计算机体层摄影CT课件(南医大)

1、X线计算机体层成像设备CT: computed tomography computerized tomography计算机体层照相术计算机断层照相术计算机控制断层扫描术 X线是波长很短的电磁波，以光的速度沿直线前进，其波长范围为0.000650nm。目前X线诊断常用的X线波长范围为0.008-0.0031nm。(相当于40150kv)，在电磁辐射谱中，居射线与紫外线之间，比可见光的波长要短得多，肉眼看不见。 同X射线有关的诺贝尔奖X X射线射线X X射线的发现射线的发现1895年11月8日，伦琴发现。 X射线是波长极短的电磁波，它不会被磁场偏转，具有很强的穿透力，而且波长越短，穿透力越强。0.

2、1nm：软X射线。 伦琴发现X射线使X射线研究迅速升温，几乎所有的欧洲实验室都立即用X射线管来进行试验和拍照。几个星期之后，X射线已开始被医学家利用。医生应用X射线准确地显示了人体的骨骼，这是物理学的新发现在医学中最迅速的应用。随后，创立了用X射线检查食道、肠道和胃的方法，受检查者吞服一种造影剂（如硫酸钡），再经X射线照射，便可显示出病变部位的情景。以后又发明了用于检查人体内脏其他一些部位的造影剂。X射线诊断仪在相当一个时期内一直作为医院中最重要的诊断仪器。 为纪念伦琴对物理学的贡献，后人也称X射线为伦琴射线，并以伦琴的名字作为X射线等的照射量单位。 从中心切片定理到投影重建图像奥地利数学家奥

3、地利数学家Radon中心切片定理可以看作是可分离的二维傅里叶变换的结果dxdyeeyxokkyikxikyxyx),(),(A. M. Cormack Tufts University Medford, MA, USA 1955年，在开普敦大学物理系教理论物理学的科马克对癌的放射治疗和诊断产生了兴趣。他发现医生在计算放射剂量时，把非均质的人体当作均质看待。他认为应把人体构造和组成特征用一系列前后相继的切面图像表现出来。经过近10年的努力，他终于解决了计算机断层扫描技术的理论问题。 1963年，他首先建议用X射线扫描进行图像重建，并提出了精确的数学推算方法。 Central Research L

4、aboratories, EMI LondonG. N. Hounsfield 20世纪70年代，英国EMI公司的工程师豪斯菲尔德（NHounsfield，1919-2004）在参考科马克发表的应用数学重建图像理论的基础上，把电子计算机断层照相技术引入医学，使电子计算机技术与X射线机相结合，完成图像重建过程。 1971年，豪斯菲尔德研制成功的世界上第一台X射线计算机断层扫描机（Computerized Tomography，简称CT）在伦敦一家医院正式安装使用。X射线管在置在患者上方, 绕检查部位旋转, 患者下方的计数器也同时旋转。由于人体器官和组织对X射线的吸收程度不同,病变组织和正常组织对

5、X射线的吸收程度也不同，这些差别反映在计数器上, 经电子计算机处理，便构成了探测对象各个部位的横断图像呈现在荧光屏上，它解决了X射线照相的前后物体图像重叠问题，大大提高了医学诊断的可靠性和准确性，使医学成像技术向前跨了一大步。豪斯菲尔德与神经放射学家阿姆勃劳斯合作，成功地为一名英国妇女诊断出脑部的肿瘤，获得了第一例脑肿瘤的照片。他们在英国放射学会上发表了第一篇论文，1973年英国放射学杂志对此作了正式报道，这篇论文受到了医学界的高度重视，被誉为“放射诊断学史上又一个里程碑”，从此，放射诊断学进人了CT时代。 橡胶帽传统的X射线装置的缺点 影像重叠。深度方向上的信息至叠在 起，引起混淆。 密度分

6、辨率低，对软组织分辨能力低。 所用剂量大。X射线成像原理 不能反映病灶三维空间位置X射线X射线像物体CT优点：优点： 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X线机、CT、MR的比较 成像方法 辐射特点 成像效果成像方法CT利用计算机重建技术计算体层中各单元的衰减系数，重建出体层解剖图像X线机直接成像，可简单分为透视和摄影两种成像方式MRI利用计算机重建技术计算体层中各体元的质子自旋变化信号，重建出解剖图像及一定程度上的生理生化信息透视与摄影辐射特点X线机锥形束检查；X线质软，吸收多穿透

7、少；辐射剂量较大CT扇形束检查；X线质硬，吸收少穿透多；辐射剂量较大MR利用射频脉冲激励，无辐射损伤成像效果X线机重叠影像，对厚的组织及密度高的组织影像欠清晰CT体层图像，图像清晰，解剖位置确定，空间分辨率较高MR图像清晰，解剖位置确定，对比度分辨率高，且可任意方向体层成像二、CT的发展 第一、二代平移旋转扫描方式的CT机，只能扫描头部。 第三、四代旋转扫描方式的体部CT机 。 第五代 螺旋CT 。 其它特殊形式CT 第一代第一代CT机（旋机（旋转转/平移方式扫描）平移方式扫描） 速度慢速度慢 采集的数据少采集的数据少 很快被淘汰很快被淘汰第一代第一代CTCT机机第一代CT多属头部专用CT，由

8、一只X线管和1-2个晶体探测器（detector）组成。由于X线束被准直器准直为铅笔芯粗细的笔形线束，故又称笔形束CT。X线管与探测器连为一体，X线管产生的笔形束穿过病人头部照射到与其相对的探测器上，X线管和探测器先做同步直线平移扫描运动。获得240个透射测量数据后，X线管和探测器停止平移，再环绕病人头颅中心旋转1，做与上次方向相反的直线扫描运动。获得240个测量数据后，停止平移，再旋转1，重复上述过程，直到180，得到180组由240个测量数据组成的平行投影值，即完成了数据的采集过程，用于图像重建的数据个数为180240。第一代CT的缺点是：X线利用率很低；扫描时间长，检查一个层面需用35m

9、in，故仅能用于头颅检查。为了提高效率，可再加一个探测器，一次扫描可同时对两个层面进行数据采集，获得二个层面图像。这样，提高了第一代CT的工作效率和X线的利用率，但因扫描速度慢，且采集的数据少，故重建的图像质量较差。第一代CT已被淘汰。1. 单束平移单束平移-旋转（旋转（T/R）方式）方式这种扫描方式的缺点是射线利用这种扫描方式的缺点是射线利用率极低，扫描速度很慢，对一个率极低，扫描速度很慢，对一个断层扫描约需断层扫描约需 5分钟时分钟时 间，只适间，只适用于无体动器官的扫描。用于无体动器官的扫描。单束平移-旋转方式 第二代第二代CT机机 将单一笔形将单一笔形X线线束改为窄扇形束改为窄扇形X线

10、束线束 多个扇形排列的多个扇形排列的探测器代替单一探测器代替单一的探测器的探测器第二代第二代CTCT机机第二代CT2.窄扇形束扫描平移窄扇形束扫描平移-旋转（旋转（T/R）方式方式窄扇形束扫描称为第二代窄扇形束扫描称为第二代CT扫描。扫扫描。扫描装置由一个描装置由一个X射线管和射线管和630个的检个的检测器组构成同步扫描系统。扫描时，测器组构成同步扫描系统。扫描时，X射线管发出角度为射线管发出角度为320的窄扇形的窄扇形射线束，射线束，630个检测器同时采样，并个检测器同时采样，并采用平移采用平移-旋转扫描方式旋转扫描方式 。窄扇形束扫描平移-旋转方式 2.窄扇形束扫描平移窄扇形束扫描平移-旋

11、转（旋转（T/R）方式方式这种扫描的主要缺点是：由于检这种扫描的主要缺点是：由于检测器排列成直线，对于测器排列成直线，对于X射线管射线管发出的扇形束来说，扇形束的中发出的扇形束来说，扇形束的中心射束和边缘射束的测量值不相心射束和边缘射束的测量值不相等，需校正，否则扫描会因这种等，需校正，否则扫描会因这种运动而出现运动伪影，影响运动而出现运动伪影，影响CT图图像的质量。像的质量。 窄扇形束扫描平移-旋转方式 第三代第三代CT机扇机扇形排列的探测器形排列的探测器更多包括整个视更多包括整个视野，野， X线管与探测器线管与探测器组合作同步旋转组合作同步旋转运动扫描速度在运动扫描速度在5秒以内秒以内第三

12、代第三代CTCT机机第三代CT3. 旋转旋转-旋转（旋转（R/R）方式）方式 这种扫描称为第三代这种扫描称为第三代CT扫描，扫描装置由一个扫描，扫描装置由一个X射线管和由射线管和由250700个检测器（或用检测器阵列）排列成一个可在扫描个检测器（或用检测器阵列）排列成一个可在扫描架内滑动的紧密圆弧形。架内滑动的紧密圆弧形。X射线管发出张角为射线管发出张角为3045，能覆盖整个受检体的宽扇形射线束。能覆盖整个受检体的宽扇形射线束。 由于这种宽扇束扫描一次由于这种宽扇束扫描一次即能覆盖整个受检体，故即能覆盖整个受检体，故只需只需X射线管和检测器作射线管和检测器作同步旋转运动。同步旋转运动。X线管旋

13、转采样点检测器轨道检测器扇形X线束摄影区域旋转-旋转扫描方式 第四代第四代CT机机 探测器更多，探测器更多，以环行排列且以环行排列且固定不动固定不动 X秒线旋转同秒线旋转同时扫描时扫描 扫描时间更短扫描时间更短第四代第四代CTCT机机 第四代CT 是将600个探测器排在一个圆周上。扫描方式为静止加旋转方式。扫描中X线管围绕病人进行的连续旋转运动而探测器静止不动。Third & Fourth Generations(From Picker)(From Siemens)第五代第五代CT超快速超快速CT（ultrafast CT，UFCT） 电子速电子速CT（electron beam CT

14、,EBCT) 主要组成部分主要组成部分: 电子枪、聚焦线圈、电子枪、聚焦线圈、多排探测器群、高速移多排探测器群、高速移动的检查床、控制系统动的检查床、控制系统 特点：特点： 没有球管和探测器的没有球管和探测器的移动，最快扫描速为移动，最快扫描速为0.05秒，可以做秒，可以做CT血血管造影和心脏造影管造影和心脏造影电子束电子束CTCT机机电子束 CT机电子枪产生的电子束经强电场加速(沿X线管长轴方向)、并通过聚焦线圈聚焦和电磁线圈偏转后、轰击到4个紧挨的210环型靶面（靶环）上。X线管侧的准直器将X线准直成扇角为30、厚为2cm的扇形束，X线穿过病人病人层后，由环形探测器阵列测量透射后的X线强度

15、分布，经A/D转换后，输送到大容量存储器中，再进行图像重建。由于高速运动的电子束无机械惯性，所以可依次扫描一个靶环或同时轮番扫描2-4个靶环。由于采用排成两排的环形探测器阵列，故高速运动的电子束扫描一个靶环可得到相邻两层的图像。如高速运动的电子束同时轮番扫描4个靶环，则可同时获得8层图像。每层的厚度1cm，八个层面的总厚度为8cm。即：可一次性检查病人的整个心脏。电子束CT采用的大型X线管的技术条件是：管电压为130kV；管电流为300800mA；焦点面积为2mm4mm；热容量为9106HU；靶最大冷却速率为300kHU/min；焦点面轨道长为330cm；靶基的质量比传统X线管大100倍。该系

16、统可存贮38次连续心博（每次心博两层，共76层）的心电起博数据。扫描时间为30ms、50ms或100ms，最大扫描速率为每秒24次扫描，重建矩阵为256256或400400，重建时间为10s。它不仅适用于检查心脏，而且适用于检查易动病人，是一种新型的CT。其缺点是信噪比差且造价昂贵。E-Beam CT Scanner Speed: 50, 100 ms Thickness: 1.5, 3, 6, 10 mm ECG trigger cardiac images(From Imatron) 动态空间重建机 多只X线管排成半圆弧阵列 与X线管对应有检测器 使用电子时序控制6、螺旋CT 螺旋螺旋CT

17、（spiral CT， SCT/helical CT） 特点：检查床匀速进入特点：检查床匀速进入 CT机架机架 X线球管连续旋线球管连续旋转式暴光转式暴光 优势：扫描速度快优势：扫描速度快 病灶检出率高病灶检出率高 CT值测量准确值测量准确 多功能显示病灶多功能显示病灶 （三维重建、血（三维重建、血管造影、仿真内窥镜）管造影、仿真内窥镜）螺旋螺旋CTCT螺旋螺旋CT扫描轨迹示意图扫描轨迹示意图SimultaneousSource rotationTable translationData acquisitionSpiral/Helical Scanning第一代CT第二代CT第三代CT第四代C

18、TE-Beam CTSCT扫描方式T+RT+RR+RS+RS+SR+R探测器数13-30256-720450-72001500512X线束笔形窄扇形扇形广角扇形锥形扇形或锥形扇角3-3621-4548-12030-4530-45扫描时间240-30020-2103-101-50.03-0.10.35-1每次层数11112-81-64CT发展趋势 硬件发展趋势 提高扫描速度 提高图像质量 简化操作 提高工作效率 缩小体积 降低剂量提高扫描速度 机械运转方式 探测器发展 扫描方式进步机械运转方式1秒/圈0.33秒/圈1.5秒/圈 滑环技术带来了螺旋扫描 动态飞焦点 双放射源成像进一步提高了时间分辨

19、率图像质量提高 X线管与探测器的性能提高 采集数据量增大 算法先进 表达与显示方式进步X线管性能提高 X线管的体积越来越小 输出功率越来越大 热容量也越来越大 焦点越来越小型号 热容量 保用次数 DA1000.4MHU 40000 DA1151.5MHU 80000DA135v 2.0MHU 80000DA165PS 3.5MHU120000 动态变焦球管，它采用唯一的焦点，焦点大小会随着组织的不同，自动变焦，这会使得获得的图像显示相当清晰。 探测器性能提高 另外由于现代技术工艺, 光刻技术及高集成度低噪声读出电子学的飞速发展, 每个读出条可对应一路读出电子学, 更有利于空间分辨率的提高。 现代探测器的能量分辨率比气体探测器大约高一个数量级, 比闪烁计数器高得更多 响应时间非常快, 一般可达到5n s 左右。因此, 可以实现高计数率 超宽探测器，大大提高了X线的接收效率，实现了低剂量、高图像质量的扫描 宝石探测器可使X线响应速度最快初始速度（可见转换）加快150倍、清空速度加快10倍，由此可以作为瞬时双能采集的硬件基础。同时宝石具有纯度高、通透性强、光电转换率高、硬度高、更稳定等特点，使得宝石探测器能具备更低剂量、更好的图像质量、全新的临床应用。 算法先进 表达与显示方式进步CT重建