ct概述和基本結(jié)構(gòu)

1、,華東醫(yī)院,CT的發(fā)明和臨床應(yīng)用,,CT的發(fā)明,華東醫(yī)院,顱腦CT發(fā)明人物：亨斯菲爾德(Godfrey N. Hounsfield)發(fā)明地點(diǎn)：英國EMI公司實(shí)驗(yàn)室發(fā)明時間：1972年4月，英國放射學(xué)院年會 1972年11月，北美放射年會全身CT發(fā)明人物：萊德里(Robert Ledley)發(fā)明地點(diǎn)：美國 George Town 醫(yī)學(xué)中心發(fā)明時間：1974年,,CT的發(fā)明,華東醫(yī)院,有

2、關(guān)CT的術(shù)語目前 Computed Tomography, CT曾經(jīng) Computerized Tomography, CT Computer Aided Tomography, CAT Computerized Transverse Tomography, CTT Computerized Transverse Axial Tomography,

3、 CTAT等,,CT的發(fā)明,華東醫(yī)院,實(shí)物研究亨斯菲爾德，1967年英國EMI實(shí)驗(yàn)室；理論研究考邁克(Allan Macleod Cormack)，有關(guān)計算機(jī)圖像重建理論的早期研究工作；第一臺樣機(jī)安裝于英國Atkinson-morley’s醫(yī)院一幅圖像的重建時間從20分鐘 4分半鐘,,,CT的發(fā)明,華東醫(yī)院,獎項(xiàng)和時間1972年，亨斯菲爾德獲與工程學(xué)諾貝爾獎齊名的McRobert獎；1979年

4、，亨斯菲爾德與考邁克教授一起，獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎。,,CT的發(fā)明,,華東醫(yī)院,亨斯菲爾德的實(shí)驗(yàn)室CT,,CT的發(fā)明人,華東醫(yī)院,,華東醫(yī)院,亨斯菲爾德 考邁克,,CT的發(fā)明人,華東醫(yī)院,,華東醫(yī)院,螺旋CT發(fā)明人克萊恩德發(fā)明時間：1989年，北美放射學(xué)年會。,CT的臨床應(yīng)用,,華東醫(yī)院,CT除可用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)外，主要用于醫(yī)學(xué)影像學(xué)對人體疾病的診斷。?CT由于密度分

5、辨率高，能 分辨人體組織內(nèi)微小的密度差，能看清常規(guī)X線攝影無法看到的軟組織等；?增強(qiáng)CT檢查，能觀察血管與病灶的關(guān)系，病灶部位的血供和血液動力學(xué)變化；,,華東醫(yī)院,CT的臨床應(yīng)用,? CT可作人體的活檢穿刺，準(zhǔn)確性優(yōu)于X線透視下定位穿刺；? CT還有助于放射治療計劃和治療效果評價? CT可作各種定量計算測量，如骨密度測量和心臟冠狀動脈鈣化的測量；? CT的三維成像，可為外科手術(shù)方案的制訂和手術(shù)途徑的選擇提供幫助，尤其

6、整形外科。,,華東醫(yī)院,CT的臨床應(yīng)用,樹木年輪判斷和生豬脂肪含量檢測。,地質(zhì)構(gòu)造和礦藏分布檢測,,華東醫(yī)院,CT的優(yōu)、缺點(diǎn),CT的優(yōu)點(diǎn)1. 真正的斷面圖像 良好的準(zhǔn)直系統(tǒng)，可獲得無層面外組織結(jié)構(gòu) 干擾的橫斷面圖像；2. 密度分辨率高 密度分辨率比常規(guī)X線攝影高約20倍；,,華東醫(yī)院,CT的優(yōu)、缺點(diǎn),3. 可作定量分析 根據(jù)X射線的吸收衰減和利用CT值，可作 各種定量分析測量。4. 可作

7、各種圖像后處理 利用計算機(jī)圖像處理軟件，可作病灶的形 狀和結(jié)構(gòu)分析，以及多平面和三維成像。,,華東醫(yī)院,CT的優(yōu)、缺點(diǎn),CT的缺點(diǎn)1. 極限分辨率不及常規(guī)X線攝影。中檔CT的 空間分辨率在10-14LP/cm，高檔30LP/cm。 X線屏片攝影7-10LP/mm，無屏30LP/mm 以上（最主要，目前仍是）；2. 應(yīng)用范圍廣，但并非適用于人體所有臟器， 如心臟、胃腸道（現(xiàn)已有所改善）

8、；,,華東醫(yī)院,CT的優(yōu)、缺點(diǎn),3. CT的定位、定性診斷只能相比較而言，準(zhǔn)確 性受多種因素的影響；4. CT的圖像基本只有解剖信息，幾乎沒有功能 方面的信息（現(xiàn)有所改善）；5. 基本只能作直接的橫斷面掃描，不及磁共振 （現(xiàn)已改善）。,,華東醫(yī)院,CT的分代與發(fā)展,,華東醫(yī)院,CT的分代和發(fā)展,根據(jù)CT發(fā)展的時序和構(gòu)造，大致可分為五代。1. 第一代CT機(jī) 掃描方式 旋轉(zhuǎn)－平移 線束形狀

9、 筆形線束 掃描時間 3－5分鐘 探測器數(shù)量 2－3個 射線束角度 無 掃描 層/次 1 應(yīng)用范圍 頭顱,,華東醫(yī)院,CT的分代和發(fā)展,2. 第二代CT機(jī) 掃描方式 旋轉(zhuǎn)－平移 線束形狀 小扇束 掃描時間 20－90秒 探測器數(shù)量 3－30個 射線束角度 5－20度 掃描 層/次

10、1 應(yīng)用范圍 頭顱,,華東醫(yī)院,CT的分代和發(fā)展,3. 第三代CT機(jī) 掃描方式 旋轉(zhuǎn)－旋轉(zhuǎn) 線束形狀 大扇束 掃描時間 2－9秒 探測器數(shù)量 300-800個 射線束角度 30－45度 掃描 層/次 1 應(yīng)用范圍 全身,,華東醫(yī)院,CT的分代和發(fā)展,4. 第四代CT機(jī) 掃描方式 旋轉(zhuǎn)

11、線束形狀 反扇束 掃描時間 1－5秒 探測器數(shù)量 600-1500個 射線束角度 50－90度 掃描 層/次 1 應(yīng)用范圍 全身,,華東醫(yī)院,CT的分代和發(fā)展,5. 第五代CT機(jī) 掃描方式 靜止 線束形狀 動態(tài)空間重現(xiàn) 掃描時間 30－100毫秒 探測器數(shù)量 864個 射線束角度

12、30－45度 掃描 層/次 8 應(yīng)用范圍 心等動態(tài)器官,華東醫(yī)院,,,,項(xiàng)目 第一代 第二代 第三代 第四代 第五代 螺旋CT,掃描方式 旋轉(zhuǎn)－平移 旋轉(zhuǎn)－平移 旋轉(zhuǎn)－旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn) 靜止

13、 連續(xù)旋轉(zhuǎn) 射線束 單束掃描 小扇束 大扇束 反扇束 液態(tài)空間 大扇束（孔束） 重現(xiàn)掃

14、描時間 5min 20-90s 2-9s 1-5s 30-100ms 0.5-2s探測器數(shù)量 2－3個 3－30個 300－800個 600－1500個 864個 單層：800個左右

15、 多層：5376-30464射線束角度 無 5°-20° 30 °-45 °

16、 50 °-90 ° 30 °-45 ° 30 °-45 °掃描層/次 1 2 1 1 8

17、1－4層應(yīng)用范圍 頭部 頭部 全身 全身 心等動態(tài)器官 單層：全身

18、 多層：全身及 動態(tài)器官,各代CT掃描機(jī)的主要特性,,華東醫(yī)院,CT的分代和發(fā)展,CT30余年的發(fā)展大致可分為兩個階段

19、。從發(fā)明后的前18年為一個階段，后十幾年為一個階段。 第一個階段共產(chǎn)生5代CT機(jī)。 第二個階段是以螺旋CT掃描方式為代表的單層和多層CT機(jī)。至第二階段，各種CT機(jī)不再以“代”稱呼。,,華東醫(yī)院,CT的分代和發(fā)展,,華東醫(yī)院,CT發(fā)明初期的圖像 第三代CT的圖像 多層螺旋CT的心臟圖像,,華東醫(yī)院,CT的分代和發(fā)展,,華東醫(yī)院,用于實(shí)驗(yàn)室的

20、微型CT機(jī),小鼠的心、肺 小鼠的腎臟,腹部冠狀面 骨骼三維圖像,,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖像基礎(chǔ)知識,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,CT是采用計算機(jī)成像，因此具有數(shù)字圖像的基本特征。1. 計算機(jī)數(shù)字運(yùn)算的二進(jìn)制 常用數(shù)字運(yùn)算單位是以十為計算單位，而計算機(jī) 運(yùn)算則是以2為單位，其中只有0和1兩個數(shù)字。 如數(shù)字1，在計算機(jī)中表達(dá)為00001；2則表達(dá)為

21、00010；10表達(dá)為01010。,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,2. 二進(jìn)制的單位和換算 二進(jìn)制的基本單位是比特(bit)，換算關(guān)系如下： 4個bit(0.5 byte，位)＝1 nibble（半字節(jié)） 8個bit(1 byte)＝1 byte（一個字節(jié)） 16個bit(2 byte)＝1 word（一個單字） 32個bit(4 byte)＝2 word（兩個單字） 因?yàn)樵谟嬎阒杏米止?jié)

22、數(shù)表示太長，實(shí)際使用中常用位組(byte)計算，而一個位組正好是存儲中的一個尋址單位，并且存儲量也是用位組計算的。,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,3. 實(shí)際使用的容量計算單位 1KB (kilobyte)＝1000B 1MB (megabyte)＝1,000,000B 1GB (gigabyte)＝1,000,000,000B 1TB (terabyte)＝1,000,000,000,000B

23、 目前二進(jìn)制編碼方式有兩種： ?微機(jī)上廣泛采用ASCII (American Standard Code for Information Interchange); ?EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)由IBM公司開發(fā)。,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,4. 計算機(jī)常見的運(yùn)算處理方法 ?系列或序列處理 根據(jù)輸入或已存儲在計算機(jī)內(nèi)的

24、指令程序處理信息，一次只處理一條信息。這是計算機(jī)最簡單的處理方法； ?分布式處理 分布式處理是聯(lián)網(wǎng)的數(shù)臺計算機(jī)共同處理信息，即數(shù)臺不同的計算機(jī)分擔(dān)執(zhí)行一個較大的任務(wù)；,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,?多任務(wù)處理 多任務(wù)處理是一個操作系統(tǒng)同時處理多個任務(wù)； ?協(xié)同處理 將兩個或兩個以上的處理器連接在一起協(xié)同處理任務(wù)，目的是增加速度或處理能力； ?并行處理 在同一種類有兩個或兩個以上處理器的計算機(jī)

25、上同時執(zhí)行處理稱為并行處理； ?管線樣處理 在某一時段內(nèi)拾取和解碼指令，而時段的不同時間對數(shù)個程序指令作拾取和解碼的過程，稱為管線樣處理。,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,5. 計算機(jī)在放射科的應(yīng)用 ?成像方面的應(yīng)用 特征是采用計算機(jī)數(shù)字圖像處理技術(shù)，如CR、DR、DSA、CT、MRI等。 ?非成像方面的應(yīng)用 放射信息管理系統(tǒng)（RIS）、醫(yī)學(xué)圖像存檔和通訊系統(tǒng)（PACS）和圖像工作站。,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖

26、像的基礎(chǔ)知識,數(shù)字圖像與模擬圖像的主要差別是接收介質(zhì)的差別。數(shù)字圖像根據(jù)不同的接收介質(zhì)，圖像的分辨率有所不同。 大致的過程可分為采樣、量化和數(shù)字化。 作為采樣的接收介質(zhì)，決定了圖像的分辨率。,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,圖像中的每一個“小方塊”，組成了一幅圖像。,,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,,華東醫(yī)院,像素的多少，對圖像質(zhì)量的影響,華東醫(yī)院,,量化，每一個被采樣像素的亮度值都被取整數(shù)，即零、正數(shù)、負(fù)數(shù)

27、，其所取數(shù)值決定了結(jié)果數(shù)字圖像的灰度值。,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,華東醫(yī)院,,模數(shù)轉(zhuǎn)化，由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換，灰階顯示,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖像的基礎(chǔ)知識,CT圖像的數(shù)字化過程基本如下： 一幅圖像被劃分成若干個像素，在CT的每一個掃描層面中，由于X線球管是圍繞病人旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的層面有一定的厚度，第三度的量加入以后，被稱為體素。然后通過病人掃描層面的圖像由探測器接收采樣，此時,,華東醫(yī)院,數(shù)字圖像的基

28、礎(chǔ)知識,探測器接收到的信號是模擬信號。最后一步是量化，在掃描中接收到的模擬信號，先要進(jìn)行量化，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式，送計算機(jī)重建成像。CT的數(shù)字圖像重建過程較復(fù)雜，如采樣的修正、各種重建算法等，最后通過數(shù)模轉(zhuǎn)換成適合人眼視覺的模擬圖像。,,華東醫(yī)院,,華東醫(yī)院,CT的基本結(jié)構(gòu),,華東醫(yī)院,CT的基本結(jié)構(gòu)和工作概況,,華東醫(yī)院,CT 機(jī) 的 基 本 結(jié) 構(gòu),,華東醫(yī)院,,華東醫(yī)院,CT的基本結(jié)構(gòu)和工作概況,CT的工作概況

29、 CT對人體的掃描成像，類似于常規(guī)體層攝影，但沒有層面上下組織結(jié)構(gòu)的干擾，是一幅完全斷面的圖像。,,華東醫(yī)院,CT的基本結(jié)構(gòu)和工作概況,CT機(jī)的基本構(gòu)成和工作流程示意圖,,,華東醫(yī)院,CT的基本結(jié)構(gòu)和工作概況,CT成像的基本過程：X射線管發(fā)出X射線 經(jīng)前準(zhǔn)直器準(zhǔn)直 窄束X射線透過被檢物體 探測器接收（探測器前準(zhǔn)直器） 光電轉(zhuǎn)換（探測器內(nèi)）

30、邏輯放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號傳送（DAS內(nèi)） 圖像重建（陣列計算機(jī)） 數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬信號 顯示器顯示或不轉(zhuǎn)換 計算機(jī)硬盤或 激光照相機(jī)。,,,,,,,,,,,,華東醫(yī)院,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件性能,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,CT的硬件結(jié)構(gòu)大體可分為三個部分：1. 成像系統(tǒng) 包括了絕大部分重要的元器件，

31、 主要位于掃描機(jī)架內(nèi)。 孔徑 多數(shù)為70cm2. 計算機(jī)系統(tǒng) 以前都采用小型計算機(jī)，包括 系統(tǒng)計算機(jī)和陣列處理機(jī)。 3. 附屬設(shè)備 顯示器、外部存儲器、照相機(jī)和 通訊設(shè)備等。,,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,掃描機(jī)架和孔徑,,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,計算機(jī)系統(tǒng)1. 系統(tǒng)計算機(jī)●控制和監(jiān)視掃描過程● CT值的校正和輸入、輸出數(shù)據(jù)●與操作者對話并控制掃描等

32、信息的傳送●圖像重建的程序控制●故障診斷及分析,,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,2. 陣列處理機(jī) 陣列處理機(jī)與主計算機(jī)相連，其本身不能獨(dú)立工作。主要的任務(wù)是在系統(tǒng)計算機(jī)的控制下，執(zhí)行圖像重建等處理。 兩個計算機(jī)的處理是同時進(jìn)行的（并行），當(dāng)陣列處理機(jī)把數(shù)據(jù)運(yùn)算的結(jié)果送給主機(jī)時，主機(jī)暫時停止自己的工作，完成由陣列處理機(jī)交付的工作。,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,CT屬于數(shù)字成像設(shè)備CT圖像的

33、矩陣大小是512×512深度是8~12個比特灰階范圍512(28)~4096(212)一幅CT圖像約需0.5MB的存儲空間,,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,附屬設(shè)備1. 檢查床 承載病人并送入預(yù)定的位置 精度誤差±0.25~ ± 0.5mm2. 硬磁盤 保存系統(tǒng)操作和故障診斷軟件等 容量目前可達(dá)幾十

34、至上百GB3. 光盤和磁帶 早期磁帶機(jī)，現(xiàn)多采用光盤 光盤分CDR和MO4. 鍵盤和顯示設(shè)備 鍵盤基本同PC機(jī)，多了 功能鍵；顯示器基本同PC機(jī)，但 用于圖像顯示的分辨率較高。,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,早期使用的磁帶和目前使用的磁光盤 磁光盤和光盤驅(qū)動器,,華東醫(yī)

35、院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,CT機(jī)的顯示器和鍵盤 軟盤和軟盤驅(qū)動器,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,5. 照相機(jī) 多幅相機(jī)，模擬成像 膠片紅燈 不敏感 激光相機(jī)，數(shù)字成像 膠片綠燈 不敏感

36、干式激光相機(jī)，數(shù)字成像,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,成像系統(tǒng)重要元器件特性1. X線管 要求 a.射線衰減，根據(jù)射線強(qiáng)弱， 物質(zhì)的原子序數(shù)、密度和厚度作 不同的衰減；b.穿透一個物體的射 線量。 焦點(diǎn)大小大都在0.5mm2 ~2.0

37、mm2,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,2. 探測器 作用是接收X射線并轉(zhuǎn)換為可供 記錄的電信號。 基本要求：轉(zhuǎn)換效率 指探測器將X線光 子俘獲、吸收和轉(zhuǎn)換成電信號的 能力。響應(yīng)時間 指兩次X線照

38、 射之間探測器能夠響應(yīng)的間隔時 間長度。動態(tài)范圍 指在線性范 圍內(nèi)接收到的最大信號與能檢測,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,到的最小信號的比值。穩(wěn)定性 指探測器響應(yīng)的前后一致性。分類：固體 利用閃爍晶體將X線轉(zhuǎn)換為可見 光，再把可見光轉(zhuǎn)換成電

39、子能。 氣體 利用氣體電離室直接將X線轉(zhuǎn)換 成電子能。,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,固體探測器 固體探測器多采用閃爍晶體耦合一個光電倍增管組成，由閃爍晶體把X線轉(zhuǎn)換為光信號，再用光電倍增管或高靈敏度熒電二極管接收，變成電信號送至信號采集處理器。通過探測器后的電信號實(shí)現(xiàn)了輻射能到電能之間的轉(zhuǎn)換，其中閃爍晶體將輻射能轉(zhuǎn)換為光能，光電倍增管中的光電陰極

40、又將光能轉(zhuǎn)換為電能。,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,,固體光電倍增管探測器,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,,固體熒電二極管探測器,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,氣體探測器 氣體探測器多采用氙氣。利用氣體電離的原理，入射的X射線使氣體產(chǎn)生電離，其正電離子由中心收集電極接收，通過前置放大器放大后送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,,氣體探測器,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特

41、性,固體和氣體探測器的優(yōu)缺點(diǎn)：固體：優(yōu)點(diǎn)是靈敏度較高、光子轉(zhuǎn)換效率高； 缺點(diǎn)是輻射利用率低（探測器間縫隙）、余輝 時間長、各探測器之間穩(wěn)定性不一致。氣體：優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好、響應(yīng)時間快、無余輝； 主要缺點(diǎn)是吸收效率較低。,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,,3. 準(zhǔn)直器 準(zhǔn)直器的基本作用是調(diào)節(jié)CT掃描的層厚，其次是減少病人的輻射量和改善CT圖像的質(zhì)量。常規(guī)

42、X線攝影中的準(zhǔn)直器只有一套，而CT機(jī)中的準(zhǔn)直器有兩套：一套是X線管端的準(zhǔn)直器（或稱病人前準(zhǔn)直器）；另一套是探測器端的準(zhǔn)直器（或稱病人后準(zhǔn)直器）。病人前準(zhǔn)直器主要作用是準(zhǔn)直射線，去除層厚外射線，病人后準(zhǔn)直器主要作用是進(jìn)一步準(zhǔn)直射線和去除散射線。,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,,CT機(jī)的準(zhǔn)直器結(jié)構(gòu),,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,4. 楔形補(bǔ)償器 作用 a. 去除長波X射線；b. 增加濾過后的平均射線能。

43、 CT機(jī)X線球管發(fā)射出的是一束包含不同能量的輻射。通過楔形補(bǔ)償器后，吸收了低能射線，優(yōu)化了射線能譜，減少了病人的輻射劑量，并使能量分布相對均一。,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,5. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(data acquisition system, DAS) DAS位于探測器與計算機(jī)之間，與探測器一起負(fù)責(zé)掃描后數(shù)據(jù)的采集和轉(zhuǎn)換。 DAS的主要部件是模

44、數(shù)轉(zhuǎn)換器。作用是：1. 測量射線束； 2. 將采集到的信號編碼成二進(jìn)制數(shù)據(jù)； 3. 將二進(jìn)制數(shù)據(jù)送往計算機(jī)。,華東醫(yī)院,,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,6. 模數(shù)（數(shù)模）轉(zhuǎn)換器 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要部件。其作用是將來自探測器的輸出信號放大、積分后多路混合變?yōu)閿?shù)字信號送給計算機(jī)作圖像重

45、建處理。性能參數(shù)：精度和速度精度 是指信號采樣的精確程度，精度與分,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,辨率有關(guān)，分辨率用量化級數(shù)或比特數(shù)表示。一般而言，采集的信號越多，數(shù)字化圖像越精確，反之則可能無法還原圖像。速度 是指數(shù)字化一個模擬信號所需的時間。在模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，精度與速度是一對矛盾：采樣信號數(shù)字化精確性越高，采集時間越長；反之，采集速度越快。采樣的精確性越低。,華東醫(yī)院,,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,

46、模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,7. 滑環(huán) 滑環(huán)屬于一種電氣機(jī)械結(jié)構(gòu)。 根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀，滑環(huán)可分為兩種類型：盤狀和筒狀滑環(huán)。 盤狀滑環(huán)的形狀類似一個圓盤，導(dǎo)通部分在盤面上；筒狀滑環(huán)呈圓筒狀，其導(dǎo)通部分位于側(cè)面。,,華東醫(yī)院,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,根據(jù)滑環(huán)的傳導(dǎo)和饋電的方式，滑環(huán)可分為高壓和低壓滑環(huán)。 高壓滑環(huán)：通過滑環(huán)傳導(dǎo)的電壓達(dá)上萬伏 低壓滑環(huán)：通過滑環(huán)傳導(dǎo)

47、的電壓為數(shù)百伏 高壓滑環(huán)的供電方式：交流電源 高壓發(fā)生器 滑環(huán) X管 低壓滑環(huán)的供電方式：交流電源 滑環(huán) 高壓發(fā)生器 X管高壓滑環(huán)易產(chǎn)生高壓噪音，影響圖像質(zhì)量。,,,,,,,華東醫(yī)院,,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,盤狀滑環(huán) 筒狀滑環(huán),華東醫(yī)院,,CT的結(jié)構(gòu)和重要部件特性,掃

48、描機(jī)架旋轉(zhuǎn)部分的主要元器件,,華東醫(yī)院,,華東醫(yī)院,機(jī)房布局和工作環(huán)境,華東醫(yī)院,CT機(jī)房的設(shè)計布局與工作環(huán)境,,,華東醫(yī)院,CT機(jī)房的設(shè)計布局與工作環(huán)境,機(jī)房的工作環(huán)境1. 溫度 18~22攝氏度 空調(diào)2. 濕度 40％~65％ 去濕機(jī)3. 防塵 重要 影響散熱及電氣性能4. 電源 獨(dú)立電源，頻率穩(wěn)定,,華東醫(yī)院,,華東醫(yī)院,CT機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo),,華東醫(yī)院,CT機(jī)的主要技術(shù)性能

49、指標(biāo),1. 掃描時間 指X線球管和探測器陣列圍繞病人旋轉(zhuǎn)掃描一個層面所需的時間。 全掃描 360°掃描 部分掃描 小于360°掃描 過度掃描 大于360°掃描 時間 常見1~3秒 目前最短0.37秒 減少運(yùn)動偽影，提高效率,,華東醫(yī)院,CT機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo),2. 重建時間 指計算機(jī)陣列處理器，

50、將掃描原始數(shù)據(jù)重建成圖像所需的時間。 重建時間與矩陣大小有關(guān) 矩陣大時間長 與處理器運(yùn)算速度和內(nèi)存大小有 關(guān) 速度快、容量大 時間短 重建時間短 效率提高，與運(yùn)動偽影無關(guān),,華東醫(yī)院,CT機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo),3. 周期時間 從開始掃描、圖像重建一直到圖像的顯示，這一過程稱為周期時間。 周期時間與上

51、述因素有關(guān)，基本是上述兩個因素的總和。 特殊掃描方式除外。,,華東醫(yī)院,CT機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo),4. 最長連續(xù)掃描時間 指螺旋CT掃描時，一次連續(xù)最長掃描時間 主要與球管的性能熱容量和散熱率有關(guān)， 其次與數(shù)據(jù)的采集速度和計算機(jī)的處理能力有關(guān)。 在選購螺旋CT機(jī)時，這個指標(biāo)相對較重要,,華東醫(yī)院,CT機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo),5. 高對比分辨率 是CT機(jī)在高對比情況下，分辨相鄰兩個最小物

52、體的能力。 這是衡量一臺CT機(jī)的重要性能指標(biāo)，與CT圖像的清晰度密切相關(guān)。 中檔CT的高對比分辨率在10LP/cm； 高檔CT可達(dá)30LP/cm甚至以上。,,華東醫(yī)院,CT機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo),6. 低對比分辨率 在低對比度情況下，相鄰兩個物體的最小分辨能力。 這也是衡量一臺CT機(jī)的重要性能指標(biāo)。 表示方法是某一物體大小的百分濃度差，并且與使用的射線劑量有關(guān)。,,華東醫(yī)院,7. 時間

53、分辨率時間分辨率是影像設(shè)備單位時間內(nèi)采集圖像的幀數(shù)。是影像設(shè)備性能的重要參數(shù)之一，它與采集時間、重建時間和連續(xù)成像能力有關(guān)。如多層螺旋CT的心臟成像，時間分辨率的高低則決定了CT機(jī)在這方面適用性和應(yīng)用范圍。,CT機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo),,華東醫(yī)院,CT機(jī)的主要技術(shù)性能指標(biāo),8. 球管的熱容量和散熱率 熱容量是物體能承受熱量的能力，散熱率是指該物體的散熱能力，這兩者相輔相成。理論上這兩個指標(biāo)應(yīng)該越大越好，但實(shí)際上做

54、不到。螺旋CT掃描機(jī)對這個要求顯得比較重要。熱容量單位 MHU散熱率單位 kHU,,華東醫(yī)院,,華東醫(yī)院,CT的輻射防護(hù),,華東醫(yī)院,CT的輻射防護(hù),1. CT檢查輻射的特點(diǎn) ?常規(guī)X線檢查是寬束，CT檢查是窄束。同樣條件，窄束射線量<寬束； ?常規(guī)X線檢查大都100kV以下，CT都在120kV以上。高能線硬穿透強(qiáng)，人體吸收少； ?與常規(guī)X線相比，CT的元器件轉(zhuǎn)換效率高、損失少； ?與常規(guī)X線相比，

55、CT濾過要求高，射線能相對單一軟射線少，對人體危害少。,,華東醫(yī)院,CT的輻射防護(hù),2. CT檢查的防護(hù)原則 ? CT檢查的正當(dāng)化 ?減少不必要的掃描 ?陪伴人員應(yīng)離開掃描室或穿防護(hù)衣 ?盡可能縮小掃描野和降低掃描劑量 ?做好掃描區(qū)以外部位的遮蓋防護(hù) ?定期檢測機(jī)房的射線泄漏,,華東醫(yī)院,CT的輻射防護(hù),3. X線常用輻射防護(hù)劑量單位 ?局部劑量 是與球管的毫安秒有關(guān)的人體某一點(diǎn)劑量當(dāng)量，單位是μSv/100mA

56、s ?個人劑量 又稱皮膚劑量或表面劑量。是與射線曝光量有關(guān)的人體表面軟組織某一點(diǎn)的劑量當(dāng)量，單位是μSv。 ?全身劑量 是假定全身各處的照射量一致時，各部位和器官劑量當(dāng)量的平均值，單位是μSv。,,華東醫(yī)院,CT的輻射防護(hù),?有效劑量當(dāng)量 是相關(guān)器官或組織由一加權(quán)數(shù)WT相乘后，平均劑量當(dāng)量的總和，單位是μSv。 ?吸收劑量 是物質(zhì)對電離輻射能吸收的物理量，以戈瑞(Gy)表示。 ?照射劑量

57、 是電離輻射通過空氣后電荷的物理量，以庫侖/千克(C/kg)表示。 ?劑量當(dāng)量 吸收劑量被一系數(shù)相乘后稱作劑量當(dāng)量，單位是希澳特(Sv)。,,華東醫(yī)院,CT的輻射防護(hù),4. CT掃描線束的形狀和分布 軸向觀 扇形 側(cè)向觀 窄束 劑量分配測量單位 常用函數(shù)D(z)表示,華東醫(yī)院,CT的輻射防護(hù),,軸向觀 側(cè)向觀,

58、華東醫(yī)院,CT的輻射防護(hù),,掃描時射線的分布,華東醫(yī)院,CT的輻射防護(hù),,有或無探測器端準(zhǔn)直器對圖像質(zhì)量的影響,華東醫(yī)院,CT的輻射防護(hù),,有或無探測器端準(zhǔn)直器對圖像質(zhì)量的影響,無探測器端準(zhǔn)直器 有探測器端準(zhǔn)直器,,華東醫(yī)院,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,矩陣(matrix)矩陣是像素以二維方式編排的陣列，它與重建后圖像的質(zhì)量有關(guān)。在相同大小的采樣野中，相對而言，

59、矩陣越大像素就越多，重建后的圖像質(zhì)量越高。但CT掃描中，并不是矩陣越大越好。常用的矩陣大小有256 Χ 256，320 Χ 320，512 Χ 512精度 ＝ 灰度(bit數(shù))，與密度分辨率有關(guān)。,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,體素與像素(voxel and pixel)體素：體積單位。CT掃描中，根據(jù)斷層厚度的設(shè)置， 矩陣的大小，能被CT掃描的最小體積單位。

60、 體素作為體積單位有三要素，即長、寬、高。 通常CT中體素的長和寬都是1mm，高度或深度 根據(jù)層厚可分別為10、5、3、2、1mm等。像素：又稱為像元，是構(gòu)成CT圖像的最小單位。它與 體素相對應(yīng)，體素的大小在CT圖像上的表現(xiàn)， 即為像素。,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,,,體素,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,原始數(shù)據(jù)（raw data）

61、對物體進(jìn)行掃描后由探測器接收到的信號，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給計算機(jī)，其間未經(jīng)圖像重建處理的數(shù)據(jù)被稱為原始數(shù)據(jù)。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,重建（reconstruction）原始掃描數(shù)據(jù)經(jīng)計算機(jī)采用特定的算法進(jìn)行預(yù)處理和重建處理后，最后得到能用于診斷的一幅圖像，該處理方法和過程被稱為重建。CT中專門用于圖像重建處理的計算機(jī)，被稱為陣列處理器（array processor）。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,重組（re

62、formation）重組是不涉及原始數(shù)據(jù)處理的一種圖像處理方法，如多平面圖像重組（矢狀面、冠狀面等）、三維成像、最大密度投影等一些圖像的后處理。目前CT圖像的后處理都是在橫斷面圖像的基礎(chǔ)上，重新組合構(gòu)建，因此重組圖像的質(zhì)量與已形成的橫斷面圖像有密切的關(guān)系，尤其是層厚與掃描方式。一般，層厚越薄，重組效果越好；另外，螺旋掃描方式也要優(yōu)于非螺旋掃描方式。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,掃描野與顯示野（field of vie

63、w, FOV）掃描野或有效視野是掃描前設(shè)定的可掃描范圍。根據(jù)各廠家的設(shè)定，掃描野可有一個或數(shù)個，大小范圍為16~50cm。單個掃描野的CT機(jī)，掃描野的大小在40 ~50cm之間。掃描完成后，大多數(shù)CT機(jī)仍可調(diào)節(jié)有效視野的大小，調(diào)節(jié)后的有效視野稱為顯示野。理論上，顯示野不能大于掃描野。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,算法（algorithm） 算法是針對計算機(jī)圖像重建中特定輸入和輸出的一組規(guī)則。算法的主要

64、特征是不能有任何模糊的含義，所以算法規(guī)則描述的步驟必須是簡單、易操作并且概念明確，而且能夠由機(jī)器實(shí)施。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,重建函數(shù)核（kernel）或稱重建濾波器 、濾波函數(shù)。重建函數(shù)核是一個重要的使用參數(shù)，它是一種算法函數(shù)，并決定和影響圖像的分辨率、噪聲等等。CT中常用的有高分辨率、標(biāo)準(zhǔn)和軟組織三種模式。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,傅立葉變換（Fourier transform）是圖像重建運(yùn)算處理方法

65、的一種。它的特征是描述正弦曲線幅度和相位的函數(shù)，并使該幅度和相位與特定的頻率相對應(yīng)。實(shí)際上傅立葉方法是一種將空間信號轉(zhuǎn)換為頻率信號的數(shù)學(xué)方法。除了CT外，MRI等也有采用傅立葉變換方法重建圖像。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,卷積（convolution）卷積是圖像重建運(yùn)算處理的重要步驟。卷積處理通常采用濾波函數(shù)來修正圖像，卷積完成后，形成一個新的用于圖像重建的投影數(shù)據(jù)。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,內(nèi)插（inter

66、polation）內(nèi)插是采用數(shù)學(xué)方法在一已知函數(shù)兩端的數(shù)值，估計該函數(shù)兩端之間任意一個值的方法。由于CT掃描采集的數(shù)據(jù)是離散的、不連續(xù)的，需要從兩個相鄰的離散值求得其間的函數(shù)值。目前，大多數(shù)螺旋CT都采用該方法作圖像的預(yù)處理。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,灰階（grey level）灰階是根據(jù)像素的CT值，在圖像上顯示的一段不同亮度的信號。把從白色到黑色之間的灰度分成若干等級，則稱為灰度級或灰階。人眼一般只能識別4

67、0級左右的連續(xù)灰階，根據(jù)個體差異最多不超過60級。CT中是通過窗寬、窗位的調(diào)節(jié)來適應(yīng)視覺感知范圍。,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,,CT成像過程中，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后電壓波形轉(zhuǎn)換為灰階,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,窗口（window）窗口是根據(jù)人眼的視覺特性采用計算機(jī)設(shè)置的不同灰度標(biāo)尺。大多數(shù)CT機(jī)的窗口設(shè)置包括了約4000個CT值范圍，根據(jù)視覺的需要可相應(yīng)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)診斷需要。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,顯示分辨率（d

68、isplay resolution）顯示分辨率是顯示器在顯示圖像時的分辨率，通常以像素數(shù)表示。顯示分辨率是指整個顯示器上可視面積水平像素和垂直像素的數(shù)量，以橫屏顯示器為例，如800×600的分辨率，是指整個屏幕上水平方向能顯示800個像素，垂直能顯示600個像素。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,噪聲(noise) 噪聲是一均勻物質(zhì)掃描圖像中各點(diǎn)之間CT值的隨機(jī)波動，也可看作是圖像矩陣中像素值由于

69、各種原因引起的誤差。,,華東醫(yī)院,CT成像的基本概念,噪聲水平(noise level) 噪聲水平是CT值或?qū)Ρ榷戎档陌俜謹(jǐn)?shù)，是衡量CT圖像質(zhì)量的一個指標(biāo)。假定±1000CT值的標(biāo)準(zhǔn)偏差是3，那么噪聲水平可由下式求得： 3 噪聲水平（％） ×100＝3/10＝0.3%