设备管理_x线计算机体层设备概述

第六章X线计算机体层设备 第一节概述CT是计算机体层成像 computedtomography CT横断扫描 无重叠图像 但空间分辨率低 密度分辨率高 一 基础知识回顾CT的成像利用了X线具有一定能量和穿透能力的特性 通过数据采集系统从不同方向对穿过被检体的X线进行采集 获得大量数据 由计算机利用这些数据重建出断面图像 最后以灰度图像显示出来 一束单能窄束的X线通过物质时 其强度随深入物体的厚度x而按指数规律衰减 I I0 e d穿过人体后形成不同的吸收值 若每个体素厚度相同取X 则穿过物质后X线强度为 1 2 n 1 xlnI0 In要求得每个吸收系数 必须建立n个方程 只要X线从不同方向穿过人体时 则获得不同方向的数据投影 解n个方程 获得n个吸收系数值 图像重建1 直接反投影法2 迭代法3 解析法 傅氏变换法 重建图像 CT值 吸收系数 是一个具有一定含义的物理量 用来表示物体的影像量不方便 英国工程师hounsfield引入CT值作为表达人体组织密度的单位 CT值 HU 组织 水 水 k水0 骨1000 空气 1000 软组织30 50HU 二 发展简史 1963美国柯玛克 Cormack 解决CT图像重建的数学问题 1968英国EMIHounsfield解决计算机重建问题 1967 1970年由EMI公司实验室的Hounsfield博士提出 1971年第一台CT机研制成功 在Ambrose医生指导下实验 处理一幅图像需要20分钟 1972年4月Hounsfield Ambrose在英国放射学年会上宣读了CT成功的应用的论文 宣告CT的正式诞生 1979年Hounsfield获得诺贝尔医学和生理学奖 1974年美国乔治城大学 GeorgeTownUniversity 医学中心工程师Ledley设计了全身CT 此后 CT的设备与技术发展相当迅速 90年代以前 解决部位 由头颅发展到全身 95年以前 以解决扫描速度为主 旋转速度发展为亚秒级 0 5S以下 动态CT成为发展方向 21世纪解决多层扫描 2005年前动态扫描 双源CT使心脏扫描成为可能 目前 融合技术使CT MRI与PET的融合 使CT向功能方向发展 我省CT情况简介 南昌大学二附医院第一台CT GE8800 90年代后县级医院的二手CT成为热门 目前 省级医院以64 128排CT为主流 县级医院以双排 8排 16排CT为首选 江西省医院有双源CT和PET CT 九江171医院已在运行PET CT 乡级医院及私人医院也在使用CT检查 第一代CT平移 旋转 单束 只能用于静止的器官 而且要求器官体积小 能够进入扫描架的孔径内 往往只能扫描头部 所以通常称之为头部专用机 由1个X线管和2 3个晶体探测器组成 用笔形X线在某一角度平移穿过被检查者 获取240个平移数据 然后球管和探测器共同轻度旋转1度 再次测量数据 获得另一角度的平移投影数据 如此反复1800 获得一幅图像重建所需的数据 183 240 但其射线利用率低 扫描速度慢 采集数据少 重建的数据质量差 早已被淘汰 第二代CT 平移 旋转 由一个X线管和3 30个晶体探测器组成 X线束采用扇形束 50 200 这一代CT扫描仪不仅可以进行头颅扫描检查而且已经具备了全身CT扫描仪的能力 扫描时间较第一代大大缩短 1974年体部CT应用与临床 第三代CT 采用旋转 旋转式 该CT采用了较宽的扇形线束 可覆盖被扫描的截面 探测器也增加到300 800个 解决了前两代的直线平移运动的弱点 扫描时间也缩短到2 9 5秒 采用了旋转阳极X线管 目前CT扫描形式基本上为第三代 第四代CT 为固定 旋转式 探测器环绕机架360度固定排列 扫描时只有X线管做围线人体的旋转运动 第五代CT 静止 静止有两种产品 一种动态空间重建机 DSR 另一种是电子速CT扫描仪 电子速CT EBCT推出 EBCT采用电子素扫描环形阳极靶代替旋转运动的X线管 扫面速度很快 其扫一个层面的时间只需50mS 主要用于快速扫描的心脏检查 小儿及急诊断患者等 DSR为影像增强电视CT 采用28组影增 快速重建图像 五 螺旋CT1985年滑环技术问世 1989年螺旋CT推向市场 在此后十余年 螺旋CT一统天下 1 部位的拓展2 扫描速度 单螺旋扫描 亚秒机的形成3 多层面CT单层 双层 16层 64层 256层 320层 平板CT4 双源CT5 融合CT技术的应用PET CT PET MRI 三 基本组成 整体结构 扫描架 扫描床 电器柜 控制台 主机 X线发生装置 探测器 计算机 旋转部件 病人输送定位 冷却系统 辅助设备 激光像机 工作站 高压注射器 介入定位系统 总体组成概括为 1 数据采集阶段X线管探测器直准器滤过器对数放大器模数转换器 A D 接口电路2 图像重建阶段计算机磁盘机D A转换器3 图像显示阶段图像显示器多幅照相机接口电路 第二节扫描系统 一 X线发生装置 一 X线管 固定阳极和旋转阳极 提高X线管负载 必须提高散热 其方式有1 油循环冷却常规CT 1 1 5MHhuCT球管2 阳极直冷式3 阳极接地式4 飞焦点技术通过球管外的偏转线圈 使灯丝发射的电子改变方向 在单位时间内形成多个焦点 产生多组数据 减少球管的负荷量 5 主要性能指标热容量和散热率 1 热容量和散热率单片排3 5mHU双排2mHU16排7 5mHU64排以上8mHU散热率1 1 5mHU S 2 使用寿命扫描次数20万次常规扫描秒数与旋转速度有关 在算次数 螺旋10 12万曝光秒使用寿命与那些因素有关 热容量 散热率 制造技术 使用与保养 二 高压发生器 1 组成与X线机相同2 工作方式连续和脉冲方式3 保护措施X线管的高压电源调节范围广输出稳定 次级滤波闭环控制 设置安全保护电路 过压和过流保护 过功率保护 断电保护 高压回路通断保护 二 准直器与滤过器 一 准直器铅材料作用 前直准器控制扫描厚度 后直准器减少散射线干扰 探测器的孔径要大于准直器的宽度 前后准直器必须精确对准 二 滤过器又称补偿器作用 1 吸收低能X线2 提高X线硬度的均匀性3 减少信号强度差 形状 契形 第一 二代CT装置使用较大焦点管球 半影大 X线管前方需用准直仪 而准直仪使通过被查体的X线光子有45 不能进入探测器 第三代CT装置用小焦点管球 半影小 没有必要使用准直仪 全部光子可进入探测器中 X线光子的利用率比第一 二代大2 3倍 第四代CT 由于CT加快了扫描速度 要求球管的X光出线量大 X光球管比第三代的焦点大了很多 半影加大 准直器又重新安装到了CT上 并且准直器的出口光栏变成了可调式 可根据不同的扫描层厚改变光栏出口 以减少半影干扰 使图像更加清晰 三 数据采集系统 数据采集系统 DataAcquisionSystemDAS 是扫描系统的重要组成部分 由探测器和数据处理装置组成 作用 将透射的X线转换为电信号 由A D转换器转换为数字信号 送往计算机重建图像 一 探测器 将透过人体的X线转换为电信号 1 特性转换效率 DQE 稳定性 响应时间 准确性 一直性 不同位置接受不同 但效果相同 还有余辉 几何特性 容易加工与排列 动态范围大 105 106 探测器介绍 第一 二代CT装置的探测器用碘化钠晶体与光电倍增管组成 碘化钠晶体探测器对X线的敏感度比胶片大100倍 后来 改用氟化晶体和锗酸秘晶体 这些晶体在X线照射时 产生与X线量成比例的可见光线 经光电倍增管放大 并由光能转为电流作为扫描信息而输入计算机 晶体中常放入微量的增光或减少余辉的激活物质 第三代CT装置的探测器主要用氙气电离室 第四代刚由闪烁晶体和光电倍增管组成 半导体探测器 和多晶硒平板探测器以及陶瓷探测器 并出现了多并列平板探测器 2 种类 1 气体探测器由惰性气体和气体电离室构成 目前主要是氙气电离室电离室中封入具有20个大气压的原子序数高的高压氙气 可提高捕捉X线光子的效果 也有用氪 Kr 气 制成多丝正比式 电极采用薄钨片 加直流电压 电离电流会产生高温 隔板和信号电极也采用钨片 优点 稳定性 响应时间 准确性 一直性好 无余辉 价格便宜 缺点 恒温保证稳定性 检测效率低 2 固体探测器 1 闪烁器与光电倍增管式碘化钠 氟化钙和锗酸铋都可用于闪烁器 属于无机结晶 碘化纳对X线光子的检出率为100 闪烁晶体产生荧光 照射到光电倍增管产生电流 优点 体积小 可提高空间分辨力 几何效率高 X线剂量低 缺点 余辉大 一致性差 易受温度影响 2 稀土陶瓷晶体探测器 采用多晶硒陶瓷晶体探测器 因直接进行X线的光电效应原理工作 不存在余辉的问题 体积小重量轻灵敏度高 并可做成多排 X线球管一次曝光可同时采集多层信息 大大的减少了患者的受线量 从CT的整体扫描速度上有了成倍的提高 这项技术将成为今后CT发展的主流 由于这项技术还没有完全普及 制造技术还没有完全过关 并且探测器通道的增多也必须电路通道 与探测器相连的高速A D转换器 浮点放大器目前技术含量也相当高 目前世界上也只有美国的DILOG公司一家生产 价格昂贵 所以目前多排探测器的CT价格很高 要到完全普及 还需要一定的时间 优点 X线利用率高 光电转换效率高 余辉小 稳定性好 容易进行分割 缺点 易受温度影响对探测器的性能应从以下几个方面进行评估 1 温度特性固体受影响小 2 噪声气体噪声大 3 饱和现象气体大 4 散射准直气体大 5 剂量利用率气体多 二 数据测量装置由前置 对数放大 积分器 多路转换器 A D转换器和接口电路组成 四 扫描架和扫描床 一 扫描架1 旋转部分X线管 冷却系统 准直器 滤过器 探测器 高压发生器和滑环等 2 固定部分底座 旋转电机 机架的控制系统等 3 技术参数扫描孔径65 70cm 倾斜角度 20 30 二 扫描床 由床面和底座组成 采用马架式 升降采用光电编码计数 计算机控制 技术参数 床定位精度小于0 1mm 承重300kg长度2060mm 高度0 550mm 水平运行0 1600mm 1m的误差 5mm 目前床面采用左右移动 适应多体位扫描 第三节计算机系统 图像显示和存储系统 一 计算机系统通用计算机和阵列处理机 一 主要功能1 系统控制2 图像重建3 图像处理4 故障诊断 二 基本结构与特点特点内存大 运算能力强 精度高 速度快 具有一定的通用性 三 图像重建单元 四 计算机控制 五 软件1 基本软件扫描控制 图像处理 显示和记录及故障诊断 2 专用功能软件动态扫描 快速连续扫描 放大扫描 定位扫描 高分辨率扫描 平滑过滤 三维图像重建 定量骨密度测定等 三 图像显示和存储系统由接口电路 图像显示器 多幅照相机 激光相机 硬盘 光盘组成 一 图像显示显示器 模拟 数字 液晶显示器 二 图像存储1 软存储硬盘 光盘2 硬存储胶片CRT型多幅相机 示波管显示 激光型多幅相机 红外670 830nm和氦氖633nm激光 目前主张使用干式相机 第四节螺旋CT 一 螺旋扫描概论1 滑环技术的应用利用导电部件的滑动或滚动接触 静电耦合或电磁耦合 在座架转动部件与静止部件之间传递电信号和电能的装置 2 螺旋扫描的要求大容量X线管 探测器性能稳定 MSCT采用固体探测器 计算机运算速度快 机架与床同时协调运动 专用功能软件 螺旋插值算法 二 螺旋扫描装置 一 滑环技术1 高压滑环高压发生器的高压通过碳刷和供电环送至X线管 2 低压滑环高压发生器和逆变电路置于旋转架上 与X线管一起旋转 通过碳刷和供电环供电 但数据信号通过发射器进行接收 优缺点 低压滑环采用组合机头的形式 体积大 重量重 对绝缘要求不高 安全 稳定 目前广泛使用 高压滑环即把高压电缆馈入机架内 其优点 体积小 运转稳定 绝缘要求高 高压噪声大 二 探测器阵列 分单层和多层之分 多层主要在Z轴上分布 单层层厚由准直器而定 多层由探测器的宽度和组合来定 如16排CT 探测器Z轴上的宽度为1 25mm 4个数据通道 如选2 5mm层厚 选中间8排探测器 2排为1组 即一个层面 如选5mm层厚 选中间8排探测器 4排为1组 即一个层面 如层厚更小 则选用多组探测器获得一个X线束的射线 如获得0 625mm 则用2排探测器接收一个X线束即可 三 螺旋扫描参数 1 周数 一次数据采集中X线管旋转的周次2 螺距 X线管旋转一周时扫描床移动的距离3 螺旋因子 螺距与扫描层厚之比多层CT的螺旋因子 螺距 层厚螺距 每周成像数 成像间隔4 总成像数 一次采集后所有的重建图像数5 重建间隔 相邻两层面的距离6 成像范围 一次采集中成像的第一层面中点与成像的最后一层面中点之间的距离 三 多层CT 一 螺旋因子螺旋因子 螺距 成像层数 准直宽度 二 层面选择 三 重建算法1 优化采样扫描调节螺旋因子缩短采样间隔 2 滤过内插法 四 应用特点 一次扫描获得多个层面 成像速度快 检查范围大 病灶检出率高 重建高质量的三维图像 动态效果好 CTA效果好 特殊检查的开发 灌注成像等 三 多层螺旋CT 1 探测器结构z轴排列等宽 不等宽 多个数据通道 2 使用扇形X线束 四 CT技术的发展趋势 一 硬件的发展趋势1 加快扫描速度螺旋电子枪2 提高图像质量X线原探测器数目重建方式数据表达与显示方法3 间化操作鼠标输入触摸方式4 提高工作效率联机工作大容量储存5 紧凑的机器结构高频大容量计算机6 降低X线剂量接受适度噪声 二 设备功能的发展趋势 1 血管成像CTA2 三维图像重建SSD MIP3 CT介入定位穿刺4