CT设备原理课件

CT设备

CT:computedtomographycomputerizedtomography计算机体层照相术计算机断层照相术计算机控制断层扫描术computerizedaxialtomography(CAT)计算机控制〔横〕轴向〔X线〕断层〔扫描〕术一、发展简史

1895年，伦琴发现X线。1917年，奥地利数学家Radon提出了图像重建理论的数学方法。50年代，AllanM.Cormack便开始探讨各种CT的原理；60年代末期，英国EMI（ElectricalAndMusicIndustries）公司的实验中心根据Cormack原理，尝试建立一套CT设备。由GodfreyHounsfield负责整个实验计划，1971年他所领导的小组建立了第一套CT系统，并于1972年春正式发表头部CT影像。Cormark与Hounsfeild因在CT发展上的杰出贡献，荣获了1979年的诺贝尔医学奖。1924－19981919－20041972年，G.N.Hounsfield研制出世界上第一台用于临床的CT，利用这台CT首次为一名妇女诊断出脑部的囊肿，取得了世界上第一张病人CT照片。Hounsfield和Ambrose在英国放射学年会上正式发表论文，宣告CT的诞生；同年11月，在北美放射学会（RadiologicalSocietyofNorthAmerica，RSNA）年会上向全世界宣布。ComputedTomography

CT的基本思想（或称原理）是取一高度准直的、极细笔状X射线束，环绕人体某一部分作断面扫描，未被吸收光子穿透人体后被检测器接收，作为模拟信号输人，经过数处理和运算后重建图像。（一）第一代CT（平移+旋转扫描方式）

多属头部专用CT，由一只X线管和1-2个晶体探测器（detector）组成。由于X线束被准直器准直为铅笔芯粗细的笔形线束，又称笔形束CT。X线管产生的笔形束穿过病人头部照射到与其相对的探测器上，二者先做同步直线平移扫描运动。获得240个透射测量数据后，停止平移，再环绕病人头颅中心旋转1°，做与上次方向相反的直线扫描运动。获得240个测量数据后，停止平移，再旋转1°，重复上述过程，直到180°得到180组由240个测量数据组成的平行投影值，即完成了数据的采集过程。FirstGenerationOnedetectorTranslation-rotationParallel-beam(FromG.Wang)第一代CT的缺点是：1.X线利用率很低；2.扫描时间长；3.重建的图像质量较差。为了提高效率，可再加一个探测器，一次扫描可同时对两个层面进行数据采集，获得二个层面图像。这样，提高了第一代CT的工作效率和X线的利用率。每次平移扫描后的旋转角由1°提高到扇面夹角角度，这样旋转180°时，扫描时间缩短到20~90s，第二代快速CT有30个以上的探测器，扫描时间减至18s。为了提高图像质量，也有的采用240°、360°平移加旋转扫描，这种CT比第一代CT各项指标均有提高，不但可作头颅检查，实际上已具备了做全身CT检查的条件。扫描时，仅做围绕病人进行的连续旋转运动即可。大大缩短了扫描时间，故全身扫描时间可缩短到2~9s或更短。但需大mA，为此，均选用旋转阳极X线管。全身CT一般都采用此种扫描方式。第三代CT的优点：结构较简单，使用操作方便，可获得较理想的CT图像。ThirdGenerationMultipledetectorsTranslation-rotationLargefan-beam(FromG.Wang)其缺点是：需对相邻探测器的灵敏度差异进行校正，这是因为一个角度的投影由不同的相邻探测器进行测量，相邻探测器的性能差异将产生同心环形伪影。目前，第三代CT的环形伪影已被解决，成为当代CT的主流在第三代CT基础上发展起来的滑环式螺旋CT，特别是近几年来各大厂家研究开发的多层面CT已成为现在和未来一段时期的主导产品。（四）第四代CT（旋转-静止扫描方式）

第四代CT具有更多的探测器（600~1500个，分布在360°的圆周上）。扫描时，仅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，是第三代CT的一个变形。第四代CT的出现原因是第三代CT在扫描过程中，从几何结构上讲，每一个探测器只接受穿过病人扫描层面内的某一环形部组织的X线衰减信息，当探测器性能不稳定时，容易引起环形伪影而研制的。当第三代CT采用稳定可靠的高效率探测器之后，并从软件上解决了环形伪影的产生条件和配置了软件校正措施。第四代CT则因探测器数量多且在扫描过程中不能被充分利用，相对于第三代CT已失去了明显的优越性。故第四代CT只有个别厂家曾经生产过。FourthGenerationDetectorringSource-rotationLargefan-beamThird&FourthGenerations(FromPicker)(FromSiemens)（五）第五代CT（静止-静止扫描方式）

第五代CT由一个大型特制扫描电子束X线管、一组由864个固体探测器构成的阵列和一个数据采样、图像处理、数据显示的计算机系统组成。864个固体探测器均分为两组（432个），分别安装在两个216°的固定环内。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。以上三者必须做到最佳匹配，以提高稳定度和精度。E-BeamCTScannerSpeed:50,100msThickness:1.5,3,6,10mmECGtriggercardiacimages(FromImatron)第五代CT的工作过程是：1、电子枪产生的电子束加速(沿X线管长轴方向)、偏转、轰击到4个紧挨的210°环型靶面（靶环）上；2、准直器将X线准直成扇角为30°、厚为2cm的扇形束；

3、X线穿过病人病人，由环形探测器阵列测量透射后的X线强度分布，经A/D转换后，进行图像重建。4、高速运动的电子束无机械惯性，可依次扫描一个靶环或同时轮番扫描2-4个靶环。由于采用排成两排的环形探测器阵列，故高速运动的电子束扫描一个靶环可得到相邻两层的图像。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二、现状与发展趋势

最初研制的CT扫描仪只能用于人脑的检查，时间约需1分钟至4分钟。此后20多年来，CT设备已从第1代发展至第5代，其各项性能和速度都有了很大提高。扫描时间从4分钟到5分钟缩短到1秒钟甚至更短。

除X射线CT外，其他型号的CT也相继问世，如单光子发射CT(singlephotoemissionCT，SPECT)、正电子发射型CT（positiveemissionCT，PET）、核磁共振CT等均已付诸临床应用。超声CT（UCT）、微波CT的研究也取得了极大的进展。同时CT在工业生产等方面都已取得了令人瞩目的成果并展示了美好的前景。CT扫描机自20世纪70年代问世以来，随着计算机技术和其它相关技术的进步，获得了突飞猛进的发展。特别是近几年，出现了滑环技术（slipring）、螺旋扫描技术（helicalscan）以及在此基础上发展起来的多层面CT技术，使CT检查技术达到了一个崭新的水平。CT的发展趋势是：简化操作、缩短扫描时间、提高检查效率（一次扫描获得的层数更多）和图像质量。目前，投入临床应用的有2层CT、4层CT、8层CT、16层CT。并已有64层的CT装机使用。从真正实现了X线管旋转一周就能获得更多的层面，即可完成一个脏器的扫描，真正实现所谓的容积扫描（volumeScan）。还有些科研机构正在开发应用平板探测器替代传统探测器的多层CT扫描机，并已有了雏型机。还希望X线管旋