第四章计算机体层成像设备

1、第四章计算机体层成像设备第一节概述一、的发展历史计算机体层成像（）, 是一种对穿透射线(X 线 )所经过的物质断面进行扫描，通过计算机技术显示该层面结构的装置。 它的问世， 是医学诊断史上的重大革命。年，伦琴发现线，为的诞生打下了基础。年，奥地利数学家提出了图像重建理论的数学方法；他指出对二维或三维的物体可以从各个不同的方向上投影，然后用数学方法计算出一张重建的图像。年，实验中心的博士提出了体层成像的方法，此方法仅需要从单一平面获取投影的读数。尽管许多人提出了的思想概念，但是由首先把这个思想发展为CT 扫描机。的发明被认为是“自从伦琴1895 年发现线以来，在放射医学、医学物理和相关学科领域里

2、，没有能与之相比拟的发明”。年和在英国放射学家年会上发表正式论文，宣告扫描机的诞生；同年月， 在北美放射学会年会上向全世界宣布。年，美国医学中心工程师Ledley 设计了全身扫描机。此后设备与技术的发展非常迅猛，短短的年间，已先后发展了从头颅到螺旋和超高速等。（一）单束扫描单束扫描又称第一代， 其扫描方式如图个所示。 扫描装置由一个射线管和一个晶体检测器组成， 射线被准直象一枝铅笔芯粗细的射线束。 射线管与晶体检测器对所要检查的断面作同步直线扫描运动，然后整个扫描装置转动一个角度，再作直线扫描运动，直到取得1800 以内的各个平行投影测量值为止。这种结构的缺点是射线利用效率低，扫描速度慢，一个

3、断面要 5 min，仅能用于头颅。 若采用两个检测器， 同时记录二个断层面的数据（即双断层法） ，虽可缩短 1/2 的有效扫描时间，但速度仍较慢。（二）窄角扇束扫描窄角扇束扫描又称第二代CT ，其扫描方式如图所示。扫描装置由一个射线管和个左右的检测器组成，射线不再是平行射线束，而是一个50 100 左右的扇形射线束，扫描装置直线扫描和扇束转动交替进行，与单束扫1描动作相同。这种方法作全身扫描，可缩短到20s 左右，甚至到 10。其缺点是中心射线和扇形束边缘射线束测得的增量不等，必须校正，否则会出现伪象。（三）广角扇束扫描广角扇束扫描又称第三代 ，其扫描方式如图所示。 射线保持张角为 30045

4、0 左右的扇形射束，包括整个物体截面，检测器增加到 250350个，一个挨着一个无空隙的排列着。测量系统不需要再作直线扫描运动而只要射线管和检测器系统共同围绕物体进行连续旋转扫描运动。在旋转扫描过程中，可辐射出极短时间的射线脉冲，因此全身扫描时间可缩短到105s，甚至更短。一般全身型都用这种扫描形式， 是目前最流行的一种扫描方式。其缺点是要对相邻的检测器灵敏度的差异进行校正，否则会出现环形赝象。(四 ) 反扇束扫描反扇束扫描又称第四代，其扫描方式如图一朋所示个它是在第三代的基础上发展起来的，与第三代的差别仅在于检测器系统是由更多的检测器（约 4201500 个）布满整个3600，形成一个环形阵

5、列圈。在扫描时检测器系统静止不动， 射线管在检测器阵列圈内旋转扫描，因此速度更快，约2s，且不易产生环形赝象。是目前较新的一种扫描方式。（五）动态空间扫描动态空间扫描又称第五代，其扫描方式如图卡所示。扫描装置由个射线管排成半圆形和与之相对应的个影象增强器组成，扫描装置完全排除了机械运动，静止不动。在影象增强器前面有荧光屏，影象增强器的后面有图象视频摄象机，由于它是一种生电子空间扫描系统，又称为动态空间重现机（）。它既能对静止的组织或慢动作组织作高密度分辨率的检查， 又能充分利用无机械运动有较好的时间分辨率的特点， 对心脏和肺的动态功能进行研究。（六）电子束扫描（超高速扫描）电子束扫描 （或称超

6、高速扫描） 又称第六代 ，其扫描方式如图 所示。它与第五代的原理完全不同，是采用电子束扫描的方法使 X 射线从许多方向照射。在一个巨大钟形射线管内，由右端的电子枪发射电子束，经过两次磁偏转， 撞击左端的靶上，发出微小焦点的射线。电子束以高速进行3600 旋转扫描，从圆形靶的不同位置发射 射线。思者连同诊视床可伸入钟内，由钟形射线管周缘发出的扇形射线束，通过适当的准2直器照射人体后， 用安装在圆周体上的射线检测器进行测定， 它的特点是不把射线源和检测器放在同一个平面内，扫描时间更短。二、发展趋势（一）硬件的发展趋势1提高扫描速度从前面各代CT 的介绍可知，设备参数变化最大的是扫描速度。提高扫描速

7、度有着重要意义。从图像方面看：可以减少运动伪影，提高图像质量； 从医院的角度来考虑： 速度的提高意味着设备效率的提高，这样也可以提高医院的经济效益。 传统 CT 的 X 线管通过高压电缆和高压发生器相连，扫描时做圆周往复运动，这种运动方式很难使扫描速度大幅度地提高。近年来各CT 生产厂家利用滑环技术和螺旋扫描技术，使X 线管通过电刷和滑环接触与高压发生器相连，从而可做连续旋转；同时，床面匀速直线运动，就可形成螺旋扫描轨迹，这样就可大大提高扫描速度。螺旋扫描，特别是多层螺旋扫描，具有速度快、运动伪影少、 减少对比剂用量以及无重叠或漏层、三维重建效果好等特点。为实现高速扫描，对 X 线管的容量和对

8、探测器的灵敏度要求均有大幅度提高。超高速 CT 则完全抛弃了机械运动，采用电子束偏转方式，使扫描速度有了质的提高。2提高图像质量 影响 CT 图像质量的因素有： X 线源性质和探测器的性能。 它们直接影响原始数据的质量。数据数目和扫描速度。所得的数据越多，重建的图像分辨力越高，但必须保证扫描速度快，否则，扫描过程中被检部位移动将产生伪影。图像重建所用的算法。它对CT 成像速度和质量有影响。通常情况下，简单算法的成像速度快，但图像质量较差，反之亦然。因此，CT 的算法选择，各生产厂家有其综合的考虑。数据表达与显示方法。随着 CT 硬件技术和软件技术的改进， 设备的图像质量已有了明显提高。目前多数

9、 CT 的低对比度分辨力（密度分辨力）已高于035门 mm 八 高3达 1024 X 1024 的图像重建矩阵提高了高对比度分辨力（空间分辨力人高对比度分辨力可高于2 0 LP 八 m。此外，激光相机的应用明显改进了硬拷贝质量；用电动高压注射器注射对比剂做增强扫描，提高了增强效果和减少了对比剂用量。尽管如此，提高图像质量仍然是CT 发展的永恒主题和长期趋势。3简化操作目前，大多数CT 由键盘或鼠标输人方式改为部分触摸屏幕式，用以实现人机对话。 下拉式菜单的操作方式与传统键盘相比方便了许多，提示清楚、操作简单、图标显示一目了然。工作站的配置，加强了功能，可以做多方面的图像后处理，并可与 MRI

10、等其它影像设备联机，有利于诊断。4提高工作效率现今 CT 采用的计算机多为速度较快的微型计算机，字长大多为 3 2 位，运算速度大大提高。图像重建时间大多在10s 以内，即使是普及型也大多在15s 以内。 很多机型采用了多台微型计算机并行工作，实现了扫描、 重建、处理、存盘、照相同时进行，使检查时间进一步缩短，病人流通量大幅度提高。作档案保存的12”刻录光盘存储量达5.5GB ，可存放 512 X 512 图像近 2 万幅；这种光盘数据检索速度极快，保存性能好，保存时问至少在10 年以上，大大优于常用的磁带或软盘，所占的存放空间也大大缩小。5缩小体积采用高频X 线发生器，可将其安装在扫描机架上

11、；用微型计算机替代小型计算机， 无需单独的计算机房， 可将其安装在控制台内； 同时还出现了移动式 CT 。6降低剂量 CT 检查时，病人接受的 X 线剂量较高，在不降低 CT 图像质量的同时，如何使 X 线剂量尽可能小，是人们始终关注和不懈努力的一个重要的研究课题。（二）设备功能的发展趋势l血管成像CTA 是血管造影技术与CT 快速扫描相结合的一种技术，它是以 SCT 扫描为基础，静脉快速注射对比剂，应用计算机三维重建来显示血管结构的成像技术。 CTA 能在血管内对比剂高峰期获得大型薄层扫描图像，并采用特殊重建方法，显示血管的解剖细节。它是一种无创伤性的临床评价血管疾病的方法。目前 SCT，特

12、别是 MSCT 的 CTA 用于颅脑，可较好地评价颅内动脉瘤，估计颅内血管与肿瘤的关系； 用于腹部可进行腹腔动脉、 肾动脉狭个的检查； 用于冠脉则可较好地诊断冠心病。2三维图像重建采用薄层连续或重叠扫描并借助计算机处理可获得二维立体图像。 这比二维图像具有更高的诊断价值，对复杂解剖部位如头颅、脊柱、骨盆及膝关节等的病好祝仪精确定位，有利于手术和放疗计划的进行。C3CT 的三维图像重建更加方便快捷，臣IW 人们也提高了Z 轴分辨力。3 CT 引导下的介人治疗由于 CT 成像快、图像清晰，可即时清楚地显示病灶与周围组织结构的关系，因此可在CT 引导下进行介人诊断与治疗。例如在 CT 引导下的胸部共

13、利活检，对确定病灶性质具有重要意义。4仿真内镜CT 仿真内镜成像是利用计算机软件功能将SCT 容积扫4描获得的图像数批进行后处理， 重建空腔内表面的立体图像， 再用电影功能依次回放，从而获得仿真内镜效果。 SCT 内镜成像能获得喉、气管、支气管、结肠、鼻腔甚至主动脉腔内膜的仿真内镜图像， 能显示腔内病灶的形态， 还能从梗阻远端观察情况，因此 CT 仿真内镜提供了一种无创伤件的诊断方法，可作为纤维内镜的补充诊断手段。5放疗计划CT 的另一个重要用途是放射治疗。通过CT 可对肿瘤原发位置准确定位，探索局部转移和淋巴瘤，确认肿瘤对放疗的敏感性，监视放疗的效果等。操作人员 川间形输入装置在（”f 图像

14、卜圈定轮廓，或以CT 值为基础设定密度， 以标准方法做射线未定什，川计算机计算深部治疗剂量，或单独计算等剂量曲线， 还可实施横断面外的计算，使等别达山1 线；）现在冠状面和矢状由上，从而实现等剂量曲线的三维显示。用于治疗的C 丁图像对空间分辨力和密度分辨力的要求比用于诊断的高。这是问人诊断件往只需确定肿瘤的有无，而治疗却要十分精确地知道肿瘤的位置、密度及其实际尺寸。肿瘤的密度通常与周围组织非常接近，这就要求CT 的密度分辨力高，以便清晰地显示肿瘤边缘。CT 、 X 线机、 MKI 设备的成像比较如表5E 所示。二、扫描机的工作原理扫描机是一种完全新型的图象诊断设备。C装置最基本的工作原理是一个

15、射线源和一个检测器围绕着病人的头颅或躯干上的一薄层直线平移加旋转，利用通过人体的狭束线，经过多个角度的探测，把信息数字化， 用数学模型由计算机处理重建一幅横向断层的图象。这是一幅由各象素的吸收系数排列成的图象，所以完全可以排除上下重叠影象的影响， 使图象的细微结构显示清楚。 扫描所得横断面图象的示意图如图所示。三、机工作顺序线束从各个方向向人体头部某一选定断层层面进行扫描， 探测器测定透过的线强度，可在探测器上获得电信号，将此信号放大以后，积分采样。由模数转换器（ D ）进行高速转换，把模拟信号数字化。数字信号经接口输送到计算机5处理，求出该层层面组织的各单位容积内的平均吸收系数， 存于存储器

16、矩阵或磁盘中。为了将图象清晰地显示出来， 采用窗口技术 （对比度增强器） 和数模转换器 （），将数字信号转换成模拟信号，由显示器显示，亦可采用多幅照相机存档。机工作顺序流程图见图所示。第二节扫描成像系统我们从图像的形成过程来分析 CT 扫描成像系统的基本结构， 其结构如图所示：数据采集阶段： X 线管、探测器、准直器、滤过器、对数放大器、模数转换器（ /D ）、接口电路等；图像重建阶段：计算机、磁盘机 D/A 转换器等；图像显示阶段：图像显示器、多幅照相机、接口电路等。加上中央系统控制器和检查床，便构成一个完整的CT 系统。6一 X线管机上用的线管与一般线管结构基本相同，也分有固定阳极管和旋转

17、阳极管两种。也有不同的地方，普通线机的线管是纵向线焦点，机型X 线管是横向线焦点。固定阳极线管是常用线管中最简单的一种，主要特点是真空度高、电子由热阴极发射线的量与质可任意调节，其结构由阳极、 阴极和玻璃壳三部分组成。阳极由阳极头、阳极帽、玻璃圈和阳极柄构成。（阳极头：阳极头由靶面和阳极体组成。靶面承受电子轰击，辐射线。由于靶面的工作温度很高，且辐射的线强度与其材料的原子序数成正比，因此， 医用线管的靶面一般都用钨制成，称为钨靶。钨除了具有熔点高（）、原子序数高（）之外，在高温条件下，它的蒸气压低、蒸发少，因而可以延长线管的使用寿命。但是，钨的导热率小，受电子轰击后产生的热量不能很快地传导出去

18、，为此，常采用真空熔焊方法把无氧铜制成的阳极体与钨靶焊接在一起；由于铜的导热系数较大， 这样制成的阳极头不但辐射线的效率高， 而且具有良好的散热性能。阳极帽： 阳极帽由无氧铜制成， 主要作用是吸收二次电子。 高速运动的电子轰击靶面时，一部分电子与靶面原子碰撞后反射出来，称为二次电子。）由于第一、 二代机的扫描方式是直线平移加旋转，即方式， 扫描时间长，产热多，焦点转大且呈矩形，对着断层厚度的方向为长边，所以必须采用油冷方式强制冷却管球。线管两端电压和管电流要求稳恒，确保采样数据准确。旋转阳极线管 旋转阳极线管的结构如图所示。负载时，靶面高速转动，从偏离管中心轴线的阴极头发出的电子，轰击到转动靶

19、面的环形面积上。由于它的热量分布面积比固定阳极线管大得多， 因此，旋转阳极线管能制成小焦点，且能加大瞬时负载功率，这是旋转阳极线管的一大优点。使用于第三、 四代机上多是此种线管。由于扫描时间短，要求管电流较大，通常是 毫安，分连续放射和脉冲放射两种。也采用油冷方式。焦点大小约为平方毫米，高速旋转阳极管焦点小，约为石平方毫米。陶瓷旋转阳极线管和双轴承旋转阳级线管的寿命较长。 尤其双轴承旋转阴极线管热容量大，阳极靶转动稳定。7二、探测器中探测器是一种将射线能量转换为可供记录的电信号的装置，它接收到辐射的能量，然后产生与辐射强度成正比的电信号。探测器是扫描系统中的一个重要组件。探测器组件是由性能完全

20、相同的探测器单元排列而成，每个探测器对应着一束窄的线，如果有个探测器单元，那么一次就可同时获得个投影数据。（一）探测器的特性探测器最重要的特性是它们的效率、 稳定性和响应性， 此外，准确性也是其特性之一。1效率效率是指它从线束吸收能量的百分数。理想情况下， 探测器效率应该是100。这样，全部线束将被截获，这将减少病人的曝光量。有两个因素影响探测器的效率，即几何效率和吸收效率。1. 几何效率：几何效率 =探测器有效宽度 （/探测器有效宽度十无效的空间）如图个 9 所示，几何效率是由每个探测器的孔径和相关的每个探测器所占总空间的比来决定的。这个空间包括探测器本身和静止的准直器，或它与相邻一个探测器

21、之间的间隔。射人间隔的辐射不能被探测器吸收，因而无助于图像的形成。理想的情况是探测器所占的范围要比间隔大。2）吸收效率：吸收效率是指辐射进人探测器而被吸收的百分率，这与探测器的厚度有关，并在某种程度上，与X 线光子的能量有关。3. 总检测效率：探测器的总检测效率是几何效率和吸收效率的乘积。实际的探测器总检测效率在 50o 80O 之间。探测器的效率越高，在一定图像质量水平的前提下病人接受的剂量越少。2稳定性稳定性是指从另一瞬时到另一瞬时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。在第一、 二代扫描机中， 每次平移运行结束后都要校准探测器。第三代扫描机每天仅校准一次。当第三代扫描

22、机探测器的响应偏离正常情况时，环状的伪影将在该体层扫描图像中产生。第四代扫描机在每一次旋转期间对探测器校正两次，第一次校准是沿着运动扇形射束的前缘，第二次是沿着后缘。83响应性 探测器的响应是指探测器接收， 记录和抛弃一个信号所需的时间。一个探测器应瞬时地响应一个信号， 然后立即迅速地抛弃该信号并为响应下一个信号作好准备。对于某些探测器，信号通过以后，余辉（余辉是一个读数对另一个读数的存储的影响） 或磷光是一个严重的问题。 为了避免余辉造成的畸变及假象，需要仔细选择闪烁物质及进行一些软件的校正。4准确性由于人体软组织及病理变化所致衰减系数的变化是很小的，因此，穿过人体的线束强度也只引起很小的变

23、化。 如果探测器对衰减系数的测量不够准确，测量中的小误差可能被误认为信号的变化。探测器的准确性要求探测系统必须具有如下特点：低电子噪声、 线性、各探测器的均匀一致性及瞬时稳定性。（二）探测器的类型目前， CT 中常用的探测器类型有两种：一种是收集气体电离电荷的探测器，称气体探测器。 它收集电离作用产生的电子和离子， 记录由它们的电荷所产生的电压信号。另一种是收集荧光的探测器，称闪烁探测器。1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。由于此种探测器的探测效率高，分辨时间短，既能探测带电粒子，又能探测中性粒子，既能探测粒子的强度，又能测量它们的能量，鉴别它们的性质，

24、所以，闪烁探测器在 CT 扫描机中得到了广泛应用。闪烁探测器有时也称为固体探测器。闪烁探测器的结构；由图可见， 在闪烁探测器前面加有反射层，它可以是涂有白色氧化镁粉末的铝盒。它使闪烁晶体产生的荧光光子能大部分反射到光电阴极上。在晶体与光电倍增管间放置有机玻璃制成的光导，并涂有硅油以保证良好的光耦合。使用最普遍的闪烁晶体是铊激活碘化钠晶体，即NaI（ T1 ）这种晶体的密度大，对 r 射线和 X 线有较大的阻止本领，它的透明度和发光度都很高。但碘化钠晶体有一个致命的缺点就是它极易潮解。晶体一旦潮解后，探测效率和能量分辨率均急剧下降， 以致完全不能使用。 所以在实际应用中， 碘化钠晶体被密封在一个

25、铝制外壳内。）光电倍增管是一种光电转换器件， 通过它可把光子转换成电子。 它不同于其它的光电转换器件， 如光电管、 光电池等， 光电倍增管可把微弱的光按比例地转换9为较大的电信号， 这就是它的倍增作用。 光电信增管的工作是建立在光电效应、 次级电子发射和电子光学的基础上的， 它一般由光阴极、 次阴极和收集阳极等三部分组成，如线照射到晶体上时， 使之发出蓝色的可见光， 此光通过光导纤维照射到光电倍增管的光电阴极上， 光电阴极便发射出电子， 这些电子在电压的加速下打向倍增极，可使倍增极发射出更多的电子， 经过几个倍增极之后， 到达阳极的电子数目可达 106 个以上。这样，光电倍增管就把微弱的光信号

26、变成放大了的电流信号，并随扫描连续地输出这些信号。气体探测器： 气体探测器是利用气体电离的原理来进行检测的。因为气体电离效率低， 需要进行改进，其方法是将氙气的压力提高到约个大气压左右，就能大大提高电高效率。 在这种压力情况下， 严密封装是特别重要的。 由于这种探测器具有较高的灵敏度，电离室可以做得很小，一致性好，故障率低，目前大多数第三代 CT 机均采用这种探测器。气体探测器结构原理如图所示。用很薄的钨板做电极，每个电极间的距离要准确，陶瓷做衬底， 整个探测器封装在铝盆中，抽真空后注人氙气即可。当线束射到探测器的各个单元时，氙气发生电离， 正离子移向负电极，负离子移向正电极， 输出放大电流的

27、积分值送到前置放大器，信号电流的大小随线光子的吸收量而定。这种探测器与闪烁器光电倍增管相比，灵敏度略低， 但无余辉稳定性好， 适用于多个探测器的情况。这种探测器相邻单元之间的距离越小，采样数越多，图象质量也越好。102）稀土（贵金属）陶瓷检测器：它用掺杂稀土金属的透明光学陶瓷来替代传统的闪烁品体，与光电二极管配合来构成探测器。其特点是： X 线利用率可达99；光电转换率高；与光电二极管的响应范围匹配最好；余辉更小；稳定性更高；容易进行较小分别，制作成密集检测器阵列。目前 MSCT 多采用这种检测器。3）各类探测器的特性比较：第一、第二、第四代CT 所用的探测器一般为问体探测器，第三代CT 与

28、SCT 既可采用气体探测器，又可采用固体探测器。气体探测器和固体探测器各有优缺点，现代C”r 选用何种探测器，要看（二 C 偏瘫于哪方间的特性。l ）温度特性：惰性气体探测器的信号强度与温度的关系极大，必须用恒温装置来稳定探测器的温度。而固体探测器的信号强度与温度的关系不大。Z ）噪声：气体探测器存在噪声和干扰源，而固体探测器没有。原因在于电离室电压波动、 电离室内绝缘体上产生漏电流。 另外，隔板极薄容易出现颤动噪声，也就是说 CT 在运行时哪怕是极小的颤动都可能在气体探测器中产生噪声。3.饱和现象：固体探测器的线性范围，即在特性曲线的范围内输出信与X线强度成正比， 超出 CT 要求五个数量级

29、。 但是， 气体探测器在这么大的信号范围里就有可能出现饱和现象。4）散射线准直：固体探测器可以与后准直器组合在一起，气本探测器一般不用附加后准直器，而是利用电离室隔板兼作后准直器，但效果不如专用的后准由器好。 此外， 气体探测器本身产生的散射线比闪烁探测器要多。散射线的产生主要来源于射线输入窗铝板和窗口到电极板很厚的气体层。5）剂量利用率：CT 应用的闪烁晶体一般厚度为5 mm，实际吸收的X 线10 0的转换为光信号。闪烁探测器没有技术上必须的、吸收射线较多的盲层。但在气体探测器中，从输人窗口到电极板之间的气体层却吸收射线而不产生信号。此外，也因射人的一部分量子没有被利用而直接穿过了气体探测器

30、，引起气体探测器的射线损失， 但只要通过增加气压和加深电离室， 可以将这种损失控制在允许的范围里。 由于气体很小的泄漏就会降低气压， 导致吸收能力的减弱， 所以在机械制造时要格外仔细以防止气体损失。（4）多排探测器多层 CT 一般采用稀土陶瓷探测器制成的多排探测器。多排探测器可分为对称型与非对称型两类， 目前已有的多排探测器的排数因生产厂家的不同而有很大的区别，可分别进行两层、四层、八层、十六层、三十二层及六十四层成像等。 图像的层数与检测器的排数不一对应，排数通常比层数多。但采用先进的 X 线发生技术也可获得排数比层数少。例如，飞焦点技术可用三十二排探测器，采用特殊的采集技术，同时获得六十四

31、层图像。三、准直器11准直器是一种辐射衰减物质，用以限制到达探测器组件的线角度分布。它的作用是空间定位，即仅局限于某一空间范围的射线进人探测器，而其他部分的射线则被屏蔽而不能进入探测器。如图所示，准直器在中有两种，一种是线管侧准直器，又叫前准直器，它的作用是控制线束在人体长轴平行方向上的宽度从而控制扫描层厚度。另一种是探测器侧准直器，又叫后准直器， 它的狭缝分别对准每一个探测器，使探测器只接收垂直人射探测器的射线，尽量减少来自其他方向的散射线的干扰。为了在剂量不增加的前提下，有效地利用线，探测器孔径宽度要略大于后准直器宽度。有些设备没有安装后准直器， 其原因是认为线管的焦点足够小。 前后两组准

32、直器必须精确地对准，否则会产生条形伪影。四、滤过器扫描机中滤过器的作用是：吸收低能线（软射线） ，这些低能射线无益于 CT 图像；使线束通过滤过器后，变成能量分布均匀的硬射线束。由于人体截面近似于圆形， 扇形波束照射时， 中心射线穿透厚度大， 边缘射线穿透厚度小，信号强度相差较大。为了减小信号强度差，增设滤过器，形状设计为楔形。12五、数据采集系统（）的作用是将来自放大器的输出的放大信号， 积分后多路混合成一路， 用转换器变为数字信号送人计算机处理。前置放大器 （对数放大器） 从探测器接受到的信号，首先要经过对数压缩，以使后面的电路只需工作在一个窄的范围内。 固体探测器和气体探测器的输出阻抗是

33、很高的， 输出信号又很小， 必须使用高输人阻抗的前置放大器进行放大和阻抗变换。积分器在扫描过程中测量的是每个角度下的线光子的总和，因此每次采集 （在脉冲工作时就是每个脉冲）的信号要积分起来以计算光子总和，一般在放大器后接有积分器。多路转换器 各路积分器输出信号经多路混合器变成一路，使用共同的 /D 转换器转变为数字信号。 ./D 转换器 /D 转换器是将连续模拟时域信号转变为离散的数字序列。 /D 转换的方法有多种， 最常用的有双积分式 /D 转换器和逐次逼近式 /D 转换器。六、多幅照相机多幅照相机可把图像显示器上显示的图像拍摄到胶片上， 一张胶片可以拍一幅图像，也可以拍摄多幅图像，故称为多

34、幅照相机。多幅照相机分为型多幅照相机和激光型多幅照相机。（一）型多幅照相机型多幅照相机是靠阴极射线管的电子束把视频信号变成在视频监视器13的屏幕上的图像， 再用光镜折射， 并用透镜把视频监视器上的图像聚焦到胶片上，使其曝光。透镜系统可以是移动的或固定的。根据所需的幅式，把显示在屏幕上的图像，投影到胶片的相应部位上而曝光。图为基本原理简图。（二）激光型多幅照相机工作原理胶片在传送系统控制下朝一个方向高精度地移动，同时激光束相对于胶片移动方向反复作垂直扫描，因此激光束是以二维方式顺序扫描整张胶片。激光束的光强度受计算机输出的数字图像信号调制。激光束经旋转多面镜的反射作线扫描，装载胶片的打印滚筒和激

35、光束动作同步， 胶片在激光束的照射下曝光形成平片图像。CRT 是一次性选择图像，按键后即曝光，无法更改，每次只能完成一张拷贝。而激光照相机的存储器在打印之前，可以清除、重新排列图像，然后再按打印键，并且打印之前可以选择拷贝的数目，自动完成，提高效率。14七、设备的计算机计算机在中的功能如下：控制整个系统的运行 当操作者选用适当的扫描参数及启动扫描之后，就在计算机的控制下运行。 计算机协凋并安排扫描期间内发生的各种事件的顺序和时间， 其中包括线管和探测器在适当时刻的开和关、传递数据以及系统操作的监控等， 接收初始参数， 执行病人床及机架的操作并监视这些操作以保证所有的数据相符合。图像重建 一幅图

36、像的重建需要数百万次的数学运算，这些数学运算由计算机完成。图像处理 每一幅图像大约由十几万个像素组成， 每个像素具有一个数值，这些数值将转换为灰度编码。 计算机必须能操纵、 分析、修改这些数值以提供更有用的可见信息。这包括：放大倍数，测量区域或距离，标识轮廓以及两个图像的比较，从图像中建立直方图、剖面图等等。第三节螺 旋一、概述螺旋是近年来容积医学图像方面的一个重大突破。 螺旋是在电器性能和计算机得到改进的基础上， 为了减少运动伪影而发展起来的。 在螺旋扫描中， 线源与病人扫描床同时运动，这种扫描方式使得原始数据获取的时间大大地缩短了，横断层面可以在一次均匀呼吸的基础上重建而得， 同时，还可以

37、消除相邻层面之间的偏差。下面分别简单介绍螺旋扫描的优缺点。螺旋扫描的优点螺旋的连续扫描，使扫描范围在内达到， 可满足绝大部分不同部位的检查， 多数病人可在一次屏气中完成扫描， 避免了漏扫和重扫； 由于避免了呼吸运动引起的扫描遗漏以及在选定位置及距离上进行回顾性重建的能力，所以提高了病灶检出率；螺旋CT 的无15层间隔扫描使扫描时间缩短，不但有益于危重病人的检查，而且在注射造影剂增强扫描时可使几乎全部扫描都在增强高峰期完成，不但能获得最佳增强效果，还可减少造影剂用量； 螺旋提高了病灶密度测量的准确性，由于可在轴任何部位进行图像重建， 因而保证了任何病灶均可以在其中心进行图像重建，减少了部分容积效

38、应的影响。 任何部分均可进行多断面或三维图像重建，而且由于螺旋扫描时避免了病变部位的移动，因而重建图像质量很好；扫描时间短， 使病人更容易接受或忍受检查， 这对危重病人及只能短时间保持的功能的快速诊断更有意义。螺旋扫描的缺点诊视床运动产生伪影。由于螺旋扫描在数据采集中病人床在不断的运动， 使容积平均作用增加，图像层面灵敏度曲线加宽上轴上的空间分辨率降低， 器官边缘模糊， 但在床运动速度与层厚匹配时可忽略不计，在线管旋转一周床运动距离大于层厚时可通过180O 内插法减轻。螺旋扫描图像噪声较传统 CT 标准扫描图象噪声高，内插方法的一个缺陷就是使噪声增加。另外 X 线管耐热量的限制可产生图像噪声，

39、但这一点可随着耐热量高的线管的应用而解决。螺旋图像处理时间较长及需要大容量的存储能力。前者主要的时间消耗是内插处理， 尤其是多断面及三维重建时。仍受到最大扫描容积的限制。但目前一个部位一次屏气大多数可完成扫描，更大范围可通过两次或多次屏气扫描。需要病人很好地屏气配合，若病人不能较长时间屏气，则检查效果不好。二、螺旋扫描装置（一）滑环技术滑环技术是螺旋扫描的基础。滑环螺旋CT 的问世，标志着 CT 成像技术的又一飞跃，它使连续快速扫描的设想变为现实。、传统扫描机的馈电方式电缆连接传统扫描机中采用的电缆馈电方式， 它包括： 供给线管和灯丝的高压电源采用高压电缆与扫描架外的高压发生器连接； 设备的主

40、计算机必须不断将指令参数传给控制系统，也采用电缆连接； 对扫描机架内旋转部分的驱动电机和其它系统供电需用电源电缆；数据采样和检测系统需用电缆连接。上面几种类型的电缆相互缠绕，使扫描机架的旋转角度范围很小，只能进行小角度的往复运动，而且在每次旋转扫描之前，还必须有启动、 加速、稳定、减速、制动等过程； 由于连接用的电缆长度是有限的，所以必须再逆过来重复以上各个步骤。这样势必会形成电缆绕扭、牵拉、 脱落等现象的发生 （解决方法是在机架内装有电缆卷取机构） 。如此， 就会造成扫描周期长、结构笨重复杂。转速不均匀等问题。限制了速度的提高。16滑环技术为了实现连续扫描，改善图像质量，必须克服传统的电缆馈

41、电方式存在的诸多问题，于是在世纪年代末期开发了滑环技术。滑环技术解决了机架旋转部分与静止部分的馈电和信号传递方式， 可以实现连续扫描。 它是用一个滑环和一个碳刷代替电缆， 当电刷沿滑环滑动时， 则经滑环与碳刷向线管供电，由于所有的线发生器与探测器都安装在一个滑环上， 使滑环可单方向连续旋转，如 采用滑环技术来处理扫描机架中旋转部件和静止部件的馈电和信号传输，摆脱了各电缆的缠绕限制， 取消了电缆卷取机构， 使系统变得结构紧凑、 简便轻巧，并省去了以往扫描期间的启动、加速、匀速、减速、制动等过程所耗用的时间，缩短了旋转周期， 增加了单位时间内的扫描层数， 使扫描架可作毫无限制的单方向连续转动扫描，

42、这在很大程度上克服了由于病人运动或不能配合所产生的运动伪影。滑环由三部分组成： 传送设备操作与控制信号的低压环供应线管与变压器电源的高压环探测器传送数据的数据环。在 CT 设备中，滑环技术的工作原理类似于电力机车中的电力线及接触臂的关系，采用优质材料制成的滑环与线管。检测系统结合在一起， 组成旋转部件， 机架上的静止部分则利用优质电刷和旋转的滑环紧密接触， 实现动静两部分的连接，如此就完全取消了电缆连接。依照高压环上的电压不同， 又分为高压滑环和低压滑环。 下面分别介绍高压滑环和低压滑环。低压滑环 用滑环技术对扫描机架以低电压馈电的方式，称为“低压滑环” 。低压滑环是由外界将数百伏的直流电输人到扫描机架内，电压较低， 容易实现良好的绝缘，数据的传输性能也很稳定。但此时的电流很大，电弧便成为重要问题，所以低压滑环要求碳刷与滑环接触电阻非常小，滑环常采用电阻率非常低的材料制作。由于低压滑环的高压发生器装在机座旋转架上，要求发生器体积小、 重量轻、功率大，所以发生器普遍采用中高频逆变技术，它是滑环技术的关键。使用线管、 高压发生器、 逆变器等组合在一起的高频组合式线发生装置，是当代高频技术在线发生装置中应用的成果。低压滑环对绝缘要求不高，安全、稳定、17可靠，所以被大多数厂家所采用。 低压滑环的