X线计算机体层成像设备CT-CT设备的基本结构（医学影像设备）

CT设备CT设备3一、何为CT？CT（ComputedTomography）:计算机断层成像CT是通过对穿过人体组织前后的X线强度进行检测，利用数学算法和计算机技术进行运算后，显示组织断层结构的医用诊断设备。二、CT的设计基础重建数学的发展：即各种投影算法的建立计算机技术的发展：计算机技术的发展和数学模型的完美结合X线探测器的发展CT设备概述4三、CT的发展历程1917-1956年，各种数学算法原理的出现和发展1961年，采用闪烁晶体的光电倍增管作为探测器可分辨塑料块中的铁钉1963年影像重建数学在医学上取得突破进展1967年Hounsfield发明了CT的基本组成设备。（Hounsfield于1979年获诺贝尔奖。）Hounsfield于2004年8月12日在英国逝世，享年84岁1971年，进行了第一次人体成像1972年，英国放射学研究年会和北美放射年会（RSNA）上，宣布X－CT诞生。CT设备概述5Hounsfield和Cormack因发明CT获得1979年诺贝尔医学和生理学奖。CentralResearchLaboratories,EMILondonG.N.Hounsfield

A.M.Cormack

TuftsUniversityMedford,MA,USAElectricandMusicalIndustries

百代唱片公司CT设备概述6四、CT的出现对医学的贡献在无创且无任何不适感的情况下对人体各部位进行检测，显示内部结构。传统X线摄影信息叠加，密度分辨率低US图像视野小MR扫描时间长，检查病人受限制断层成像密度分辨率高，对软组织分辨能力高。（相对于X射线成像术）投影剂量小（相对于X射线成像术）动态范围大（相对于X光片）无损检测存储方便CT的优点CT设备概述71、第一代CT：单束X线，单组探测器平移运动速度很慢2、第2代CT：类似第1代多组探测器速度有所提高，仅可进行头颅和脊柱扫描

CT设备的演变83、第3代CT:全新设计,多排多组探测器旋转运动高速,可满足呼吸运动下的扫描4、第4代CT:环形探测器，探测器范围360度，X线球管在机架内进行旋转扫描。探测器固定，球管旋转，一次扫描可获得大量数据。高速，灵活，伪影小。CT设备的演变91代4代3代2代CT设备的演变105.E-BeamCTScannerSpeed:50,100msThickness:1.5,3,6,10mmECGtriggercardiacimagesCT设备的演变11CT设备的演变12

利用高度准直X线束环绕人体某一部位,并以一定层厚的层面进行断层扫描,部分X线光子被组织器官吸收,X线强度因而衰减,未被吸收的X线光子穿透人体后,由探测器接收,将其转变为可见光后,经放大由光电转换器转变为电信号,再经模拟/数字转换器转为数字信号,输入计算机进行运算处理.CT成像的原理13图象形成过程:CT每扫描一次，即可得到一个方程，经过若干次扫描，即得到一联立方程。经过计算机运算（傅立叶转换、反投影法等）可以解出这一联立方程，从而求出每个体素的X线吸收系数或衰减系数，将其排列成数字矩阵（digitalmatrix），数字矩阵经过数字/模拟转换器（D/A）把数字矩阵中的每个数字转变为由黑到白不同灰度的小方块，即像素（pixel），也按矩阵排列，即构成了CT图像。CT成像的原理14CT成像的原理15高压发生器X线球管人体模型探测器群操作控制台多幅激光照相机电子计算机模数转换器内外存储器CRT显示器CT影像设备的基本结构与工作原理流程CT成像的原理16CT成像的原理硬件结构软件系统17CT设备的组成18一、CT硬件结构CT设备的组成机架底座机架底座650-700mm20°-30°X线球管准直器探测器数据采集系统19一、CT硬件结构CT设备的组成20球管系统管芯一、CT硬件结构CT设备的组成21球管系统一、CT硬件结构热容量的单位MHU，X线球管的热容量越大，表示可承受的工作电流越大，连续工作的时间也越长；

散热率的单位是kHU，散热率越高，说明X线球管的性能越好。CT设备的组成22球管系统一、CT硬件结构CT设备的组成23球管系统一、CT硬件结构CT设备的组成24Anode

Cathode

e-beam

x-rays

一、CT硬件结构球管系统25一、CT硬件结构球管系统—飞焦点技术在X射线产生过程中，电子束在磁偏转线圈作用下，轰击在阳极靶面的不同位置，使焦点在两个不同的靶面位置快速变换，达到4640次/秒。如果在扫描平面内(X,Y轴上)采用飞焦点，能在不增加X射线的情况下，多角度记录每次扫描的每个投影，使探测器的采样间距提高了一倍，提高平面内的空间分辨率，大幅改善图像的清晰度；如果将飞焦点技术应用到Z轴上，即使焦点在Z轴方向上周期性运动(即Z-Sharp技术)，能使同时采集的CT排数加倍，得到双倍于探测器数量的图像。CT设备的组成26准直器后准直器前准直器+滤过器一、CT硬件结构CT设备的组成准直器一、CT硬件结构CT中存在两种准直器：X线球管侧准直器和探测器侧准直器二者必须精确对准。CT设备的组成28探测器一、CT硬件结构是DAS系统中重要的部件，其主要功能有：①接受透过病人检查部位的X射线；②将接收到的X线转换成模拟形式的电子信号；③将模拟信号放大；④将模拟信号转换成数字信号（通过A/D转换器）。CT设备的组成29探测器到DAS电信号氙气探测器X-ray一、CT硬件结构气体电离室，当X线进入探测器时，极板间的氙气被电离形成带电离子，在电场作用下，带电离子沿着电场线形移动形成电流，该电流在外电路电阻中产生一个电压信号，输送到检测电路。CT设备的组成30探测器一、CT硬件结构闪烁晶体探测器是利用某些晶体受到照射后发光的特征制成的，常用的闪烁晶体有碘化钠等，具有残光少，转换效率高，性能稳定等优点。稀土陶瓷探测器（rare-earthceramicdetector）: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。特点：X线利用率可达99%，光电转换率高、与光电二极管响应匹配最好、更低余晖以及更高的稳定性。CT设备的组成31探测器一、CT硬件结构CT设备的组成32探测器一、CT硬件结构探测器的特性效率、稳定性、响应性、准确性、一致性效率：指它从线束吸收能量的百分数。理想情况下，探测器效率应该是100％。这样，全部线束将被截获，这将减少病人的曝光量。影响探测器效率的因素：几何效率吸收效率CT设备的组成33探测器一、CT硬件结构

(1)几何效率：几何效率＝

几何效率是由每个探测器的孔径和相关的每个探测器所占总空间的比来决定的。这个空间包括探测器本身和静止的准直器，或它与相邻一个探测器之间的间隔。射入间隔的辐射不能被探测器吸收，因而无助于图像的形成。理想的情况是探测器所占的范围要比间隔大。探测器有效宽度探测数据有效宽度+无效的空间CT设备的组成34探测器一、CT硬件结构(2)吸收效率：吸收效率是指辐射进入探侧器而被吸收的百分率，这与探测器的厚度有关，并在某种程度上，与X线光子的能量有关。(3)总检测效率：总检测效率是几何效率和吸收效率的乘积。实际的探测器总检测效率在50％一80％之间。探测器的效率越高，在一定图像质量水平的前提下病人接受的剂量越少。CT设备的组成35探测器一、CT硬件结构稳定性稳定性是指从某一瞬时到另一瞬时探测器的一致性和还原性，探测器需经常进行校准以保证其稳定性。第一、二代扫描机中，每次平移运行结束后都要校准探测器。第三代扫描机每天仅校准一次。第四代扫描机在每一次旋转期间对探测器校正两次CT设备的组成36探测器一、CT硬件结构响应性探测器的响应是指探测器接收、记录和抛弃一个信号所需的时间。一个探测器应瞬时地响应一个信号，然后立即迅速地抛弃该信号并为响应下一个信号作好准备。主要影响因素：余辉会产生零点漂移现象，可进行修正处理CT设备的组成37探测器一、CT硬件结构

准确性

由于人体软组织及病理变化所致衰减系数的变化是很小的，因此，穿过人体的线束强度也只引起很小的变化。如果探测器对衰减系数的测量不够准确，测量中的小误差可能被误认为信号的变化。探测器的准确性要求探测系统必须具有如下特点：低电子噪声、线性、各探测器的均匀一致性及瞬时稳定性。CT设备的组成38数据采集系统数据处理与接口装置一、CT硬件结构数据处理主要由前置放大器、对数放大器、积分器、多路转换器、模/数转换器（ADC）、接口电路等构成。作用：将探测器输出的微弱电信号经放大后，再经ADC转换为计算器能够识别的数字信号，并经接口电路将数字信号输入计算机。CT设备的组成39其他一、CT硬件结构CT设备的组成40扫描床一、CT硬件结构扫描床由床面和底座构成，运动一般由两个电机驱动：一个是床面升降电机；另一个是床面水平移动电机。现在常用的床面材料为碳素纤维，强度高、重量轻、对X线衰减少。CT设备的组成41计算机系统一、CT硬件结构CT和MRI等临床大型医疗设备均使用的是小型计算机。CT的计算机系统包括主计算机和阵列计算机两部分。CT设备的组成42计算机系统主机一、CT硬件结构主计算机控制CT整个系统的正常工作。其主要的功能有：扫描监控，并将CT扫描得到的数据进行存储；CT值的校正；图像的重建控制与图像后处理；CT机自身故障的诊断与分析。CT设备的组成43计算机系统重建机一、CT硬件结构阵列处理器（ArrayProcessor,AP）：本身不能独立工作，它与主计算机相连，在其控制下进行高速的数据运算以完成CT扫描的庞大数据量的处理与运算。CT设备的组成44基本功能软件二、CT软件结构CT设备的组成45特殊功能软件二、CT软件结构CT设备的组成

CT设备CT设备硬件结构软件系统48CT设备的组成49一、CT硬件结构CT设备的组成机架底座机架底座650-700mm20°-30°X线球管准直器探测器数据采集系统50一、CT硬件结构CT设备的组成51球管系统管芯一、CT硬件结构CT设备的组成52球管系统一、CT硬件结构热容量的单位MHU，X线球管的热容量越大，表示可承受的工作电流越大，连续工作的时间也越长；

散热率的单位是kHU，散热率越高，说明X线球管的性能越好。CT设备的组成53球管系统一、CT硬件结构CT设备的组成54球管系统一、CT硬件结构CT设备的组成55Anode

Cathode

e-beam

x-rays

一、CT硬件结构球管系统56一、CT硬件结构球管系统—飞焦点技术在X射线产生过程中，电子束在磁偏转线圈作用下，轰击在阳极靶面的不同位置，使焦点在两个不同的靶面位置快速变换，达到4640次/秒。如果在扫描平面内(X,Y轴上)采用飞焦点，能在不增加X射线的情况下，多角度记录每次扫描的每个投影，使探测器的采样间距提高了一倍，提高平面内的空间分辨率，大幅改善图像的清晰度；如果将飞焦点技术应用到Z轴上，即使焦点在Z轴方向上周期性运动(即Z-Sharp技术)，能使同时采集的CT排数加倍，得到双倍于探测器数量的图像。CT设备的组成57准直器后准直器前准直器+滤过器一、CT硬件结构CT设备的组成准直器一、CT硬件结构CT中存在两种准直器：X线球管侧准直器和探测器侧准直器二者必须精确对准。CT设备的组成59探测器一、CT硬件结构是DAS系统中重要的部件，其主要功能有：①接受透过病人检查部位的X射线；②将接收到的X线转换成模拟形式的电子信号；③将模拟信号放大；④将模拟信号转换成数字信号（通过A/D转换器）。CT设备的组成60探测器到DAS电信号氙气探测器X-ray一、CT硬件结构气体电离室，当X线进入探测器时，极板间的氙气被电离形成带电离子，在电场作用下，带电离子沿着电场线形移动形成电流，该电流在外电路电阻中产生一个电压信号，输送到检测电路。CT设备的组成61探测器一、CT硬件结构闪烁晶体探测器是利用某些晶体受到照射后发光的特征制成的，常用的闪烁晶体有碘化钠等，具有残光少，转换效率高，性能稳定等优点。稀土陶瓷探测器（rare-earthceramicdetector）: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。特点：X线利用率可达99%，光电转换率高、与光电二极管响应匹配最好、更低余晖以及更高的稳定性。CT设备的组成62探测器一、CT硬件结构CT设备的组成63探测器一、CT硬件结构探测器的特性效率、稳定性、响应性、准确性、一致性效率：指它从线束吸收能量的百分数。理想情况下，探测器效率应该是100％。这样，全部线束将被截获，这将减少病人的曝光量。影响探测器效率的因素：几何效率吸收效率CT设备的组成64探测器一、CT硬件结构

(1)几何效率：几何效率＝

几何效率是由每个探测器的孔径和相关的每个探测器所占总空间的比来决定的。这个空间包括探测器本身和静止的准直器，或它与相邻一个探测器之间的间隔。射入间隔的辐射不能被探测器吸收，因而无助于图像的形成。理想的情况是探测器所占的范围要比间隔大。探测器有效宽度探测数据有效宽度+无效的空间CT设备的组成65探测器一、CT硬件结构(2)吸收效率：吸收效率是指辐射进入探侧器而被吸收的百分率，这与探测器的厚度有关，并在某种程度上，与X线光子的能量有关。(3)总检测效率：总检测效率是几何效率和吸收效率的乘积。实际的探测器总检测效率在50％一80％之间。探测器的效率越高，在一定图像质量水平的前提下病人接受的剂量越少。CT设备的组成66探测器一、CT硬件结构稳定性稳定性是指从某一瞬时到另一瞬时探测器的一致性和还原性，探测器需经常进行校准以保证其稳定性。第一、二代扫描机中，每次平移运行结束后都要校准探测器。第三代扫描机每天仅校准一次。第四代扫描机在每一次旋转期间对探测器校正两次CT设备的组成67探测器一、CT硬件结构响应性探测器的响应是指探测器接收、记录和抛弃一个信号所需的时间。一个探测器应瞬时地响应一个信号，然后立即迅速地抛弃该信号并为响应下一个信号作好准备。主要影响因素：余辉会产生零点漂移现象，可进行修正处理CT设备的组成68探测器一、CT硬件结构

准确性

由于人体软组织及病理变化所致衰减系数的变化是很小