參考課件——X線計算機體層成像設備

1、 第七章 X線計算機體層設備理論12學時 實踐 4 學時提要第一節(jié) 概述 第二節(jié) 掃描系統(tǒng)第三節(jié) 計算機系統(tǒng)、圖像顯示和存儲系統(tǒng)第四節(jié) 螺旋CT 第四節(jié) CT的使用與維護第一節(jié) 概述一、原理回顧二、發(fā)展簡史三、基本組成一、原理回顧一、原理回顧掃描灰度分布衰減系數uU值二維分布矩陣投影X線CT的問世被認為是繼倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來工程界對醫(yī)學診斷的又一劃時代貢獻，Hounsfield和Cormack共同獲得了諾貝爾生理和醫(yī)學獎。 二、發(fā)展簡史五代CT發(fā)展歷程第一代 單束平移旋轉第二代 窄扇形束平移旋轉第三代 旋轉旋轉第四代 靜止旋轉第五代 靜止靜止五代CT的掃描方式：二、發(fā)展簡史某第三代CT的外觀圖

2、依據外觀，第三代CT主要由操作臺、掃描床、掃描架、高壓發(fā)生器、電源和控制機柜、計算機與存儲器等組成。 三、基本組成螺旋CT外觀上的基本組成:p 電源柜p 掃描床p 掃描架p 操作臺掃描床掃描架電源柜操作臺三、基本組成CT機基本組成：p 掃描系統(tǒng)（X線管、探測器和掃描架等）p 計算機系統(tǒng)（數據儲存、運算等）p 圖像顯示、存儲系統(tǒng)CT基本組成方框圖 X線管準直器 探測器高壓發(fā)生器計算機系統(tǒng)A/D轉換器圖像顯示存儲系統(tǒng) 顯示器 激光相機 光盤存儲 工作站掃描架三、基本組成第二節(jié) 掃描系統(tǒng)一、 X線發(fā)生裝置二、 準直器和濾過器三、 數據采集系統(tǒng)四、 掃描架和掃描床CT用X線管 要求大功率、高熱容量，長

3、時間連續(xù)掃描，為提高其連續(xù)負荷能力，要求具有很高散熱率。散熱方式p 油循環(huán)風冷卻散熱p 陽極直冷式X線管p 陽極接地X線管p 飛焦點技術X線管一、X線發(fā)生裝置 X線管油循環(huán)風冷卻散熱一、X線發(fā)生裝置陽極直冷陽極直冷飛焦點飛焦點陽極接地陽極接地CT用高壓發(fā)生器結構：高壓變壓器、燈絲變壓器、高壓整流器等組成CT對高壓（管電壓）的穩(wěn)定度要求很高。一般采用閉環(huán)控制的方法穩(wěn)定管電壓和管電流，減小與設定值之間的偏差。一、X線發(fā)生裝置 高壓發(fā)生器閉環(huán)控制方法：從高壓次級回路取一取樣電壓，與參考電壓進行比較，所得差值反饋給高壓變壓器驅動電路，實時調整輸出管電壓值，當取樣電壓等于參考電壓時，表示實際管電壓值等于

4、設定值。管電壓設定值決定參考電壓的大小。 比較器 差值放大 高壓 驅動電路 高壓 變壓器高壓輸出參考電壓參考電壓取樣電壓取樣電壓管電壓閉環(huán)控制原理圖一、X線發(fā)生裝置 高壓發(fā)生器種類：p 靠近x線管端的前準直器p 靠近探測器端的后準直器作用：p 前準直器控制橫斷面成像的掃描層厚度p 后準直器使探測器只接收垂直入射的X線CT用準直器二、準直器和濾過器準直器一般用鉛或含少量銻、鉍的鉛合金等材料制成。為有效利用X線，探測器孔徑寬度要略大于后準直器狹縫寬度，前后準直器位置必須精確對準，否則會產生條狀偽影。X線管線管濾過器濾過器前前準準直直器器后后準準直直器器探測器探測器準直器的位置二、準直器和濾過器濾過

5、器在X線管和探測器之間，形狀設計成楔形。濾過器的尺寸根據掃描野大小決定。探測器濾過器濾過器的形狀和位置二、準直器和濾過器濾過器目的：p吸收低能X線，減小X線能量變化范圍, 使X線束平均能量升高p使穿過濾過器和受檢者的透射X線束的能量分布達到均勻硬化數據采集系統(tǒng)簡稱DAS，是掃描系統(tǒng)的重要組成部分。結構：探測器和數據處理裝置組成。作用：測量投射X線束，并將測量數據通過A/D轉換成二進制數據，送往計算機系統(tǒng)。三、數據采集系統(tǒng)特性:效率、穩(wěn)定性、響應時間、準確性、一致性種類：p 氣體探測器p 固體探測器閃爍探測器、稀土陶瓷探測器探測器是一種能將X線能量轉換為電信號的裝置。CT用探測器有許多性能相同的

6、探測器單元排列成的陣列，每個探測器單元對應一細束X線，并將該束X線的輻射強度轉換成一定大小的電信號。三、數據采集系統(tǒng)DAS電信號電信號 氙氣探測器氙氣探測器X-ray氣體電離室探測器工作原理： 當X線進入探測器時，極板間的氙氣被電離形成帶電離子，在電場作用下，帶電離子形成電流，該電流在外電路電阻中產生一個電壓信號，輸送到數據采集系統(tǒng)。氣體電離室探測器三、數據采集系統(tǒng)閃爍晶體探測器工作原理：當X線照射到閃爍晶體，能發(fā)出與x線照射強度成正比的熒光，熒光經過光導傳給光電倍增管的光電陰極上，使熒光變成光電子，經加速聚焦后，在陽極輸出一個電壓信號，輸送到數據采集系統(tǒng)。DAS電信號電信號光電倍增管光電倍增

7、管X-ray閃爍晶體閃爍晶體熒光熒光閃爍晶體探測器三、數據采集系統(tǒng)光電倍增管是一種電真空器件，直徑約2530mm，截面為圓形或六角形，內有一個光電陰極、一個聚焦極、多個倍增極和一個陽極。光電陰極是光電轉換的關鍵部分，具有光電效應，能接受光子而釋放出光電子，釋放光電子的數量正比于接受的光子。倍增極對光電陰極射來的光電子具有數目放大作用。陽極是最后收集電子并輸出信號的電極。光電陰極光電陰極DD1D2D3D4倍增極倍增極陽極陽極閃閃 爍爍 晶晶 體體 X線線光電倍增管三、數據采集系統(tǒng)光電二極管式閃爍探測器工作原理：來自閃爍晶體的熒光經透鏡聚焦后，照射在PN結上，PN結產生電子-空穴對而形成電流，電流

8、大小與光照強度成正比。光電二極管基本結構閃爍晶體X線線熒光熒光P N透鏡透鏡外殼外殼絕緣體絕緣體電流輸出電流輸出光電二極管電路符號+-三、數據采集系統(tǒng)特點：p X線利用率可達99p 光電轉換率高p 與光電二極管的響應范圍匹配最好p 余輝更小p 穩(wěn)定性更高p 容易進行較小分割，制作成密集探測器陣列稀土(貴金屬)陶瓷探測器：用摻雜稀土金屬的透明光學陶瓷與光電二極管配合來構成探測器。三、數據采集系統(tǒng)氣體探測器和固體探測器的優(yōu)缺點比較：特性、種類特性、種類氣體探測器氣體探測器固體探測器固體探測器溫度特性溫度特性大大小小噪聲噪聲有有無無飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象不容易飽和不容易飽和有可能飽和有可能飽和散射線準直散

9、射線準直 無需后準直器無需后準直器需后準直器需后準直器劑量利用率劑量利用率低低高高三、數據采集系統(tǒng)作用: 將探測器輸出的微弱電信號經放大后，再經A/D轉換器轉換為計算機能夠識別的數字信號，并經接口電路將此信號輸入計算機。 數據處理裝置構成: 前置放大器、對數放大器、積分器、多路轉換器、A/D轉換器、接口電路等構成。三、數據采集系統(tǒng)數據處理裝置的構成框圖 探測器陣列 X-ray前置放大對數放大積分放大前置放大對數放大積分放大I1In多路轉換器A/D轉換器接口電路計算機三、數據采集系統(tǒng)四、掃描架和掃描床旋轉部分：X線管、準直器、濾過器、探測器陣列、數據處理裝置、滑環(huán)部分、高壓發(fā)生器等掃描架固定部分

10、：底座、支架、旋轉控制電機及其伺服系統(tǒng)、機架主控電路板等目前多數掃描機架的孔徑為6570cm，可做一定角度的傾斜。掃描床由床面和底座構成。它的運動一般由兩個電機控制：一個是床身升降電機；另一個是床面水平移動電機。床面板由碳素纖維制成。CT掃描系統(tǒng)的掃描機架與掃描床旋轉部分固定部分掃描機架掃描床四、掃描架和掃描床掃描機架內部結構第三節(jié) 計算機系統(tǒng)、圖像顯示和存儲系統(tǒng)一、 計算機系統(tǒng)二、 圖像顯示和存儲系統(tǒng)一、計算機系統(tǒng)p 功能：系統(tǒng)控制、圖像重建、圖像處理、故障診斷p 構成：控制部分、圖像重建單元、圖像顯示、數據存儲p 控制方式：串行處理、并行處理、分布式處理、掃描控制CT計算機系統(tǒng)p 大的內存

11、空間p 大容量運算能力p 運算精度高p 速度快，能夠快速重建圖像p 控制效率高 p 具有一定的通用性 CT計算機特點：一、計算機系統(tǒng)p 圖像顯示顯示矩陣、灰度標尺p 圖像存儲軟存儲、硬存儲二、圖像顯示和存儲系統(tǒng)第三節(jié) 螺旋CT一、螺旋掃描過程二、螺旋掃描裝置三、螺旋掃描參數四、多層螺旋CT五、CT的發(fā)展趨勢一、螺旋掃描過程 螺旋掃描采集的數據是連續(xù)的容積式的數據。X線束在病人身上畫出一條（或多條）螺旋線軌跡。螺旋掃描螺旋掃描方式及層面投影數據螺旋掃描的特殊要求：p 大管電流、高熱容量、高散熱率的X線管。p 光電轉換率高、溫度穩(wěn)定性好的探測器。p 計算速度快、內存大、存儲容量大的計算機。p 掃描

12、架的旋轉架必須依靠滑環(huán)技術能單方向連續(xù)勻速旋轉；掃描床能做同步勻速直線運動，且有很高穩(wěn)定性和定位精度。 p 必須選用螺旋插值算法的功能軟件 。螺旋掃描的每一周掃描的起點和終點不在同一平面上，在圖像重建前，需在原始數據的相鄰點內用線性內插法進行校正。 如何消除運動偽影和防止層面的錯位？如何消除運動偽影和防止層面的錯位？采用螺旋插值算法采用螺旋插值算法二、螺旋掃描裝置滑環(huán)的基本結構某螺旋CT滑環(huán)的局部（一）滑環(huán)技術用滑環(huán)和碳刷代替電纜，滑環(huán)固定于旋轉架，碳刷置于掃描架固定部分，轉動時滑環(huán)與碳刷保持良好接觸，實現(xiàn)掃描架的固定部分和旋轉部分之間電源傳送和信號傳遞。p 高壓滑環(huán)掃描架外高壓發(fā)生器產生的高

13、壓，通過炭刷和供電環(huán)傳輸給旋轉架上的X 線管。p 低壓滑環(huán)高壓發(fā)生器和高壓逆變電路置于旋轉架上，與X 線管一起旋轉，通過炭刷和滑環(huán)傳輸高壓逆變電路所需的直流電源。高壓滑環(huán)低壓滑環(huán) 高壓高壓發(fā)生器發(fā)生器高電壓高電壓碳刷碳刷X線管線管高高 壓壓 滑滑 環(huán)環(huán) 高電壓高電壓碳刷碳刷X線管線管低低 壓壓 滑滑 環(huán)環(huán) 高頻高壓高頻高壓發(fā)生器發(fā)生器低電壓低電壓低壓饋線低壓饋線（二）探測器陣列單層面螺旋掃描是指在Z軸方向僅使用一排探測器陣列，采用扇形X線束，掃描軌跡是一根螺旋線。多層面螺旋掃描是指在Z軸方向上使用多排探測器陣列，其排數可以從幾排到幾十排，采用錐形X線束，掃描軌跡可以是多根螺旋線。 理解電子開關

14、、數據通道、層面數據 理解探測器陣列不同組合方式對掃描參數的影響 理解圖像重建中的相鄰層面數據的融合應用分析：某34排探測器陣列，靠近中央的4排寬度為0.5mm，其他30排寬度均為1mm。 周數：一次數據采集X線管的旋轉周次層厚：由準直器設定的X線束的厚度。螺距：X線管旋轉一周時掃描床移動的距離。成像范圍：一次采集中成像的第一層面中點與成像的最后一層面中點之間的距離。成像間隔：指連續(xù)兩幅重建圖像的層面中心點間的距離。螺旋掃描參數三、螺旋掃描參數螺旋度=螺旋因子*100螺旋因子=螺距/層厚成像范圍=周數*螺距層厚、螺旋因子、成像范圍之間的關系四、多層螺旋CT p 關于螺旋CT的“排”與“層”的討

15、論p 螺旋因子螺距(成像層數準直寬度) 實際應用中的選擇：高圖像質量(HQ)模式 高速(HS)模式p 層面選擇 濾過寬度和螺旋因子可影響MSCT重建層面厚度 MSCT 層厚可通過探測器陣列的不同組合來獲得p 應用特點 檢查范圍大、病灶檢出率高、圖像質量好、多時相動態(tài)增強檢查及功能研究、高質量影像重建和三維成像、CTA效果好、可進行特殊檢查的開發(fā)五、 CT的發(fā)展趨勢p 硬件的發(fā)展趨勢 提高掃描速度、提高圖像質量、簡化操作、提高工作效率、縮小體積、降低劑量p 設備功能的發(fā)展趨勢 血管成像、三維圖像重建、CT引導下的介入治療、仿真內窺鏡、放療計劃、第五節(jié) CT的使用和維護一、使用操作二、維護保養(yǎng)一、使用操作（一）使用原則p 操作人員具備專業(yè)知識和操作技能，熟悉機器結構、原理、參數選擇等p 嚴守說明書所規(guī)定的操作規(guī)程操作p 每日開機，進行X線管預熱訓練和空氣校準p 發(fā)現(xiàn)參數異常應及時停止，檢查原因所在p 掃描過程中，嚴禁改變曝光條件和成像參數，禁止超熱容量使用 環(huán)境檢查 開機球管加溫空氣校準檢查磁盤掃描工作 關機（二）操作規(guī)程輸入患者資料擺放患者體位掃描前定位正式掃描存儲數據、重建圖像二、維護保養(yǎng)（一）日常維護1. 機房環(huán)境溫度保持1822 濕度保持45%60%2. 清潔消毒地面清潔、床墊清潔、清掃浮塵3. 操作臺防水、防塵4. 電纜線注意鼠害、接地電阻5. X線管合理控制曝