第五章-CT设备

1、第五章第五章 X线计算机体层线计算机体层 成像设备成像设备 医学影像设备学医学影像设备学 重要知识点重要知识点 CT设备的基本组件及工作原理设备的基本组件及工作原理 1 检测器及数据处理装置工作原理检测器及数据处理装置工作原理2 螺旋螺旋CT和多层和多层CT工作原理工作原理3 CT设备应用质量保证基础知识设备应用质量保证基础知识 4 CT图像可直观病变的外形、轮廓、范围，甚至图像可直观病变的外形、轮廓、范围，甚至 其内部结构等，从而得到明确的定位和定性诊断。其内部结构等，从而得到明确的定位和定性诊断。 CT图像清晰，密度分辨率高图像清晰，密度分辨率高 CT检查操作简单、安全、属于检查操作简单、

2、安全、属于“无损伤性无损伤性 诊断诊断”方法。方法。 CT的局限性的局限性 u 对颅脑和腹部实质性脑器检查效果较佳，对消对颅脑和腹部实质性脑器检查效果较佳，对消 化道检查就不适宜了。化道检查就不适宜了。 u CT图像可直观病变的外形、轮廓、范围，甚至图像可直观病变的外形、轮廓、范围，甚至 其内部结构等，从而得到明确的定位和定性诊其内部结构等，从而得到明确的定位和定性诊 断。断。 CT的局限性的局限性 u 但因其病变部位、大小、性质、病程长短、病但因其病变部位、大小、性质、病程长短、病 人胖瘦和配合情况及人胖瘦和配合情况及CT扫描机固有性能等诸多扫描机固有性能等诸多 因素，其检查结果也有不理想时

3、，也会有漏诊，因素，其检查结果也有不理想时，也会有漏诊， 误诊。误诊。 u 为提高其准确性，必须紧密结合临床和一些其为提高其准确性，必须紧密结合临床和一些其 它检查。它检查。 概概 述述 一、一、X线线CT扫描设备的发展简史扫描设备的发展简史 CT：Computed Tomography l CT扫描机在扫描机在20世纪世纪70年代初推出是数学运算的年代初推出是数学运算的 进步和高速数学电子计算机发展的结果。进步和高速数学电子计算机发展的结果。 l 早在早在1917年奥地利数学家雷当（年奥地利数学家雷当（J.Radon）就）就 提出二维或三维的物体从各个方向上投影取得数提出二维或三维的物体从各

4、个方向上投影取得数 据，用数学计算方法可以计算出一张重建图像。据，用数学计算方法可以计算出一张重建图像。 随后，科学家们从各个方面进行研究均在不同领随后，科学家们从各个方面进行研究均在不同领 域取得成功。域取得成功。 l 1963年美国塔夫脱大学物理学年美国塔夫脱大学物理学 教授柯马克（教授柯马克（A.M.Cormack） 在一篇文章中详细叙述了他做在一篇文章中详细叙述了他做 的实验及计算方法。他是正确的实验及计算方法。他是正确 应用图像重建数学的第一人，应用图像重建数学的第一人， 从而为从而为CT图像重建算法打下了图像重建算法打下了 基础。基础。 以人体组织对以人体组织对X线的线性吸收系数为

5、线的线性吸收系数为 物理参量，用物理参量，用X线投影作为人体组织线投影作为人体组织 对对X线线性吸收系数的线积分，研究线线性吸收系数的线积分，研究 出重建图像的数学方法。出重建图像的数学方法。 A.M.Cormack l 19671970豪斯菲尔德博士豪斯菲尔德博士 （G.N.Hounsfield）提出体层成像）提出体层成像 的具体方法，世界上第一台用于临的具体方法，世界上第一台用于临 床的床的CT扫描机在扫描机在1971年由英国年由英国EMI 研究实验室的研制成功，研究实验室的研制成功，1972年在年在 RSNA上宣布，宣告上宣布，宣告XT诞生。诞生。 l 1974年美国年美国George-

6、town大学医大学医 学中心的学中心的Ledly研制成第一台全身研制成第一台全身 CT扫描机。扫描机。 1979年诺贝尔生理和医学奖年诺贝尔生理和医学奖 1972年年CT发明人发明人 Housfield先生先生 各代各代CT扫描机收集数据方式扫描机收集数据方式 第一代第一代CT扫描机扫描机 数据采集是基于数据采集是基于X线管和探测器作线管和探测器作平平 移加旋转（移加旋转（T/R）的的扫描方式扫描方式,直线直线 笔形束扫描，扫描过程：笔形束扫描，扫描过程： u X线管和探测器同步做直线平移运线管和探测器同步做直线平移运 动，获得动，获得240个透射测量数据后，个透射测量数据后， 停止平移；停止

7、平移； uX线管和探测器围绕人体旋转线管和探测器围绕人体旋转1度，度， 然后重复上述平移运动，平移运动然后重复上述平移运动，平移运动 方向与上次相反，在获得方向与上次相反，在获得240个透个透 射测量数据后，停止平移，重复上射测量数据后，停止平移，重复上 述过程，直到旋转述过程，直到旋转180。 u第一代第一代CT效率非常低，扫描时间长，通常效率非常低，扫描时间长，通常 需要需要35分钟，重建一幅图像的时间为分钟，重建一幅图像的时间为5分分 钟，专用人体头颅成像。钟，专用人体头颅成像。 各代各代CT扫描机收集数据方式扫描机收集数据方式 第二代第二代CT扫描机扫描机 数据采集是基于数据采集是基于

8、X线管和探测线管和探测 器作器作平移加旋转（平移加旋转（T/R）的的扫扫 描方式描方式,直线直线多路笔形束扫描多路笔形束扫描 （或（或连续扇形连续扇形X线束线束），探测），探测 器的数量增加（器的数量增加（3-30），每次），每次 旋转的角度也可增大（旋转的角度也可增大（3- 30）总扫描时间缩短（）总扫描时间缩短（20- 90s）。）。 要求每个探测器的性能和灵敏要求每个探测器的性能和灵敏 度必须一致，避免产生投影数度必须一致，避免产生投影数 据误差。据误差。 各代各代CT扫描机收集数据方式扫描机收集数据方式 第三代第三代CT扫描机扫描机 数据采集是基于数据采集是基于X线管和探测线管和探测

9、器作器作旋转（旋转（R/R）的扫描方式的扫描方式, 采用具有较宽扇形角（采用具有较宽扇形角（30 45）脉冲发射的扇形）脉冲发射的扇形X线束线束 （连续旋转脉冲宽扇束扫描），（连续旋转脉冲宽扇束扫描）， 总扫描时间缩短（总扫描时间缩短（35s），）， 扫描采用往复运动的方式实现扫描采用往复运动的方式实现 交替层面扫描，避免电缆的过交替层面扫描，避免电缆的过 度缠绕。度缠绕。 各代各代CT扫描机收集数据方式扫描机收集数据方式 第四代第四代CT扫描机扫描机 u 探测器更多（探测器更多（600-1500个或更个或更 多）紧密排成圆环，分布在多）紧密排成圆环，分布在 360,扫描时探测器固定不动，扫描

10、时探测器固定不动， 只有只有X线管围绕患者做线管围绕患者做360旋旋 转转（S/R），旋转速度加快，扇，旋转速度加快，扇 形角更大，总扫描时间缩短（形角更大，总扫描时间缩短（1- 5s）。）。 u 对散射线敏感，加小准直，降对散射线敏感，加小准直，降 低了探测器的几何效率，增加患低了探测器的几何效率，增加患 者辐射剂量。在临床应用的不多。者辐射剂量。在临床应用的不多。 第五代第五代CT扫描机扫描机 X线管和探测器都是静止的线管和探测器都是静止的（S/R），为了获为了获 得心脏等动态器官的高分辨率图像，消除得心脏等动态器官的高分辨率图像，消除 运动伪影，扫描时间缩短致毫秒级，运动伪影，扫描时间缩

11、短致毫秒级，1983 年前后出现了两种类型的高速扫描机：年前后出现了两种类型的高速扫描机： 超高速电子束超高速电子束CT扫描机（扫描机（EBT） 动态空间重现机（动态空间重现机（DST） 各代各代CT扫描机收集数据方式扫描机收集数据方式 第五代第五代CT扫描机扫描机 超高速电子束超高速电子束CT扫描机扫描机EBT： 超高速超高速CT（UFCT）也称电子束）也称电子束CT（EBCT），它用电子），它用电子 束的方法产生旋转的束的方法产生旋转的X线源，极大地提高了扫描速度。线源，极大地提高了扫描速度。 四个紧挨的环状钨靶，两排探测器阵列，探测器固定在两个分开的圆环上，四个紧挨的环状钨靶，两排探测器

12、阵列，探测器固定在两个分开的圆环上， 130KV的高压使电子枪产生电子束的高压使电子枪产生电子束加速，聚焦的作用是使加速，聚焦的作用是使 电子束聚成一个指定的焦点（电子束聚成一个指定的焦点（1mm1.2mm），再由电磁），再由电磁 偏转线圈使电子束按规定的角度偏转，射向偏转线圈使电子束按规定的角度偏转，射向4个固定个固定环靶，环靶， 环靶半径为环靶半径为90cm，围成，围成210圆周。圆周。 当电子束轰击钨环靶时即产生当电子束轰击钨环靶时即产生X线，经准直后成扇形线束线，经准直后成扇形线束 穿过扫描部位，照射野为穿过扫描部位，照射野为47cm。在钨环靶对面有两排探测。在钨环靶对面有两排探测 器

13、阵列，固定在器阵列，固定在两个分开的圆环两个分开的圆环上，圆环半径为上，圆环半径为67.5cm， 围成围成210圆周。第一个环上有圆周。第一个环上有864个探测器，第二个环上个探测器，第二个环上 有有432个探测器。当电子束轰击一个钨环靶时，可以扫描出个探测器。当电子束轰击一个钨环靶时，可以扫描出 两个层面图像，当电子束同时轰击两个层面图像，当电子束同时轰击4个钨环靶时，可以扫描个钨环靶时，可以扫描 出出8个层面图像。个层面图像。 X线穿过扫描部位后被静止的高灵敏固体探测器（闪烁晶线穿过扫描部位后被静止的高灵敏固体探测器（闪烁晶 体和硅光电二极管）阵列接收，接收的数据经预处理后由光体和硅光电二

14、极管）阵列接收，接收的数据经预处理后由光 缆送至计算机，利用卷积快速富里叶变换重建图像。缆送至计算机，利用卷积快速富里叶变换重建图像。 *超高速超高速CT除具有心脏疾病的诊断功能外，除具有心脏疾病的诊断功能外， 还具备一般还具备一般CT功能。它有三种扫描方式：功能。它有三种扫描方式： 单靶单层面扫描方式；单靶单层面扫描方式； 单靶多层面连续扫描方式；单靶多层面连续扫描方式； 多靶多层面扫描方式；多靶多层面扫描方式； 多靶多层面是超高速多靶多层面是超高速CT最大优点。在一切不动的情况下，一最大优点。在一切不动的情况下，一 次扫出次扫出8个层面的图像仅需个层面的图像仅需0.46秒。秒。 特点：基于

15、电子束扫描技术；没有作机械扫描的部件；数据特点：基于电子束扫描技术；没有作机械扫描的部件；数据 采集的方法不同于常规采集系统。采集的方法不同于常规采集系统。 螺旋螺旋CT 螺旋螺旋CT扫描中扫描中,X线管在单一方向上连续旋转线管在单一方向上连续旋转,在在X线管线管 连续旋转中放射连续旋转中放射X线，同时病人躺在扫描床上，其床线，同时病人躺在扫描床上，其床 面纵向的匀速移动。面纵向的匀速移动。X线相对于病人的移动描述病人线相对于病人的移动描述病人 身体形成螺旋线形轨迹，故称身体形成螺旋线形轨迹，故称螺旋扫描螺旋扫描又称容积扫描，又称容积扫描， 属于第三代属于第三代CT。 满足：满足：依靠依靠滑环

16、技术滑环技术使使X线管能连续地沿着一个方向线管能连续地沿着一个方向 转动；病床能做同步匀速直线运动；使用大功率、高转动；病床能做同步匀速直线运动；使用大功率、高 热容量和散热率的高频热容量和散热率的高频X线发生装置；具有螺旋加权线发生装置；具有螺旋加权 算法软件；选用计算速度快、存储容量大的计算机系算法软件；选用计算速度快、存储容量大的计算机系 统。统。 螺旋螺旋CT扫描机具有优点：扫描机具有优点： 扫描速度快：通常扫描速度快：通常1秒内可旋转秒内可旋转360，从，从 而有效地缩短了扫描时间。而有效地缩短了扫描时间。 连续扫描和连续采集数据可获得容积数据，连续扫描和连续采集数据可获得容积数据，

17、 后处理中可重建任意位置的层面像和高质后处理中可重建任意位置的层面像和高质 量的三维重建图像。量的三维重建图像。 1. 快速无层间隔扫描，可以充分发挥造影剂快速无层间隔扫描，可以充分发挥造影剂 的对比增强作用。的对比增强作用。 各代各代X X线线CTCT扫描机的特点扫描机的特点 二、二、CTCT设备的发展趋势设备的发展趋势 1972年年2013年（年（640螺旋螺旋CT） 硬件的发展趋势：硬件的发展趋势： 提高扫描速度提高扫描速度 提高图像质量：提高图像质量：X线源特性和探测器性能；扫描数目和线源特性和探测器性能；扫描数目和 速度；图像重建的算法；数据表达和显示方法。速度；图像重建的算法；数据

18、表达和显示方法。 降低剂量降低剂量 缩小体积缩小体积 简化操作简化操作 提高工作效率提高工作效率 二、二、CTCT设备的发展趋势设备的发展趋势 1972年年2013年（年（640螺旋螺旋CT） 硬件的发展趋势：硬件的发展趋势： 研制和生产新型的高效探测器研制和生产新型的高效探测器 CT设备与其他设备的整合设备与其他设备的整合 CT设备与放射治疗设备的整合设备与放射治疗设备的整合 二、二、CTCT设备的发展趋势设备的发展趋势 1972年年2013年（年（640螺旋螺旋CT） 硬件的发展趋势：硬件的发展趋势： 研制和生产新型的高效探测器研制和生产新型的高效探测器 CT设备与其他设备的整合设备与其他

19、设备的整合 CT设备与放射治疗设备的整合设备与放射治疗设备的整合 二、二、CTCT设备的发展趋势设备的发展趋势 软件功能的发展趋势软件功能的发展趋势 血管成像血管成像 三维图像重建三维图像重建 CT引导下的介入治疗引导下的介入治疗 仿真内镜仿真内镜 放疗计划放疗计划 第二节第二节 CT成像系统成像系统 数据采集系统数据采集系统 计算机和图像计算机和图像 重建系统重建系统 图像显示、记图像显示、记 录和存储系统录和存储系统 第二节第二节 CT成像系统成像系统 一、数据采集系统一、数据采集系统 是从是从X线产生，经过滤过，准直穿过扫描部线产生，经过滤过，准直穿过扫描部 位，准直，探测器收集成为电信

20、号，经位，准直，探测器收集成为电信号，经A/D 转换成为数字信号，送至计算机。转换成为数字信号，送至计算机。 系统的组成包括系统的组成包括X线线高压发生器、高压发生器、X线管、准线管、准 直器、滤过器、探测器、扫描机架、病床和直器、滤过器、探测器、扫描机架、病床和 前置放大器及接口电路前置放大器及接口电路等。等。 （一）（一）X线发生装置线发生装置 X线线CT扫描机用的扫描机用的X线管与普通诊断线管与普通诊断X线线 机用的机用的X线管结构一样，有固定阳极线管结构一样，有固定阳极X线管和线管和 旋转阳极旋转阳极X线管。但由于连续扫描时间长，线管。但由于连续扫描时间长，X 线管的线管的额定功率和热

21、容量要大额定功率和热容量要大。 固定阳极固定阳极X线管线管 固定阳极固定阳极X线管用于第一、第线管用于第一、第 二代二代CT扫描机。因其扫描时扫描机。因其扫描时 采用笔形线束或小角度扇形采用笔形线束或小角度扇形 线束线束，对，对X线管瞬时功率要求线管瞬时功率要求 不很高，但扫描时间长，散不很高，但扫描时间长，散 热需用循环冷却油方法。热需用循环冷却油方法。 旋转阳极旋转阳极X线管用于第线管用于第 三、第四代三、第四代CT扫描机。扫描机。 因其扫描时采用因其扫描时采用广角扇广角扇 形线束形线束，连续工作时间，连续工作时间 较短，对瞬时功率要求较短，对瞬时功率要求 很高，必须采用瞬时功很高，必须采

22、用瞬时功 率和热容量高的旋转阳率和热容量高的旋转阳 极极X线管。最大功率为线管。最大功率为 100kW，最高热容量，最高热容量 8MHU。将。将X线管管套线管管套 与油循环、风冷却的热与油循环、风冷却的热 交换器组成一体。交换器组成一体。 在在CT扫描机中，扫描机中，X线管的工作方式有：连续工线管的工作方式有：连续工 作方式和脉冲工作方式。对作方式和脉冲工作方式。对X线量和质的要求线量和质的要求 就是要很稳定。为此，高压稳定性要求很高，就是要很稳定。为此，高压稳定性要求很高， 在高压发生器装置中彩高精度闭环控制方式，在高压发生器装置中彩高精度闭环控制方式， 如智能剂量管理技术控制高压的发生。如

23、智能剂量管理技术控制高压的发生。 （二）准直器及滤过器（二）准直器及滤过器 准直器准直器是限制是限制X线束成为窄束线束成为窄束 X线束，只能射入相对的探测线束，只能射入相对的探测 器，其作用：器，其作用： 降低患者表面辐射剂量降低患者表面辐射剂量 减少进入探测器的散射线减少进入探测器的散射线 限定成像的空间范围（决定限定成像的空间范围（决定 扫描层厚）扫描层厚） 准直器准直器 准直器有两种：准直器有两种： X线管准直器（前准直器）线管准直器（前准直器） 控制控制X线束在人体长轴平行方线束在人体长轴平行方 向上的宽度，从而控制了横截向上的宽度，从而控制了横截 面成像的扫描厚度；面成像的扫描厚度；

24、 探测器准直器（后准直器）探测器准直器（后准直器） 使探测器只接受垂直入射探测使探测器只接受垂直入射探测 器的射线束，尽量减少来自其器的射线束，尽量减少来自其 它方向的散射线的干扰，提高它方向的散射线的干扰，提高 探测器的测量精度。探测器的测量精度。 滤过器滤过器 滤过器的作用滤过器的作用： l 吸收波长较长的低能吸收波长较长的低能X线，滤过后使射线平均能线，滤过后使射线平均能 量升高，射线变硬；量升高，射线变硬； l 使穿过滤过器和受检部位的射线能量分布达到均使穿过滤过器和受检部位的射线能量分布达到均 匀硬化。匀硬化。 l 减少信号强度差。减少信号强度差。 （三）（三） 探测器是将探测器是将

25、X线能量转换为电信号的部件，线能量转换为电信号的部件， 是由性能完全相同的探测组件排列而成。每是由性能完全相同的探测组件排列而成。每 个探测组件对应着一束个探测组件对应着一束X线束，如果由线束，如果由N个探个探 测组件，一次就可同时获得测组件，一次就可同时获得N个投影数据。个投影数据。 （三）（三） 探测器的特性探测器的特性高探测高探测效率效率、短、短响应时间响应时间、稳定性稳定性 好和宽好和宽动态范围动态范围。 1. 检测效率：检测效率：指探测器从指探测器从X线束吸收能量的百分数。对线束吸收能量的百分数。对 X线光子的俘获能力、吸收能力和转变为电信号的能线光子的俘获能力、吸收能力和转变为电信

26、号的能 力，通常用照射到探测器上并形成电信号的光子的百力，通常用照射到探测器上并形成电信号的光子的百 分数来表示。影响探测器效率的因素有：分数来表示。影响探测器效率的因素有：几何效率几何效率和和 吸收效率吸收效率。是二者的乘积，。是二者的乘积，50%90%之间。之间。 几何效率：几何效率：探测器能获得穿过受检体的透射探测器能获得穿过受检体的透射X线光线光 子的能力。由空间包括探测器本身的宽度、静止的子的能力。由空间包括探测器本身的宽度、静止的 准直器或一个探测器与相邻探测器之间的间隔决定。准直器或一个探测器与相邻探测器之间的间隔决定。 探测器窗口宽度探测器窗口宽度w/（探测器窗口宽度（探测器窗

27、口宽度w+相邻两探测器之间的间隔相邻两探测器之间的间隔d） 吸收效率：吸收效率：指辐射进入探测器并被吸收的指辐射进入探测器并被吸收的X 线光子的百分数。与探测器类型、探测器厚线光子的百分数。与探测器类型、探测器厚 度及相邻两个探测器之间的间隔有关。度及相邻两个探测器之间的间隔有关。 总效率：总效率：是几何效率与吸收效率的总和。一是几何效率与吸收效率的总和。一 般在般在50%80%之间之间 2.稳定性：稳定性：指探测器的重复性和还原性，从某一瞬指探测器的重复性和还原性，从某一瞬 时到另一瞬时探测器的一致性和还原性，时到另一瞬时探测器的一致性和还原性，CT的探测的探测 器需经常进行校准以保证其稳定

28、性。器需经常进行校准以保证其稳定性。 3.响应时间：响应时间：指探测器接收、记录和输出一个信号指探测器接收、记录和输出一个信号 所需的时间，即探测到一个信号恢复到能探测下一所需的时间，即探测到一个信号恢复到能探测下一 信信号所需的时间。应非常短（微秒级），避免余信信号所需的时间。应非常短（微秒级），避免余 辉或信号堆积等问题的出现；辉或信号堆积等问题的出现； 4.准确性与线性：准确性与线性： 探测器对衰减系数和测量的准确性。探测器对衰减系数和测量的准确性。 输入输入X线强度与检测器的输出信号成正比关系。线强度与检测器的输出信号成正比关系。 5.一致性：一致性：对于相同的对于相同的X线输入，各探

29、测器单元线输入，各探测器单元 输出相同。输出相同。 6.动态范围：动态范围：指探测器能够测量到的最大信号与指探测器能够测量到的最大信号与 能被识别的最小信号之比，通常在能被识别的最小信号之比，通常在106:1。 CT扫描机中常用探测器扫描机中常用探测器 利用光电效应的探测器，称为固体探利用光电效应的探测器，称为固体探 测器（闪烁晶体探测器和稀土陶瓷探测器（闪烁晶体探测器和稀土陶瓷探 测器）。测器）。 收集气体电离电荷的探测器，称为气收集气体电离电荷的探测器，称为气 体探测器。体探测器。 气体探测器气体探测器 气体探测器的工作原理是基于气体探测器的工作原理是基于电离作用电离作用。通过测量。通过测

30、量 电离电流的大小来测量出入射电离电流的大小来测量出入射X线的强度。线的强度。 结构：结构：它是上下夹面由绝缘体构成，封装在气体它是上下夹面由绝缘体构成，封装在气体 容器中，构成一系列单独的容器中，构成一系列单独的气体电离室，气体电离室，电离室电电离室电 极由钨片分构成，多组电极将气体容器分隔成多个极由钨片分构成，多组电极将气体容器分隔成多个 电离室，每组电极上加直流加速电压。钨片还起到电离室，每组电极上加直流加速电压。钨片还起到 收集电子的作用。气体（氙气）压力高达收集电子的作用。气体（氙气）压力高达2030个大个大 气压，转换率为气压，转换率为35%45%。 入射的入射的X线使电离室内气体

31、电离，产生正负离子在加速电线使电离室内气体电离，产生正负离子在加速电 压作用下形成电流，并由个中心收集电极引线连接到相压作用下形成电流，并由个中心收集电极引线连接到相 应的前置放大器，通过前置放大器放大后送入数据采集应的前置放大器，通过前置放大器放大后送入数据采集 系统。各单元的电离室是相互连通的一个整体，处于同系统。各单元的电离室是相互连通的一个整体，处于同 一气压、密度、纯度，一致性好。一气压、密度、纯度，一致性好。 对系统漂移进行校正，保持良好的线性和稳定性。对系统漂移进行校正，保持良好的线性和稳定性。 工作方式分为：工作方式分为：比例计数型比例计数型和和电离室型电离室型。区别是。区别是

32、 电极两端所加的直流电压不同，工作区域不同。电极两端所加的直流电压不同，工作区域不同。 P114 气体电离室探测器外表结构气体电离室探测器外表结构 气体探测器气体探测器 稳定性高稳定性高 一致性好一致性好 响应时间短响应时间短 没有余辉没有余辉 价格便宜价格便宜 要恒温保证气体压力要恒温保证气体压力 检测效率相对低，几检测效率相对低，几 何效率高，总效率大何效率高，总效率大 致相似。致相似。 要高要高mAs来获得足够来获得足够 强的信号强的信号 缺点缺点 优点优点 固体探测器固体探测器 闪烁探测器闪烁探测器和和稀土（贵金属）陶瓷探测器稀土（贵金属）陶瓷探测器 闪烁探测器闪烁探测器 闪烁探测器闪

33、烁探测器是利用射线能使某些物质产生闪烁荧光是利用射线能使某些物质产生闪烁荧光 的特性来探测射线的装置。的特性来探测射线的装置。 闪烁探测器是由闪烁晶体和与其耦合的光电转换闪烁探测器是由闪烁晶体和与其耦合的光电转换 器件（光电倍增管或光电二极管）组成。器件（光电倍增管或光电二极管）组成。X线照在线照在 闪烁晶体上，晶体产生荧光，荧光直接射入光电倍闪烁晶体上，晶体产生荧光，荧光直接射入光电倍 增管或光电二极管，将可见荧光再转换为电流信号。增管或光电二极管，将可见荧光再转换为电流信号。 光电倍增管式光电倍增管式 光电二极管式光电二极管式 闪烁探测器闪烁探测器 光电倍增管光电倍增管是一种光电转换器件，

34、电真空器件，是一种光电转换器件，电真空器件， 截面为圆形或六角形。由光电阴极、聚焦极、多截面为圆形或六角形。由光电阴极、聚焦极、多 个倍增极和一个阳极组成。个倍增极和一个阳极组成。 光电阴极光电阴极产生光电效应，接受光子而释放出光电子。材产生光电效应，接受光子而释放出光电子。材 料：银氧铯阴极、碲铷铯阴极和镓砷阴极等碱性材料作成料：银氧铯阴极、碲铷铯阴极和镓砷阴极等碱性材料作成 光敏面；光敏面；倍增极倍增极由能够发射二次电子的固体材料组成，对由能够发射二次电子的固体材料组成，对 光电阴极射来的光电子数目大约可增加光电阴极射来的光电子数目大约可增加100万倍；万倍；阳极阳极是是 最后收集电子并输

35、出电信号的电极。最后收集电子并输出电信号的电极。 光电倍增管光电倍增管使用时阳极通过高电阻接地，光电阴使用时阳极通过高电阻接地，光电阴 极接约极接约-700-2000V的负高压。各倍增极由高压的负高压。各倍增极由高压 直流电源通过分压电阻给出一级比一级高的电压。直流电源通过分压电阻给出一级比一级高的电压。 l 晶体产生的光强度正比于吸收的晶体产生的光强度正比于吸收的X线能量；线能量； l 光电阴极释放的光电子数正比于照在其上面的光电阴极释放的光电子数正比于照在其上面的 荧光强度。荧光强度。 光电二极管式闪烁探测器光电二极管式闪烁探测器 光电二极管结构与光电倍增管基本相同。光电二极管结构与光电倍

36、增管基本相同。 优势：优势：体积较小，可提高空间分辨力，几何效率较体积较小，可提高空间分辨力，几何效率较 高；所用高；所用X线剂量相对较低线剂量相对较低 缺陷：缺陷：余辉较大；易受温度影响；一致性比气体检余辉较大；易受温度影响；一致性比气体检 测器差测器差 闪烁晶体闪烁晶体普遍是铊激活碘化钠晶体，透明度和发普遍是铊激活碘化钠晶体，透明度和发 光度都很高。极易潮解。另外还有氟化钙、锗酸光度都很高。极易潮解。另外还有氟化钙、锗酸 铋、钨酸隔和由稀土氧化物构成的陶瓷材料，钨铋、钨酸隔和由稀土氧化物构成的陶瓷材料，钨 酸隔转换效率和光子俘获效率为酸隔转换效率和光子俘获效率为99%，动态范围，动态范围

37、106：1，陶瓷稀土氧化物的闪烁效率比钨酸隔大，陶瓷稀土氧化物的闪烁效率比钨酸隔大 三倍。目前带有光电倍增管的闪烁探测器被带有三倍。目前带有光电倍增管的闪烁探测器被带有 固态光电二极管放大器的闪烁晶体探测器代替。固态光电二极管放大器的闪烁晶体探测器代替。 可减小探测器的体积。可减小探测器的体积。 产生的余辉较大，易受温度影响。产生的余辉较大，易受温度影响。 稀土（贵金属）陶瓷检测器稀土（贵金属）陶瓷检测器 用掺杂稀土金属的透明光学陶瓷来替代传统的闪烁晶体，用掺杂稀土金属的透明光学陶瓷来替代传统的闪烁晶体， 与光电二极管配合构成的探测器。与光电二极管配合构成的探测器。 特点：特点： X线利用率可

38、达线利用率可达99% 光电转换率高光电转换率高 与光电二极管的响应范围匹配最好与光电二极管的响应范围匹配最好 余辉更小余辉更小 稳定性更高稳定性更高 容易进行较小分割，制成密集检测器阵列容易进行较小分割，制成密集检测器阵列 气体探测器与固体探测器比较气体探测器与固体探测器比较 温度特性：温度特性：固体探测器的信号与温度关系固体探测器的信号与温度关系 不大；不大； 噪声：噪声：气体探测器有，固体探测器无；气体探测器有，固体探测器无； 饱和现象：饱和现象：气体探测器存在；气体探测器存在； 散射线准直：散射线准直：固体探测器用后准直器；固体探测器用后准直器； 剂量利用率：剂量利用率：固体探测器无盲层

39、。固体探测器无盲层。 多排探测器多排探测器 多层多层CT（MSCT）是指通过一周可以同时）是指通过一周可以同时 得多层图像的得多层图像的CT，多采用稀土陶瓷探测器，多采用稀土陶瓷探测器 制成。制成。 排：排：Z轴方向探测器的排数轴方向探测器的排数 层：是一周可成像的层数层：是一周可成像的层数 对称型与非对称型对称型与非对称型 探测器类型：探测器类型： 等宽型等宽型(对称型对称型)及非等宽型及非等宽型(非对非对 称型称型)。 多层螺旋多层螺旋CT的层厚：的层厚：探测器阵列探测器阵列Z轴方向探测单元轴方向探测单元 的最小宽度的最小宽度决定所能获取的最薄层厚，也可根据探决定所能获取的最薄层厚，也可根

40、据探 测器的不同组合，得到多种不同层厚的图像。测器的不同组合，得到多种不同层厚的图像。 图2 GE16层螺旋CT探测器结构图 160.625mm 161.25mm 160.625mm 161.25mm 160.75mm 161.5mm 160.75mm 161.5mm 飞利浦飞利浦/西门子西门子16层层 GE16层层 非等宽型探测器层面厚度的选择非等宽型探测器层面厚度的选择 （四）数据测量装置（四）数据测量装置 组成：组成：前置放大器、对数放大器、积分器、多前置放大器、对数放大器、积分器、多 路转换器、路转换器、A/D转换器、接口电路等组成。转换器、接口电路等组成。 作用：作用：将探测器输出的

41、数据经放大、对数放大、将探测器输出的数据经放大、对数放大、 积分、多路转换器及积分、多路转换器及A/D转换后输送至计算机。转换后输送至计算机。 探测器探测器 前前 置置 放大器放大器 对对 数数 放大器放大器 积分器积分器 多多 路路 转换器转换器 A/D 数数 据据 传传 送送 计算机计算机 l前置放大器：前置放大器：将探测器输出的信号进行预先放大，将探测器输出的信号进行预先放大， 用高输入阻抗的前置放大器进行放大和阻抗变换，用高输入阻抗的前置放大器进行放大和阻抗变换， 置于探测器旁边，安置在旋转机架上。置于探测器旁边，安置在旋转机架上。 l对数放大器：对数放大器：对入射对入射X线强度线强度

42、I0和穿过扫描部位的和穿过扫描部位的 X线强度线强度I进行对数换算。进行对数换算。 l积分器：积分器：每次采集（即每个脉冲）的信号积分起每次采集（即每个脉冲）的信号积分起 来计算光子总和，积分器的功能是给出一个输出来计算光子总和，积分器的功能是给出一个输出 电压，此电压代表在每次采集或脉冲期间接收到电压，此电压代表在每次采集或脉冲期间接收到 的信号累计。在停留期间内，积分器将电荷经过的信号累计。在停留期间内，积分器将电荷经过 多路转换移至多路转换移至A/D转换器。转换器。 l 多路转换器：多路转换器：多路积分器输出信号经多路混合器混多路积分器输出信号经多路混合器混 合成一路，使用共同的合成一路

43、，使用共同的16位以上的位以上的A/D转换器转换成转换器转换成 数字信号。数字信号。 l A/D转换器：转换器：将连续模拟时域信号转变为离散的数字将连续模拟时域信号转变为离散的数字 信号。双积分式和逐次逼近式。信号。双积分式和逐次逼近式。 l 接口电路：接口电路：实现将实现将A/D得到的数据通过控制的方式，得到的数据通过控制的方式， 按照一定的规律传递给计算机和图像重建系统。按照一定的规律传递给计算机和图像重建系统。 CT扫描机的最大部件是一个大的结构框架，它的大小扫描机的最大部件是一个大的结构框架，它的大小 因采集数据方式，扫描部位和各个生产厂家不同而异。因采集数据方式，扫描部位和各个生产厂

44、家不同而异。 组成：组成： 旋转部分：旋转部分：X线管及其冷却系统、准直器及控制系统、滤过线管及其冷却系统、准直器及控制系统、滤过 器、探测器、数据处理装置、滑环部分、高压发生器；器、探测器、数据处理装置、滑环部分、高压发生器； 固定部分：固定部分：旋转支架、旋转控制电机及其伺服系统、机架主旋转支架、旋转控制电机及其伺服系统、机架主 控电路板等。控电路板等。 （五）机架（五）机架 机架内有一个放置架，上装机架内有一个放置架，上装X线高压发生器和线高压发生器和X线管，线管， 同时带有滤过器、准直器、探测器及数字数据传输同时带有滤过器、准直器、探测器及数字数据传输 装置。大功率旋转阳极装置。大功率

45、旋转阳极X线管运行产生的热量由油线管运行产生的热量由油- 空气冷却的热交换器冷却。空气冷却的热交换器冷却。 X线高压发生器均为高频逆变式，安置在旋转扫描线高压发生器均为高频逆变式，安置在旋转扫描 架上并紧靠架上并紧靠X线管，高压发生器能提供线管，高压发生器能提供3060kW不不 同定额的功率，管电压及管电流均可有不同的选值。同定额的功率，管电压及管电流均可有不同的选值。 （五）机架（五）机架 机机 架架 CT机架必须能够作偏离垂直平面的前后倾斜，满足不机架必须能够作偏离垂直平面的前后倾斜，满足不 同患者进行不同检查的需要，通常倾斜角在同患者进行不同检查的需要，通常倾斜角在 12 30之间。扫描

46、孔径一般在之间。扫描孔径一般在6575mm。 （六）扫描床（六）扫描床 扫描床由床面和床底座构成。床面通常用能满扫描床由床面和床底座构成。床面通常用能满 足体重超重病人压强和吸收足体重超重病人压强和吸收X线少的碳素纤维板制线少的碳素纤维板制 成，并能在纵行方向上人工或自动移动，床底座内成，并能在纵行方向上人工或自动移动，床底座内 有控制床底座升降和床面纵向移动的机械和电的部有控制床底座升降和床面纵向移动的机械和电的部 件，给病人上、下床提供方便和扫描全身各部位。件，给病人上、下床提供方便和扫描全身各部位。 由控制升降和水平移动的两个电机组成。由控制升降和水平移动的两个电机组成。 二、计算机和图

47、像重建系统二、计算机和图像重建系统 CT扫描机的整个系统是用计算机管理的，通扫描机的整个系统是用计算机管理的，通 常采用通用计算机作为主（控）计算机执行系统管常采用通用计算机作为主（控）计算机执行系统管 理、任务分配和外设控制等。如控制和监视整个扫理、任务分配和外设控制等。如控制和监视整个扫 描过程，把采集的数据送入存储器；描过程，把采集的数据送入存储器；CT值的校正和值的校正和 扩展输入数据；与操作者对话，控制扫描信息传送；扩展输入数据；与操作者对话，控制扫描信息传送； 图像重建的程序控制；故障诊断及分析。图像重建的程序控制；故障诊断及分析。 同时，采用专用计算机同时，采用专用计算机又称阵列

48、处理器（机）又称阵列处理器（机）， 它在主计算机控制下执行图像重建和处理。它在主计算机控制下执行图像重建和处理。 计算机的软件计算机的软件 基本功能软件：基本功能软件：是指各种是指各种CT扫描机均需具有的扫描机均需具有的 扫描功能、诊断功能，显示和记录功能，扫描功能、诊断功能，显示和记录功能， 图像处理功能及故障诊断功能等软件图像处理功能及故障诊断功能等软件 专用功能软件专用功能软件 ： 动态扫描软件动态扫描软件 快速连续扫描软件快速连续扫描软件 定位扫描软件定位扫描软件 目标扫描软件目标扫描软件 平滑过滤软件平滑过滤软件 三维图像重建软件三维图像重建软件 高分辨力高分辨力CT软件软件 定量骨

49、密度测定软件定量骨密度测定软件 氙气增强氙气增强CT扫描软件扫描软件 图像显示、记录和存储系统图像显示、记录和存储系统 由计算机和图像重建系统提供的数字图像，由计算机和图像重建系统提供的数字图像， 通过通过D/A转换器后，显示在监视器屏上供转换器后，显示在监视器屏上供 诊断用，存储在光盘、诊断用，存储在光盘、PACS上供以后需上供以后需 要时调用，永久性地记录在胶片上。要时调用，永久性地记录在胶片上。CT扫扫 描机必须配置图像显示部件，记录和存储描机必须配置图像显示部件，记录和存储 部件。部件。 第三节第三节 螺旋螺旋CTCT 第一代至第四代第一代至第四代CT扫描机都是有机架外高压发生器通过扫

50、描机都是有机架外高压发生器通过 高压电缆高压电缆提供给提供给X线管产生线管产生X线需要的电能，在扫描时必须做线需要的电能，在扫描时必须做 圆周的往复运动，每次扫描都需要经过启动、加速、均速取圆周的往复运动，每次扫描都需要经过启动、加速、均速取 样、减速，使样、减速，使扫描速度扫描速度难以大幅度提高，而且各种电缆长期难以大幅度提高，而且各种电缆长期 往复缠绕易损坏而出故障。往复缠绕易损坏而出故障。 为了实现连续扫描，改善图像质量，必须克服传统的电缆为了实现连续扫描，改善图像质量，必须克服传统的电缆 馈电方法存在的不足。于是在馈电方法存在的不足。于是在20世纪世纪70年代后期各厂家开发年代后期各厂

51、家开发 明了滑环技术。明了滑环技术。80年代提出了螺旋年代提出了螺旋CT扫描概念扫描概念.1989年年RSNA 年会上首次出现螺旋年会上首次出现螺旋CT物理性能研究和临床应用文章。物理性能研究和临床应用文章。 螺旋扫描螺旋扫描是病人以匀速通过持续单方向旋转的是病人以匀速通过持续单方向旋转的X线线 管的扫描野来实现，运动物体的管的扫描野来实现，运动物体的X线扫描产生的路径是线扫描产生的路径是 扫描床运动速度的函数，扫描路径形成一条螺旋线扫描床运动速度的函数，扫描路径形成一条螺旋线,采采 集到的数据称为螺旋数据。集到的数据称为螺旋数据。 增加了床移增量和所需重建图像间隔的选择；增加了床移增量和所需

52、重建图像间隔的选择； 层厚选择主要根据成像部位和扫描目的而设计；层厚选择主要根据成像部位和扫描目的而设计； 螺旋扫描采集的是容积数据，图像质量与重建方螺旋扫描采集的是容积数据，图像质量与重建方 法相关；法相关； 解决螺旋解决螺旋CT扫描中存在的原始数据采集不对称现扫描中存在的原始数据采集不对称现 象。象。常用的方法是利用螺旋常用的方法是利用螺旋CT扫描的原始投影数据扫描的原始投影数据 的相邻点内用线性的相邻点内用线性内插法内插法进行校正，合成需要成像进行校正，合成需要成像 层面的完整投影数据，再行层面的完整投影数据，再行卷积后反投影卷积后反投影重建。重建。 线性内插法线性内插法 360 线性线

53、性内插：内插：噪声低噪声低17%18%，层面灵，层面灵 敏度曲线增宽，降低敏度曲线增宽，降低Z轴分辨力；轴分辨力； 180 线性线性内插：内插： 噪声增加噪声增加12%29%， Z轴轴 分辨力高。分辨力高。 二、螺旋扫描装置二、螺旋扫描装置 运用封闭导电滑环来代替机架运动器件的运用封闭导电滑环来代替机架运动器件的 供电和数据电缆，使数据采集可以通过持供电和数据电缆，使数据采集可以通过持 续单方向多周次旋转来获取；续单方向多周次旋转来获取； 应用了高频技术将高压发生器制作得很小，应用了高频技术将高压发生器制作得很小， 并与并与X线管组合，一起固定在机架内，随机线管组合，一起固定在机架内，随机 架

54、旋转而同步运动。架旋转而同步运动。 二、螺旋扫描装置二、螺旋扫描装置 滑环滑环：用一个圆形宽用一个圆形宽 带状封闭的铜条制成的带状封闭的铜条制成的 同心环和一个碳刷代替同心环和一个碳刷代替 电缆的一种导电结构。电缆的一种导电结构。 滑环技术滑环技术：用一个用一个 滑环和碳刷代替电缆，滑环和碳刷代替电缆， 滑环在转动时一直与碳滑环在转动时一直与碳 刷保持良好的接触，经刷保持良好的接触，经 碳刷和滑环完成向碳刷和滑环完成向X线线 管供电和信号的传递。管供电和信号的传递。 滑环与滑环与X X线管、检测系统结合在一起，组成线管、检测系统结合在一起，组成 旋转部件；旋转部件； 机架上的静止部分利用电刷和

55、旋转的滑环机架上的静止部分利用电刷和旋转的滑环 紧密接触，实现动静两部分的电路连接。紧密接触，实现动静两部分的电路连接。 按照环上的电压不同，又分为：按照环上的电压不同，又分为： 1 1低压滑环：低压滑环：用滑环技术对扫描机架以低电压馈用滑环技术对扫描机架以低电压馈 电的方式。电的方式。外部将数百伏的直流电输入到扫描机架外部将数百伏的直流电输入到扫描机架 内，电压较低，由滑环经碳刷输送给逆变器和高频内，电压较低，由滑环经碳刷输送给逆变器和高频 高压发生器，再用一小段高压电缆将产生高压发生器，再用一小段高压电缆将产生X线需要的线需要的 电能供给电能供给X线管或将逆变器电压直接输入给机头。线管或将

56、逆变器电压直接输入给机头。 低压滑环技术低压滑环技术： 高压发生器装在旋转架上，体积小，重量轻，功高压发生器装在旋转架上，体积小，重量轻，功 率大，采用中、高频逆变技术。率大，采用中、高频逆变技术。 优点：优点：对绝缘要求不高，安全、稳定、可靠；对绝缘要求不高，安全、稳定、可靠； 缺点：缺点：电流很大，易产生电弧，高压发生器体积和电流很大，易产生电弧，高压发生器体积和 重量受到限制，扫描速度低，重量受到限制，扫描速度低，X线发生器的功率线发生器的功率 也受到制约。低压滑环技术是经济型也受到制约。低压滑环技术是经济型CT的首选的首选 。 2高压滑环：高压滑环：用滑环技术将高压电馈入机架内以用滑环

57、技术将高压电馈入机架内以 供给供给X线管产生线管产生X线。线。机架外的高压发生器将产生机架外的高压发生器将产生 的高电压（的高电压（120kV和和140kV ）经高压电缆和碳刷）经高压电缆和碳刷 输入至高压滑环上，再经碳刷和高压电缆输入给输入至高压滑环上，再经碳刷和高压电缆输入给 X线管。线管。 高压滑环技术的优点：高压滑环技术的优点： 高压发生器放在机架外部，不受体积重量的限制，高压发生器放在机架外部，不受体积重量的限制， 发生器功率容易做得大，不增加旋转机架的重量，发生器功率容易做得大，不增加旋转机架的重量， 使扫描速度更快，而且不需担心滑环与电刷触点电使扫描速度更快，而且不需担心滑环与电

58、刷触点电 流过大而引起的温度升高问题。流过大而引起的温度升高问题。 缺点：缺点：高压滑环易引起机架旋转部件与静止部件、接高压滑环易引起机架旋转部件与静止部件、接 触臂、电刷之间的高压放电，还会引发高压噪声，触臂、电刷之间的高压放电，还会引发高压噪声， 影响数据采集。影响数据采集。 螺旋螺旋CTCT的特点的特点 硬件硬件 X X线管：线管：管电流增大，管电流增大，X X线管阳极热容量和管壳的线管阳极热容量和管壳的 散热性能提高。金属陶瓷散热性能提高。金属陶瓷X X线管将阳极旋转轴变线管将阳极旋转轴变 为螺旋槽的形式，在螺旋槽和管壳间加入液态金为螺旋槽的形式，在螺旋槽和管壳间加入液态金 属带走阳极

59、旋转轴上所产生有热量。属带走阳极旋转轴上所产生有热量。 动态飞焦点、多扇面技术等，使动态飞焦点、多扇面技术等，使X X线管受热均匀，线管受热均匀， 数据采集量增加一倍，提高了影像质量，消除伪数据采集量增加一倍，提高了影像质量，消除伪 影，延长了影，延长了X X线管的使用寿命。线管的使用寿命。 螺旋螺旋CTCT的特点的特点 硬件硬件 探测器：探测器：采用稀土陶瓷探测器，提高稳定性。采用稀土陶瓷探测器，提高稳定性。 多排探测器提高采集速度，延长多排探测器提高采集速度，延长X X线管的寿命。线管的寿命。 机架与扫描床：机架与扫描床：易摆位，更舒适，一次摆位扫描范围增易摆位，更舒适，一次摆位扫描范围增

60、 大，定位精度高、平移速度平稳，减少运动伪影。大，定位精度高、平移速度平稳，减少运动伪影。 控制台与计算机：控制台与计算机：高速大容量计算机，高速大容量计算机， 实时处理和显示图像。实时处理和显示图像。 螺旋螺旋CTCT的特点的特点 软件软件 智能扫描、容积扫描、多种处理智能扫描、容积扫描、多种处理 螺旋螺旋CT扫描参数扫描参数 l周数：周数：一次数据采集中一次数据采集中X线管旋转的周次。线管旋转的周次。 l层厚：层厚：由准直器设定的由准直器设定的X线厚度。线厚度。 l螺距：螺距：X线管旋转一周时扫描床移动的距离称为螺线管旋转一周时扫描床移动的距离称为螺 距。距。 l数据采集：数据采集：单次螺