2009年版上岗考试指南CT成像技术篇3.doc

2009年版上岗考试指南CT成像技术篇（3）时间：2009-07-19 来源：影像园 作者：大型医用设备上岗考试指南编委会【讨论-纠错】【举报】1.2.4移动式CT扫描仪常规的CT机都是固定安装的，无法移动。为了适应一些危重病人的检查需要，出现了移动式CT机。它的主要特点是扫描机架和检查床都可以移动，重量也较轻。它主要的生产厂家和主流型号是荷兰Philips公司生产的Tomoscan M，截止1999年底，全世界已有100多台移动式CT机。1.2.4.1移动式CT机应用原理移动式CT机应用原理同非螺旋CT扫描机，只不过体积较小、可移动，它主要由扫描机架、检查床和控制台三部分组成，每一个单元都装有滑轮可移动。其安装要求不高，值得一提的是它可采用单相交流电源，任何墙上电源足以能使CT机启动，断电后还能利用机器自带的蓄电池继续扫描约25层。1.2.4.2移动式CT机结构特点机架移动式CT机的机架内安装了所有成像所需的重要部件，包括X线球管、发生器和探测器等。机架的孔径60cm，倾斜角度是-25+30，最大FOV是46cm，该机架的特点是在检查床和机架固定时，机架还能纵向平移35cm，能适应不能移动病人头部检查的需要。X线球管X线球管是低功率的，阳极靶面直径102108mm，球管倾斜角12，焦点尺寸是1.3mm0.55mm1.7mm0.7mm，产生的X射线光谱比较适合脑部CT成像。球管的热容量和散热率分别是600kHU（kilo heat units）1MHU(million heat units)和125kHU/分200kHU/分。发生器是输出功率为6kW的高频发生器，根据需要可提升到18kW。探测器是固体探测器，数量为400个，测量通道为16个，扫描数据的采用射频传送。移动式CT机基本属于第三代CT机，球管和探测器系统同步旋转，在360扫描范围内都能采集扫描数据，由于采用了非同步扫描方法，探测器的数量减少了约一半。检查床检查床下部装有滑轮，并且能和机架对接固定。床面板是用碳素纤维做成，使X射线易于穿透。床面高度的调节范围是6451030mm，床纵向移动速度15mm/秒，移动范围1300mm，床面最大承重160kg，最大承重时的床面移动速度为10mm/秒，载重140kg时，床移动的精确性是0.25mm/秒。控制台装有滑轮的控制台，通过电缆与扫描机架相连。操作台的主机是Sun SPARC 5 小型计算机，操作系统是UNIX。另外，操作台还包括一个显示器、对话扩音设备、摄影机接口、网络设备和存储设备。监视器是17英寸彩显，矩阵512512，256级灰阶。图像存储有系统硬盘和光盘，系统硬盘的容量是1GB，约可存储1200幅5122图像，系统硬盘可扩展容量，或可选用2.3GB的8mm磁带，图像除可摄影存储外，也可通过网络传输，因为主机系统是DICOM兼容的。操作系统中预存了100个不同部位的扫描程序，可简化操作程序，还可做几种常见的图像处理如放大重建、多平面显示、镜像、直方图等。扫描仪的技术参数扫描的层厚选择有2mm、3mm、5mm和10mm，扫描时间分别是2秒、4秒和6秒。扫描kVp分别是120或130，mA有10、20、30、40、45和50六挡可供选择。扫描采样频率1440帧/秒，扫描重建时间5秒。容积扫描(螺旋扫描)时，机架旋转一周时间2秒，即2秒获得一层螺旋扫描数据，最大连续扫描旋转2535周，床速可选范围为2、3、5、10和20mm/周，重建层厚2、3、5、7、和10mm。该机的空间分辨力为10LP/cm，测试条件120kVp，40mA，2秒，采用空间分辨力测试专用体模获得。密度分辨力在3mm测试孔径时是0.3%，测试条件120kVp，120mAs，10mm层厚，采用16cm直径密度分辨力测试体模得到。噪声水平在120mA时为0.3%。移动式CT机的CT剂量指数(CT dose index)每毫安的射线剂量在头部的中央和边缘分别为30.9和38.2mGy，在体部的中央和边缘分别是10.3和32.9mGy，测试条件120kVp，层厚10mm。1.2.4.3移动式CT机的应用特点移动式CT大大方便了一些危重和手术中病人的检查需要。如该机可搬运至手术室，无论在手术前、手术中或手术后都可以方便地使用CT扫描作病情的监测，或在CT扫描的帮助下，做神经外科方面颅脑的手术。移动式CT也可以搬运至急救中心或重症监护病房等，作危重病人的各类CT检查，对创伤性的、不宜搬动的危重病人，移动式CT尤其适用。1.2.5微型CT扫描仪微型CT扫描仪（Micro-CT）主要用于实验室以及骨质疏松症的实验研究。这类扫描仪主要有两种类型，一类是标本型Micro-CT；另一类是活体型Micro-CT，这两类Micro-CT在扫描时间、空间分辨力和扫描方式上都有较大的不同。标本型Micro-CT主要用于实验室标本的扫描，机械结构较为简单，扫描时不需扫描机架的旋转，只有标本在一个固定的机架上旋转，因为标本不是一个活体，不会产生眩晕。另外，标本固定后不会移动，相应扫描时间也可较长。活体型Micro-CT因为需用于活体，主要用于小动物的实验需要，要求相对较高一些。除了扫描时间短一些外，在机械结构上也安装了一个小型的检查床，扫描时也产生机架的旋转。另外，出于对动物的人道主义，还限定了一次扫描剂量的限制，同时球管的功率也相应大一些。两类Micro-CT的比较见表1-2。与医用CT扫描仪比较这类扫描仪的共同特点是：球管的焦点较小、输出功率也较小、扫描野较小、空间分辨力较高、扫描时间相对较长，另外使用平板探测器。 表1-2 标本型和活体型Micro-CT的主要性能比较 标本扫描仪 活体扫描仪焦点尺寸 1-30m 50-200m球管功率 1-30W 10-300W空间分辨力 5-100m 50-200m扫描时间 10-300分 0.3-30分探测器类型 数字平板 数字平板扫描野 1-100mm 30-100mm辐射剂量 较大 较小1.2.6双源CT扫描仪双源CT是2005年西门子推出的新型CT扫描仪，它的基本结构秉承了64层CT的设计，仅在球管和探测器系统作了大胆的创新，由沿袭使用的一个球管、一组探测器系统，改变成了双球管和双探测器系统，使CT的检查无论从扫描的速度和扫描仪的功能定位（可利用两种不同的辐射能作一些功能性的检查，以往CT基本只能做形态学的检查）都大大前进了一步。双源CT的球管仍采用电子束X线管（Straton tube），单个球管的功率为80kW。常用部位的扫描速度为0.33s，最大扫描范围为200cm。扫描机架孔径为78cm（通常为70cm），各向同性的空间分辨力0.4mm，使用高分辨力技术时可达到0.24mm。双源CT的球管和探测器系统与64层CT相同，但两套采集系统同置于扫描机架内，球管之间相隔的距离为90。一套扫描系统的FOV为50cm，另一套扫描系统主要用于中心视野扫描FOV为26cm。两套X线发生器系统由一个一体化的高压发生器控制，并可分别调节两套系统的kV和mAs。双源CT的两个球管既可同时工作，也可分别使用。当心脏成像、双能减影和全身大范围扫描时，可采用两个球管同时工作，而一般的扫描也可只用一组球管探测器系统工作。双源CT在用于心脏成像时可比64层CT减少一半的扫描时间。目前的心脏CT成像基本采用180的扫描数据重建算法（单扇区重建），即如果机架旋转一周时间为0.4s，则心脏成像的时间分辨力可达200ms（0.2s）。在双源CT中，由于两个球管同时工作，其实际扫描时间又可减少一半达83ms（双源CT旋转一周为0.33s）。在心脏图像重建的方法中，还可采用多扇区重建降低时间分辨力，但双源CT的降低机械扫描时间与采用多扇区重建算法不同。双源CT的另一个性能特点是可利用两个X线球管发射不同的能量（即设置不同的千伏值，如140kV和80kV）。两种不同的能对不同的物体其衰减不相同，如骨骼和对比剂在80kV时，骨骼的CT值为670HU，对比剂为296HU；当能量提高为140kV时，骨骼的CT值降低为450HU，而对比剂降低为144HU。利用两种不同的能量，根据目前临床实验的初步结果，它的临床意义上主要表现在三个方面：1、对血管和骨骼进行直接减影；2、可对某些组织如肿瘤组织进行特征性识别；3、对人体的体液成分进行识别 1.3 CT机的基本结构1.3.1 X线发生装置1.3.1.1高压发生器以前的CT 机一般采用三相X线发生器。CT对高压电源的稳定性要求很高，三相发生器大都采用高精度的稳压反馈措施。三相高压发生器分为连续式和脉冲式，连续式主要用于第二代CT机；脉冲式主要用于第三代CT机。现代CT机都采用体积小、效率高的高频发生器。由于体积小，发生器可被装入机架内的一个角落，有的CT机将发生器直接安装在旋转的机架上，与球管机架同步旋转。高频发生器于80年代起开始用于CT机、乳腺摄影机和移动式X线机等。它的工作原理是将低频、低压的交流电源转换成高频、高压电源，可产生50025,000赫兹的高频，经整流和平滑后，其电压波动范围小于1%，而常规三相、十二脉冲发生器的波动范围为4%。目前使用的高频发生器最大功率为50千瓦(kW)，kVp的范围为80140千伏，球管电流(mA)的范围是100400毫安。1.3.1.2 X线球管CT扫描X线射线源的要求是：（1）射线衰减。根据射线强度的不同，X射线能依据物体的原子序数、密度和厚度作不同的衰减；（2）穿透一个物体所需足够的射线量。X线球管满足了上述两个基本要求。X射线管由电子阴极、阳极和真空管套组成，其基本结构与常规X线机的X射线管相同，但额定功率较常规X射线管稍大。CT用X射线管也可分为固定阳极和旋转阳极两种。固定阳极X射线管主要用于第一、第二代CT机中。旋转阳极X射线管主要用于扇束扫描方式的第三、第四代CT机中，焦点大小约为1.01.0mm；高速旋转阳极管焦点约为0.60.6mm，阳极靶面材质多为钨、铼合金，转速为3600转/分，或10000转/分。现在螺旋CT扫描机的X射线管，一般都采用大功率的X射线管。球管的管套采用金属和陶瓷作为绝缘材料，阳极靶面的直径可达到200mm，球管整体质量的增加，也增加了球管的热容量和散热率。阴极采用一根或者数根灯丝组成，吸气剂采用钡，吸收使用过程中产生的气体分子，确保了球管的真空状态。螺旋CT X线管靶面的厚度也有所增加，并且使用了不同的材料，目的是为了提高球管的热容量。以前的阳极使用全金属制造，现在则采用黄铜石墨靶面和化学汽化沉淀石墨靶面。由于石墨有很好的储热性能，使球管的热容量提高。而最新的CT X线管开始采用液体轴承来替代过去的滚轴轴承，液体轴承的主要成分是液态的镓基金属合金，采用液体轴承后，一方面能增加球管的散热率，另一方面还能减少噪声和振动。CT用X线球管的产热量计算公式是：1.41kVp1mA1s。式中1.4是常数。将实际应用的参数分别代入上述公式并乘以常数1.4，即等于一次检查球管产生的热量。该公式适用于三相和高频发生器，其中的时间是一次检查的总计扫描时间。单位是HU，1HU1J（焦耳）。此外，现代X射线管为了提高热容量，还采用了所谓的“飞焦点”设计，即X射线管阴极发出的电子束，曝光时交替使用，其变换速率约1.0ms，利用锯齿形电压波形的偏转，导致电子束的瞬时偏转，使高压发生时电子的撞击分别落在不同的阳极靶面上，从而提高了阳极的使用效率，并能相应提高球管的热容量。最新由西门子公司推出的球管称为电子束控球管，即所谓的“零兆球管”，英文名称写作“Straton tube”。该球管的最主要改进是将阳极靶面从真空管中分离出来，使阳极靶的背面完全浸在循环散热的冷却油中，改变了以往阳极靶面的间接散热为直接散热，大大地提高了球管的散热效率（与普通CT球管相比，散热率提高了5-10倍，为5MHU/分），满足了螺旋扫描长时间、连续工作的要求。由于散热效率的提高，阳极靶面的直径也可减小，电子束控球管阳极靶的直径为120mm，普通CT球管阳极靶的直径通常为200300mm，阳极靶直径的减小同时使球管的体积减小和分量减轻。第二个改进是旋转轴的改进，即以前所有的球管只有阳极旋转，阴极部分是固定的。而“零兆球管”的阴极部分也增加了一个轴承，与阳极靶面一起在真空管中同时旋转，这个改进也避免了球管机械设计上的弱点，使阳极的机械旋转性能更稳定，并更有利于阳极旋转速度的提高。电子束控球管的阴极结构有点类似于电子束CT的球管，它产生的电子束须由偏转线圈聚焦和偏转一定的角度射向阳极靶面产生X射线。1.3.1.3冷却系统CT的冷却系统一般有水冷却、空气冷却和水、气冷三种，各个公司在各种型号的CT机中分别采用其中的一种，并且这三种冷却系统各有优缺点。如水冷效果最好，但是装置复杂、结构庞大，需一定的安装空间和经常性地维护；气冷效果最差，其它一些方面也正好与水冷相反；而水、气冷则介于两者之间，目前新型的CT机多采用后者的冷却方式。1.3.1.4准直器在CT扫描中，准直器有两个作用：(1)调节CT扫描的层厚；(2)减少病人的辐射剂量和改善CT图像的质量。CT射线的辐射防护第一关是含铅的球管外壳，通过球管窗口出来的射线束初步形成了扇形束或锥形束。CT机中的准直器一般有两套：一套是X射线管端的准直器（或称病人前准直器），由固定的和可调节的几组叶片组成。在多层螺旋CT扫描机中，为了减少焦点半影现象，可调节的准直器叶片，一般都安装在尽可能远离X线球管；另一套是探测器端的准直器（或称病人后准直器），同样由固定的和可调节的几组叶片组成，固定部分叶片的开口一般都等于或大于扫描中使用的最大层厚。前准