第二節(jié)傳統(tǒng)X-CT的掃描方式

1、1 第二節(jié)第二節(jié) 傳統(tǒng)傳統(tǒng)X-CT的掃描方式的掃描方式李李 燕燕CT機的工作過程可以分為四個步驟，機的工作過程可以分為四個步驟，即：即：產(chǎn)生產(chǎn)生X線；線；獲取穿出物體后的獲取穿出物體后的X線衰減信號；線衰減信號；將得到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行處理，并將得到的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行處理，并加工成圖像信號；加工成圖像信號；將圖像信號顯示和記錄下來，其將圖像信號顯示和記錄下來，其中的每一過程都是在計算機的協(xié)助中的每一過程都是在計算機的協(xié)助下完成的。下完成的。 2一單束平移旋轉(zhuǎn)（）方式一單束平移旋轉(zhuǎn)（）方式二窄扇形束掃描平移旋轉(zhuǎn)（）方式二窄扇形束掃描平移旋轉(zhuǎn)（）方式三旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)（）方式三旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)（）方式四靜止旋轉(zhuǎn)（）方式四

2、靜止旋轉(zhuǎn)（）方式五傳統(tǒng)掃描的技術(shù)缺憾五傳統(tǒng)掃描的技術(shù)缺憾六電子束掃描方式六電子束掃描方式3 自從自從 豪斯菲爾德（豪斯菲爾德（Godfrey N Hounsfied）發(fā)明）發(fā)明 CT至今，至今，CT技術(shù)技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)臨床已有應(yīng)用到醫(yī)學(xué)臨床已有30余年的歷余年的歷史從最早只能掃描頭部到能用于全史從最早只能掃描頭部到能用于全身各個部位檢查，從單層螺旋身各個部位檢查，從單層螺旋CT到到多層螺旋多層螺旋 CT，CT技術(shù)的發(fā)展突飛技術(shù)的發(fā)展突飛猛進(jìn)，尤其是近十年來，更為迅速，猛進(jìn)，尤其是近十年來，更為迅速，平均每平均每23年就有一個比較大的進(jìn)年就有一個比較大的進(jìn)展。以下介紹掃描方式的改進(jìn)展。以下介紹掃描

3、方式的改進(jìn) 420世紀(jì)世紀(jì)70年代是年代是CT發(fā)展的初期發(fā)展的初期階段，這期間，階段，這期間，CT從一二代發(fā)展從一二代發(fā)展到三四代，都屬于初期探索階段。到三四代，都屬于初期探索階段。80年代是年代是CT的鞏固、提高階段。的鞏固、提高階段。90年代是螺旋年代是螺旋CT階段，實現(xiàn)了容階段，實現(xiàn)了容積掃描。新世紀(jì)是多層螺旋積掃描。新世紀(jì)是多層螺旋CT階階段，現(xiàn)為主要觀察手段。段，現(xiàn)為主要觀察手段。5一單束平移旋轉(zhuǎn)（）方式一單束平移旋轉(zhuǎn)（）方式第一代第一代CT機采取平移機采取平移/ /旋轉(zhuǎn)方式旋轉(zhuǎn)方式(translate/rotate mode)(translate/rotate mode)進(jìn)行掃描和

4、收進(jìn)行掃描和收集信息集信息這是一種最原始的這是一種最原始的CT機此機機此機在病人的兩側(cè)分別裝有一個在病人的兩側(cè)分別裝有一個X線管和一線管和一個晶體檢測器，在對個晶體檢測器，在對X線管所產(chǎn)生的光線管所產(chǎn)生的光束進(jìn)行準(zhǔn)直后，使光束與檢測器成為一束進(jìn)行準(zhǔn)直后，使光束與檢測器成為一條連線第一代是實驗室設(shè)備，面世時條連線第一代是實驗室設(shè)備，面世時已進(jìn)入第二代掃描方式已進(jìn)入第二代掃描方式67首先首先X X線管和相對應(yīng)的探測器作第一線管和相對應(yīng)的探測器作第一次同步平行移動次同步平行移動然后，環(huán)繞患者旋然后，環(huán)繞患者旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)1 1度并準(zhǔn)備第二次掃描度并準(zhǔn)備第二次掃描周而復(fù)始，周而復(fù)始，直到在直到在180范圍內(nèi)完

5、成全部數(shù)據(jù)范圍內(nèi)完成全部數(shù)據(jù)采集采集，即即掃描系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)到與初始值位掃描系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)到與初始值位置成置成180角為止這樣，就能從角為止這樣，就能從不同的方向上采集某一掃描部位的投不同的方向上采集某一掃描部位的投影信號，并由圖像處理機加工處理影信號，并由圖像處理機加工處理 8由于采用筆形由于采用筆形X X線束和只有個探測器，線束和只有個探測器，所采數(shù)據(jù)少，因而每掃一層所需時間長，所采數(shù)據(jù)少，因而每掃一層所需時間長，圖像質(zhì)量差圖像質(zhì)量差這種掃描方式的這種掃描方式的缺點缺點是射線利用率極低，是射線利用率極低，掃描速度很慢，對一個斷層掃描約需掃描速度很慢，對一個斷層掃描約需5分鐘時間，這不適合運動性大的器官

6、，分鐘時間，這不適合運動性大的器官，可對容易靜止的部位，如頭顱，還是很可對容易靜止的部位，如頭顱，還是很有用的，盡管其圖像質(zhì)量不太理想，但有用的，盡管其圖像質(zhì)量不太理想，但這是一個新的醫(yī)療技術(shù)的開端這是一個新的醫(yī)療技術(shù)的開端9二窄扇形束掃描平移旋轉(zhuǎn)（）方式二窄扇形束掃描平移旋轉(zhuǎn)（）方式窄扇形束掃描又稱為第二代窄扇形束掃描又稱為第二代CT掃描掃描第二代第二代CT機將機將X X線束改為扇形，線束改為扇形，探測器增多至探測器增多至3030個，擴大了掃描范個，擴大了掃描范圍，增多了采集的數(shù)據(jù)圍，增多了采集的數(shù)據(jù)因此，旋因此，旋轉(zhuǎn)角度增至轉(zhuǎn)角度增至2020度，縮短了掃描時間，度，縮短了掃描時間，圖像質(zhì)量

7、有所提高，但仍不能完全圖像質(zhì)量有所提高，但仍不能完全避免患者生理避免患者生理運動運動所引起的偽影所引起的偽影(Artifact)(Artifact)1011 第二代第二代CT機同第一代機同第一代CT機差別機差別不大，它以若干個（約不大，它以若干個（約360只）晶體只）晶體檢測器代替第一代的只用一只檢測器，檢測器代替第一代的只用一只檢測器，使在一次平移掃描時記錄下來的投影數(shù)使在一次平移掃描時記錄下來的投影數(shù)目增加了若干倍數(shù)，同時，目增加了若干倍數(shù)，同時，X線光束的線光束的形狀是小角度的扇形，覆蓋了全部檢測形狀是小角度的扇形，覆蓋了全部檢測器，這樣使一次掃描的效率成倍提器，這樣使一次掃描的效率成倍

8、提高掃描時間縮短，只需用高掃描時間縮短，只需用10秒左右秒左右完成一次掃描，第二代機基本上也是用完成一次掃描，第二代機基本上也是用于頭顱檢查，但它有快速和慢速掃描二于頭顱檢查，但它有快速和慢速掃描二種機型，其中的快速機型檢測器多，種機型，其中的快速機型檢測器多，X線成扇形張角大，可以用于全身掃描檢線成扇形張角大，可以用于全身掃描檢查查 12 這種掃描的主要缺點是：由于檢這種掃描的主要缺點是：由于檢測器排列成直線，對于測器排列成直線，對于X射線管發(fā)射線管發(fā)出的扇形束來說，扇形束的中心出的扇形束來說，扇形束的中心射束和邊緣射束的測量值不相等，射束和邊緣射束的測量值不相等，故需校正，否則掃描會因這種

9、運故需校正，否則掃描會因這種運動而出現(xiàn)運動偽影，影響動而出現(xiàn)運動偽影，影響CT像的像的質(zhì)量質(zhì)量 13三旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)（）方式三旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)（）方式1976年誕生第三種掃描方式年誕生第三種掃描方式, 第第三代三代CT機主要特點是控測器激增至機主要特點是控測器激增至250-250-700700個，并與相對的個，并與相對的X X線管只作旋轉(zhuǎn)運動線管只作旋轉(zhuǎn)運動(rotate/rotate mode)(rotate/rotate mode)因此，能收集因此，能收集較多的數(shù)據(jù)，掃描時間在較多的數(shù)據(jù)，掃描時間在5s5s以內(nèi)，使偽以內(nèi)，使偽影大為減少，圖像質(zhì)量明顯提高影大為減少，圖像質(zhì)量明顯提高 14 1516 第三

10、代機是一個全新的機第三代機是一個全新的機型，它消除了橫向平移掃描，掃型，它消除了橫向平移掃描，掃描裝置由一個描裝置由一個X射線管和由射線管和由250700個檢測器（或用檢測個檢測器（或用檢測器陣列）排成一個可在掃描架內(nèi)器陣列）排成一個可在掃描架內(nèi)滑動的緊密圓弧形排列組成滑動的緊密圓弧形排列組成X射射線管發(fā)出張角為線管發(fā)出張角為 3045能能覆蓋整個受檢體的寬扇形射線覆蓋整個受檢體的寬扇形射線束束17在寬扇形束掃描中，扇形射束寬度在寬扇形束掃描中，扇形射束寬度內(nèi)的檢測器同時獲取扇形射束內(nèi)的內(nèi)的檢測器同時獲取扇形射束內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，這種排列使扇形束的中所有數(shù)據(jù)，這種排列使扇形束的中心射束和邊緣射束到

11、檢測器的距離心射束和邊緣射束到檢測器的距離相等，故可減少中心射束和邊緣射相等，故可減少中心射束和邊緣射束的檢測值差異由于此種寬束掃束的檢測值差異由于此種寬束掃描一次即能覆蓋整個受檢體，故不描一次即能覆蓋整個受檢體，故不再需要直線的平移，只需再需要直線的平移，只需X射線管射線管和檢測器作同步旋轉(zhuǎn)運動即可和檢測器作同步旋轉(zhuǎn)運動即可 18寬束掃描使得寬束掃描使得X射線的利用率有所射線的利用率有所提高，故可靠性也比平移提高，故可靠性也比平移-旋轉(zhuǎn)方旋轉(zhuǎn)方式高用此種方式對斷層掃描所用式高用此種方式對斷層掃描所用的時間已降為的時間已降為1秒左右它的最主秒左右它的最主要的優(yōu)點是，僅僅用要的優(yōu)點是，僅僅用51

12、0秒鐘就秒鐘就能完成一次掃描，由于寬的扇形張能完成一次掃描，由于寬的扇形張角，角，X線的利用率提高，數(shù)據(jù)采集線的利用率提高，數(shù)據(jù)采集量也就增加，所以圖像質(zhì)量就比前量也就增加，所以圖像質(zhì)量就比前二代機型好二代機型好19 第二代機是在平移時做掃描的，所以同一第二代機是在平移時做掃描的，所以同一角度的物體投影數(shù)據(jù)，檢測是由同一個檢測器來角度的物體投影數(shù)據(jù)，檢測是由同一個檢測器來完成的但在第三代機里，由于是在旋轉(zhuǎn)中進(jìn)行完成的但在第三代機里，由于是在旋轉(zhuǎn)中進(jìn)行掃描，同一角度的物體投影數(shù)據(jù)檢測要由不同的掃描，同一角度的物體投影數(shù)據(jù)檢測要由不同的檢測器來完成，這就要求每個檢測器的性能要十檢測器來完成，這就要

13、求每個檢測器的性能要十分一致，稍有誤差，就會導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)同心圓分一致，稍有誤差，就會導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)同心圓影的環(huán)形偽形，這就是第三代機的最主要的影的環(huán)形偽形，這就是第三代機的最主要的缺點缺點：對相鄰檢測器的差異十分敏感對相鄰檢測器的差異十分敏感. 要對每個相鄰檢要對每個相鄰檢測器的接收靈敏度差異進(jìn)行校正，否則由于同步測器的接收靈敏度差異進(jìn)行校正，否則由于同步旋轉(zhuǎn)掃描運動會產(chǎn)生環(huán)形偽像旋轉(zhuǎn)掃描運動會產(chǎn)生環(huán)形偽像為了保持檢測器的穩(wěn)定，大多數(shù)的第三代機為了保持檢測器的穩(wěn)定，大多數(shù)的第三代機使用的是高壓氙氣檢測器，數(shù)百只電離室內(nèi)，氣使用的是高壓氙氣檢測器，數(shù)百只電離室內(nèi)，氣體相通，壓力一致，其光電作用

14、一致，減少偽影體相通，壓力一致，其光電作用一致，減少偽影產(chǎn)生的機會產(chǎn)生的機會20 四靜止旋轉(zhuǎn)（）方式四靜止旋轉(zhuǎn)（）方式 第四代第四代CTCT機檢測器機檢測器(1978)(1978)進(jìn)進(jìn)一步增加，高達(dá)一步增加，高達(dá)1000-24001000-2400個并環(huán)狀個并環(huán)狀排列而固定不動，只有排列而固定不動，只有X X線管圍繞患線管圍繞患者旋轉(zhuǎn)，即固定者旋轉(zhuǎn)，即固定/ /旋轉(zhuǎn)式旋轉(zhuǎn)式(stationary/rotate mode)(stationary/rotate mode)它和它和第三代機的掃描切層都薄，掃描速第三代機的掃描切層都薄，掃描速度都快，圖像質(zhì)量都高度都快，圖像質(zhì)量都高 212223第四代

15、機克服了第三代機環(huán)形偽影的缺第四代機克服了第三代機環(huán)形偽影的缺點，將晶體檢測器點，將晶體檢測器360均勻分布在環(huán)均勻分布在環(huán)形掃描機架上，掃描時檢測器是靜止不形掃描機架上，掃描時檢測器是靜止不動的，而動的，而X線管在檢測器圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在線管在檢測器圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在掃描產(chǎn)生出的圖像上，每一點都是由所掃描產(chǎn)生出的圖像上，每一點都是由所有的檢測器進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測后重建出來的，有的檢測器進(jìn)行數(shù)據(jù)檢測后重建出來的，這代機型又稱反扇形光束機型，因為扇這代機型又稱反扇形光束機型，因為扇形的原點是在檢測器上，而不是在形的原點是在檢測器上，而不是在X線線管的焦點上，每一檢測器都受到許多的管的焦點上，每一檢測器都受到許多的

16、X線光束組成的扇形光束的照射。線光束組成的扇形光束的照射。 24實際上第四代機的掃描時間并不比實際上第四代機的掃描時間并不比第三代機快除了能克服環(huán)形偽影，第三代機快除了能克服環(huán)形偽影，圖像分辨率略有提高外，它還有很圖像分辨率略有提高外，它還有很多不理想的方面例如，第四代機多不理想的方面例如，第四代機不能做出掃描平片，而這掃描平片不能做出掃描平片，而這掃描平片圖像對病人的定位及檢查是很重要圖像對病人的定位及檢查是很重要的，另外由于每個檢測器的微小偏的，另外由于每個檢測器的微小偏差，使重建后的圖像噪聲總量會增差，使重建后的圖像噪聲總量會增加千分之幾所以第四代機不一定加千分之幾所以第四代機不一定是更

17、好的機型是更好的機型 25靜止靜止-旋轉(zhuǎn)掃描方式的整體優(yōu)點是：旋轉(zhuǎn)掃描方式的整體優(yōu)點是：因為每一個檢測器相繼完成多個方因為每一個檢測器相繼完成多個方向上投影的檢測或者說在一個檢測向上投影的檢測或者說在一個檢測器上獲得多個方向的投影數(shù)據(jù)，故器上獲得多個方向的投影數(shù)據(jù)，故能較好地克服寬扇形束的旋轉(zhuǎn)能較好地克服寬扇形束的旋轉(zhuǎn)-旋旋轉(zhuǎn)掃描方式中由于檢測器之間差異轉(zhuǎn)掃描方式中由于檢測器之間差異所帶來的環(huán)形偽影，其掃描速度同所帶來的環(huán)形偽影，其掃描速度同寬扇束相比也有所提高或接近寬扇束相比也有所提高或接近 26 五傳統(tǒng)掃描的技術(shù)缺憾五傳統(tǒng)掃描的技術(shù)缺憾 上述四類一般被稱為傳統(tǒng)掃描上述四類一般被稱為傳統(tǒng)掃描

18、方式，方式，X射線管的射線管的供電方式供電方式都是由一都是由一根電纜線連在根電纜線連在X射線管上，這種供電射線管上，這種供電方式使方式使X射線管不能進(jìn)行連續(xù)的掃描。射線管不能進(jìn)行連續(xù)的掃描。這樣的掃描過程不僅大大延緩了完這樣的掃描過程不僅大大延緩了完成全部掃描工作的時間，且存在接成全部掃描工作的時間，且存在接受掃描的新層間的間隔（稱為層隔）受掃描的新層間的間隔（稱為層隔）等缺點。這些缺點是傳統(tǒng)等缺點。這些缺點是傳統(tǒng)CT掃描技掃描技術(shù)的缺憾。術(shù)的缺憾。 27六電子束掃描方式六電子束掃描方式8080年代出現(xiàn)了電子束年代出現(xiàn)了電子束CTCT，稱作，稱作第五代第五代第五代第五代CTCT機將掃描時間縮機

19、將掃描時間縮短到短到50ms50ms，因而解決了心臟掃描。，因而解決了心臟掃描。其中主要結(jié)構(gòu)是一個電子槍，所產(chǎn)其中主要結(jié)構(gòu)是一個電子槍，所產(chǎn)生的電子束生的電子束(Electron beam)(Electron beam)射向一射向一個環(huán)形鎢靶，環(huán)形排列的探測器收個環(huán)形鎢靶，環(huán)形排列的探測器收集信息集信息 28傳統(tǒng)的四類掃描方式基本上可以滿足人體全傳統(tǒng)的四類掃描方式基本上可以滿足人體全身除動態(tài)器官如心肺以外的各器官的檢測。身除動態(tài)器官如心肺以外的各器官的檢測。為了實現(xiàn)對人體動態(tài)器官如心肺的為了實現(xiàn)對人體動態(tài)器官如心肺的CT，需要，需要進(jìn)一步提高掃描的速度，于是在靜止進(jìn)一步提高掃描的速度，于是在靜

20、止-旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)掃描模式基礎(chǔ)上出現(xiàn)了掃描模式基礎(chǔ)上出現(xiàn)了動態(tài)空間掃描動態(tài)空間掃描和和電子電子束掃描束掃描兩種掃描方式，這兩種掃描方式被稱兩種掃描方式，這兩種掃描方式被稱為高速掃描。這兩種掃描方式取消了為高速掃描。這兩種掃描方式取消了X射線射線管和檢測器之間的同步掃描機械運動，取而管和檢測器之間的同步掃描機械運動，取而代之的是利用電子控制的非機械運動式同步代之的是利用電子控制的非機械運動式同步掃描。由于掃描沒有機械運動（動態(tài)空間掃掃描。由于掃描沒有機械運動（動態(tài)空間掃描中有時的一點機械運動），所以大大地提描中有時的一點機械運動），所以大大地提高了掃描速度。高了掃描速度。 29303132電子束掃描又

21、稱為第五代電子束掃描又稱為第五代CT，掃描裝置由，掃描裝置由一個特殊制造的大型一個特殊制造的大型X射線管和靜止排列射線管和靜止排列的檢測器環(huán)組成的檢測器環(huán)組成在大型的在大型的X射線管內(nèi)從電子槍發(fā)射出的電射線管內(nèi)從電子槍發(fā)射出的電子束經(jīng)過兩次磁偏轉(zhuǎn)控制，產(chǎn)生的電子束子束經(jīng)過兩次磁偏轉(zhuǎn)控制，產(chǎn)生的電子束高速地旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)，并撞擊在高速地旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)，并撞擊在X射線管的很射線管的很大的環(huán)形靶體上，于是沿環(huán)形靶體上發(fā)射大的環(huán)形靶體上，于是沿環(huán)形靶體上發(fā)射出出X射線，經(jīng)準(zhǔn)直后成為扇形束扇形束射線，經(jīng)準(zhǔn)直后成為扇形束扇形束透射受檢體后的衰減射線束再投照在靜止透射受檢體后的衰減射線束再投照在靜止的檢測器環(huán)上，于是便

22、可檢測出來自不同的檢測器環(huán)上，于是便可檢測出來自不同方位的投影值方位的投影值33這種掃描方式與反扇形束掃描方式這種掃描方式與反扇形束掃描方式有些類似，不同點在于這種有些類似，不同點在于這種X射線射線束的旋轉(zhuǎn)掃描，是由可控的電子束束的旋轉(zhuǎn)掃描，是由可控的電子束高速旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)撞擊靶環(huán)而產(chǎn)生，是高速旋轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)撞擊靶環(huán)而產(chǎn)生，是非機械運動整個掃描結(jié)構(gòu)如圖所非機械運動整個掃描結(jié)構(gòu)如圖所示這種機構(gòu)在示這種機構(gòu)在50100ms內(nèi)能內(nèi)能完成完成216的局部掃描，一般用于的局部掃描，一般用于心肺等動態(tài)器官的心肺等動態(tài)器官的CT檢查檢查.34第五代第五代CT機完全排除了前幾代機完全排除了前幾代CT機的機械運動裝置，這是一種電機的機械運動裝置，這是一種電子束掃描代替了機械運動掃描。子束掃描代替了機械運動掃描。掃描時間更短，約掃描時間更短，約1秒，它即能秒，它即能對靜止的組織進(jìn)行掃描，又能對對靜止的組織進(jìn)行掃描，又能對心臟等器官作動態(tài)研究。心臟等器官作動態(tài)研究。 隨著多隨著多層螺旋的發(fā)展，能用于心臟層螺旋的發(fā)展，能用于心臟檢查，電子束的使用已趨減檢查，電子束的使用已趨減少。少。3536從從19981998年北美