医学影像设备学-CT设备[特制荟萃].ppt
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1、第十二章 CT设备,高等课堂,第一节 概述 一、发展简史,1895年,德国物理学家伦琴(W.C.Rontgen);发现X射线,为射线CT奠定了基础。 1917年,奥地利数学家雷登(Radon):从数学上证明,利用物体在各个方面的投影数据,可以重建出物体的二维断面或三维图像。 1945年,计算机的发明:为投影重建理论提供了物质基础. 1963年,美国物理学家科马克(Cormack)发表了一篇研究报告,详细描述了用X射线投影数据重建图像数学方法。 1971年,英国工程师亨斯费尔德(Hounsfield):在EMI公司研制成功世界上的第一台头颅CT。 1974年,美国工程师莱德利(Ledley):研
2、制成功世界上的第一台全身CT。,高等课堂,1971年,英国工程师亨斯费尔德(Hounsfield):,Hounsfield,Cormack,高等课堂,CT机的分代: 第一代CT机:X线为单束,探测器数有单个或几个,运动方式平移加旋转,扫描时间长数分钟,头部. 第二代CT机:X线为多束,探测器数有数个或几十个,运动方式平移加旋转,扫描时间数十秒,全身. 第三代CT机:X线为扇形,探测器数有几百个扇形排列,运动方式旋转+旋转,扫描时间长数秒钟. 第四代CT机:X线为扇形,探测器数有数百到几千个呈圆周状排列,提高了图像质量.运动方式为旋转. 第五代CT机:电子束CT超高速型CT机(UFCT).扫描无
3、机械旋转维护费用高.,高等课堂,(一)第一代CT(平移+旋转扫描方式),第一代CT由X线管和1-2个探测器(detector)组成。 X线束穿过和探测器同步直线平移运动。 获得透射数据后,X线管和探测器环绕中心旋转1,做上次相反的直线扫描运动。 获得数据后,再旋转1,重复上述过程直到180,采集到数据组成的平行投影值,即完成了数据的采集过程。,高等课堂,第一代CT(平移+旋转扫描方式),高等课堂,(二)第二代CT(平移+旋转扫描方式),第二代CT X线束改为扇形线束,由一只X线管和330个晶体探测器组成。 由呈扇形排列的多个探测器,每次平移后的旋转角由1提高到扇面角度,扫描时间减至18s。为了
4、提高图像质量采用240、360平移加旋转扫描,比第一代CT各项指标有提高,已具备了做全身CT检查的条件。 第二代CT主要缺点是:在扫描过程时间长,由于病人的生理运动,易产生伪影。,高等课堂,高等课堂,第二代CT(平移+旋转扫描方式),高等课堂,(三)第三代CT(旋转-旋转扫描方式),第三代CT的扇形角较宽(3045),探测器增加到3001000个逐个依次无空隙排列。 扫描时,X线管和探测器无直线平移运动,仅做围绕病人进行连续旋转运动即可。扫描时间可更短。 优点:结构较简单,使用操作方便,可获得较理想的CT图像。 缺点:需对相邻探测器的灵敏度差异进行校正,相邻探测器的性能差异将产生同心环形伪影。
5、,高等课堂,第三代CT(旋转-旋转扫描方式),高等课堂,(四)第四代CT(旋转-静止扫描方式),第四代CT具有更多(6004800个,分布在360的圆周上)探测器。扫描时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15s。 其工作原理和第三代CT没有本质的区别,仅是第三代CT的一个变形。,高等课堂,第四代CT(旋转-静止扫描方式),高等课堂,(五)第五代CT(静止-静止扫描方式),第五代CT由一个电子束X线管、由864个固体探测器构成216的阵列固定环内和一个数据采样、图像处理、数据显示的计算机系统组成。 每个固体探测器作为一个数据采集单元。它由一个X
6、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。 第五代CT适用于心脏,查易动病人检查,是一种新型的CT。其缺点是造价昂贵。,高等课堂,电子束CT,高等课堂,第五代CT(静止-静止扫描方式),高等课堂,电子束CT,高等课堂,双源CT,高等课堂,各代CT比较,高等课堂,高等课堂,二、现状与发展趋势,滑环技术(slipring) 螺旋扫描技术(helical scan) 多层面螺旋扫描技术:2层CT、4层CT、8层、16层、32层、64层CT 容积扫描(volume Scan) 平板探测器CT机:锥形CT扫描机(cone beam CT)。 排(层)的发展: 单排CT 双排CT64排C
7、T平板(锥形)CT,高等课堂,锥形CT机面临的难点是:,克服锥形线束伪影(cone beam artifact); 改进图像重建算法; 提高大量数据的处理速度; 提高平板探测器的性能; 克服机械结构限制。,高等课堂,容积扫描,高等课堂,锥形CTTHREE-DIMENSIONAL,高等课堂,第二节 CT工作原理,X线CT扫描机能对人体进行横断体层成像,将各种组织对X线的吸收系数以数字(CT值)表示出来。 X线CT扫描机与常规X线体层摄影的原理和成像方法也完全不同,它没有纵向体层摄影时上下层模糊影像对目标体层的影响,被检查层各点CT值经数学方法重建出来的图像。,高等课堂,投影像,高等课堂,X线投影
8、,高等课堂,一、线衰减系数,将X线束穿过人体一横断层面则对面的探测器可获得该层面的信息。借助于各组织对X线具有不同衰减系数的特征来实现还原为该层面的图像。X线在人体被衰减的程度,按组织对X线的衰减系数和组织厚度D以指数函数关系发生变化其式为: 或 式中:I0入射X线强度;I为穿过病人衰减后的强度;D为组织厚度,为线性衰减系数。,高等课堂,沿X线束穿过的人体各组织密度一般是非均一的。认为是由大量各不相同的密度单元体所组成。单元体厚度为D,单元体被分割得越细小,其体内密度越接近一致.,高等课堂,二、工作原理,需要从一个横断面的许多视角射入X线,以便测得大量“衰减系数之和”,即所谓数据采集过程,随后
9、建立n元一次方程组求解,即可得到各单元体的衰减系数。若一幅图像有nm个像素,则需解nm个n元一次方程,方能求出一个层面各单元体的衰减系数。 数据采集的基本组成部分是X线管、滤过器、准直器和探测器,,高等课堂,将计算出各单元体衰减系数的过程称为图像重建。一幅图像至少由几十万至上百万个单元体(像素)组成。,不同组织的衰减系数之和可能相等的示意图,高等课堂,CT信号检测原理,高等课堂,投影图像重建,高等课堂,各组织的CT值,高等课堂,数据采集的组成:是X线管、滤过器、准直器和探测器。为了从不同视角获取数据,需要一个扫描机架。X线管、探测器环绕患者作360旋转,以获取大量原始数据。,高等课堂,Hous
10、field unit (HU) :,WW decides what we see Kv ;mA;保用次数 热容量: 0.5MHU 0.75MHU 1.5MHU 2MHU 3MHU 5MHU 5.5MHU 6MHU ,高等课堂,X线管组件接线图,高等课堂,二、探测器,探测器是一种将射线能量转换电信号的装置。,高等课堂,(一)探测器性能,1效率 是指它从线束吸收能量的百分数。几何效率;吸收效率;总检测效率 。 2稳定性 是指从一瞬间到另一瞬间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。 3响应性 是指探测器接收、记录和抛弃一个信号所需的时间。 4准确性 人体软组织及病理变化所致衰减
11、系数小的变化。,高等课堂,(二)探测器类型,固体探测器: 是一种收集荧光的探测器,称闪烁探测器。 气体探测器: 是收集气体电离电荷的探测器。,高等课堂,1固体(闪烁)探测器,闪烁探测器是利用射线能使某些物质闪烁发光的特性来探测射线的装置。,高等课堂,Solid State Detector,高等课堂,Solid State Detector (SSD),Internal Collimator,External Collimator Plate,Scintillator,Photo diode,x-ray,Light,Collimator: Molybdenum 0.1mm thickness
12、1.028 pitch eliminate scatter Scintillator: material is secret converts x-ray to visible light too much x-ray can change the sensitivity Photo diode: converts visible light to an electrical signal,to DDC,i,高等课堂,Solid State Detector,高等课堂,部分闪烁晶体性能表,高等课堂,2气体探测器,气体探测器是利用气体(一般采用化学性能稳定的惰性气体)电离的原理,入射的X线使气体
13、产生电离,通过测量电流的大小来测得入射X线的强度。,高等课堂,探测器,高等课堂,固体探测器 Picker公司分布式处理方式; 西门子公流水线处理方式。,高等课堂,(一)流水线处理方式,流水线处理方式(pipeline processing) 采用了生产上的流水线概念,把每条指令分为若干个顺序的操作,每个操作分别由不同的处理器实施。这样可以同时执行若干条指令,对每个处理器来说,每条指令中的同类操作像流水线一样被连续加工处理。这样可以提高计算机工作速度和提高各个处理器的使用效率。,高等课堂,流水线处理方式,高等课堂,(二)并行处理方式,并行处理方式(parallel processing) 是由三
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