計算機體層成像設備

1、20第四章計算機體層成像設備第一節(jié)概述一、CT的發(fā)展歷史計算機體層成像（CT）,是一種對穿透射線（X線）所經(jīng)過的物質(zhì)斷面進行掃 描，通過計算機技術顯示該層面結構的裝置。 它的問世，是醫(yī)學診斷史上的重大革 命。1 8 9 5年，倫琴發(fā)現(xiàn)X線，為CT的誕生打下了基礎。19 17年，奧地利 數(shù)學家Radon提出了圖像重建理論的數(shù)學方法；他指出對二維或三維的物體可以從各個不同的方向上投影，然后用數(shù)學方法計算出一張重建的圖像。19671970年，EMI實驗中心的H ounsfield博士提出了體層成像的方法，此方法僅需要從單一平面獲取投影的讀數(shù)。盡管許多人提出了CT的思想概念，但是由H ounsfiel

2、d首先把這個思想發(fā)展為CT掃描機°CT的發(fā)明被認為是“自從倫琴1895年發(fā)現(xiàn)X線以來，在放射醫(yī)學、醫(yī)學物理和相關學科領域里，沒有能與之相比擬的發(fā)明”。1972年Hounsfield和Arnrose在英國放射學家年會上 發(fā)表正式論文，宣告EMI掃描機的誕生；同年11月，在北美放射學會年會上向全世界宣布。1 9 7 4年，美國醫(yī)學中心工程師Ledley設計了全身CT掃描機。此后CT設備與技術的發(fā)展非常迅猛，短短的20年間，已先后發(fā)展了從頭顱CT到螺旋CT和超高速CT等。（一）單束掃描單束掃描又稱第一代CT, 其掃描方式如圖個63所示。掃描裝置由一個X射線管和一個晶體檢測器組成，X射線被準

3、直象一枝鉛筆芯粗細的射線束。X射線管與晶體檢測器對所要檢查的斷面作同 步直線掃描運動，然后整個掃描裝置轉(zhuǎn)動一個角度，再作直 線掃描運動，直到取得180°以內(nèi)的各個平行投影測量值為止。這種結構的缺點是射線利用效率低，掃描速度慢，一個 斷面要56 min,僅能用于頭顱。若采用兩個檢測器，同時 記錄二個斷層面的數(shù)據(jù) （即雙斷層法），雖可縮短1/2的有效掃描時間，但速度仍較慢。（二）窄角扇束掃描窄角扇束掃描又稱第二代CT,其掃描方式如圖5-64所示。掃描裝置由一個X射線管和33 0個左右的檢測器組成，X射線 不再是平行射線束，而是一個5°10°左右的扇形射線束，掃描裝置直

4、線掃描和扇束轉(zhuǎn)動交替進行，與單束掃描動作相同。這種方法作全身掃描，可縮短到20s左右，甚至到10 s。其缺點是中心射線和扇形束邊緣射線束測得的增量不等，必須校正，否則會出現(xiàn)偽象。（三）廣角扇束掃描廣角扇束掃描又稱第三代C T,其掃描方式如圖 5 6 5所示。X射線保持張角為30°45°左右的扇形射束，包括整個物體截面， 檢測器增加到 250350個，一個挨著一個無空隙的排列 著。測量系統(tǒng)不需要再作直線掃描運動而只要X射線管 和檢測器系統(tǒng)共同圍繞物體進行連續(xù)旋轉(zhuǎn)掃描運動。在 旋轉(zhuǎn)掃描過程中，可輻射出極短時間的X射線脈沖，因 此全身掃描時間可縮短到 105s，甚至更短。一般全身

5、型其缺點是要對相鄰的檢測（四）反扇束掃描CT都用這種掃描形式， 是目前最流行的一種掃描方式。 器靈敏度的差異進行校正，否則會出現(xiàn)環(huán)形贗象。反扇束掃描又稱第四代CT, 其掃描方式如圖5朋所 示個.它是在第三代CT的基礎上發(fā)展起來的，與第三代的差別僅在于檢測器系統(tǒng)是由更多的檢測器（約4201500個）布滿整個3600,形成一個環(huán)形陣列圈。 在掃描時檢測器系統(tǒng) 靜止不動，X射線管在檢測器陣列圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)掃描，因此速度更快，約2s，且不易產(chǎn)生環(huán)形贗象。是目前較新的一種掃 描方式。（五）動態(tài)空間掃描示。動態(tài)空間掃描又稱第五代CT,其掃描方式如圖5卡7所掃描裝置由 2 8個X射線管排成半圓形和與之相對應的 t

6、 2 8個影象增強器組成，掃描裝置完全排除了機械運動，靜止 不動。在影象增強器前面有熒光屏，影象增強器的后面有圖象 視頻攝象機，由于它是一種生電子空間掃描系統(tǒng)，又稱為動態(tài) 空間重現(xiàn)機（D SR）。它既能對靜止的組織或慢動作組織作高密度分辨率的檢查， 又能充分利用無機械運動有較好的時間分辨率的特點，對心 臟和肺的動態(tài)功能進行研究。（六）電子束掃描（超高速掃描）電子束掃描（或稱超高速掃描） 又稱第六代C T,其掃描方式如圖 5 6 8所示。它與第五代CT的原理完全不同，是采用電子束掃描的方 法使X射線從許多方向照射。在一個巨大鐘形X射線管內(nèi)，由 右端的電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)過兩次磁偏轉(zhuǎn)，撞擊左端的靶

7、上,發(fā)出微小焦點的 X射線。電子束以高速進行3600旋轉(zhuǎn)掃描,從圓形靶的不同位置發(fā)射X射線。思者連同診視床可伸入鐘內(nèi)，由鐘形X射線管周緣發(fā)出的扇形X射線束，通過適當?shù)臏手逼髡丈淙梭w后，用安裝在圓周體上的X射線檢測器進行測定，它的特點是不把X射線源和檢測器放在同一個平面內(nèi)，掃描時間更短。靶疑透鏡機構ft 5-1Li ifi主要特性堀一代CT第皿代CT妊五代CT3CT扌描方式T+MT-FRR+RS+R5+5R + R1”30256-72015072001刑曲卜512 Q t遊刑堺辭廣M昭心惟服曲出”珈21-4530-15du胡20-2103-10z0,03-0. 10.岳tII112-S1F4二、

8、發(fā)展趨勢（一）硬件的發(fā)展趨勢1提高掃描速度 從前面各代CT的介紹可知，設備參數(shù)變化最大的 是掃描速度。提高掃描速度有著重要意義。從圖像方面看：可以減少運動偽影，提 高圖像質(zhì)量；從醫(yī)院的角度來考慮： 速度的提高意味著設備效率的提高，這樣也可以提高醫(yī)院的經(jīng)濟效益。 傳統(tǒng)CT的X線管通過高壓電纜和高壓發(fā)生器相連，掃描時做圓周往復運動，這種運動方式很難使掃描速度大幅度地提高。近年來各CT生產(chǎn)廠家利用滑環(huán)技術和螺旋掃描技術，使X線管通過電刷和滑環(huán)接觸與高壓發(fā)生器相連，從而可做連續(xù)旋轉(zhuǎn)；同時，床面勻速直線運動，就可形成螺旋掃描軌跡， 這樣就可大大提高掃描速度。螺旋掃描，特別是多層螺旋掃描，具有速度快、運動

9、 偽影少、減少對比劑用量以及無重疊或漏層、三維重建效果好等特點。為實現(xiàn)高速掃描，對X線管的容量和對探測器的靈敏度要求均有大幅度提高。超高速CT則完全拋棄了機械運動，采用電子束偏轉(zhuǎn)方式，使掃描速度有了質(zhì)的提高。2 提高圖像質(zhì)量 影響CT圖像質(zhì)量的因素有： X線源性質(zhì)和探測 器的性能。它們直接影響原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量。數(shù)據(jù)數(shù)目和掃描速度。所得的數(shù)據(jù)越多，重建的圖像分辨力越高，但必須保證掃描速度快，否則，掃描過程中被檢部位 移動將產(chǎn)生偽影。圖像重建所用的算法。它對CT成像速度和質(zhì)量有影響。通常情況下，簡單算法的成像速度快，但圖像質(zhì)量較差，反之亦然。因此，CT的算法選擇，各生產(chǎn)廠家有其綜合的考慮。數(shù)據(jù)表達與

10、顯示方法。隨著CT硬件技術和軟件技術的改進，設備的圖像質(zhì)量已有了明顯提高。目前多數(shù) CT的低對比度分辨力（密度分辨力）已高于 0 35%門mm八 高 達 1024 X 1024 的圖像重建矩陣提高了高對比度分辨力（空間分辨力人 高對比度 分辨力可高于 2 0 LP八m。此外，激光相機的應用明顯改進了硬拷貝質(zhì)量；用 電動高壓注射器注射對比劑做增強掃描， 提高了增強效果和減少了對比劑用量。 盡 管如此，提高圖像質(zhì)量仍然是 CT 發(fā)展的永恒主題和長期趨勢。3簡化操作 目前，大多數(shù) CT 由鍵盤或鼠標輸人方式改為部分觸摸屏幕式， 用以實現(xiàn)人機對話。 下拉式菜單的操作方式與傳統(tǒng)鍵盤相比方便了許多， 提示

11、清楚、 操作簡單、圖標顯示一目了然。工作站的配置，加強了功能，可以做多方面的圖像 后處理，并可與 MRI 等其它影像設備聯(lián)機，有利于診斷。4提高工作效率 現(xiàn)今 CT 采用的計算機多為速度較快的微型計算機，字長大 多為 3 2 位，運算速度大大提高。圖像重建時間大多在10s 以內(nèi)，即使是普及型也大多在 15s 以內(nèi)。 很多機型采用了多臺微型計算機并行工作， 實現(xiàn)了掃描、 重建、 處理、存盤、照相同時進行，使檢查時間進一步縮短，病人流通量大幅度提高。作 檔案保存的12”刻錄光盤存儲量達 5.5GB，可存放512 X 512圖像近2萬幅；這種 光盤數(shù)據(jù)檢索速度極快，保存性能好，保存時問至少在10年以

12、上，大大優(yōu)于常用的磁帶或軟盤，所占的存放空間也大大縮小。5縮小體積 采用高頻 X 線發(fā)生器，可將其安裝在掃描機架上；用微型計算 機替代小型計算機， 無需單獨的計算機房， 可將其安裝在控制臺內(nèi)； 同時還出現(xiàn)了 移動式 CT 。6降低劑量 CT 檢查時，病人接受的 X 線劑量較高，在不降低 CT 圖像質(zhì)量 的同時，如何使 X 線劑量盡可能小，是人們始終關注和不懈努力的一個重要的研 究課題。（二）設備功能的發(fā)展趨勢I .血管成像 CTA是血管造影技術與 CT快速掃描相結合的一種技術，它是 以 SCT 掃描為基礎，靜脈快速注射對比劑，應用計算機三維重建來顯示血管結構 的成像技術。 CTA 能在血管內(nèi)對

13、比劑高峰期獲得大型薄層掃描圖像，并采用特殊 重建方法，顯示血管的解剖細節(jié)。它是一種無創(chuàng)傷性的臨床評價血管疾病的方法。目前SCT,特別是MSCT的CTA用于顱腦，可較好地評價顱內(nèi)動脈瘤，估計顱內(nèi) 血管與腫瘤的關系； 用于腹部可進行腹腔動脈、 腎動脈狹個的檢查； 用于冠脈則可 較好地診斷冠心病。2. 三維圖像重建 采用薄層連續(xù)或重疊掃描并借助計算機處理可獲得二維立體圖像。 這比二維圖像具有更高的診斷價值， 對復雜解剖部位如頭顱、 脊柱、 骨盆及膝關節(jié)等的病好祝儀精確定位，有利于手術和放療計劃的進行。C3CT 的三維圖像重建更加方便快捷，臣 IW 人們也提高了 Z 軸分辨力。3. CT 引導下的介人

14、治療 由于 CT 成像快、圖像清晰，可即時清楚 地顯示病灶與周圍組織結構的關系，因此可在 CT 引導下進行介人診斷與治療。例 如在 CT 引導下的胸部共利活檢，對確定病灶性質(zhì)具有重要意義。4. 仿真內(nèi)鏡 CT仿真內(nèi)鏡成像是利用計算機軟件功能將SCT容積掃描獲得的圖像數(shù)批進行后處理，重建空腔內(nèi)表面的立體圖像，再用電影功能依次回放，從而獲得仿真內(nèi)鏡效果。SCT內(nèi)鏡成像能獲得喉、氣管、支氣管、結腸、鼻腔甚至主動脈腔內(nèi)膜的仿真內(nèi)鏡圖像，能顯示腔內(nèi)病灶的形態(tài)， 還能從梗阻遠端觀察情況，因此CT仿真內(nèi)鏡提供了一種無創(chuàng)傷件的診斷方法，可作為纖維內(nèi)鏡的補充 診斷手段。5 放療計劃 CT的另一個重要用途是放射治

15、療。通過CT可對腫瘤原發(fā)位置準確定位，探索局部轉(zhuǎn)移和淋巴瘤， 確認腫瘤對放療的敏感性，監(jiān)視放療的效果等。操作人員川間形輸入裝置在（” f圖像卜圈定輪廓，或以 CT值為基礎設定密度，以標準方法做射線未定什，川計算機計算深部治療劑量，或單獨計算等劑量曲線，還可實施橫斷面外的計算， 使等別達山1線；）現(xiàn)在冠狀面和矢狀由上， 從而實現(xiàn)等劑量曲線的三維顯示。用于治療的C 丁圖像對空間分辨力和密度分辨力的要求比用于診斷 的高。這是問人診斷件往只需確定腫瘤的有無，而治療卻要十分精確地知道腫瘤的位置、密度及其實際尺寸。腫瘤的密度通常與周圍組織非常接近，這就要求CT的密度分辨力高，以便清晰地顯示腫瘤邊緣。CT、

16、X線機、MKI設備的成像比較如表 5E所示。二、CT掃描機的工作原理CT掃描機是一種完全新型的圖象診斷設備。CT裝置最基本的工作原理是一個射線源和一個檢測器圍繞著病人的頭顱或軀干上的一薄層直線平移加旋轉(zhuǎn)，利用通過人體的狹束X線， 經(jīng)過多個角度的探測， 把信息數(shù)字化，用數(shù)學模型由計算機 處理重建一幅橫向斷層的圖象。這是一幅由各象素的吸收系數(shù)排列成的圖象，所以完全可以排除上下重疊影象的影響，使圖象的細微結構顯示清楚。CT掃描所得橫斷面圖象的示意圖如圖9 5 1所示。三、CT機工作順序X線束從各個方向向人體頭部某一選定斷層層面進行掃描，探測器測定透過的X線強度，可在探測器上獲得電信號，將此信號放大以

17、后，積分采樣。由模數(shù)轉(zhuǎn)換 器（A/ D ）進行高速轉(zhuǎn)換，把模擬信號數(shù)字化。數(shù)字信號經(jīng)接口輸送到計算機處理，求出該層層面組織的各單位容積內(nèi)的平均吸收系數(shù)，存于存儲器矩陣或磁盤中。為了將圖象清晰地顯示出來， 采用窗口技術（對比度增強器）和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D /A），將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，由顯示器顯示，亦可采用多幅照相機存檔。CT機工作順序流程圖見圖94 2所示。圖9-4-2 CT機工柞順序說程圖第二節(jié)CT掃描成像系統(tǒng)我們從圖像的形成過程來分析 CT掃描成像系統(tǒng)的基本結構，其結構如圖4 6 所示：數(shù)據(jù)采集階段：X線管、探測器、準直器、濾過器、對數(shù)放大器、模數(shù)轉(zhuǎn) 換器（A /D）、接口電路等；圖像重建

18、階段：計算機、磁盤機D/A轉(zhuǎn)換器等；圖像顯示階段：圖像顯示器、多幅照相機、接口電路等。加上中央系統(tǒng)控制器和檢 查床，便構成一個完整的 CT系統(tǒng)。髙壓境宅器病人床一 X線管CT機上用的X線管與一般X線管結構基本相同，也分有固定陽極管和旋轉(zhuǎn)陽極管兩種。也有不同的地方，普通X線機的X線管是縱向線焦點，CT機型X線管是橫向線焦點。1 固定陽極X線管 是常用X線管中最簡單的一種，主要特點是真空度高、電子 由熱陰極發(fā)射X線的量與質(zhì)可任意調(diào)節(jié)，其結構由陽極、陰極和玻璃殼三部分組成。陽極由陽極頭、陽極帽、玻璃圈和陽極柄構成。(陽極頭：陽極頭由靶面和陽極體組成。靶面承受電子轟擊，輻射X線。由于靶面 的工作溫度很

19、高，且輻射的X線強度與其材料的原子序數(shù)成正比，因此，醫(yī)用X線管的靶面一般都用鎢制成，稱為鎢靶。鎢除了具有熔點高(3 3 7 0 C)、原子序數(shù)高(7)之外，在高溫條件下，它的蒸氣壓低、蒸發(fā)少，因而可以延長X線管的 使用壽命。但是，鎢的導熱率小，受電子轟擊后產(chǎn)生的熱量不能很快地傳導出去， 為此，常采用真空熔焊方法把無氧銅制成的陽極體與鎢靶焊接在一起；由于銅的導熱系數(shù)較大，這樣制成的陽極頭不但輻射X線的效率高，而且具有良好的散熱性能。陽極帽：陽極帽由無氧銅制成， 主要作用是吸收二次電子。高速運動的電子轟擊靶面時，一部分電子與靶面原子碰撞后反射出來，稱為二次電子。)由于第一、二代CT機的掃描方式是直

20、線平移加旋轉(zhuǎn)，即T/R方式，掃描時間長，產(chǎn)熱多，焦點轉(zhuǎn)大且呈矩形，對著斷層厚度的方向為長邊，所以必須采用油 冷方式強制冷卻管球。X線管兩端電壓和管電流要求穩(wěn)恒，確保采樣數(shù)據(jù)準確。圖2 32固定陽極X找管2 .旋轉(zhuǎn)陽極X線管 旋轉(zhuǎn)陽極X線管的結構如圖2 33所示。負載時，靶面高 速轉(zhuǎn)動，從偏離管中心軸線的陰極頭發(fā)出的電子，轟擊到轉(zhuǎn)動靶面的環(huán)形面積上。 由于它的熱量分布面積比固定陽極X線管大得多，因此，旋轉(zhuǎn)陽極X線管能制成小焦點，且能加大瞬時負載功率，這是旋轉(zhuǎn)陽極X線管的一大優(yōu)點。使用于第三、四代CT機上多是此種X線管。由于掃描時間短，要求管電流較大，通常是 10 06 0 0毫安，分連續(xù)放射和脈

21、沖放射兩種。也采用油冷方 式。焦點大小約為1平方毫米，高速旋轉(zhuǎn)陽極管焦點小，約為0石平方毫米。陶瓷 旋轉(zhuǎn)陽極X線管和雙軸承旋轉(zhuǎn)陽級X線管的壽命較長。尤其雙軸承旋轉(zhuǎn)陰極X線管熱容量大，陽極靶轉(zhuǎn)動穩(wěn)定。SB 2-33 旗轉(zhuǎn)陽嘏X找管二、探測器CT中探測器是一種將射線能量轉(zhuǎn)換為可供記錄的電信號的裝置，它接收到輻射的能量，然后產(chǎn)生與輻射強度成正比的電信號。探測器是CT掃描系統(tǒng)中的一個重要組件。探測器組件是由性能完全相同的探測器單元排列而成， 每個探測器對應著一束窄的X線，如果有N個探測器單元， 那么一次就可同時獲得N個投影數(shù)據(jù)。（一）探測器的特性探測器最重要的特性是它們的效率、穩(wěn)定性和響應性， 此外，

22、準確性也是其特性之一。1.效率效率是指它從線束吸收能量的百分數(shù)。理想情況下，探測器效率應該是100 %。這樣，全部線束將被截獲，這將減少病人的曝光量。有兩個因素影響探測器的效率，即幾何效率和吸收效率。1.幾何效率：幾何效率=探測器有效寬度/（探測器有效寬度十無效的空間）女口圖個9所示，幾何效率是由每個探測器的孔徑和相關的每個探測器所占 總空間的比來決定的。 這個空間包括探測器本身和靜止的準直器，或它與相鄰一個探測器之間的間隔。射人間隔的輻射不能被探測器吸收，因而無助于圖像的形成。 理想的情況是探測器所占的范圍要比間隔大。2）吸收效率：吸收效率是指輻射進人探測器而被吸收的百分率，這與探測器 的厚

23、度有關，并在某種程度上，與X線光子的能量有關。3.總檢測效率：探測器的總檢測效率是幾何效率和吸收效率的乘積。實 際的探測器總檢測效率在 50。800之間。探測器的效率越高，在一定圖像質(zhì)量水 平的前提下病人接受的劑量越少。2穩(wěn)定性穩(wěn)定性是指從另一瞬時到另一瞬時探測器的一致性和還原性， 探測器需經(jīng)常進行校準以保證其穩(wěn)定性。在第一、二代掃描機中，每次平移運行結束后都要校準探測器。第三代掃描機每天僅校準一次。當?shù)谌鷴呙铏C探測器的響應偏離正常情況時，環(huán)狀的偽影將在該體層掃描圖像中產(chǎn)生。第四代掃描機在每一次旋轉(zhuǎn)期間對探測器校正兩次，第一次校準是沿著運動扇形射束的前緣，第二次是沿著后緣。3 響應性 探測器

24、的響應是指探測器接收，記錄和拋棄一個信號所需的時間。一個探測器應瞬時地響應一個信號，然后立即迅速地拋棄該信號并為響應下一個信號作好準備。對于某些探測器，信號通過以后，余輝（余輝是一個讀數(shù)對另一 個讀數(shù)的存儲的影響）或磷光是一個嚴重的問題。 為了避免余輝造成的畸變及假象， 需要仔細選擇閃爍物質(zhì)及進行一些軟件的校正。4.準確性 由于人體軟組織及病理變化所致衰減系數(shù)的變化是很小的，因此，穿過人體的線束強度也只引起很小的變化。如果探測器對衰減系數(shù)的測量不夠準確，測量中的小誤差可能被誤認為信號的變化。探測器的準確性要求探測系統(tǒng)必須具有如下特點：低電子噪聲、線性、各探測器的均勻一致性及瞬時穩(wěn)定性。（二）探

25、測器的類型目前，CT中常用的探測器類型有兩種：一種是收集氣體電離電荷的探測器，稱氣體探測器。它收集電離作用產(chǎn)生的電子和離子，記錄由它們的電荷所產(chǎn)生的電壓信號。另一種是收集熒光的探測器，稱閃爍探測器。1 閃爍探測器 閃爍探測器是利用射線能使某些物質(zhì)閃爍發(fā)光的特性來探測射 線的裝置。由于此種探測器的探測效率高，分辨時間短，既能探測帶電粒子，又能 探測中性粒子，既能探測粒子的強度，又能測量它們的能量，鑒別它們的性質(zhì)，所 以，閃爍探測器在 CT掃描機中得到了廣泛應用。閃爍探測器有時也稱為固體探測 器。由圖可見，在閃爍探測器前面加有反射層，它可以是涂有白色氧化鎂粉末的鋁盒。它使閃爍晶體產(chǎn)生的熒光光子能大

26、部分反射到光電陰極上。在晶體與光電倍增管間放置有機玻璃制成的光導，并涂有硅油以保證良好的光耦合。使用最普遍的閃爍晶體是鉈激活碘化鈉晶體，即Nal （T1 ）這種晶體的密度大，對r射線和X線有較大的阻止本領， 它的透明度和發(fā)光度都很高。但碘化鈉晶體有一個致命的缺點就是它極易潮解。晶體一旦潮解后，探測效率和能量分辨率均急劇下降，以致完全不能使用。 所以在實際應用中， 碘化鈉晶體被密封在一個鋁 制外殼內(nèi)。）光電倍增管是一種光電轉(zhuǎn)換器件，通過它可把光子轉(zhuǎn)換成電子。它不同于其它的光電轉(zhuǎn)換器件， 如光電管、光電池等，光電倍增管可把微弱的光按比例地轉(zhuǎn)換為較大的電信號，這就是它的倍增作用。 光電信增管的工作是

27、建立在光電效應、次級電子發(fā)射和電子光學的基礎上的，它一般由光陰極、 次陰極和收集陽極等三部分組成，如光電倍博啻X線照射到晶體上時， 使之發(fā)出藍色的可見光， 此光通過光導纖維照射到光電 倍增管的光電陰極上， 光電陰極便發(fā)射出電子， 這些電子在電壓的加速下打向倍增 極，可使倍增極發(fā)射出更多的電子，經(jīng)過幾個倍增極之后， 到達陽極的電子數(shù)目可達106個以上。這樣，光電倍增管就把微弱的光信號變成放大了的電流信號，并隨 掃描連續(xù)地輸出這些信號。氣體探測器：氣體探測器是利用氣體電離的原理來進行檢測的。因為氣體電離效率低，需要進行改進，其方法是將氙氣的壓力提高到約2 0個大氣壓左右，就能大大提高電高效率。 在

28、這種壓力情況下， 嚴密封裝是特別重要的。 由于這種探測器 具有較高的靈敏度，電離室可以做得很小，一致性好，故障率低，目前大多數(shù)第三 代CT機均采用這種探測器。氣體探測器結構原理如圖944所示。用很薄的鎢板做電極， 每個電極間的距離要準確，陶瓷做襯底，整個探測器封裝在鋁盆中，抽真空后注人氙氣即可。當X線束射到探測器的各個單元時，氙氣發(fā)生電離，正離子移向負電極，負離子移向正電極，輸出放大電流的積分值送到前置放大器，信號電流的大小隨X線光子的吸收量而定。這種探測器與閃爍器光電倍增管相比，靈敏度略低，但無余輝穩(wěn)定性好，適用于多個探測器的情況。這種探測器相鄰單元之間的距離越小，采樣數(shù)越多，圖象質(zhì)量也越好

29、。團-諜氣休探測器結構原理2）稀土（貴金屬）陶瓷檢測器：它用摻雜稀土金屬的透明光學陶瓷來替代 傳統(tǒng)的閃爍品體，與光電二極管配合來構成探測器。其特點是：X線利用率可達99%;光電轉(zhuǎn)換率高；與光電二極管的響應范圍匹配最好；余輝更??；穩(wěn) 定性更高；容易進行較小分別，制作成密集檢測器陣列。目前MSCT多采用這種檢測器。3） 各類探測器的特性比較：第一、第二、第四代CT 所用的探測器一般 為問體探測器，第三代 CT 與 SCT 既可采用氣體探測器，又可采用固體探測器。氣體探測器和固體探測器各有優(yōu)缺點，現(xiàn)代C”r 選用何種探測器，要看（二 C 偏癱于哪方間的特性。I）溫度特性：惰性氣體探測器的信號強度與溫

30、度的關系極大，必須用恒 溫裝置來穩(wěn)定探測器的溫度。而固體探測器的信號強度與溫度的關系不大。Z ）噪聲：氣體探測器存在噪聲和干擾源，而固體探測器沒有。原因在于 電離室電壓波動、 電離室內(nèi)絕緣體上產(chǎn)生漏電流。 另外， 隔板極薄容易出現(xiàn)顫動噪 聲，也就是說 CT 在運行時哪怕是極小的顫動都可能在氣體探測器中產(chǎn)生噪聲。3.飽和現(xiàn)象：固體探測器的線性范圍，即在特性曲線的范圍內(nèi)輸出信與X線強度成正比， 超出 CT 要求五個數(shù)量級。 但是， 氣體探測器在這么大的信號范圍 里就有可能出現(xiàn)飽和現(xiàn)象。4）散射線準直：固體探測器可以與后準直器組合在一起，氣本探測器一 般不用附加后準直器， 而是利用電離室隔板兼作后準

31、直器， 但效果不如專用的后準 由器好。 此外， 氣體探測器本身產(chǎn)生的散射線比閃爍探測器要多。 散射線的產(chǎn)生主 要來源于射線輸入窗鋁板和窗口到電極板很厚的氣體層。5）劑量利用率：CT應用的閃爍晶體一般厚度為5 mm，實際吸收的 X線10 0%的轉(zhuǎn)換為光信號。閃爍探測器沒有技術上必須的、吸收射線較多的盲層。但 在氣體探測器中， 從輸人窗口到電極板之間的氣體層卻吸收射線而不產(chǎn)生信號。此外，也因射人的一部分量子沒有被利用而直接穿過了氣體探測器，引起氣體探測器的射線損失， 但只要通過增加氣壓和加深電離室， 可以將這種損失控制在允許的范 圍里。 由于氣體很小的泄漏就會降低氣壓， 導致吸收能力的減弱， 所以

32、在機械制造 時要格外仔細以防止氣體損失。（4）多排探測器 多層 CT 一般采用稀土陶瓷探測器制成的多排探測器。多排探測器可分為對稱型與非對稱型兩類， 目前已有的多排探測器的排數(shù)因生產(chǎn)廠家 的不同而有很大的區(qū)別，可分別進行兩層、四層、八層、十六層、三十二層及六十 四層成像等。 圖像的層數(shù)與檢測器的排數(shù)不一對應， 排數(shù)通常比層數(shù)多。 但采用 先進的 X 線發(fā)生技術也可獲得排數(shù)比層數(shù)少。例如，飛焦點技術可用三十二排探 測器，采用特殊的采集技術，同時獲得六十四層圖像。、準 直 器準直器是一種輻射衰減物質(zhì)，用以限制到達探測器組件的X線角度分布。它的作用是空間定位，即僅局限于某一空間范圍的射線進人探測器，

33、而其他部分的射線則被屏蔽而不能進入探測器。如圖所示，準直器在CT中有兩種，一種是X線管側準直器，又叫前準直器，它的作用是控制X線束在人體長軸平行方向上的寬度從而控制掃描層厚度。另一種是探測器側準直器， 又叫后準直器，它的狹縫分別對準每一個探測器，使探測器只接收垂直人射探測器的射線， 盡量減少來自其他方向的散射線的干擾。為了在劑量不增加的前提下，有效地利用X線，探測器孔徑寬度要略大于后準直器寬度。有些CT設備沒有安裝后準直器，其原因是認為X線管的焦點足夠小。前后兩組準直器必須精確地對準，否則會產(chǎn)生條形偽影。四、濾過器CT掃描機中濾過器的作用是：吸收低能X線（軟射線），這些低能射線無益于CT圖像；

34、使X線束通過濾過器后，變成能量分布均勻的硬射線束。由于人體截面近似于圓形，扇形波束照射時，中心射線穿透厚度大，邊緣射線 穿透厚度小，信號強度相差較大。為了減小信號強度差，增設濾過器，形狀設計為 楔形。11蠱力強心|哉束第1遼力也強田勻X線束 三三三三三一均勻X裁柬 三三三二圖447故射線通過圓昭物體的盤妙五、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）DAS的作用是將來自放大器的輸出的放大信號，積分后多路混合成一路， 用A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號送人計算機處理。1. 前置放大器（對數(shù)放大器）從探測器接受到的信號， 首先要經(jīng)過對數(shù)壓縮， 以使后面的電路只需工作在一個窄的范圍內(nèi)。固體探測器和氣體探測器的輸出阻抗是很高的，

35、輸出信號又很小，必須使用高輸人阻抗的前置放大器進行放大和阻抗變 換。2 積分器 在CT掃描過程中測量的是每個角度下的X線光子的總和，因此每次采集（在脈沖工作時就是每個脈沖）的信號要積分起來以計算光子總和，一般在放大器后接有積分器。3 多路轉(zhuǎn)換器 各路積分器輸出信號經(jīng)多路混合器變成一路，使用共同的A /D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。4 . A /D轉(zhuǎn)換器 A /D轉(zhuǎn)換器是將連續(xù)模擬時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡x散的數(shù)字序列。A /D轉(zhuǎn)換的方法有多種， 最常用的有雙積分式A /D轉(zhuǎn)換器和逐次逼近式A /D轉(zhuǎn)換器。六、多幅照相機多幅照相機可把圖像顯示器上顯示的圖像拍攝到CT膠片上，一張膠片可以拍一幅圖像，也可以拍攝多幅

36、圖像，故稱為多幅照相機。多幅照相機分為CRT型多幅照相機和激光型多幅照相機。（一）CRT型多幅照相機CRT型多幅照相機是靠陰極射線管的電子束把視頻信號變成在視頻監(jiān)視器的屏幕上的圖像，再用光鏡折射，并用透鏡把視頻監(jiān)視器上的圖像聚焦到CT膠片 上，使其曝光。透鏡系統(tǒng)可以是移動的或固定的。根據(jù)所需的幅式，把顯示在屏幕 上的圖像，投影到膠片的相應部位上而曝光。圖4 17為基本原理簡圖。S4-17 OiT相機工ft噩理（二）激光型多幅照相機工作原理 膠片在傳送系統(tǒng)控制下朝一個方向高精度地移動，同時激光束相對 于膠片移動方向反復作垂直掃描，因此激光束是以二維方式順序掃描整張膠片。光束的光強度受計算機輸出的

37、數(shù)字圖像信號調(diào)制。激光束經(jīng)旋轉(zhuǎn)多面鏡的反射作線掃描，裝載膠片的打印滾筒和激光束動作同步，膠片在激光束的照射下曝光形成平片圖像。CRT是一次性選擇圖像，按鍵后即曝光，無法更改，每次只能完成一張拷貝。 而激光照相機的存儲器在打印之前，可以清除、重新排列圖像，然后再按打印鍵， 并且打印之前可以選擇拷貝的數(shù)目，自動完成，提高效率。七、CT設備的計算機計算機在CT中的功能如下：1.控制整個CT系統(tǒng)的運行當操作者選用適當?shù)膾呙鑵?shù)及啟動掃描之后，CT就在計算機的控制下運行。計算機協(xié)凋并安排掃描期間內(nèi)發(fā)生的各種事件的順 序和時間，其中包括X線管和探測器在適當時刻的開和關、傳遞數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)操作的監(jiān)控等，接收初

38、始參數(shù)，執(zhí)行病人床及機架的操作并監(jiān)視這些操作以保證所有的 數(shù)據(jù)相符合。2 圖像重建 一幅CT圖像的重建需要數(shù)百萬次的數(shù)學運算，這些數(shù)學運算 由計算機完成。3.圖像處理 每一幅圖像大約由十幾萬個像素組成，每個像素具有一個數(shù)值，這些數(shù)值將轉(zhuǎn)換為灰度編碼。計算機必須能操縱、分析、修改這些數(shù)值以提供更有 用的可見信息。這包括：放大倍數(shù)，測量區(qū)域或距離，標識輪廓以及兩個圖像的比 較，從CT圖像中建立直方圖、剖面圖等等。第三節(jié)螺旋CT一、概述螺旋CT是近年來容積醫(yī)學圖像方面的一個重大突破。螺旋CT是在電器性能和計算機得到改進的基礎上，為了減少運動偽影而發(fā)展起來的。在螺旋掃描中，X線源與病人掃描床同時運動，

39、這種掃描方式使得原始數(shù)據(jù)獲取的時間大大地縮短 了，橫斷層面可以在一次均勻呼吸的基礎上重建而得，同時，還可以消除相鄰層面之間的偏差。下面分別簡單介紹螺旋掃描的優(yōu)缺點。S4-18攥脈掃描方式1.螺旋掃描的優(yōu)點螺旋CT的連續(xù)掃描，使掃描范圍在2 4 3 0 5內(nèi)達到2 43 0cm, 可滿足絕大部分不同部位的CT檢查，多數(shù)病人可在一次屏氣中完成掃描，避免了漏掃和重掃；由于避免了呼吸運動引起的掃描遺漏以及在選 定位置及距離上進行回顧性重建的能力，所以提高了病灶檢出率；螺旋CT的無層間隔掃描使掃描時間縮短， 不但有益于危重病人的檢查， 而且在注射造影劑增強 掃描時可使幾乎全部掃描都在增強高峰期完成， 不

40、但能獲得最佳增強效果， 還可減 少造影劑用量；螺旋CT提高了病灶密度測量的準確性，由于可在Z軸任何部位進行圖像重建， 因而保證了任何病灶均可以在其中心進行圖像重建， 減少了部分容 積效應的影響。任何部分均可進行多斷面或三維圖像重建，而且由于螺旋CT掃描時避免了病變部位的移動， 因而重建圖像質(zhì)量很好； 掃描時間短， 使病人更容 易接受或忍受CT檢查， 這對危重病人及只能短時間保持的功能的快速診斷更有意 義。2. 螺旋掃描的缺點診視床運動產(chǎn)生偽影。由于螺旋掃描在數(shù)據(jù)采集中病人床在不斷的運動， 使容積平均作用增加， 圖像層面靈敏度曲線加寬上軸上的空間分 辨率降低，器官邊緣模糊，但在床運動速度與層厚匹

41、配時可忽略不計，在X線管旋轉(zhuǎn)一周床運動距離大于層厚時可通過 1800內(nèi)插法減輕。螺旋掃描圖像噪聲較傳 統(tǒng) CT 標準掃描圖象噪聲高， 內(nèi)插方法的一個缺陷就是使噪聲增加。 另外 X 線管耐 熱量的限制可產(chǎn)生圖像噪聲， 但這一點可隨著耐熱量高的X線管的應用而解決。螺旋CT圖像處理時間較長及需要大容量的存儲能力。前者主要的時間消耗是內(nèi)插處理， 尤其是多斷面及三維重建時。 仍受到最大掃描容積的限制。 但目前一個部 位一次屏氣大多數(shù)可完成掃描， 更大范圍可通過兩次或多次屏氣掃描。 需要病人 很好地屏氣配合，若病人不能較長時間屏氣，則檢查效果不好。二、螺旋掃描裝置（一）滑環(huán)技術 滑環(huán)技術是螺旋掃描的基礎。

42、滑環(huán)螺旋 CT 的問世，標志著 CT 成像技術的又 一飛躍，它使連續(xù)快速掃描的設想變?yōu)楝F(xiàn)實。1、傳統(tǒng)CT掃描機的饋電方式電纜連接傳統(tǒng)CT掃描機中采用的電纜饋電方式，它包括：供給X線管和燈絲的高壓電源采用高壓電纜與掃描架外的高 壓發(fā)生器連接；CT設備的主計算機必須不斷將指令參數(shù)傳給控制系統(tǒng)，也采用電纜連接； 對掃描機架內(nèi)旋轉(zhuǎn)部分的驅(qū)動電機和其它系統(tǒng)供電需用電源電纜；數(shù)據(jù)采樣和檢測系統(tǒng)需用電纜連接。上面幾種類型的電纜相互纏繞， 使掃描機架的旋轉(zhuǎn)角度范圍很小，只能進行小角度的往復運動，而且在每次旋轉(zhuǎn)掃描之前， 還必須有啟動、 加速、 穩(wěn)定、 減速、 制動等過程； 由于連接用的電纜長度是有限的， 所以

43、必須再逆過來重復以上各個步驟。 這樣勢必會形成電纜繞扭、 牽拉、 脫落等現(xiàn) 象的發(fā)生 （解決方法是在機架內(nèi)裝有電纜卷取機構） 。如此， 就會造成掃描周期長、 結構笨重復雜。轉(zhuǎn)速不均勻等問題。限制了CT速度的提高。2 滑環(huán)技術 為了實現(xiàn)連續(xù)掃描，改善圖像質(zhì)量，必須克服傳統(tǒng)的電纜饋電方式存在的諸多問題， 于是在2 0世紀8 0年代末期開發(fā)了滑環(huán)技術。滑環(huán)技術解決了機架旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分的饋電和信號傳遞方式，可以實現(xiàn)連續(xù)掃描。它是用一個滑環(huán)和一個碳刷代替電纜，當電刷沿滑環(huán)滑動時， 則經(jīng)滑環(huán)與碳刷向X線管供電，由于所有的X線發(fā)生器與探測器都安裝在一個滑環(huán)上，使滑環(huán)可單方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，如 采用滑環(huán)技術來處

44、理掃描機架中旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件的饋電和信號傳輸， 擺脫了各電纜的纏繞限制，取消了電纜卷取機構，使系統(tǒng)變得結構緊湊、簡便輕巧， 并省去了以往掃描期間的啟動、加速、勻速、減速、制動等過程所耗用的時間，縮 短了旋轉(zhuǎn)周期，增加了單位時間內(nèi)的掃描層數(shù)，使掃描架可作毫無限制的單方向連 續(xù)轉(zhuǎn)動掃描，這在很大程度上克服了由于病人運動或不能配合所產(chǎn)生的運動偽影。 滑環(huán)由三部分組成：傳送設備操作與控制信號的低壓環(huán)供應X線管與變壓器電 源的高壓環(huán)探測器傳送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)環(huán)。在CT設備中，滑環(huán)技術的工作原理類似于電力機車中的電力線及接觸臂的關系，采用優(yōu)質(zhì)材料制成的滑環(huán)與X線管。 檢測系統(tǒng)結合在一起， 組成旋轉(zhuǎn)部件，機架上

45、的靜止部分則利用優(yōu)質(zhì)電刷和旋轉(zhuǎn)的 滑環(huán)緊密接觸，實現(xiàn)動靜兩部分的連接，如此就完全取消了電纜連接。依照高壓環(huán)上的電壓不同， 又分為高壓滑環(huán)和低壓滑環(huán)。下面分別介紹高壓滑環(huán)和低壓滑環(huán)。3 低壓滑環(huán) 用滑環(huán)技術對掃描機架以低電壓饋電的方式，稱為“低壓滑環(huán)”。低壓滑環(huán)是由外界將數(shù)百伏的直流電輸人到掃描機架內(nèi)，電壓較低，容易實現(xiàn)良好的絕緣，數(shù)據(jù)的傳輸性能也很穩(wěn)定。但此時的電流很大，電弧便成為重要問題，所以低壓滑環(huán)要求碳刷與滑環(huán)接觸電阻非常小，滑環(huán)常采用電阻率非常低的材料制 作。由于低壓滑環(huán)的高壓發(fā)生器裝在機座旋轉(zhuǎn)架上，要求發(fā)生器體積小、重量輕、功率大，所以發(fā)生器普遍采用中高頻逆變技術，它是滑環(huán)技術的關鍵。使用X 線管、高壓發(fā)生器、逆變器等組合在一起的高頻組合式X線發(fā)生裝置，是當代高頻技術在X線發(fā)生裝置中應用的成果。低壓滑環(huán)對絕緣要求不高，安全、穩(wěn)定、可靠，所以被大多數(shù)Cf廠家所