醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)第5章CT成像設(shè)備

第五章

X線計(jì)算機(jī)體層成像設(shè)備醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)1917年，丹麥數(shù)學(xué)家雷當(dāng)（J.Radon）從數(shù)學(xué)上證明：某種物理參量的二維分布函數(shù)由該函數(shù)在其定義域內(nèi)的所有線積分完全確定。01X線計(jì)算機(jī)體層成像設(shè)備就成為了實(shí)現(xiàn)這一理論的先行者，并為醫(yī)學(xué)影像的發(fā)展帶來了一場革命性變革。03該研究結(jié)果的意義在于：確定一個物理參量，尋找該物理參量的線積分，獲得所有方向的線積分，就能夠求得該二維分布函數(shù)。02010203前言第一節(jié)概述目錄

一、發(fā)展簡史（一）CT的誕生（二）CT發(fā)展歷程回顧二、發(fā)展趨勢（一）硬件發(fā)展趨勢（二）軟件發(fā)展趨勢計(jì)算機(jī)斷層掃描（computedtomography或computerizedtomography）簡稱CT。CT是指利用計(jì)算機(jī)來獲取人體某一層組織結(jié)構(gòu)的X線影像。CT攝取的是人體橫向?qū)用娼M織結(jié)構(gòu)的影像，是人體上下重疊組織結(jié)構(gòu)中我們所感興趣的那一層組織的影像。CT的概念：第一節(jié)概述1917年，丹麥數(shù)學(xué)家雷當(dāng)（J.Radon）從數(shù)學(xué)上證明：某種物理參量的二維分布函數(shù)由該函數(shù)在其定義域內(nèi)的所有線積分完全確定。1938年，漢堡的弗蘭克（GabrialFrank）首次在一項(xiàng)專利中描述圖像重建法在X線診斷中的應(yīng)用。1956年，布雷斯韋爾（Bracewell）第一次將一系列由不同方向測得的太陽微波發(fā)射數(shù)據(jù)運(yùn)用圖像重建的方法，繪制了太陽微波發(fā)射圖像。CT的誕生第一節(jié)概述1963年，美國的科馬克（AllanM.ormack）以人體組織對X線的線性吸收系數(shù)為物理參量，用X線投影作為人體組織對X線線性吸收系數(shù)的線積分，研究出了重建圖像的數(shù)學(xué)方法。021961年，奧頓道夫（WilliamH.Oldendorf）采用聚焦成一束的131I放射源完成了著名的旋轉(zhuǎn)位移試驗(yàn)，向人們揭示了獲取投影數(shù)據(jù)的基本原理與方法。01第一節(jié)概述AllanM.Cormack第一節(jié)概述第一臺CT在EMI公司誕生，并與1971年9月第一臺CT設(shè)備安裝在英國的阿特金遜-莫利醫(yī)院。Hounsfield和JamieAmbrose共同完成了臨床試驗(yàn)，驗(yàn)證了X線影像與相應(yīng)位置人體解剖結(jié)構(gòu)的一致性。1972年11月，在北美放射學(xué)會（RSNA）年會上向全世界宣布了他的這一具有劃時代意義的重大發(fā)明。1979年Hounsfield和Cormack一起獲得諾貝爾生理學(xué)醫(yī)學(xué)獎。第一節(jié)概述第一節(jié)概述CT發(fā)展歷程回顧第一代CT設(shè)備多屬于頭部專用機(jī)，采用平移（translation）+旋轉(zhuǎn)（rotation）掃描方式（T/R掃描方式）。第一代CT設(shè)備第一節(jié)概述No.1第二代CT設(shè)備采用T/R掃描方式，在第一代的基礎(chǔ)上，將其單一筆形X線束改為窄扇形線束，探測器數(shù)目也增加到3～30個。No.2第二代CT設(shè)備第一節(jié)概述第三代CT設(shè)備采用旋轉(zhuǎn)+旋轉(zhuǎn)掃描方式，即R/R掃描方式。使X線管和探測器作為整體只圍繞受檢者作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，X線束為30o～45o的扇形束。第三代CT設(shè)備0102第一節(jié)概述第四代CT設(shè)備采用靜止（stationarity）+旋轉(zhuǎn)掃描方式（S/R掃描方式）。它用600個探測器緊密地排成圓周。第四代CT設(shè)備第一節(jié)概述第五代CT設(shè)備第五代CT設(shè)備采用靜止+靜止掃描方式，即S/S掃描方式，突出特點(diǎn)是X線管和X線探測器都是靜止的。第一節(jié)概述螺旋CT設(shè)備滑環(huán)技術(shù)（slip-ringtechnique）和高頻（highfrequency）X線發(fā)生裝置的應(yīng)用。滑環(huán)技術(shù)結(jié)構(gòu)螺旋設(shè)備第一節(jié)概述各代CT的主要特征第一代第二代第三代第四代第五代螺旋掃描方式探測器數(shù)X線束扇角（o）掃描時間（s）每次層數(shù)T/R1筆形_240～3001T/R3～30窄扇形3～2620～2101R/R256～720扇形21～453～101S/R45～7200廣角扇形48～1201～51S/S1500以上錐形30～450.03～0.12～8R/R512以上扇形或錐形30～450.35～11～128第一節(jié)概述發(fā)展趨勢硬件的發(fā)展加快掃描速度提高圖像質(zhì)量影響CT圖像質(zhì)量的因素：X線源特性和探測器的性能掃描數(shù)目和速度圖像重建所用的算法數(shù)據(jù)表達(dá)與顯示方法第一節(jié)概述降低劑量迭代重建技術(shù)（ASIR）心自動濾線器技術(shù)、ECG自動毫安技術(shù)、三維立體自動毫安技術(shù)、電子采集器技術(shù)及4D實(shí)時劑量調(diào)節(jié)方法等技術(shù)應(yīng)用?？s小體積簡化操作提高工作效率血管成像軟件發(fā)展趨勢三維圖像重建CT引導(dǎo)下的介入治療仿真內(nèi)鏡放療計(jì)劃門控技術(shù)的應(yīng)用是CT臨床技術(shù)的質(zhì)的飛躍第一節(jié)概述第二節(jié)成像系統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像設(shè)備學(xué)目錄

一、投影數(shù)據(jù)獲取裝置二、計(jì)算機(jī)和圖像重建系統(tǒng)

第二節(jié)成像系統(tǒng)CT設(shè)備主要三部分組成：數(shù)據(jù)采集部分、圖像重建部分和圖像顯示與保存部分?jǐn)?shù)據(jù)采集部分：X線發(fā)生裝置與X線管、探測器及A/D轉(zhuǎn)換器與接口電路、設(shè)備架等；圖像重建部分：圖像重建單元、數(shù)據(jù)存儲裝置等；圖像顯示與保存部分：圖像顯示器、多幅相機(jī)、圖像存儲裝置（硬盤、刻錄光盤）、中央系統(tǒng)控制器、檢查床。第二節(jié)成像系統(tǒng)投影數(shù)據(jù)獲取裝置X線發(fā)生裝置高壓發(fā)生器傳統(tǒng)CT：高壓發(fā)生器獨(dú)立于掃描架以外。發(fā)生器與X線管之間的電信號聯(lián)系由高壓電纜完成。滑環(huán)技術(shù)螺旋CT機(jī)：采用高頻逆變高壓發(fā)生器，安裝在設(shè)備架內(nèi)。輸出波形平穩(wěn)，體積小，重量輕。01020304中檔CT機(jī)35～45KW機(jī)；低檔CT機(jī)20～30KW。CT機(jī)的管電壓一般在80～140KV可調(diào)。高檔CT機(jī)50～100KW；高壓發(fā)生器的功率：第二節(jié)成像系統(tǒng)固定陽極管的長軸與探測器平行；CTX線管也有固定陽極X線管和旋轉(zhuǎn)陽極X線管兩種。旋轉(zhuǎn)陽極X線管的長軸則與探測器垂直。CTX線管第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)陽極X線管發(fā)射方式分連續(xù)發(fā)射和脈沖發(fā)射兩種，多采用脈沖發(fā)射。脈沖發(fā)射的優(yōu)點(diǎn)：可以使投影數(shù)與被測物體的要求相匹配，并可以通過控制射線脈沖持續(xù)時間來調(diào)節(jié)對清晰度產(chǎn)生不良影響的測量路徑；可以在脈沖間歇時間內(nèi)自動地進(jìn)行每個測量通道的零點(diǎn)校準(zhǔn)，因此可以避免由于測量電子原件工作點(diǎn)的飄移造成的信號誤差；其它條件相同的情況下，信號強(qiáng)度高，與連續(xù)工作方式相比，有較好的信噪比，特別是在物體直徑大時能獲得噪聲小的圖像；01可以利用適當(dāng)?shù)陌l(fā)生器來切換從一個脈沖到另一個脈沖的X線管電壓，這樣可以在測量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)一周時繪制出兩幅不同能量的圖像，有效的應(yīng)用雙譜線法攝制出幾何學(xué)上完全相同的雙譜線圖像；01可以減少球管產(chǎn)熱量和降低受檢者的照射量。01第二節(jié)成像系統(tǒng)CT旋轉(zhuǎn)陽極X線管特點(diǎn)：功率大，熱容量高。冷卻方式：采用油循環(huán)加風(fēng)冷卻的雙重冷卻方式。第二節(jié)成像系統(tǒng)CT管球焦點(diǎn)：1mm2高速旋轉(zhuǎn)陽極管焦點(diǎn)小，約為0.6mm2。轉(zhuǎn)速約為3600轉(zhuǎn)/min，或10000轉(zhuǎn)/min左右。CT用X線管的熱容量可高達(dá)8MHU,而名為Straton的電子束控金屬X線管更號稱是0MHU的X線管，這種X線管散熱率高達(dá)4.7MHU/min3214第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)CT管及冷卻外形電子束控金屬球管第二節(jié)成像系統(tǒng)準(zhǔn)直器（collimator）與濾過器（filter）X線準(zhǔn)直器X線準(zhǔn)直器的作用有三點(diǎn)：限定成像的空間范圍（限定斷層層厚）降低受檢者的表面輻射劑量減少進(jìn)入探測器的散射線第二節(jié)成像系統(tǒng)CT的準(zhǔn)直器CT準(zhǔn)直器控制示意圖第二節(jié)成像系統(tǒng)X線濾過器X線濾過器的作用是：吸收低能X線（軟射線）；使X線束通過濾過器和均勻圓形成像物體（水模，waterphantom）后，變成能量分布均勻的硬射線束。濾過器形狀設(shè)計(jì)為楔形或“BOWTIE”形。第二節(jié)成像系統(tǒng)CT的濾過器探測器探測器類型有兩種：一種是氣體探測器；另一種是熒光固體探測器。熒光固體探測器又分為兩種：閃爍探測器稀土陶瓷探測器123稀土陶瓷探測器X線吸收利用率可達(dá)99%。4第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)1.探測器的特性（1）檢測效率（efficiency）：是指探測器從X線束吸收能量的百分?jǐn)?shù)。影響探測器檢測效率的因素有兩個：幾何效率和吸收效率1）幾何效率（geometricalefficiency）：是由每個探測器的孔徑和相關(guān)的每個探測器所占總空間的比來決定的。第二節(jié)成像系統(tǒng)決定探測器檢測效率的諸因素吸收效率(absorptionefficiency)：是指X線輻射進(jìn)入探測器而被吸收的百分率。總檢測效率η：是幾何效率和吸收效率的乘積。穩(wěn)定性（stabilization）：是指探測器的重復(fù)性和還原性。1響應(yīng)時間（responsetime）：是指探測器接受、記錄和輸出一個信號所需的時間。2準(zhǔn)確性（accurateness）與線性（linearity）3一致性（consistency）4動態(tài)范圍（dynamicrange）：指探測器能夠測量識別的最大信號與最小信號之比。5第二節(jié)成像系統(tǒng)主要有以下幾種類型：疝氣探測器、閃爍探測器。01疝氣探測器：是利用化學(xué)性能穩(wěn)定的惰性氣體在X線等電離輻射的作用下產(chǎn)生電離的原理進(jìn)行探測，由惰性氣體和氣體電離室構(gòu)成。02探測器的種類第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)高壓氙氣探測器的結(jié)構(gòu)第二節(jié)成像系統(tǒng)氙氣檢測器的電離特性氣體探測器從工作方式上可分為比例計(jì)數(shù)型和電離室型。氣體探測器的優(yōu)點(diǎn)：1穩(wěn)定性高、一致性好、響應(yīng)時間短、沒有余輝問題以及價格便宜；2缺點(diǎn)：3需要恒溫來保證氣壓的穩(wěn)定、檢測效率相對較低以及需要高mAs來獲得足夠強(qiáng)的信號，且宜受外界電場、震動干擾產(chǎn)生偽影，有飽和現(xiàn)象。4第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)閃爍探測器的結(jié)構(gòu)示意圖閃爍探測器：是利用射線能使某些物質(zhì)產(chǎn)生閃爍熒光的特性來探測射線的裝置。各類探測器的特性比較第一、二、四代CT機(jī)一般采用閃爍探測器，第三代與螺旋CT機(jī)采用氣體探測器或閃爍探測器。特性偏重：（1）溫度特性噪聲飽和現(xiàn)象散射線準(zhǔn)直劑量利用率第二節(jié)成像系統(tǒng)多排探測器可分為等寬陣列與非等寬陣列，又稱固定陣列與自適應(yīng)陣列兩類。多層CT（multi-sliceCT，MSCT）是指通過一周掃描可以同時獲得多層圖像的CT，多采用稀土陶瓷探測器。多排探測器第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)多排檢測器示意圖第二節(jié)成像系統(tǒng)多排探測器內(nèi)部結(jié)構(gòu)多排探測器外形作用：將探測器輸出的微弱電信號經(jīng)放大后，再經(jīng)ADC轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識別的數(shù)字信號，并經(jīng)接口電路將此數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)處理主要由前置放大器、對數(shù)放大器、積分器、多路轉(zhuǎn)換器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、接口電路等構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖第二節(jié)成像系統(tǒng)雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器工作原理圖逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器第二節(jié)成像系統(tǒng)掃描機(jī)架CT的設(shè)備架由兩部分組成。一是旋轉(zhuǎn)部分，主要由X線管及其冷卻系統(tǒng)、準(zhǔn)直器及其控制系統(tǒng)、濾過器、探測器、數(shù)據(jù)處理裝置、滑環(huán)部分、高壓發(fā)生器（低壓滑環(huán)式SCT）等組成。二是固定部分，主要由旋轉(zhuǎn)支架，旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)及其伺服系統(tǒng)，機(jī)架主控電路板組成。第二節(jié)成像系統(tǒng)掃描機(jī)架結(jié)構(gòu)圖掃描床水平定位設(shè)計(jì)精度不大于0.1mm。床面板是碳素纖維，強(qiáng)度高，質(zhì)量輕。掃描床由床面和底座構(gòu)成，它的運(yùn)動一般由兩個電機(jī)控制：一個是床身升降電機(jī)；另一個是床面水平移動電機(jī)。掃描床第二節(jié)成像系統(tǒng)23%Option1床高度指示：床水平運(yùn)行指示和精度：0～1800mm或0～2000mm.顯示誤差＜±5mm.自動移動精度誤差＜±0.25mm。顯示范圍大多0～550mm或450～1000mm。30%Option2第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)CT檢查床與掃描架內(nèi)部結(jié)構(gòu)1計(jì)算機(jī)和圖像重建系統(tǒng)2計(jì)算機(jī)在CT中的功能：控制整個CT系統(tǒng)的運(yùn)行、圖像重建、圖像處理、故障診斷及分析。3基本結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)4計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成：5控制部分、圖像重建單元、圖像顯示、數(shù)據(jù)存儲。第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)”特點(diǎn)：足夠大的內(nèi)存空間大容量運(yùn)算能力高運(yùn)算精度高運(yùn)算速度高控制效率高性價比和好的通用性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)框圖第二節(jié)成像系統(tǒng)圖像重建單元圖像重建單元又稱快速重建單元，采用專用計(jì)算機(jī)—陣列處理機(jī)(arrayprocessor)來執(zhí)行圖像重建和處理的任務(wù)。圖像重建單元結(jié)構(gòu)框圖計(jì)算機(jī)控制單元計(jì)算機(jī)控制主要是針對掃描進(jìn)行控制，由計(jì)算機(jī)分別進(jìn)行掃描架、受檢者床、X線發(fā)生器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等的控制?？刂品绞接写刑幚矸绞?，并行處理方式和分布式處理方式。第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)掃描控制方式示意圖軟件CT設(shè)備的軟件可分為系統(tǒng)軟件（基本功能軟件）和應(yīng)用軟件（特殊功能軟件）。系統(tǒng)軟件是指各類CT設(shè)備均需具有的掃描功能、診斷功能、顯示和記錄功能、圖像處理功能及故障診斷功能等軟件。常用的獨(dú)立軟件有預(yù)校正、平面掃描、軸向掃描、圖像處理、故障診斷、外設(shè)傳送等。0302050104第二節(jié)成像系統(tǒng)第二節(jié)成像系統(tǒng)管理程序和各獨(dú)立軟件的聯(lián)系方式有三種：人機(jī)對話方式條件聯(lián)系方式返回處理方式基本功能軟件的組成第二節(jié)成像系統(tǒng)應(yīng)用軟件是完成特定功能的軟件稱特殊功能軟件。包括動態(tài)掃描、快速連續(xù)掃描、定位掃描、目標(biāo)掃描、平滑過濾、三維圖像重建、高分辨CT、定量骨密度測定、氙氣增強(qiáng)CT掃描軟件、心電門控掃描軟件、放療立體定位軟件等。第二節(jié)成像系統(tǒng)CT多平面重建CT最大密度投影顯示CT最小密度投影顯示第二節(jié)成像系統(tǒng)圖5-29骨盆表面陰影顯示圖5-30心臟容積再現(xiàn)圖像圖5-31胃仿真內(nèi)鏡顯示第三節(jié)螺旋CT目錄

一、特點(diǎn)二、螺旋掃描裝置三、多層螺旋CT

一、特點(diǎn)X線管向一個方向持續(xù)轉(zhuǎn)動受檢者床向一個方向勻速滑動螺旋CT掃描方式軸掃螺旋掃描層面容積數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)時間短，時間分辨力提高01重建層厚薄02z軸空間分辨力提高03降低輻射量04容積數(shù)據(jù)，可進(jìn)行任意位置及任意層厚的高質(zhì)量影像重建和三維成像05減少對比劑用量06有利于一些特殊檢查的開發(fā)07特點(diǎn)：一、特點(diǎn)二、掃描裝置—滑環(huán)首先了解滑環(huán)(slipring)電壓低，不需絕緣處理電流大，易生熱、易出現(xiàn)電弧低壓滑環(huán)：通常指市電供電滑環(huán)01電壓高，需要絕緣處理，常用惰性氣體隔離電流小，不易生熱易出現(xiàn)高壓干擾易吸附塵土高壓滑環(huán)：通常指千伏級供電滑環(huán)02掃描裝置—滑環(huán)掃描裝置—滑環(huán)三相四線制三相三線制電源供電滑環(huán)可采用LAN連接方式當(dāng)采用無線傳輸方式（如RF、Wifi、BlueTooth等）時，可以無此滑環(huán)數(shù)據(jù)傳輸滑環(huán)X線管：容量更高，散熱效率更高01探測器：吸收效率更高，稀土陶瓷、納米、寶石、光子等等03控制臺與計(jì)算機(jī)：大內(nèi)存、高速度、圖像標(biāo)準(zhǔn)化（DICOM）、人機(jī)對話功能更強(qiáng)、分布式控制05高壓發(fā)生器：高頻、負(fù)反饋穩(wěn)定輸出02掃描系統(tǒng)：無刷直流伺服電機(jī)，懸浮旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，檢查床運(yùn)行平穩(wěn)快速04硬件裝置的特點(diǎn)二、掃描裝置—結(jié)構(gòu)特點(diǎn)二、掃描裝置—結(jié)構(gòu)特點(diǎn)04030102無刷直流伺服電機(jī)直流電動機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速和起動性能好，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大無刷直流電動機(jī)結(jié)構(gòu)使其既具有直流電動機(jī)的特性，又具有交流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)利用位置傳感器和電子控制線路取代電刷和滑環(huán)換向器。二、掃描裝置—結(jié)構(gòu)特點(diǎn)螺旋CT機(jī)掃描架的旋轉(zhuǎn)按32對極直流無刷電動機(jī)的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)位置傳感器的任務(wù)由旋轉(zhuǎn)變壓器完成二、掃描裝置—結(jié)構(gòu)特點(diǎn)懸浮裝置氣動懸浮和磁懸浮兩種形式軟件二、掃描裝置—結(jié)構(gòu)特點(diǎn)01四維成像和四維血管造影03多層螺旋插值05全中心掃描方式02虛擬內(nèi)鏡04同步血管注射計(jì)劃二、掃描裝置—掃描參數(shù)螺距（pitch）P：X線管移動一周時，床移動的距離螺旋因子Pf：螺距/層厚螺旋度（helix）(%)：螺旋因子乘以100%二、掃描裝置—掃描參數(shù)P=1P=1.5～3螺距（pitch）：增加螺距就增加了掃描的覆蓋區(qū)域，同時減少了掃描時間，但影像質(zhì)量也會受到一定程度的影響當(dāng)螺距為1時；用于頭部的彎曲部分或血管的彎曲部分當(dāng)螺距為1.5時，用于胸、腹部、骨盆的掃描很理想螺距>1可以實(shí)現(xiàn)快速掃描以消除運(yùn)動偽影，而且一次憋氣就能完成螺旋掃描的數(shù)據(jù)獲取二、掃描裝置—掃描參數(shù)周數(shù)（Revolutions）：一次數(shù)據(jù)采集中X線管旋轉(zhuǎn)的周次；總成像數(shù)：一次采集后所有的重建圖像數(shù)；成像范圍：第一層面中點(diǎn)與最后一層面中點(diǎn)之間的距離螺旋掃描的起點(diǎn)和終點(diǎn)有部分?jǐn)?shù)據(jù)收集不完整，圖像的重建范圍比掃描范圍小，計(jì)算公式為：重建長度=（掃描時間-2）×床速例如：掃描時間24s，床速10mm/s，則重建長度為(24-2)×10=220mm321456二、掃描裝置—掃描參數(shù)二、掃描裝置—掃描參數(shù)重建間隔：是重建時相鄰兩層面的距離，可以在一周內(nèi)重建出一或多個圖像，重建層數(shù)主要由層厚和重建間隔決定當(dāng)層厚與重建間隔相等時，重建圖像的數(shù)量計(jì)算公式為：重建層數(shù)=（掃描周數(shù)-2）＋1例如：掃描周數(shù)為24周，層厚和間隔均為10mm時，則重建層數(shù)為(24-2)+1=23層。當(dāng)重建間隔小于層厚時，此時為重疊重建，重建圖像的計(jì)算公式為：重建層數(shù)=（掃描周數(shù)-2）×（層厚／間隔）＋1例如掃描周數(shù)24周，層厚10mm，間隔5mm，則重建層數(shù)為(24-2)×(10/5)+1=45層。二、掃描裝置—掃描參數(shù)掃描時間：X線球管旋轉(zhuǎn)一周所需的時間矩陣(matrix)：平面內(nèi)圖像的規(guī)則劃分CT機(jī)上常見的矩陣有：256×256，320×320，512×512，640×640像素(pixel)：構(gòu)成CT圖像的最小單位，矩陣中的一個元素例如：矩陣256×256，象素256×256＝65536體素：一定層厚條件下對層面的二維劃分（按矩陣劃分）后的每個小單元的體積：體素=層厚×像素尺寸層厚變薄時，體積單元減少，探測器上光子將隨之減少，為了保證圖像質(zhì)量，就要增加曝光劑量

二、掃描裝置—螺旋插值覆蓋360°角的數(shù)據(jù)用常規(guī)方式重建會出現(xiàn)運(yùn)動偽影。用螺旋插值方法從螺旋數(shù)據(jù)中合成平面數(shù)據(jù)合成平面數(shù)據(jù)最容易的逼近法是把一種“滑動”濾波器用于螺旋數(shù)據(jù)上形成投影數(shù)據(jù)選擇需要的數(shù)據(jù)和確定數(shù)據(jù)對某一指定位置平面上的貢獻(xiàn)程度--z軸加權(quán)對螺旋數(shù)據(jù)的Z軸加權(quán)法稱作螺旋內(nèi)插法(interpolation)螺旋內(nèi)插法應(yīng)具備運(yùn)動校正功能，或先獨(dú)立進(jìn)行運(yùn)動校正后再采用螺旋內(nèi)插二、掃描裝置—螺旋插值常見的螺旋內(nèi)插器有三種：標(biāo)準(zhǔn)型、清晰型和超清晰型內(nèi)插方法決定了層面靈敏度曲線(SSP，slicesensitiveprofile)二、掃描裝置—z軸分辨力z軸分辨力由層面靈敏度曲線（SSP）的半高寬度（FWHM）決定1多層CT（multi-sliceCT，MSCT），與之相對的是單層CT（single-sliceCT，SSCT）2X線管旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多個層面的圖像3因使用多排探測器，曾經(jīng)被稱為多排CT（multi-rowdetectorCT）4多層CT的扇形X線束厚度在z軸方向從1cm左右增加到幾厘米至十幾厘米；今后將會更厚而成為錐形X線束CT（conebeamCT）5MSCT層數(shù)已可達(dá)64層、128層、256層和320層，512層也已應(yīng)用于臨床。三、多層螺旋CT三、多層螺旋CT—探測器陣列螺旋CT和多層CT的結(jié)構(gòu)區(qū)別在于檢測器e.g.256層CT的檢測器：SSCT僅有一組數(shù)據(jù)采集通道，而MSCT則有與一周掃描能夠生成的圖像層數(shù)相一致的多組數(shù)據(jù)采集通道。01通道組數(shù)等于MSCT的層數(shù)。02根據(jù)所選層厚的不同，可將探測器的排組合成不同的多組，構(gòu)成不同的層厚。03多組數(shù)據(jù)采集通道在掃描過程中，分別對各自連接的探測器排組合，同時接收X線所產(chǎn)生的電信號來完成數(shù)據(jù)的采集、輸出。04三、多層螺旋CT—數(shù)據(jù)采集通道三、多層螺旋CT—X線束X線束則采用錐形束(ConeBeam)探測器排數(shù)與螺旋CT層數(shù)不一定相等層厚選擇與探測器排中每一排的厚度相關(guān)不是所有層厚均可以選擇到螺旋CT層數(shù)探測器的排數(shù)大于或等于螺旋CT層數(shù)三、多層螺旋CT—層厚選擇方法三、多層螺旋CT—層厚選擇方法三、多層螺旋CT—螺距概念三、多層螺旋CT—螺距概念MSCT通過調(diào)整數(shù)據(jù)采集軌跡來獲得信息補(bǔ)償，并通過調(diào)整螺距來縮短采樣間隔，在z軸方向上增加采樣密度，達(dá)到改善圖像質(zhì)量的目的。指在z軸方向設(shè)置一個確定的濾過厚度，優(yōu)化采樣掃描的數(shù)據(jù)，通過改變?yōu)V過波形和厚度來調(diào)整層面靈敏度曲線外形、有效層厚及圖像噪聲。優(yōu)化采樣濾過內(nèi)插法三、多層螺旋CT—重建算法三、多層螺旋CT—新技術(shù)發(fā)展雙源CT擁有兩套X線源和探測器系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)在機(jī)架內(nèi)成90度排列機(jī)架的最短的旋轉(zhuǎn)時間是0.28s1兩套探測器系統(tǒng)大小不等，其中大的探測器可覆蓋掃描視野（fieldofview，F(xiàn)OV）50cm的范圍，小探測器只能覆蓋機(jī)架中心處26cm的FOV范圍2早期的雙源CT，大小探測器都是由40排組成，其結(jié)構(gòu)均為中間部分32mm×0.6mm和外圍部分8mm×1.2mm3雙源CT目前已有128排探測器應(yīng)用于臨床三、多層螺旋CT—新技術(shù)發(fā)展01兩個X線管可分別以不同的管電壓和管電流進(jìn)行工作，獲得雙能量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)能量減影02相對于單源CT快速掃描時采用的180o投影采集，DSCT只需旋轉(zhuǎn)90o便可獲得180o的信息，在任何心率時只用一個心動周期的數(shù)據(jù)就能實(shí)現(xiàn)75ms的時間分辨力三、多層螺旋CT—新技術(shù)發(fā)展多層螺旋CT—新技術(shù)發(fā)展雙能量探測器雙能量探測器技術(shù)由兩層探測器加濾線層組成充分利用X線的譜線寬度?？梢赃M(jìn)一步向多能量探測器方向延伸。由于增加了濾線層，使一次雙能量采集所需的X線劑量有所增加。飛焦點(diǎn)多層螺旋CT—新技術(shù)發(fā)展STEP4STEP3STEP2STEP1利用電磁偏轉(zhuǎn)技術(shù)改變X線管中燈絲產(chǎn)生的電子束的偏轉(zhuǎn)軌跡，使X線在陽極靶面的兩個或多個位置形成焦點(diǎn)而出射X線飛焦點(diǎn)技術(shù)又可分成橫向飛焦點(diǎn)和縱向飛焦點(diǎn)兩種橫向飛焦點(diǎn)又稱平面內(nèi)飛焦點(diǎn)，用橫向視角α表示，記為αFFS縱向飛焦點(diǎn)也稱z軸飛焦點(diǎn)，記為zFFS橫向飛焦點(diǎn)使X線束從兩個不同的角度進(jìn)行投影，在不增加X線投射的情況下，將探測器的采樣間距縮小了一倍，提高了平面內(nèi)的成像的空間分辨力1縱向飛焦點(diǎn)也可以使縱向分辨力得到提高，對應(yīng)兩個z軸方向焦點(diǎn)位置，提供了兩倍取樣，使一排探測器得到了兩層影像數(shù)據(jù)2多層螺旋CT—新技術(shù)發(fā)展多層螺旋CT—新技術(shù)發(fā)展飛焦點(diǎn)的應(yīng)用設(shè)備架旋轉(zhuǎn)360°采集第一幅橫斷面圖像，以后連續(xù)掃描，每旋轉(zhuǎn)60°的圖像數(shù)據(jù)，替代前一幅圖像中同一位置60°內(nèi)的原掃描數(shù)據(jù)重建一幅圖像，如此往復(fù)循環(huán)。高速的圖像重建采用了不同的圖像重建算法，實(shí)時CT透視連續(xù)掃描不采用內(nèi)插法，所以運(yùn)動偽影在所難免。為了加快速度，圖像重建采用256×256矩陣。圖像的顯示通常采用電影顯示模式，顯示分辨力可以是512×512或1024×1024。3214CT透視多層螺旋CT—新技術(shù)發(fā)展其他快速管電壓切換：0.5ms切換高壓，實(shí)現(xiàn)雙能采集，為能譜技術(shù)應(yīng)用提供新的方案。新型探測器：提高探測效率和減小響應(yīng)時間，代表性有寶石結(jié)構(gòu)探測器、納米探測器、光子探測器、石榴石探測器等。高清晰度成像：1024×1024成像矩陣。迭代重建技術(shù)：采用迭代算法進(jìn)行圖像重建，可以在低劑量條件下獲得較好的圖像。0302050104多層螺旋CT—新技術(shù)發(fā)展第四節(jié)CT設(shè)備的質(zhì)量保證目錄質(zhì)量保證參數(shù)影響圖像質(zhì)量的因素偽影一、質(zhì)量保證參數(shù)（一）CT劑量指數(shù)（二）分辨率（三）CT值（四）噪聲由X射線噪聲引起，很多場合是因?yàn)镃T設(shè)備極限的結(jié)果。產(chǎn)生嚴(yán)重偽像。仔細(xì)的檢查計(jì)劃可有效克服。根據(jù)受檢者年齡，體重和尺寸來優(yōu)化不同的掃描參數(shù)。管電壓，管電流，掃描速度，孔徑等?；蜻M(jìn)行計(jì)算機(jī)校正。CT劑量指數(shù)是評價CT成像對受檢者、陪護(hù)人員、操作人員的輻射影響，以及CT成像對環(huán)境影響的重要指標(biāo)。CT劑量指數(shù)定義：沿著標(biāo)準(zhǔn)橫斷面中心軸線從-50mm到+50mm對劑量剖面曲線的積分，除以標(biāo)稱層厚與單次掃描產(chǎn)生斷層數(shù)N的乘積：式中：T：標(biāo)稱層厚；N：單次掃描所產(chǎn)生的斷層數(shù)；D(z)：沿著標(biāo)準(zhǔn)橫斷面中心軸線的劑量剖面曲線。（一）CT劑量指數(shù)（一）CT劑量指數(shù)加權(quán)CT劑量指數(shù)：將模體中心點(diǎn)采集的TDI100與外圍各點(diǎn)采集的CTDI100的平均值進(jìn)行加權(quán)求和：式中：CTDI100,c：模體中心點(diǎn)采集的CTDI100；CTDI100,p：模體外圍點(diǎn)采集的CTDI100的平均值。（一）CT劑量指數(shù)容積CT劑量指數(shù)：代表多排探測器螺旋CT掃描整個掃描容積中的平均劑量：CTDIvol=CTDIw/P式中：p:螺距。劑量長度積：容積劑量指數(shù)與沿z軸掃描長度L的乘積：DLP=CTDIvol×L式中：L：指沿Z軸的掃描長度。（一）CT劑量指數(shù)DLP反映了一次特定掃描采集中的總體吸收能量。因此，一個腹部CT檢查可能與腹部和盆腔CT聯(lián)合檢查具有相同的CTDIvol值，但后者具有較大的DLP值，它正比于所掃描的較大解剖范圍。這種劑量表述如CTDIvol和DLP，可以用于臨床掃描方案（如一組受檢者的平均值）與典型CT檢查的參考劑量設(shè)定值的比較，但不能用于受檢者個體劑量的直接測量。表5-1所示為成人受檢者做CT檢查時輻射劑量指導(dǎo)水平。表5-1成人受檢者CT檢查輻射劑量指導(dǎo)水平檢查部位*劑量指導(dǎo)水平CTDIw（mGy）DLP（mGy/cm）頭部常規(guī)601050面部與鼻竇35360脊柱外傷70460胸部常規(guī)30650肺部高分辨率CT（HRCT）35280腹部常規(guī)35780肝臟、脾臟35900骨盆常規(guī)35570骨性骨盆25520*摘自ICRP87號出版物（二）分辨率密度分辨率空間分辨率縱向分辨率單扇區(qū)和多扇區(qū)重建各“相”同性（二）CT的分辨率分辨率是判斷CT性能和評價CT掃描圖像質(zhì)量的重要指標(biāo)，體現(xiàn)了CT圖像質(zhì)量與重建圖像像素值誤差的大小和分布，以及圖像像素值與物體真實(shí)值之間的差異，它包括密度分辨率和空間分辨率。密度分辨率是指能夠區(qū)分密度差別的能力，影響因素有被檢體的大小、X線劑量、噪聲和探測器的靈敏度等。被檢體的幾何尺寸越大，信噪比越低，密度分辨率越差；反之，被檢體的幾何尺寸越小，信噪比越高，密度分辨率越好。（二）CT的分辨率1.密度分辨率能夠分辨兩種低密度差的物質(zhì)（一般其CT值為相差3HU～5HU）構(gòu)成的圓孔的最小孔徑大小，即可以分辨的最小密度值。低對比度分辨率與X線劑量有很大的關(guān)系，當(dāng)劑量大時低對比度分辨率會有所提高，因此在評價低對比度分辨率時一定要了解使用的劑量，并且要和測量CT值劑量指數(shù)（CTDI）時的值一致。一般廠商在提供這一指標(biāo)時也會說明在什么劑量條件下測定的。這一參數(shù)的單位應(yīng)為mm，%，mGy（也有用mAs來表示）。例如某一臺CT機(jī)的低對比度分辨率標(biāo)稱為2mm、0.35%、35mGy，即表示能看到2mm直徑和密度差為3.5個HU的小圓孔，所用的掃描劑量為35mGy?？臻g分辨率是測試一幅圖像的量化指標(biāo)?？臻g分辨率指CT像在高對比度條件下分辨兩個距離很近的微小組織或病灶的能力。傳統(tǒng)的空間分辨率檢測方法是選用一個帶有不同孔徑的測試模體。利用這種測試卡可以檢測出CT掃描系統(tǒng)對測試模體上圓孔的分級，其分級的程度也就決定了該系統(tǒng)的空間分辨率。CT成像系統(tǒng)能區(qū)別的最小孔徑，即為該系統(tǒng)最高的空間分辨率。010302（二）CT的分辨率縱向分辨率（二）CT的分辨率No.1過去與CT有關(guān)的圖像質(zhì)量參數(shù)主要由空間分辨率和密度分辨率表示?？臻g分辨率主要表示CT掃描成像平面上的分辨能力（或稱為平面內(nèi)分辨率，也有稱為橫向分辨率，即X、Y方向）。No.2在螺旋CT掃描方式出現(xiàn)后，由于多平面和三維的成像質(zhì)量提高，出現(xiàn)了應(yīng)用上的一個新概念即縱向分辨率也稱Z軸分辨率。CT的分辨率單扇區(qū)和多扇區(qū)重建是冠狀動脈CT檢查的專用術(shù)語。一般，冠狀動脈CT圖像的重建采用180°加一個扇形角的掃描數(shù)據(jù)，稱為單扇區(qū)重建；采用不同心動周期、相同相位兩個90°的掃描數(shù)據(jù)合并重建為一幅圖像稱為雙扇區(qū)重建；采用不同心動周期、相同相位的4個45°或60°掃描數(shù)據(jù)（各廠家的不完全相同）合并重建為一幅圖像稱為多扇區(qū)重建。多扇區(qū)重建的目的主要是為了改善冠狀動脈CT檢查的時間分辨率。主要指心臟冠狀動脈的CT掃描。在16排和64排CT的冠狀動脈檢查中，設(shè)備架旋轉(zhuǎn)1周無法覆蓋整個心臟，一般至少需要5～10次旋轉(zhuǎn)，由于心臟的圖像是采用回顧性重建，在多扇區(qū)心臟圖像重建中，需采用相同相位、不同掃描時間的CT掃描數(shù)據(jù)。而目前高端CT（128排、256排和320排）的心臟掃描，其探測器陣列的寬度旋轉(zhuǎn)1周足以覆蓋整個心臟，即掃描覆蓋的所有層面都在同一心動周期相位中。因而這種一次旋轉(zhuǎn)完成采集的心臟掃描方式，其獲得的心臟圖像被稱為“各相同性”，即無需相位選擇的一次性采集。12各“相”同性CT的分辨率（三）CT值CT值作為CT的基本概念，是對影像信息的基本度量，要求其值準(zhǔn)確，同時還需考慮到完整影像上CT值的均勻性和線性。1.CT值定義：CT影像中每個像素對應(yīng)體素的X射線衰減平均值（CT值通常用HounsfieldUnit作為單位，簡稱HU。利用下式將測得的衰減值按照國際統(tǒng)一的HounsfieldUnit標(biāo)度轉(zhuǎn)換為CT值）：式中：μ物質(zhì)：感興趣區(qū)域物質(zhì)的線性衰減系數(shù)。μ水：水的線性衰減系數(shù)。水的CT值：0HU；空氣的CT值：-1000HU。常用在特定感興趣區(qū)中所有像素的平均CT值來對CT值進(jìn)行描述。（三）CT值CT值均勻性：整個掃描野中，均勻物質(zhì)（一般選擇水或等效水均勻模體）影像CT值的一致性。國家標(biāo)準(zhǔn)對均勻性（也稱均勻度或一致性）的定義是：在掃描野中，勻質(zhì)體各局部在CT圖像上顯示出CT值的一致性。這是一個容易被忽略的質(zhì)量參數(shù)，實(shí)際上，它又很重要。按國家GB標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，每月都要對CT像的均勻性做檢測。（三）CT值CT值線性（linearityofCTnumber）：不同吸收系數(shù)物質(zhì)影像CT值的線性關(guān)系。CT值是否準(zhǔn)確不能單觀察水的CT值，還要觀察別的材質(zhì)的CT值是否準(zhǔn)確。一般在模體內(nèi)還有尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯、有機(jī)玻璃等材料的模塊?？梢杂脕矸謩e測定這些材料的CT值以確定該機(jī)器CT值的線性是否好。（三）CT值組織CT值（HU）組織CT值（HU）密質(zhì)骨松質(zhì)骨鈣化血液血漿滲出液漏出液腦積液水>25030～23080～30050～9025～30>15<183～80肝臟脾臟腎臟胰腺甲狀腺脂肪肌肉腦白質(zhì)腦灰質(zhì)45～7535～5520～4025～5535～50-50～10035～5028～3232～40若把人體組織的CT值界限劃分為2000個單位，水的CT值為0HU，空氣和密質(zhì)骨的CT值分別為-1000HU和+1000HU。已知人體各組織的衰減系數(shù)，即可得到各組織的CT值，如表所示。從表中可以看出，組織密度越大，CT值越高。在分析CT圖像時，用測量CT值的方法，可以大體估計(jì)組織器官的結(jié)構(gòu)情況，如出血、鈣化、脂肪或液體等。人體常見組織CT值圖像的噪聲也是評價圖像質(zhì)量的參量之一。在CT成像過程中，有許多數(shù)值變換和處理過程會形成圖像的噪聲，影響圖像質(zhì)量。這些噪聲主要有X線量子噪聲、電氣元件及測量系統(tǒng)形成的噪聲以及重建算法等造成的噪聲等。噪聲概念：在CT成像系統(tǒng)中，如果掃描一個均勻材料的物體，在一個特定區(qū)域中觀察其CT值，就會發(fā)現(xiàn)這一特定區(qū)域內(nèi)的CT值并不是一個固定值，而是圍繞著某一平均值上下做隨機(jī)分布，這種隨機(jī)分布就是由成像系統(tǒng)產(chǎn)生的噪聲所致。12（四）噪聲（四）噪聲圖像噪聲與分辨率：在CT圖像重建中，使用各種不同類型的卷積濾波器和圖像重建算法，產(chǎn)生不同的圖像質(zhì)量交換補(bǔ)償。例如當(dāng)卷積濾波選擇平滑濾波器時，使空間分辨率降低，噪聲也同樣降低，但改善了圖像對比度、分辨率；因此，可利用這種濾波器對軟組織中面積較大的低對比度區(qū)域進(jìn)行圖像處理。當(dāng)選擇一種邊緣增強(qiáng)濾波器時能使被照興趣區(qū)域的細(xì)節(jié)清晰，改善了空間分辨率，但由于它對被測信號進(jìn)行了微分作用，因此使噪聲信號增強(qiáng)，降低了對比度分辨率，這種濾波器可使骨質(zhì)結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)清晰顯示。（四）噪聲圖像噪聲與X線劑量：CT的噪聲，主要來源于投照的X線光子密度在時間和空間的隨機(jī)變化，一般稱這種噪聲為量子噪聲。此外，還有電子測量系統(tǒng)工作狀態(tài)的隨機(jī)變化而產(chǎn)生的熱噪聲，以及重建算法等所造成的噪聲。這些噪聲隨機(jī)不均勻分布在圖像上的反應(yīng)或表現(xiàn)，統(tǒng)稱為圖像噪聲。噪聲的存在使得勻質(zhì)物體的CT圖像上各像素點(diǎn)的CT值不相同，由CT值的統(tǒng)計(jì)漲落表現(xiàn)出來。增大X線的劑量可以降低X