计算机体层成像设备

1、计算机体层成像设备计算机体层成像设备Computed topography一、一、CTCT发展历史发展历史 19171917年，奥地利数学家年，奥地利数学家RodonRodon提出了图像重建理论的提出了图像重建理论的数学方法；数学方法； 1967-1970 1967-1970 年，年，EMIEMI实验中心的实验中心的HousfieldHousfield 博士提出了博士提出了体层成像的方法；体层成像的方法； 19721972年，年，HousfieldHousfield和和AmbroseAmbrose在英国放射家年会正式在英国放射家年会正式发表发表EMI CTEMI CT机诞生的论文；机诞生的论文

2、； 19741974年，美国工程师年，美国工程师LedleyLedley设计了全身设计了全身CTCT； 19751975年，美国年，美国GEGE公司推出第三代公司推出第三代CTCT； 19761976年，第四代年，第四代CTCT在美国科学与工程公司诞生；在美国科学与工程公司诞生； 上世纪上世纪90年代初，螺旋年代初，螺旋CT投入使用。投入使用。二、二、CTCT的基本工作原理的基本工作原理 尽管CT发展迅速，各代各有其特点，但基本原理大致相同，即在计算机的控制下，X管产生X线，经准直器准直后透过人体，经后准直器调整后到达探测器。 当X线穿过人体不同厚度和密度衰减后的X线，被相对应位置上探测器接受

3、，变成电流信号，其强弱与X线能量成正比，即能量大，信号强；能量小，信号弱。 这种电信号的变化，记录了人体密度的变化，该信号经积分、放大、多路转换，再经A/D转换器变为数字信号。但这样的变化是一种综合密度效应，并不能反映体内每一点的相对密度值，所以CT机必须绕人体旋转，从不同角度，采集大量数据，经阵列处理（AP）运算、求解出每一点相对密度值，再将此值经D/A转换器转换后，输出至显示器用灰阶表示而形成一幅图像。 三、三、CT的组成与功能的组成与功能 任何一代CT都由硬件和软件两部分组成，硬件主要由采集系统和图像处理系统二大部分构成。 采集系统主要包括：扫描机架、X线管、高压发生器、准直器、探测器、

4、对数放大器、模数转换器（A/D）、接口电路。 图像处理系统主要包括：计算机、AP、 数模转换器（D/A）、存贮器、图像器示器、接口电路等。1、X 射射 线线 管管 由阴极、阳极和真空玻璃管（或金属、陶瓷管）组成，分固定阳极和旋转阳极，前者用于第一、二代CT，现已不用。 目前阳极由纯钨铼钨合金，背涂石墨，以红外辐射提高散热，热容量达2.03.56.38.0MHU。阳极旋转3000-9000r/min，液态金属轴承。 焦点0.5-1.0mm，现多采用飞焦点或动态焦点技术，即2个焦点交替工作。 X管冷却：油、水或风冷多种方式。 CTX线管有连续工作和脉冲工作两种方式，第三代CT已用后者取代前者。 脉

5、冲方式可以使投影数与被检测物体的要求相匹配，控制脉冲时间调节测量径路。 与连续方式相反，脉冲方式在脉冲间歇时间内自动进行通道零点校准，避免飘移误差。 相同剂量脉冲方式时间短、信噪比较好。 脉冲方式可以切换从脉冲到脉冲的X线管电压，旋转一周摄制出不同能量的两幅图像。（二）（二） 高高 压压 系系 统统 高压系统高压系统包括高压发生器、灯丝变压器和控制、保护电路。高压变压器是高压发生器的重要组成部分，它是一种升压变压器，用来产生X线管所需的高压。高压发生器分连续和脉冲X线发生器两类，三代CT以后仅用脉冲。 脉冲产生有三种形式 ： （ 1）用四极管开关电路的高压开关电路控制。 （2）栅极控制旋转阳极

6、X线管。 （3）可控硅触发低压控制。CT设备所需高压是直流高压，现多采用桥式全波整流，整流元件几乎都是硅整流器。 为提高X线的激发效能，必须采用衡压输出，一般通过电容滤波来实现。 为使X线管电压和电流稳定，一般采用闭环控制的办法，先自高压负载回路取得一定的反馈电压，然后同一参比电压进行比较，所得误差经放大器放大，然后控制调整机构进行调整，使输出稳定在设定值，使电压和电流的精度达到0.05-0.01%。 高压系统设有过压、过流、过功率、安全保护电路，这些控制回路受各种保护触点联锁，它们之中任一触点不闭合，高压便不能加载，并有报警提示。 此外，还有若干外部安全保护联锁开关。 （三）探三）探 测测

7、器器 探测器是探测X线辐射强度，将射线能量转为可供记录的电信号的装置。它接受到辐射的能量，然后产生与辐射强度成正比的电信号。 CT探测器组件是由性能完全相同的探测器单元排列而成，多层螺旋CT的探测器组件实际上是探测器阵列。 探测器分固体和气体探测器二类。 必须具备的条件是：必须具备的条件是： （1）电源：适应性强，有良好的均匀性。 （2）效率：各有优缺点，总体效率在50%-80%。 （3）动态：范围宽，灵敏。 （4）稳定：成分稳定寿命长，不易受外界影响。 （4）响应：瞬时响应一个信号，并能瞬时抛弃而响应下一个信号。 （5）体积：小，空间配置容易。 气气 体体 探探 测测 器器 结构：为充有一定

8、压力气体的密封容器中，置有探测器正极，容器壁为负极，工作时两极间加上约500V直流电压，极板间疝气被电离，形成带电离子，在电场作用下移动形成电流，该电流在外电路电阻中产生电压，其信号被检测。 气体探测器是利用惰性气体（性能稳定的疝气或氪气）电离的原理。入射的X线使气体产生电离，通过测量电流大小来测量X 线强度。固固 体体 探探 测测 器器 固体探测器（闪烁探测器）由闪烁晶体、光导及光电倍增管等组成。 闪烁晶体用碘化钠等，后用钨酸镉晶体，现在基本使用稀土陶瓷，其稳定性20倍于钨酸镉晶体。晶体受X线照射时，接受X光子能量，产生激光或电离，返回基态时，释放能量以荧光子形态出现，经光导传给光电倍增管。

9、 光电倍增管是将微弱光转为较大电脉冲的器件，由光电阴极、倍增极和阳极构成。光电阴极实现光电转换，倍增极使电子增加6-12倍，倍增级数可达十极以上。阳极收集电子并输出信号。（四）（四） 准准 直直 器器 准直器的作用是控制X线在人体长轴平行方向上的宽度，从而控制扫描厚度，即空间定位。是一种辐射衰减物质（铅或铅合金），除决定切片厚度外，还减少散射干扰，降低患者辐射。 准直器分前（球管侧）、后（探测器侧）准直器，现在的CT多取消后者。 （五）滤五）滤 过过 器器 X线是不同波长形成连续光谱，经过人体的X线衰减也是不一样的，而CT要求X线束为能量均匀的硬射线，滤过器的功能即为吸收软射线，使射线束变为能

10、量分布均匀的硬射线。 从探测器所获得信号是一个脉动的信号，必须经缓冲处理器送至对数双积分板，进行积分放大、多路转换后，经A/D转换变为数字信号，送入计算机进行处理。 （六）（六）D A S 系系 统统 1、前置（对数）放大器：从探测器来的信号首先经过对数压缩，使后面电路工作在窄小范围内。固体探测器和气体探测器的输出阻抗很高、输出信号小，必须使用高输入阻抗的前置放大器进行放大和阻抗变换。 2、积分器：CT扫描是X线绕人体旋转扫描，扫描中测量的是每角度下的X光子总和，每次采集的信号要积分起来计算光子总合，积分器的作用是积分后给出收到信号累积输出电压。 3、多路转换器：各路积分输出信号经多路混合成一

11、路，使用共同A/D转换为数字信号。 4、A/D转换器：将连续模拟时域信号转变成离散的数字序列，常用的有双积分式和逐渐逼近式A/D转换器。 （七）（七） 计计 算算 机机 CT机的计算机系统为主计算机和阵列处理机两部分。 主计算机是中央处理系统，通过数据总线进行双向通讯，从而控制CT整个系统工作，主要功能有： 1、扫描监控，存贮扫描所输入的数据； 2、CT值的校正和输入数据的扩展； 3、数据管理，图像重建控制及启处理； 4、CT 自身故障诊断及分析。 阵列处理机（AP）：与主控计算机相接，专门处理多组数据，其本身不能独立工作。 AP在主控计算机的控制下接受由DAS或磁盘送来的数据，进行运算后再送

12、给主控计算机，然后由终端显示，它与主控计算机并行工作，在AP工作时，主机可执行自己的运算，而当AP把运算数据送给主机时，它暂停自己的运算，而处理AP交给的工作。（八）多（八）多 幅幅 像像 机机 多幅像机分CRT模拟多幅相机和数字胶片打印机。 数字胶片打印机又分两类： 数字激光成像打印机（有干式和湿式两种） 干式热敏成像打印机， 分别简称激光像机和热敏像机。 CRT型多幅像机：靠阴极射线管的电子束把视频信号变成视频监视器屏幕上的图像，再用光镜折射，并用透镜把视频监视器的图像聚焦到CT胶片上，使其曝光。 现已淘汰。数字式多幅像机：以数字方式，把图像像素的灰度值输入其存储器中，并可直接控制激光或热

13、敏器件对每一像素单元的曝光，在专用片上成像，聚焦、方向性好，可先排版再曝光。 干式数字胶片打印机的结构主要由开关电源系统、控制系统、图像打印三部分组成。 工作流程为系统通过以太网络接收数字图像数据，并将图像数据存储到像机计算机硬盘，由计算机控制的影像控制系统负责把主机的图像数据进行整理，调整图像的尺寸、大小、版面，同时可对图像的对比度、密度进行调节等；控制系统产生程控信号控制从胶片输入盘选择合适尺寸的胶片，传送到打印系统将数字图像由激光扫描到胶片上，再加热固化完成数控成像过程。四、各代CT的特点 第一代（平移+旋转）：固定阳极，单或数个探测器，直线束（1），旋转180 3-5分钟，低矩阵（12

14、8128）。 第二代（平移+旋转）：X线束3-5扇形，探测器多个到数十，每幅图像采集时间18秒左右。 第三代（旋转+旋转）：旋转阳极，扇形束3045 探测器300左右，时间短，矩阵高（256256，512512）。 第四代（旋转+静止）：探测器5001000，最多者72000个，环状排列不运动，时间快至2S，矩阵同第三代。 第五代（静止+静止）：电子束CT（EBCT）主要由电子枪、聚集线圈、双探测器群（864/2），台面高速运动的检查床和控制系统组成。 工作时高速运动的电子束经聚焦偏转依次轰击四个平行钨钯环产生旋转的X线能穿过人体经衰减后为探测器所探测，形成与CT相同图像，一次可得8幅图像，因无旋转机械运动，时间短至亚秒。五、螺旋五、螺旋CT及其发展趋势及其发展趋势 在连续旋转型滑环式CT的基础上产生的螺旋扫描技术，不再是人体某一层面的数据采集，而是围绕患者螺旋式地采集数据，实现真正三维信息，称为体积扫描技术。它先收集螺旋扫描原始数据，然后脱离螺距在任何