高了扫描速度。 29303132电子束扫描又

21、称为第五代电子束扫描又称为第五代CT，扫描装置由，扫描装置由一个特殊制造的大型一个特殊制造的大型X射线管和静止排列射线管和静止排列的检测器环组成的检测器环组成在大型的在大型的X射线管内从电子枪发射出的电射线管内从电子枪发射出的电子束经过两次磁偏转控制，产生的电子束子束经过两次磁偏转控制，产生的电子束高速地旋转偏转，并撞击在高速地旋转偏转，并撞击在X射线管的很射线管的很大的环形靶体上，于是沿环形靶体上发射大的环形靶体上，于是沿环形靶体上发射出出X射线，经准直后成为扇形束扇形束射线，经准直后成为扇形束扇形束透射受检体后的衰减射线束再投照在静止透射受检体后的衰减射线束再投照在静止的检测器环上，于是便

22、可检测出来自不同的检测器环上，于是便可检测出来自不同方位的投影值方位的投影值33这种扫描方式与反扇形束扫描方式这种扫描方式与反扇形束扫描方式有些类似，不同点在于这种有些类似，不同点在于这种X射线射线束的旋转扫描，是由可控的电子束束的旋转扫描，是由可控的电子束高速旋转偏转撞击靶环而产生，是高速旋转偏转撞击靶环而产生，是非机械运动整个扫描结构如图所非机械运动整个扫描结构如图所示这种机构在示这种机构在50100ms内能内能完成完成216的局部扫描，一般用于的局部扫描，一般用于心肺等动态器官的心肺等动态器官的CT检查检查.34第五代第五代CT机完全排除了前几代机完全排除了前几代CT机的机械运动装置，这是一种电机的机械运动装置，这是一种电子束扫描代替了机械运动扫描。子束扫描代替了机械运动扫描。扫描时间更短，约扫描时间更短，约1秒，它即能秒，它即能对静止的组织进行扫描，又能对对静止的组织进行扫描，又能对心脏等器官作动态研究。心脏等器官作动态研究。 随着多随着多层螺旋的发展，能用于心脏层螺旋的发展，能用于心脏检查，电子束的使用已趋减检查，电子束的使用已趋减少。少。3536从从19981998年北美