医药CT技术的资料

医药CT技术的资料第1页/共52页一、螺旋CT的发展背景

螺旋CT是八十年代未CT影像设备领域的一个重大突破。螺旋CT这个概念于1986年首次出现在专利方面的文献上,德国人Kalender和瑞士人Vock在1988年开始做螺旋CT的研究工作，在1989年提出了螺旋CT性能的物理测定和临床研究。于1989年在北美放射学会年会(RSNA)上宣读他们的研究及成果。第2页/共52页

螺旋CT是在计算机、电子技术和电器性能得到快速进步的基础上为了缩短扫描时间,减少运动伪影而发展起来的。在螺旋扫描中，X射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，横断层面可以在呼吸状态保持不变的情况下一次扫描而得。一、螺旋CT的发展背景第3页/共52页二、常规扫描方式的缺点1、需要较长的扫描时间。2、成像中会产生遗漏人体某些组织的情况。3、不能准确地重建三维图像和多方位图像。4、使用造影剂扫描时，在造影剂的有效时间里，只扫描了有限的几个层面。第4页/共52页

1．螺旋CT的连续扫描，使扫描范围在24～30s内达到24～30cm，可满足绝大部分不同部位的CT检查。多数患者可在一次屏气中完成扫描，避免了漏扫和重扫。

2．由于避免了呼吸运动引起的扫描遗漏以及它具有在选定位置及间隔上进行回顾性重建的能力，所以提高了病灶检出率。

三、螺旋扫描的六个优点第5页/共52页

3．螺旋CT的连续扫描使扫描时间缩短，不但有益于危重患者的检查，而且在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。

4．螺旋CT提高了病灶密度测量的准确性，由于可在z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，减少了部分容积效应的影响。

三、螺旋扫描的六个优点第6页/共52页

5．任何部分均可进行多断面或三维图像重建，而且由于螺旋CT扫描时避免了病变部位的移动，因而重建图像质量好。

6．扫描时间短，使病人更容易接受或耐受CT检查，这对危重病人及只能短时间保持功能极限位的快速诊断更有意义。三、螺旋扫描的六个优点第7页/共52页1．诊视床运动产生的伪影。由于螺旋扫描在数据采集中病人床在不断地运动，使容积平均作用增加，图像层面灵敏度曲线加宽，z轴上的空间分辨力降低，器官边缘模糊，但在床运动速度与层厚匹配时可忽略不计，床运动速度大于层厚时可通过180度内插法减轻。2．螺旋扫描影像噪声较传统CT标准扫描影像噪声高。内插方法的一个缺陷就是使噪声增加，另外，X射线管耐热量的限制可产生图像噪声，但这一点可随着耐热量高的X射线管的应用而解决。四、螺旋扫描的五个缺点第8页/共52页

3．螺旋CT图像处理时间较长及需要大容量的存贮能力。前者主要的时间消耗是内插处理，而花时间最多的是多断层面及三维重建。

4．仍然受到最大扫描容积的限制，目前一次屏气可完成大多数一个部位扫描，更大范围可通过两次或多次屏气扫描完成。

5．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。四、螺旋扫描的五个缺点第9页/共52页五、螺旋CT概念

CT螺旋扫描是指对整个容积进行快速连续扫描。它取代了在Z轴方向上不连续采样的单层连续扫描。滑环技术的运用是实现CT连续旋转,采用容积扫描方式的先决条件。进行容积扫描时，球管－探测器系统连续多圈旋转，同时病人在机架内连续移动。

容积扫描第10页/共52页六、螺旋CT的有关参数X线球管的焦点无疑是在一个圆形路径中连续旋转；然而相当于病人来说它的运行轨迹是螺旋形的,这就是我们今天“螺旋”一词的由来。(Spiral或Helical

)第11页/共52页周数(revolutions)

一次数据采集中X射线球管的旋转周次。

螺距:X射线管每3600旋转时进床距离。螺距因子:

螺距与总的层数和断层厚度积之比。

通常简称之为螺距

P=Δd/(N•T)Δd:每360o旋转时进床距离

N:每次扫描的层数

T:断层厚度六、螺旋CT的有关参数第12页/共52页七、螺旋扫描技术的基础—滑环技术螺旋扫描的技术基础：滑环技术。滑环技术是由滑环和碳刷构成的。第13页/共52页七、螺旋扫描技术的基础—滑环技术显示了传统CT扫描机中采用的电缆馈电方式。它包括：1．供给X射线管和灯丝的高压电源采用高压电缆从扫描架外的高压发生器上连接。2．CT机的主计算机不断将指令参数传给采样系统，也必须采用电缆连接。3．扫描机架旋转部分的驱动电机供电需用电源电缆。4．状态监控、数据接收需采用控制电缆。第14页/共52页七、螺旋扫描技术的基础—滑环技术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，且只能进行某一范围的往复运动，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、转速均匀困难等问题，限制了CT机速度的提高。第15页/共52页七、螺旋扫描技术的基础—滑环技术

20世纪80年代出现了滑环技术。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。滑环技术是用一个多圈滑环和一个碳刷架代替电缆，当电刷沿滑环滑动，则电源经滑环与碳刷而向X射线球管供电，由于X射线发生器与探测器所有的部分都安装在一个滑环上，使滑环可单方向连续旋转。第16页/共52页七、螺旋扫描技术的基础—滑环技术碳刷滑环与球管检测器的相对位置第17页/共52页七、螺旋扫描技术的基础—滑环技术滑环技术是用一个多圈滑环和一个碳刷代替电缆第18页/共52页八、滑环技术的优点1、处理扫描机架中旋转部件和静止部件的馈电信号传输。2、摆脱了各电缆的缠绕限制，免除了电缆卷取机构，使系统变得结构紧凑、简便轻巧。3、省去了以往扫描时间内的启动、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，使扫描机架可毫无限制地向单方向连续转动扫描。4、这在很大程度上克服了由于患者运动或病人不能配合所产生的运动伪影。

第19页/共52页九、CT滑环1．传导设备操作与控制信号的低压环(控制信号)。2．供应X射线球管与变压器电源的电源环。3．向探测器输入输出数据的数据环。(许多螺旋CT机将1、3两个环用一个数据环替代。)第20页/共52页九、CT滑环依照电源环上的电压不同，又分为高压滑环和低压滑环。第21页/共52页九、CT滑环“低压滑环”举例:

西门子SomatomAR/C,一组输入电压为400伏的3相4线制交流电源：一部分承担了X线管的旋转阳极电机及冷却泵电机的供电任务。另一部分经变压和整流后形成+-8.5V,19V,24V,40V,53V,70V等几组直流电源。这些直流电源供转动部分的各种控制元件及检测器工作用。另一组输入电压为500伏的直流电源：经逆变和升压后形成X线管的高压电源。第22页/共52页九、CT滑环低压滑环优点:1、对绝缘要求不高,安全、稳定、可靠，工艺要求和制作成本相对较低，所以被大多数CT厂家所采用。2、数据的传输性能也很稳定。第23页/共52页九、CT滑环低压滑环的不足:1、低压滑环的电流很大，要求碳刷与集流环接触电阻要非常小，集流环常采用电阻率非常低的材料制作。2、由于高压发生器装在机架的旋转部分上，要求高压发生器体积小、重量轻。所以高压发生器普遍采用中高频逆变技术。3、增加了旋转部分的重量、旋转力矩和离心力，给扫描速度的提高带来一定的困难。第24页/共52页九、CT滑环

高压滑环

高压滑环是利用滑环技术将高压电流馈入机架内以供给X射线管产生X射线。高压滑环上高压在机架外地面的高压发生器产生伏高压后，经高压滑环进入X射线管。旋转的高压滑环装在充满绝缘或惰性气体的密闭室内，高压在地面产生，经滑环进入机座内旋转架上。第25页/共52页九、CT滑环高压滑环的优点:

高压发生器外置，不增加旋转机架的重量，也不必担心集流环因触点电流而引起的升温问题，扫描速度更快。可使发生器功率做得很大。第26页/共52页九、CT滑环高压滑环的缺点:

技术要求高,容易引起旋转部件和静止部件及接触臂、电刷之间的高压放电，绝缘较难处理，由此会引发高压噪声，影响数据采集。第27页/共52页十、螺旋CT的硬件和软件的要求

X射线管功率、最大管电流提高,阳极的热容量和管壳的散热性提高,以及自身稳定性和使用寿命提高。菲利浦公司的金属陶瓷X射线管，可以带走了大量阳极旋转轴上所产生的热量；西门子公司采用动态飞焦点，使X射线管受热均匀，数据采集量增加一倍，提高了影像质量，消除了伪影，延长了X射线管的使用寿命。第28页/共52页十、螺旋CT的硬件和软件的要求探测器:采用稀土陶瓷探测器，提高效率和稳定性;机架与检查床机架:设计采用人性化工程技术;计算机:高速大容量计算机系统;软件技术:新算法和实用诊断优化软件不断推出;第29页/共52页十一、螺旋CT的扫描方式1、螺旋扫描方式与传统扫描方式的比较常规CT的扫描期间要求患者屏气、扫描一层、呼吸、床移动到下一层面，在两次扫描之间需消耗一些时间，完成全部检查一般需几分钟，而且有层间扫描信息中断等现象。螺旋扫描扫描期间X射线管连续旋转，床连续进动，在扫描过程中去除了每次进床以改变扫描层面所需的时间，可连续扫描，连续获得数据，使总的扫描时间缩短。第30页/共52页十一、螺旋CT的扫描方式2、螺旋扫描的几种方式螺旋CT扫描方式又分为两种：单次螺旋扫描:是指病人屏住一口气的同时完成整个扫描过程，它主要用于快速CT检查，用于急诊和胸部普查也很理想。

多次螺旋扫描:是把一次螺旋扫描分为几段，允许在扫描间隙内呼气。第31页/共52页十一、螺旋CT的扫描方式螺旋CT的数据流程与常规CT有所不同1、参数设置不同：增加了螺距大小等参数。2、螺旋扫描收集的是螺旋扫描下的原始体积数据，不是平面数据。3、必须对原始数据先进行插值。4、利用原始数据进行2D／3D的图像分析和重建。第32页/共52页十一、

螺旋CT

扫描成像

处理步骤第33页/共52页十二、螺旋CT扫描成像处理步骤传统CT在360度范围内扫描产生断层，扫描起点和终点重合，螺旋扫描由于扫描时床也在运,扫描的起始点和终结点不在同一点。有一部分采集数据不完整,如果直接用扫描的原始数据重建图像将产生条形伪影。左图直接采用扫描数据影像右图采用Z轴内插法后影像第34页/共52页

去除这类伪影的方法是对螺旋扫描数据先进行插值。十二、螺旋CT扫描成像处理步骤第35页/共52页图中A、C为直接用螺旋扫描数据重建的图像

B、D为运用插值算法后改进的图像

十二、螺旋CT扫描成像处理步骤第36页/共52页两种内插法180°线性内插:从两个180°的螺旋扫描的容积资料中综合成横断面的图像，这种重建方法所取资料少，容积效应也相应缩小，沿Z轴方向的图像模糊度减少，故空间分辨率提高;另一方面，由于所取的资料（或信息）少，光子量也少，噪声相应增加。360°线性内插:从两个360°曝光资料中综合成横断面图像，容积效应增加，沿Z轴方向的图像模糊度增加，空间分辨率下降;另一方面，因光子量增加，噪声下降。180°线性内插法为窄型，360°线性内插法为宽型，后者普遍采用。十二、螺旋CT扫描成像处理步骤第37页/共52页

螺旋CT的一个重要特性。先收集螺旋原始数据，然后可以在任何位置上对图像进行断层重建。螺旋CT图像比传统CT图像的纵向分辨力好。在螺旋CT中纵向分辨力的改进和在传统CT中对时间分辨力的改进是一样重要的。

十三、螺旋CT的回顾性重建第38页/共52页在回顾性重建中重建间隔的设置十分关键。首先必须从全局考虑，选取折中的条件，一般要考虑图像的处理时间、待观察图像的层数、提高图像的纵向分辨力等等。重建间隔选取得小，则图像处理时间、图像的层面都会增大，但纵向分辨力却会提高。

十三、螺旋CT的回顾性重建第39页/共52页比如：4层面CT机的探测器排列有对称和不对称之分，有8排、16排．34排不等的排列，但临床结果均一样——同步获得4层图像的扫描能力。西门了16层螺旋CTSOMATOMSensation16，的探测器的排列是40排。多排探测器“多层”(Multislice)和“多排”(MultiROW)是两个完全不同的概念十四、多层与多排CT机第40页/共52页螺旋CT可以因探测器和数据采集系统的数目而命名为多少排CT或多少层CT。多“排”是指纵轴的探测器排列为多个；多“层”则是指探测器组合中纵轴包括多少数据采集系统(DAS)，而不是仅仅取决于纵轴有多少排探测器，而多少数据采集系统决定每旋转一周可以获得多层连续的图像。比如说东芝的4层CT．它有34排探测器，但只有四个数据接收系统．所以只能称为

4“层”．而不能称为4“排”。十四、多层与多排CT机第41页/共52页单层螺旋CT与多层螺旋CT的比较十四、多层与多排CT机第42页/共52页多层螺旋CT的探测器以西门子公司为代表。Z轴方向有8排探测器，每排探测器的宽度不等，从中间向两边，其宽度分别相当于层厚为1、1.5、2.5、5mm。材料为超速陶瓷材料。

十四、多层与多排CT机第43页/共52页GE医疗系统提供16排独立探测器，东芝提供了类似的解决方案，有34排探测器，西门子开发自适应阵列，只有最里面的2排探测器有lmm宽，离中心越远宽度越宽。探测器的阵列第44页/共52页

探测器侧准直器和X射线侧准直器的作用在多层面CT机中，X射线侧准直器仍然决定z轴体积覆盖范围。但与单层面CT机不同的是。决定z轴分辨力(层厚)的是探测器侧准直器，而不是X射线侧准直器。

X射线束几何形状和插值算法在多层面CT机中,线束为锥形几何线束,这就要求有其特殊的锥形几何线束重建算法。

螺距

Pitchx=球管旋转一周诊视床移动的距离／X射线侧准直器孔径大小；

Pitchz=球管旋转一周诊视床移动的距离／探测器侧准直器孔径大小。第45页/共52页性能参数评价