第五章X线计算机体层设备50课件

第五章X线计算机体层设备提要第一节概述第二节扫描系统第三节计算机系统、图像显示和存储系统第四节螺旋CT第五节CT的使用与维护第一节概述一、原理回顾二、发展简史三、基本组成一、原理回顾扫描灰度分布衰减系数uU值二维分布矩阵投影X线CT的问世被认为是继伦琴发现X射线以来工程界对医学诊断的又一划时代贡献，Hounsfield和Cormack共同获得了诺贝尔生理和医学奖。二、发展简史五代CT发展历程第一代为单束平移＋旋转第二代为窄扇形束平移＋旋转第三代为旋转＋旋转第四代为静止＋旋转第五代为静止＋静止五代CT的扫描方式：二、发展简史某第三代CT的外观图

依据外观，第三代CT主要由操作台、扫描床、扫描架、高压发生器、电源和控制机柜、计算机与存储器、多幅相机等组成。三、基本组成螺旋CT外观上的基本组成:电源柜扫描床扫描架操作台扫描床扫描架电源柜操作台三、基本组成CT机基本组成：扫描系统（X线管、探测器和扫描架等）计算机系统（数据储存、运算等）图像显示、存储系统CT基本组成方框图X线管准直器

探测器高压发生器计算机系统A/D转换器图像显示存储系统显示器激光相机光盘存储工作站扫描架三、基本组成第二节扫描系统一、X线发生装置二、准直器和滤过器三、数据采集系统四、扫描架和扫描床CT用X线管要求大功率、高热容量，长时间连续扫描，为提高其连续负荷能力，要求具有很高散热率。散热方式油循环风冷却散热阳极直冷式X线管阳极接地X线管飞焦点技术X线管一、X线发生装置CT用高压发生器结构：高压变压器、灯丝变压器、高压整流器等组成。CT对高压（管电压）的稳定度要求很高。一般采用闭环控制的方法稳定管电压和管电流，减小与设定值之间的偏差。一、X线发生装置闭环控制方法：从高压次级回路取一取样电压，与参考电压进行比较，所得差值反馈给高压变压器驱动电路，实时调整输出管电压值，当取样电压等于参考电压时，表示实际管电压值等于设定值。管电压设定值决定参考电压的大小。

比较器差值放大

高压驱动电路

高压变压器高压输出参考电压取样电压管电压闭环控制原理图一、X线发生装置种类：靠近x线管端的前准直器靠近探测器端的后准直器作用：前准直器控制横断面成像的扫描层厚度后准直器使探测器只接收垂直入射的X线CT用准直器二、准直器和滤过器准直器一般用铅或含少量锑、铋的铅合金等材料制成。为有效利用X线，探测器孔径宽度要略大于后准直器狭缝宽度，前后准直器位置必须精确对准，否则会产生条状伪影。X线管滤过器前准直器后准直器探测器准直器的位置二、准直器和滤过器

滤过器在X线管和探测器之间，形状设计成楔形。滤过器的尺寸根据扫描野大小决定。探测器滤过器滤过器的形状和位置二、准直器和滤过器二、准直器和滤过器滤过器目的：吸收低能X线，减小X线能量变化范围,使X线束平均能量升高。使穿过滤过器和受检者的透射X线束的能量分布达到均匀硬化。三、数据采集系统数据采集系统简称DSA，是扫描系统的重要组成部分。结构：探测器和数据处理装置组成。作用：测量投射X线束，并将测量数据通过A/D转换成二进制数据，送往计算机系统。三、数据采集系统特性:效率、稳定性、响应时间、准确性、一致性种类：气体探测器固体探测器探测器是一种能将X线能量转换为电信号的装置。CT用探测器有许多性能相同的探测器单元排列成的阵列，每个探测器单元对应一细束X线，并将该束X线的辐射强度转换成一定大小的电信号。DAS电信号

氙气探测器X-ray气体电离室探测器工作原理：

当X线进入探测器时，极板间的氙气被电离形成带电离子，在电场作用下，带电离子形成电流，该电流在外电路电阻中产生一个电压信号，输送到数据采集系统。气体电离室探测器三、数据采集系统闪烁晶体探测器工作原理：当X线照射到闪烁晶体，能发出与x线照射强度成正比的荧光，荧光经过光导传给光电倍增管的光电阴极上，使荧光变成光电子，经加速聚焦后，在阳极输出一个电压信号，输送到数据采集系统。DAS电信号光电倍增管X-ray闪烁晶体荧光闪烁晶体探测器三、数据采集系统光电倍增管是一种电真空器件，直径约25~30mm，截面为圆形或六角形，内有一个光电阴极、一个聚焦极、多个倍增极和一个阳极。光电阴极是光电转换的关键部分，具有光电效应，能接受光子而释放出光电子，释放光电子的数量正比于接受的光子。倍增极对光电阴极射来的光电子具有数目放大作用。阳极是最后收集电子并输出信号的电极。光电阴极DD1D2D3D4倍增极阳极闪烁晶体X线光电倍增管三、数据采集系统光电二极管式闪烁探测器工作原理：来自闪烁晶体的荧光经透镜聚焦后，照射在PN结上，PN结产生电子-空穴对而形成电流，电流大小与光照强度成正比。光电二极管基本结构闪烁晶体X线荧光PN透镜外壳绝缘体电流输出光电二极管电路符号+-三、数据采集系统特点：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割，制作成密集探测器阵列三、数据采集系统稀土(贵金属)陶瓷探测器：用掺杂稀土金属的透明光学陶瓷与光电二极管配合来构成探测器。三、数据采集系统气体探测器和固体探测器的优缺点比较：特性、种类气体探测器固体探测器温度特性大小噪声有无饱和现象不容易饱和有可能饱和散射线准直无需后准直器需后准直器剂量利用率低高作用:将探测器输出的微弱电信号经放大后，再经A/D转换器转换为计算机能够识别的数字信号，并经接口电路将此信号输入计算机。

数据处理装置构成:前置放大器、对数放大器、积分器、多路转换器、A/D转换器、接口电路等构成。三、数据采集系统数据处理装置的构成框图

探测器阵列

X-ray前置放大对数放大积分放大前置放大对数放大积分放大I1In多路转换器A/D转换器接口电路计算机三、数据采集系统四、扫描架和扫描床旋转部分：X线管、准直器、滤过器、探测器阵列、数据处理装置、滑环部分、高压发生器等。扫描架固定部分：底座、支架、旋转控制电机及其伺服系统、机架主控电路板等。四、扫描架和扫描床目前多数扫描机架的孔径为65~70cm，可做一定角度的倾斜。扫描床由床面和底座构成。它的运动一般由两个电机控制：一个是床身升降电机；另一个是床面水平移动电机。床面板由碳素纤维制成。CT扫描系统的扫描机架与扫描床旋转部分固定部分扫描机架扫描床扫描机架内部结构第三节计算机系统、图像显示和存储系统一、计算机系统二、图像显示和存储系统一、计算机系统功能：系统控制、图像重建、图像处理、故障诊断构成：控制部分、图像重建单元、图像显示、数据存储控制方式：串行处理、并行处理、分布式处理、扫描控制CT计算机系统大的内存空间大容量运算能力运算精度高速度快，能够快速重建图像控制效率高具有一定的通用性CT计算机特点：一、计算机系统二、图像显示和存储系统图像显示和存储系统主要由接口电路、图像显示器、多幅相机或激光相机、硬盘、刻录光盘等组成。第三节螺旋CT一、螺旋扫描过程二、螺旋扫描装置三、螺旋扫描参数四、多层螺旋CT五、CT的发展趋势一、螺旋扫描过程

螺旋扫描采集的数据是连续的容积式的数据。X线束在病人身上画出一条（或多条）螺旋线轨迹。螺旋扫描螺旋扫描对装置的要求：大管电流、高热容量、高散热率的X线管。光电转换率高、温度稳定性好的探测器。计算速度快、内存大、存储容量大的计算机。扫描架的旋转架必须依靠滑环技术能单方向连续匀速旋转；扫描床能做同步匀速直线运动，且有很高稳定性和定位精度。必须选用螺旋插值算法的功能软件。一、螺旋扫描过程螺旋扫描的每一周扫描的起点和终点不在同一平面上，在图像重建前，需在原始数据的相邻点内用线性内插法进行校正。

常规扫描及层面几何形状螺旋扫面扫描及层面几何形状一、螺旋扫描过程二、螺旋扫描装置滑环的基本结构某螺旋CT滑环的局部滑环技术用滑环和碳刷代替电缆，滑环固定在旋转架上，碳刷置于扫描架的固定部分，转动时滑环与碳刷保持良好接触，实现扫描架的固定部分和旋转部分之间电源传送和信号传递。高压滑环是指扫描架外高压发生器产生的高压，通过炭刷和供电环传输给旋转架上的X线管。低压滑环是指高压发生器和高压逆变电路置于旋转架上，与X线管一起旋转，通过炭刷和滑环传输高压逆变电路所需的直流电源。高压滑环低压滑环高压发生器高电压碳刷X线管高压滑环高电压碳刷X线管低压滑环高频高压发生器低电压低压馈线二、螺旋扫描装置

单层面螺旋扫描，扫描层厚可通过准直器来调整。多层面螺旋扫描，准直器调节目的是为限定扫描区的范围，扫描层厚通过探测器阵列不同组合实现。单层与多层螺旋扫描二、螺旋扫描装置多排探测器（1）

某16排探测器阵列，每排在Z轴方向上宽度为1.25mm。二、螺旋扫描装置

某8排探测器阵列，从中间向两边，其宽度分别为1mm,1.5mm,2.5mm和5mm。多排探测器（2）二、螺旋扫描装置

某34排探测器阵列，靠近中央的4排宽度为0.5mm，其他30排宽度均为1mm。多排探测器（3）二、螺旋扫描装置周数：一次数据采集X线管的旋转周次。层厚：由准直器设定的X线束的厚度。螺距：X线管旋转一周时扫描床移动的距离。成像范围：一次采集中成像的第一层面中点与成像的最后一层面中点之间的距离。成像间隔：指连续两幅重建图像的层面中心点间的距离。螺旋扫描参数三、螺旋扫描参数螺旋度=螺旋因子*100％螺旋因子=螺距/层厚成像范围=周数*螺距层厚、螺旋因子、成像范围之间的关系三、螺旋扫描参数螺旋因子＝螺距／(成像层数×准直宽度)重建算法优化采样扫描滤过内插法层面选择

滤过宽度和螺旋因子可影响MSCT重建层面的厚度MSCT的层厚可通过探测器排的组合来获得四、多层螺旋CTCT扫描速度的提升图像处理技术的提升图像融合技术与机器嫁接技术的发展

CT的发展趋势：五、CT的发展趋势第五节CT的使用和维护一、使用操作二、维护保养一、使用操作操作人员必须具备专业理论知识和操作技能，熟悉机器的基本结构、工作原理及不同病变的参数选择等。严格遵守使用说明书所规定的操作规程操作。每日开机，应按要求进行X线管预热训练和空气校准。发现参数异常应及时停止，检查原因所