第五章线计算机体层成像设备

X线计算机体层成像设备

(ComputedTomography,CT)

武汉大学人民医院放射科查云飞

E-mail:zhayunfei@

Mobile/p>

1979年诺贝尔生理学和医学奖

AllanM.CormackGodfreyN.Hounsfield

CT成像原理

■高度准直的x线束对人体某个部位按一定厚度进行扫描

■穿过人体的x线由探测器接收，经放大变为电子流，经

A/D转换输入计算机处理得出该断面上各体素的X线吸收

值，并排列成数字矩阵

■数字矩阵经D/A转换后用不同的灰度等级在显示器上显

示即获得该部位的横断面或冠状面的CT图像

CT图像特征

计算机体层成像(ComputedTomography,CT)

CT发展简史

1972发明CT

1974全身CT应用于临床

80年代末螺旋CT问世

1991年双螺旋CT

Running

1998年MSCT

Espafiol11g1抽

2・4・8-16-32・64・256・320■平板CT

1967年，英国EMI的中央研究实验室1971年9月，英国Atkinson-Morley

GodfreyN.Hounsfield进行CT实验医院安装第一台临床CT扫描仪

1974年，美国GeorgeTownUniversity

的RobertLedly设计全身CT

甲移/簸转式

T”/旋转式

c300个探测邻力描

时间为2~4S

旋转/固定式

管球在0Q定的环形簿列

撩测N内方旋辑

d7TO个探SIX扫描电子束弋4

时间为2~4S

E.月福时府为Soms

■第一~五代CT示意图

电子束CT(EBCT)

EBTScannerConfiguration

-X线管的结构，主要有电子枪、偏转线圈和处于真空中的半圆形鸨靶

■扫描时，电子束沿X线管轴向加速，电子束经线圈聚焦，并利用磁场

使电子束瞬时偏转，分别轰击四个靶面

■扫描时间为30〜100ms,一次扫描每个靶面得到2层图像，4个靶面

共出8层图像，为心脏、大血管的CT检查提供了可能

CT成像原理

CT成像利用了X线的基本特性

■CT成像系统发出一束具有一定形状的射线束透过人

体后，产生足以形成图像的信号被探测器接收

■所产生的扫描数据与最终形成图像的空间分辨率、

伪影密切相关

CT成像原理

—-一-----------------过------人------体------后------x---射------线-----

〔探测器

透过不同厚度、不同密度、

CT图像不同原子序数的人体后，形

成一幅衰减图像

CT成像原理

80X80矩阵

a

512X512矩阵

?nnc

CT成像系统

成像链路径

数据采集系统

X-RayTiMonitor■X线发生装置

■准直器与滤过器

CollimatorDetectors■探测器

■数据处理装置

■扫描机架和扫描床

Computer

CTX线球管

■大热容量、高散热率和高毫安输出

■GE公司“V8”大力神球管为代表的大功率高毫安输出球管

■Siemens公司Straton“OM”为代表的高散热率球管

准直器与滤过器

Collimator

1AdditionalFilter

■前准直器，靠近X线管，控制扇形束在人体长轴方向的厚度从而控制层

厚

■后准直器，靠近探测器，其狭缝分别对准各个探测器单元，使探测器只

接收垂直入射探测器的射线

■滤过器，吸收软X线，使通过滤过器后的X线束变成能量分布均匀的硬X

线束，减小信号强度差

探测器

■将X线能量转换为电信号，电信号的大小与它接收到的辐射强

度呈正比

■由性能相同的探测器单元排列而成，每个探测器单元对应一束

X线，并将该束X线辐射强度转换为一定大小的电信号

探测器的特性

■效率

■稳定性

■响应时间

■准确性与线性

■一致性

d收效率(DQ2也称为量子探测效率。定义为入射X射线被探测器吸收的百分率，可用下面

公式描述：

尸中(E)(l-e"E)A)dE

DQE=^一------------⑵

［广中(E)dE

式中中(E)为X射线谱；R(E)是探测器的线性衰减系数；△是探测器厚度。DQE与探测器的厚度和

衰减系数m有关，并在某种程度上与X射线光子的能量有关。

探测器的种类

■气体探测器

利用气体的电离效应，如筑气探测器(Xe-gas

detector)

■固体探测

利用射线使物质产生光电效应，如闪烁探测器

(scintillationdetector)和稀土陶瓷探测器(rare-

ceramicdetector)

闪烁探测器

利用闪烁晶体将X线能量转换为可见荧光能量，在闪烁

晶体后面采用光电倍增管或光电二极管等光电转换器件

将可见荧光再转换为电流信号

20世纪70年代，最早采用鸨酸镉(CdWOJ，目前常用

鸵激活碘化钠Nal(TI)和铃激活碘化铠Csl(TI)

光电二极管闪烁探测器

优点是体积小、空间分辨率高，几何效率高、X线剂量低；缺点

是余辉较大，易受温度影响，一致性相对气体探测器而言较差

稀土(贵金属)陶瓷探测器

■用掺杂稀土金属的透明光学陶瓷来替代传统的闪烁晶体，与光电二极管配合来构成探测

器，目前MSCT多用这种探测器

■20世纪70年代，最早采用鸨酸镉(CdWOJ，目前常用花激活碘化钠Nal(TI)和钝激活碘化

ffeCsl(TI)

■光电二极管闪烁探测器

优点是X线利用率达99%；光电转换效率高；与光电二极管的响应范围匹配最好；余辉更小；稳定性更

高；容易进行较小分割，制作密集探测器阵列

多排探测器

IIIII

III1I1InI

♦xIam

IIIII125mm

IIlllllllllllllll

4*25mm♦x25mm

11

:4*375mm

Illi4

IIIII11i111111111n111

IIIII4*5tnm♦x5mm

IIIII25mmb聊!!不等

mu

muHI川IIIIII川iniiiiniiwin

5mmcollimalkHi10mmcoUimotion•20mmcollimation•

4x1.25mm8xI6x125mm1mmImm

c髭台也Kt?用可9CTH105EH・件，!30,・mm)

16x0.6mm

-用稀土陶瓷探测器，分为对称型和非对称型

数据处理装置

DigitalDAS

Commonfor

64&32Slice

Systems

■数据处理装置主要由前置放大器、对数放大器、积分器、多路转换

器、A/D转换器、接口电路等构成

■将探测器输出的微弱电信号经放大后，再经A/D转换为计算机能够

识别的数字信号，并经接口电路将此数字信号输入计算机

扫描机架

■旋转部分由X线管及其冷却系统、准直器及其控制系统、滤过器、探测器、

数据处理装置、滑环部分、高压发生器（低压滑环SCT）组成

■固定部分由旋转支架、旋转控制电机及其伺服系统、机器主控电路板组成

扫描床

扫描床由床面和底座构成，它的运动由床身升降电机和床面水平移动电机控制

床面板由碳素纤维制成，强度高、重量轻、且对X线衰减小

计算机和图像重建系统

CT用计算机功能

■计算机和图像重建系统由图像重建单元、磁盘机、D/A转换

器组成

■控制整个CT机的运行，包括X线球管和探测器在适当时刻的

开和关、传递数据以及系统操作的监控

■由快速重建单元(FRU)完成图像重建功能

■操纵、分析、修改像素值完成图像放大、测量区域或距离、

标识轮廓以及图像比较、建立直方图、剖面图等

■系统的故障诊断及分析，远程网络故障诊断

计算机和图像重建系统

CT用计算机构成

■控制部分控制扫描和数据采集

■图像重建单元进行图像的重建运算

■图像显示部分完成图像数据的缓存与图

像的显示

■数据存储部分完成原始数据和图像数据

的存储

计算机和图像重建系统

CT用计算机特点

■足够大的内存空间

■大容量运算能力

-运算精度高

■运算速度快

■控制效率高

■具有一定通用性

软件系统

■CT机的软件平台多采用专用操作系统、Unix、Linux等操作

系统

-基本功能软件

完成扫描、图像处理、图像存储、照相等常规工作的软件

-特殊功能软件

包括故障诊断软件、特殊扫描软件（如动态扫描、快速连续

扫描、高分辨率扫描等）、图像特殊处理软件（如三维表面

重建、模拟内窥镜等）、定量分析软件等

软件界面

BW

图像显示和存储系统

螺旋CT

非螺旋CT扫描方式的缺陷

由于电缆的存在，减缓了下一次扫描的启动速度

呼吸、屏气幅度不一致，导致病灶的遗漏

由于呼吸的原因，使MPR和3D的图像质量下降

由于每次扫描的停顿，整个扫描周期较长

非螺旋CT扫描

常规CT扫描由于病人的呼吸运动，微小的病灶可因呼吸运动而被遗漏

非螺旋CT扫描

非螺旋CT扫描方式螺旋CT扫描方式

■普通CT与螺旋CT示意图

螺旋CT扫描

•螺旋CT扫描方式

螺旋CT扫描是

病人屏住呼吸，

球管围绕病人

360°连续旋转

,检查床单向

匀速运动，同

时X线曝光

螺旋CT的成像方法

单层螺旋CT图像重建

■螺旋扫描是在运动中成像，覆盖360度的扫描数据用常规方

式重建会出现运动伪影

■为消除运动伪影，必须从螺旋扫描数据中合成平面数据，

该方法被称为内插法

单层螺旋CT扫描

X-Raycollimation

4层螺旋CT扫描

64层螺旋CT扫描

常规CT和螺旋CT的比较

螺旋CT常规CT

球管运动形式绕病人长轴连续旋转旋转一回位一旋转

走床方式匀速直线运动间停式运动

扫描速度快，0.5-1秒慢，3-5秒

扫描形式容积式扫描单层扫描

数据形式连续不连续

便于进行数据后处理不便于后处理

检出敏感性不会因呼吸运动漏检容易出现漏检

单层螺旋CT和多层面螺旋CT的比较

多层面CT单层螺旋CT

x线束形态锥形线束扇形线束

探测器形状多排并列单列

层厚因子探测器的排列x线束宽度

扫描3609图像多幅1幅

扫描时间0.5-1.0秒1.0秒

图像分辨率4或更多1

X线剂量0.61.0

螺旋CT扫描

螺旋CT扫描方式的一些新概念

-层厚的概念与非螺旋CT不同

■螺旋扫描焦点运行轨迹不形成一个平面，是一个容积区段

■由于扫描时检查床的移动，有效扫描层厚增宽

■由于螺旋状扫描运行轨迹，导致扫描投影数据不一致

■不一致的投影数据，按常规方法重建易产生条状伪影

螺旋CT扫描的基本概念

单层螺旋CT扫描的螺距

螺距

定义：扫描旋转架旋转一周检查床运

行的距离与射线束宽度的比值

S(mm/R)

螺距

(P)=W(mm)

螺旋CT扫描的基本概念

重建间隔(reconstructionincrement

~interval

〜spacing)

螺旋CT扫描数据中，被重建的相邻

两层横断面之间长轴方向的距离

螺旋CT扫描的基本概念

层厚敏感曲线(SSP)

沿长轴方向通过机架中心测量的点分布函数的长轴中心曲线

•SSP增宽，半值宽度(FWHM)增加，螺旋扫描实际层厚增加

螺旋CT扫描的基本概念

空间分辨率

是在高对比度情况下（ACT>100HU）,区分相邻最小物

体的能力，是测试图像质量（清晰度）的量化指标

表达方式

毫米单位（mm）

每厘米线对（LP/cm）

螺旋CT扫描的基本概念

不同成像设备的空间分辨率

YISP-1056.0

4层CT0.6X0.6X1.0mm

EBCT0.7X0.7X3.0mm

MRI冠脉1.25X1.25X1.5mm

64层CT0.3X0,3X0.4mm

effmAs1

mA?36DSA0.2x0.2mm

GT0.0、、

SL8.0/0.7571^6-

2903/0

B30fL3F0D

X

多层螺旋CT

Technologicaladvances,1985-2002

多层螺旋CT

双螺旋CT

•ElscintCTTwinfirstmodernmulti-slicescanner(1991)

•Hadtwoparallelbanksofx-raydetectorstoacquiretwo

slicespergantryrotation一飞

单螺旋CT每次旋转只得到一个单位的扫描层

双螺旋CT每次旋转可获得两个单位的扫描层，

数据获得量增加一倍，扫描速度因此提高一倍

CT-FocusMiiti-slice

4层螺旋CT

一次旋转可获四层数据，扫描速度更快

多层螺旋CT

•探测器的数量

目前全世界能生产多层螺旋CT机的公司有四家，分别是Toshiba、

GE、Siemens、Philips(Picker)

•探测器排列方式

对称等宽(GE)对称不等宽型(Siemens、Philips)

多排探测器

东芝公司(Toshiba)

层厚选择

4X0.5,4X1,4X2,4X4,4X8mm

多排探测器

GE公司

16排1・25mm=16排

层厚选择

4XL25,4X2.5,4X3.75,4X5,

2X7.5,2X10mm

多排探测器

•Siemens和Philips公司

8排1・・5mm=8排

层厚选择

2XO-5,4X154*2.5,425,

2X8,2X10mm

多层螺旋CT

探测器的排列组合和层厚（以GE为例）

多层螺旋CT的图像重建

♦单层螺旋CT扫描线性内插

♦四层螺旋CT扫描优化采样扫描

Z轴滤过长轴内插法

扇形束重建

PhilipsMX8000ToshibaAquilionMulti

SimensSensationPlus4GELightspeed

4层螺旋CT的图像重建

SingleSlice360InterpolatorMulti*sliceinterpolatoruseall

2nearestprojectionsusedprojectionswithinafilterwidth

四层螺旋扫描的图像重建，基本还是采用线

性内插的方法，然后再进行图像重建

4层螺旋CT的螺距

•Pitchcanbedefinedrelativetototalx-raycollimation(x),c

individualdetectorwidth(d)

L—J

Pitchx=tabletravell_l

x-raybeamwidth(x)

Pitchd=tabletravel

detectorwidth(d)

Pitchd=Pitch,xnumberofslices

|Inthisexample:Pitchx=30/20=1.5Pitchd=30/5=6

.HPitchd=1.5x4

CT-FocusMulthslice

4层螺旋CT的螺距设置

GE(探测器螺距)：3和6(HQ和HS模式)

东芝和飞利浦(探测器螺距)：2.5,3,3.5,4.5,

5,5.5,6,7(不能用4)

西门子可使用任何螺距

16层螺旋CT

GE4x1.2516x0.634x1.25

20mm

Philips/Siemens

4x1.516x0.754x1.5

24mm

Toshiba

探测器的排列组合和层厚

16层螺旋CT

•GE公司

24排0.625mm=16排

1.25mm=8排

探测器阵列宽度=20mm

探测器总数=21120个

16X0.625mm16X1.25mm

Lightspeed4Lightspeed4

16层螺旋CT

•Siemens公司

24排0.75mm=16排

1.5mm=8排

探测器阵列宽度=24mm

探测器总数=16128个

16层螺旋CT

普通球管Stratontube电子束控金属球管

■大热容量、高散热率和高毫安输出的金属陶瓷球管

16层螺旋CT

Image©ofGEHealthcare

Image©ofPhilipsMedicalSystems

1.7MHU/min1.6MHU/min1.4MHU/min

・大热容量、高散热率和高毫安输出的金属陶瓷球管

GELightspeed64VCTToshibaOneAquilion64

PhilipsBrilliance64SimensSensationCardiac64

64层螺旋CT

GE64层CT

西门子64层CT

■宽体稀土金属陶瓷探测器

64层螺旋CT

40mm28.8mm

64层螺旋CT

64层螺旋CT

世界四大J商64层CT探测器和旋转时间比较

生产1商采集通道数最大Z轴覆盖宽度每周旋转时间

GELightSpeedVCT64X0.625mm40mm0.35s

32X1.25mm

PhilipsBrilliance6464X0.625mm40mm0.40s

32X1.25mm

SiemensSensation6464X0.6mm28.8mm0.37s

24X1.2mm选件0.33s

ToshibaAquilion6464X0.5mm32mm0.40s

双源螺旋CT(DSCT)

■在X-Y平面上间隔90度角的两套采集系统，双源

CT通过机架旋转90度即可获得180。数据

■单扇区采集的时间分辨率达到83毫秒，球管旋转

一周最短时间为0.33秒

双源螺旋CT

单源双源单源双源

每分钟60次心跳每分钟120次心跳

单源CT与双源CT单源CT与双源CT

双源螺旋CT

,

80kVX.*140kV

AttenuationBAttenuationA.

双源螺旋CT

采用两种不同的X线能，更易于区别相近的组织

双源螺旋CT

在肥胖病人的CT扫描中，可改善图像质量

双源螺旋CT

64・MDCT临床应用病例荟萃

^KllniversityRenminHospital

629HUANGWENHUI

E：湾，工F38629

VolumeVolumedfejSBMEJul052007

DFOVDFOV：

STND/STND/;

NoVOI

kv120

mA430'\mA430

Rot0.40s/HEA也Rot0.40s/喘,

0.6mm0.969:17心、/0.6mm0.96%建

Tilt：0.0Tilt：0.0

03:20:14PM、

594W=594L=41?

VR任意角度显示左颈眼动脉瘤形态大小及与周围结构关系

3DWuhanUniversityRenminHospital

Ex：629SPRHUANGWENHUI

NoVOINoVOI

kv120kv120

mA430mA430

Rot0.40s/HE+19*4mm/rotRot0440S/HE+19*4mm/rot

0.6mm0.969：1/O.Gsp0.6mm0.969：1/0.6sp

Tilt：0.0Tilt：0.0

03:20:14PM03:20:14PM

Id=594L=41IPu=594L=41

VR血管树任意角度显示左颈眼动脉瘤形态大小

Uni^^r<y^m)inrJo^pli

599CHEN对工初

599

2007

oruv工孤

5T加//冽

11%4mmzTHZA

砂的日/孔5升

VR任意角度显示前交通动脉瘤形态大小及与周围结构关系

Hosita1

3DWuhanUniversityRenminHospi3DWuhanUni/versi\iRenminMAoNIAN

Ex：599NEx：599PIREN54599

Se：3*cSe：3+cMo32oO7

VolumeRenderingNocu2VolumeRenderingNocutJul

DFOV10.5cmDFOV10.5cm

STND/*/ISTND/+/I

AL

RI

s1P

NoVOINoVOI

kv120kv120

mA646mA646

Rot0.40s/HE+19.4mm/rotRot0.40s/HE*19.4mm/ro

0.6mm0.969：1/0.Gsp0.6mm0.969：1/0.Gsp

Tilt：0.0Tilt：0.0

04:13:27PM04:13:27PM

N=300L=30LIAW=300L=30

uruvxv.u

STND/*/I

VR血管树任意角度显示前交通动脉瘤形态大小0.64Scm3

NoVOI

kv

mA

Rot0.40s/HErot

0.6mm0.969：

Tilt:0.0

04:13:27PM

U=172L=44

R

o.xrt:

Toi5g:2T

:O'

w=351L

VR任意角度显示前交通动脉瘤术后动脉瘤夹形态大小及与周围结构关系

颅内动脉瘤跨环夹闭术后评价

■手术方式及适应症

*宽基底部动脉瘤或者手术操

作方向和动脉瘤走向呈死角

*跨过血管将动脉瘤牢牢夹闭并

保持血流畅通，夹子不易脱落

3DBj^enminHospital

Ex：478PENGBIN

Se：3+cM39478

VolumeRendeJun222007

NoVOI

kv1204

mA6001

Rot

0.6i

Til

VR任意角度显示颈动脉形态大小及与周围结构关系;显示下颌角骨折

CPR重建显示左侧颈内动脉

CurvedLumenStripeLengtcmWuhanUniversityRenmmHospital

Ex：478PENGBIN

Se:3*cM39478

Angle：-9.'''Jun222007

Angle：0.0。Rfmt

DFOV31.9cm

STND/*/ILP：221.8

■KW----------------23.4mm2

R-ICA..,R-ICA

RWidth：4.0cm

SectionArea

CPR重建显示右侧颈内动脉

iiuharXjLJni

L»iw»SEPeLenrr"；CWiUt.hwnIrt]b9rijr4PF*n)n

E-1476PEH&BIH

SxyMMHG

-13>GJun222W

CFCW工九4rjh

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