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1、第一章 CT结构与原理 CT：算机断层扫描(computed tomography或computerized tomography)简称CT，是X线断层技术与计算机技术相结合的产物，是医学史上继1895年11月8号伦琴发现X线之后又一次革命性的突破。CT是根据人体对X线吸收系数不同，使用计算机重建方法得到人体二维横断面图像的影像设备第一节 CT发展历程一、历史回顾播放视频1895Rontgen发现X射线1917Radon奠定数学基础1963Cormack提出X-ray断层成像 1972Hounsfield第一台CT扫描机第一节 CT发展历程一、历史回顾第一节 CT发展历程一、历史回顾第一节 C
2、T发展历程一、历史回顾第一节 CT发展历程一、历史回顾第一节 CT发展历程一、历史回顾第一节 CT发展历程一、历史回顾第一节 CT发展历程一、历史回顾第一节 CT发展历程二、各代CT扫描机的主要特点第一代：平移(translation)+旋转(rotation)扫描方式(T/R扫描方式)，头部专用机，1X线管+1个探测器连成一体组成，笔形束。X线管产生的射线束和相对的探测器环绕人体的中心作同步直线扫描运动，转1后，反向做直线扫描，再转1，直到180，探测器接收的信号作为投影数据。特点：扫描效率很低，扫描时间长，通常需要35分钟。重建1幅图像的时间为5分钟，重建的图像较差，已被淘汰。图1-1 第
3、一代CT扫描机第一节 CT发展历程二、各代CT扫描机的主要特点第一节 CT发展历程l第二代：平移(translation)+旋转(rotation)扫描方式(T/R扫描方式)X线束改为520小扇形束，探测器数目增加到330个。扫描时间减至18秒，具备了进行全身成像的条件散射线，生理运动所引起的伪影二、各代CT扫描机的主要特点第一节 CT发展历程l第三代：旋转+旋转扫描方式，即R/R扫描方式X线束为3045的扇形束，探测器数目可达数百个。X线管做360的顺时针和逆时针旋转扫描，单层面扫描时间可以缩短到35秒。构造简单，操作方便；人工伪影明显减少。其缺点是要对相邻的探测器灵敏度的差异，在旋转轴周围
4、会出现一个同心环形伪影。值得注意的是，X线管和探测器的供电及检测信号的输入输出均需要电缆连接，采用往复运动的方式二、各代CT扫描机的主要特点第一节 CT发展历程l第四代：探测器静止、X线管旋转，称为静止(stationarity)+旋转扫描方式，即S/R扫描方式l采用至少600个探测器紧密地排成圆周。扇形束角度也较大，采集时间缩短至2秒。缺点是对散射线极其敏感，在每只探测器旁加1小块翼片作准直器，降低了探测器的几何效率，增加了患者所受的辐射剂量。l采用了反扇形束采集技术，将探测器作为基点来对应能够覆盖扫描范围的X线束，可以有效地避免环形伪影的发生，除此外没有明显的优势二、各代CT扫描机的主要特
5、点第一节 CT发展历程第五代：采用静止+静止扫描方式，即S/S扫描方式，特点是X线管和X线探测器都是静止的。分为两类:超高速CT和动态空间重建机。1.超高速CT 又称电子束CT(EBCT)：扫描装置由一个特殊制造的大型钟形X射线管和静止排列的检测器组成。二、各代CT扫描机的主要特点第一节 CT发展历程l第五代：采用静止+静止扫描方式：l2.动态空间重建机(dynamic spatial reconstructor，DSR)该机原理与常规CT的物理和数学原理相似，由扫描、重建和数据分析三个部分组成。扫描部分由多只X线管排列成半圆弧阵列；与X线管相对应的是X线电视系统阵列，由影像增强器和电视摄像系
6、统组成，作为探测器。采集过程采用电子时序控制的方法控制X线管顺序产生X线，与X线管相对应的X线电视系统顺序地接收X线投影数据，形成扫描过程。二、各代CT扫描机的主要特点第一节 CT发展历程螺旋CT：第三代CT的一种发展，将往复扫描方式利用滑环技术改为单方向连续扫描方式二、各代CT扫描机的主要特点第一节 CT发展历程l螺旋CT：滑环二、各代CT扫描机的主要特点第一节 CT发展历程l螺旋CT：螺旋CT滑环技术高频X线发生装置计算机技术运动伪影二、各代CT扫描机的主要特点第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展l l断层断层19721972年年HousfieldHousfield发明头颅发明头颅C
7、T-CT-非螺旋非螺旋CTCT：扫描部位的延伸扫描部位的延伸l l8080年代到年代到9090年代：扫描速度的角逐年代：扫描速度的角逐l l9090年代到年代到20002000年：年：MSCTMSCTl l19891989年，螺旋年，螺旋CTCTl l19981998年，年，MSCTMSCTl l20042004年，年，6464层层CT CT 容积容积CTCTl l20052005年，年，DSCTDSCTl l20092009年，能谱年，能谱CTCT第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展Discovery revolutionBrilliance iCT IQONAqulilion ONE
8、 Somatom Definition Flash Force目前新一代目前新一代CTCT机机第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展(一)CT成像设备硬件的发展1、X线管产生产生X X线的器件线的器件，CTCT的核心部件的核心部件由阴极、阳极和真空玻璃管（或金属管）组成由阴极、阳极和真空玻璃管（或金属管）组成一般采用旋转阳极，管电流可达一般采用旋转阳极，管电流可达100-600mA100-600mACTCT长时间连续曝光，对球管的散热率要求很高长时间连续曝光，对球管的散热率要求很高-大大热容量球管热容量球管8MUH8MUH或或7.5MUH7.5MUH第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发
9、展(一)CT成像设备硬件的发展1、X线管252兆/3.5兆5兆左右8兆左右7兆左右低端CT如双排临床实用型如16层CT临床全面型如128层CT超高端CT第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展(一)CT成像设备硬件的发展2、探测器作用：探测作用：探测X X射线的辐射强度射线的辐射强度探测器的发展：探测器的发展：钨酸镉探测器钨酸镉探测器-70-70年代年代高压疝气探测器高压疝气探测器-80-80年代年代闪烁晶体探测器闪烁晶体探测器-80-80年代年代稀土陶瓷探测器稀土陶瓷探测器-80-80年代年代“红宝石红宝石”探测器探测器单排单排-多排，各向同性多排，各向同性第一节 CT发展历程三、CT成像
10、设备的发展(一)CT成像设备硬件的发展3、高压发生器在滑环技术出现之前，独立于机架系统在滑环技术出现之前，独立于机架系统外外，发生器与发生器与X X线管线管通过通过高压电缆高压电缆联系联系。滑环技术的滑环技术的出现后，可位于机架内出现后，可位于机架内固态高频高压发生器固态高频高压发生器第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展(一)CT成像设备硬件的发展4、驱动系统皮带机械传动方式被淘汰，采用新型电磁驱动，或称直接驱动技术，提高了旋转速度，降低了机械噪声轴承第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展(二)设备新发展1.双源CT：双源CT成像系统DSCT，通过两个X射线源和两套探测器来采集数据大
11、幅度提高时间分辨率单源单源CT双源双源CT第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展(二)设备新发展2、大孔径CT：孔径80cm以上，主要用于介入穿刺治疗或放疗定位。第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展(二)设备新发展3、双能量技术第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展(二)设备新发展4、移动CT:轮式机架MCT、滑轨式机架MCT，C形臂术中CT，可推到抢救扫描床边进行头部CT检查，可用于急诊室、ICU、导管室、手术室等场所，由电池驱动第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展(二)设备新发展5、容积CT：使用一定宽度的平板探测器与X线管连动，在旋转中直接采集对应的一定厚度体积的容积
12、性(非层面)信息，经计算机处理后形成层面的或三维的影像。16cm宽的探测器第一节 CT发展历程三、CT成像设备的发展(二)设备新发展6、PET-CT：是将PET和CT整合在一台仪器上，组成一个完整的显像系统，患者在检查时经过快速的全身扫描，可以同时获得CT解剖图像和PET功能代谢图像，使医生在了解生物代谢信息的同时获得精准的解剖定位。第二节 CT成像基本原理一、CT成像基础知识l（一）CT与普通X线摄影的区别:CT断层图像，影像无前后重叠断层图像，影像无前后重叠,良好的解剖结构良好的解剖结构显示能力显示能力人体X线吸收系数不同第二节 CT成像基本原理一、CT成像基础知识（二）CT图像本质特点1
13、.像素、体素与矩阵像素像素-长长宽宽体素体素-像素像素高高矩阵（矩阵（256256,512512256256,512512）第二节 CT成像基本原理一、CT成像基础知识（二）CT图像本质特点2.X线吸收系数:人体组织对X线的吸收和散射的多少与组织的密度、原子序数及X线自身的能量密切相关,用衰减系数（衰减系数（）表示）表示I0I0I0I1I2I3 1 2 3d d矩阵（13）像素-10cm30cmI1=I0e-1dI2=I0e-2dI3=I0e-3d第二节 CT成像基本原理一、CT成像基础知识（二）CT图像本质特点2.X线吸收系数矩阵（矩阵（2222）像素像素-10cm10cm-10cm10cm
14、I0I3I2I0I0I1I0I1=I0e-(1+3)dI2=I0e-(2+4)dI4d d第二节 CT成像基本原理一、CT成像基础知识（二）CT图像本质特点2.X线吸收系数矩阵（矩阵（nmnm）求解求解nmnm个方程，得到各个像素的衰减系数，即个方程，得到各个像素的衰减系数，即 值值 值分布状况以灰阶的形式显示，就得到了断层扫描图像值分布状况以灰阶的形式显示，就得到了断层扫描图像第二节 CT成像基本原理一、CT成像基础知识（二）CT图像本质特点 2.X线吸收系数实验证明，X线穿过均匀物体时呈指数规律衰减。强度为 的X线穿过厚度为d的均匀物体后，X线强度I满足Lambert-Beer吸收定律：I
15、oDxIom2m3m4mnm1Io第二节 CT成像基本原理一、CT成像基础知识（二）CT图像本质特点3.CT值与X线吸收系数为了表示物质对为了表示物质对X X线的衰减能力，线的衰减能力，HounsfieldHounsfield用用CTCT值表示值表示 值值CTCT值的定义：值的定义：CTCT影像中每个体素所对影像中每个体素所对应的物质的应的物质的X X线线性平均吸收（衰减）线线性平均吸收（衰减）量大小量大小第二节 CT成像基本原理二、CT 成像基本过程 用X线束对人体某部位一定厚度层面组织进行不同角度的扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转换为电信号，经A/D转换为数字信号，通过计算机采用一定
16、的数学方法计算出每个体素的X线吸收系数，再将各体素吸收系数转换成图像中对应的灰度显示。CT成像过程根据数据流程可以分成三个阶段：数据采集；图像重建；图像显示。第二节 CT成像基本原理二、CT 成像基本过程（一）数据采集阶段原始数据（raw data）：由探测器接收经A/D转换得到的数据n非螺旋扫描n螺旋扫描 第二节 CT成像基本原理一、CT成像基础知识（二）图像重建原始数据采用一定数学方法，经计算机运算求解人体断层中各体素的衰减系数后构建图像的过程称为图像重建（image reconstruction/rebuilding）。所采用的数学方法称为重建算法或算法（algorithm）光源-球管（产生X射线）光-X射线眼睛-探测器（接收X射线）大脑-计算机（图像重建）第二节 CT成像基本原理一、CT成像基础知识（三）图像显示把人体断层的二维CT值矩阵转换成肉眼可见的灰度影像感谢您的聆听！