第一章-CT的基本结构.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,CT,扫描仪的组成,CT,扫描仪组成,请在此输入您的标题,数据采集阶段包括：,X,射线管、探测器、准直器、滤过器、对数放大器、模数转换器（,A/D,）、接口电路等；,图像重建阶段包括：计算机、,D/A,转换器,图像显示阶段包括：图像显示器、相机、接口电路等。,整个系统由中央系统控制器操纵，加上检查床便构成一台完整的,X-CT,系统。,球管的构成及功能,外壳,阴极,阳极,防护罩,球管外壳的作用,保证电子在真空管内真空状，以便电子在真空管内的自由加速,隔热与绝缘，对外壳材质要求耐高温,降低,X,线吸收,耐热玻璃,金属外壳,球管外壳的材料,玻璃外壳球管,随着使用时间的增长，由于灯丝蒸发和阳极靶面的龟裂处钨蒸发，会使玻璃壳内壁附着一层金属钨的沉积物，沉积物与阳极相连形成第二阳极，致使一部分高速运动电子轰击玻璃壳使其侵蚀，最终导致玻璃壳击穿，球管损坏。,玻璃外壳球管主要用于早期的,CT,中。,金属陶瓷外壳球管,由于金属陶瓷球管没有玻璃壳，减少了玻璃壳因钨蒸发导致球管损坏的危险，所以可将灯丝加热到较高温度。,金属外壳缩小了阴阳极的空间，这样就可以在不增加外壳的前提下，加大阳极靶面的面积，提高球管的允许符合毛病在低,KV,情况下可使用较高的,mA,值。,在散热、可靠性、耐用性等方面，金属管套由于玻璃管套，目前,CT,基本采用金属外壳。,球管窗宽,阴极,灯丝,聚焦杯,灯丝功能,阴极是真空电子管的负极，由一个直流电系统供电，其作用是发射电子，并使电子聚焦区轰击阳极。,灯丝材料,钨,高的热电子发射率,高熔点,钍,增加电子发射率和延长灯丝寿命,较细，呈螺旋状,聚焦电流和聚焦的电极做成碗状，称为聚焦杯,-,聚焦到达阳极的电子,聚焦杯,阳极,阳极又称为靶电极，在球管中处于正电位，是真空电子管的正极。在球管内，电子被加速至阳极，在阳极受阻，由于电子和靶材料之间的碰撞，使得阳极产生热和电磁辐射。,类型：,固定阳极,旋转阳极,固定阳极,牙科,X,射线、部分便携式成像设备,不需在短时间内产生高强度,X,射线，因此用于球管电流和功率要求不高时,旋转阳极,铼钨合金：弹性、寿命,钼：高热容量,石墨：更高热容量,X,线管防护罩,由铅和钢制成，作用：产生有用,X,线、支撑、冷却,球管的特性,焦点,阳极倾角,热容量,散热率,焦点,焦点与半影,请在此输入您的标题,170KV,，,170mA,，,2Sec,170KV,，,340mA,，,1Sec,X,线球管的热容量和散热率,热容量的单位是,MHu,，热容量越大，表示可承受的工作电流越大，连续工作的时间也越长。,散热率的单位是,KHu,，散热率越高，说明球管性能越好,准直器,准直器的原理,辐射衰减物质，用以限制到达探测器组件的放射线角度分布,空间定位，即仅局限于某一空间单元的射线进入探测器，而其他部分的射线则被屏蔽而不能进入探测器,材料选择,对,X,线吸收大，易于加工、经济,一般采用铅或含有少量锑、铋的铅合金,准直器的类型,球管侧准直器,-,前准直器,探测器侧准直器,-,后准直器,请在此输入您的标题,在,SSCT,中准直器的作用,在,MSCT,中准直器的作用,在,SSCT,中准直器的作用,前准直器,扫描层厚,射束塑形,后准直器的作用,射束塑形,消除散射，确保到探测器的射束宽度一致,可不用，如有前准直器必须精确对准，否则产生条形伪影。,在,MSCT,中准直器的作用,d=D/N,用,D,和,d,分别代表前准直器和后准直器,N,代表探测器排的数目,准直器仍然决定,Z,轴体积覆盖范围，但与,SSCT,机不同的是决定,Z,轴分辨率（层厚）的是后准直器，而不是前准直器。,层厚的定义等于被选择的激活的探测器单元大小,层厚与前准直器没有直接的对应关,系可,探测器排列和层厚,层厚小于探测器单元,利用前准直器和探测器共同作用来决定层厚，前准直器将线束约束到两个探测器单元的中间部分。从而得到小于探测器单元大小的层厚。,举例：,在,Z,轴方向有,16,排等宽的探测器阵列，每个宽,1.25mm,。可以,“,分裂,”1.25,的一般宽度,准直器常见故障,当位置传感器变脏或者损坏时，会导致选择层厚时报错。因此要经常给位置传感器除尘。,在更换传感器时要注意原来的位置。,准直器控制电路出现故障频率也较高。,探测器,吸收,+,散射,=,衰减,探测器原理,探测器单元,X,线束,与,X,线强度成正比的电信号,探测器特性,转换效率,捕捉、吸收、转换,X,线光子形成电信号的能力,响应时间,探测器探测到一个,X,线信号到位下一个信号作好准备的时间,稳定性,如系统不稳定，就需要频繁的校准来补偿信号的作用,动态范围,余晖,由于杂质的存在使少量受激电子陷入返回基态周期较长的激发态，产生较长的衰减时间常数，称为余晖。,余晖是固体探测器所特有的现象。随着,CT,的不断发展，余晖现象越来越被引起重视。尤其在双能模式中，对余晖的要求更严格，在双能切换模式中，帧与帧之间的,X,线输出结果差别很大，要求将帧与帧之间信号污染降到最低程度。在,CT,的应用中，可以通过一定的算法来校正余晖效应，也能通过掺杂晶体的方法来降低余晖效应。,探测器类型,气体探测器,一种是收集电离电荷的探测器，它收集电离作用产生的电子和离子，记录由它们的电荷所产生的电压信号。由于受电离的物质一般为惰性气体，因此称之为气体探测器,固体探测器,另一种是收集荧光的射线探测器为固体探测器。目前绝大多数,CT,采用固体探测器。,气体探测器,气体探测器特性,几何利用率高,压力越深，压力越大，探测器效率越高,耐温度、湿度,校准需求低,响应一致,稳定性高,没有余晖,便宜,请在此输入您的标题,效率低,高,mAs,压力降低，探测效率显著下降,固体探测器的原理,请在此输入您的标题,利用光电倍增管将闪烁转换为电信号，再用电子线路和器件将它放大和存储下来。把发光物质即闪烁晶体和光电倍增管组合起来，便构成了闪烁计数探测装置。,探测效率高、分辨时间短。,每个单独的探测器通过放散射滤线栅，可以在很大程度上优化射线质量。然而，使用放散射滤线栅也存在不足之处：为了有效地阻止散射线，要求滤线栅的厚度至少,0.1mm,厚，这样就极大地减低可探测器的几何效率,固体探测器的特性,有单独的设备控制探测器原件的温度和湿度,优点,-,高效,缺点,-,贵、有余晖（响应时间较差）,探测器材料,铊激活碘化钠晶体：,NaI,（,Ti,）是早期使用最普遍的闪烁体。这种晶体密度大，对射线和,X,射线有较大的阻止本领，它的透明度和发光度都很高。但碘化钠晶体有一个致命的缺点就是它极易潮解。晶体一旦潮解后，探测效率和能量分辨率急剧下降，完全不能使用。所以在实际应用中，碘化钠晶体被密封在一个铝制外壳内。,请在此输入您的标题,铊激活碘化铯晶体：,Cs,（,TI,）优点是空气中不易潮解，但应避免强光照射。若因强光照射致使晶体变色，可用长期避光的方法褪色，晶体的性能即可恢复。,请在此输入您的标题,钨酸镉晶体：钨酸镉晶体对,X,线吸收系数大，辐射长度短。可使高能物理探测器做的十分密集，从而降低整个设备的造价。优点是生产成本低、吸收效率高等；缺点是对湿度敏感、稳定性较差和余晖效应等。,请在此输入您的标题,稀土陶瓷探测器（,UFC,）：与以往的,CT,探测器相比光输出率高，光电转换效率是钨酸镉晶体的,2,倍、,X,线利用率可达,99%,；具有很好的稳定性，图像很少产生环状伪影；余晖效应时间短，可以做快速连续的螺旋扫描。缺点是：一、探测器单元体积，限制分辨率进一步提高；二、探测器之间的拼接缝隙影响,X,线检测效率。,探测器的排列,探测器中有,600-900,个元件,-,允许好的空间信息,球管和探测器都围绕患者旋转,SSCT,中探测器的两种排列方式,MSCT,探测器的排列,二维弧面分布，这样有效的提高了探测器的利用率。,在,MSCT,中均采用固体探测器,且沿用第三代的旋转,-,旋转结构,MSCT,中探测器的三种排列方式,矩阵探测器阵列,自适应探测器阵列,混合矩阵探测器阵列,参考探测器,滑环,电缆连接,供给球管和灯丝的高压电源采用高压电缆从扫描架外的高压发生器上连接,CT,设备的主计算机必须不断将指令参数传给采样系统，也需要采用电缆连接；,扫描机架旋转部分的驱动电机供电需要电源电缆；,状态监控、数据接收需要控制电缆,电缆连接的缺陷,电缆间相互缠绕，使扫描机架的旋转角度范围很小，且只能进行某一范围的往复运动；,在每次旋转扫描之前，还必须有启动、加速、稳定、减速、制动等过程，由于连接用的电缆长度是有限的，所以必须再逆过来重复以上各步骤；,滑环,CT,的扫描方式,SCT,硬件要求,滑环的类型,CT,的扫描方式,定位片（前后位、侧位、斜位）,轴位扫描进床移动在扫描进床移动,螺旋扫描,定位像扫描,轴扫,X,线球管和探测器,360,旋转,采集数据过程中检查床静止,得到某个横断位的图像数据,床进到下一个位置，再扫描,常规,CT,（轴向）的局限性,较长时的检查时间，不断的停止,-,启动，检查床的运动和电缆的缠绕等,病人解剖结构的遗漏（由于病人的呼吸相位与层间扫描的不一致造成）,常规,CT,（轴向）的局限性,3D,图像和多平面图像的不精确（由于病人的呼吸相位与层间扫描的不一致）,造影剂利用不充分,CT,螺旋扫描,球管和探测器连续旋转,球管连续曝光,连续采集数据,诊视床连续运动,轴向扫描和螺旋扫描的比较,扫描过程中造影剂均匀通过，使病灶探测得以优化；,3D,和,MPR,数据更加精确；,回顾性重建,SCT,的硬件要求,滑环,CCT-,电缆,SCT-,滑环,滑环的组成,碳刷,静止环,滑环是电子机械装置，包含有电子传导环和电刷，它们通过旋转界面传输电能。,每个环都传导电压到发生器、球管；,采用滑环的优点,没有电缆缠绕的问题,球管连续旋转,更快的扫描和最小层间扫描延迟,滑环的组成,传导设备操作与控制信号的低压环,向探测器输入输出数据的数据环,供应球管与变压器电源的高压环,-,高压环上的电压不同，螺旋,CT,分为高压滑环式，低压滑环式。,滑环的供电方式,低压滑环,-,由滑环以低电压馈电方式给机架内部件供电,高压滑环,-,由滑环以高压馈电方式给球管供电,低压滑环,在低压滑环系统中，通过低压电刷传输,X,线控制信号；,然后由滑环提供电源给高压发生器，高压发生器提供高压给球管。,高压、低压滑环的比较,低压滑环的高压发生器通常放置于机架内，高压滑环放置于机架外,低压滑环,CT,的转速较慢,低压的功率较低，高压的较高,早期高压滑环容易产生高压打火现象,滑环的常见故障及维护,碳刷属于磨损消耗品，当碳刷变短或接触不良时，需要更换碳刷。,碳刷与滑环长期接触，碳刷磨损会在滑环上有碳粉生成，碳粉会引起短路和放电等现象，处理方法是用无水酒精擦拭滑环与碳刷，调整碳刷弹簧压力。,在检测滑环时转动方向要顺电机转动方向转动，不可反转。滑环上有高压电，要防止电击。在滑环使用过程中，要注意保持扫描架内的空气湿度不能超过,70%,，否则当碳粉堆积到一定程度时，会引起滑环之间的相互干扰或短路。,螺距,在,SSCT,中的定义,在,MSCT,中的定义,螺距,Pitch,螺距等于球管旋转一圈检查床移动的距离与准直器孔径宽度的比值,螺距,=1,，,1,，,1,多层面,CT,的螺距,机架,机架俗称：龙门架,作用：,完成特定扫描方式的扫描，以获得病人扫描层面的原始数据，供计算机系统进行图像处理,放置,X-CT,部件,绝大多数机架孔径为,70cm,，而用于放疗定位的,CT,机属于大孔径,CT,，其机架孔径可达,85-90cm,。,特殊情况扫描，如颅底或腰椎，机架还必须具有倾斜功能，机架配有可使其前后倾斜的控制按钮。也有通过操作台面板上的控制按钮控制机架的倾斜，不同公司的产品设计有所不同。大多数,CT,的扫描平面可以倾斜,30,。,机架内包含的系统部件,球管、准直器、滤过器、探测器、,DAS,、旋转机械及控制电路、机架前后倾斜的机械传动部件和激光定位等部件。,机架冷却系统,冷却：开机后,X,线球管产生热量，且机架内含有众多组件，某些组件直接影响到机架周围的温度，因此机架的制冷要考虑,机械设计,旋转：机架旋转时产生的离心力,高要求,-,旋转部分组件的重量基本上都在,400-1000kg,范围,-,加速到每秒,2,全的旋转速度，集成到旋转轴承内的线性驱动能够保证足够的匀速运动。,CT,机架的驱动方式,钢带驱动：成本较低，可以节能节耗。但是钢带驱动导致的机械摩擦，噪音较高，不适合长时间快速扫描。钢带驱动也要求机架内的球管体积不能太大。,磁悬浮驱动：采用磁悬浮驱动方式，笔迷看了机械摩擦导致的故障。驱动速度快、运行稳定、能力强，适合长时间快速扫描。为了提高扫描速度，保证高速扫描的稳定性，,Aquilion,利用磁悬浮的技术开发了新型的驱动方式：直接驱动，与钢带式驱动相比，提高了机架在高速旋转时的稳定性，降低了机架运行磨损，确保高速旋转时冠脉采集的精确度。,气垫驱动：通过气流层把运动摩擦表面分开，从而完全消除了物体之间的摩擦。气垫机架实现将机架在空气中悬浮起来，稳定地高精度旋转，机架悬浮在,5,个微米的高度做相对运动。悬浮式由滑环腔内倒入的压力空气来实现的，保证转动轴的悬浮。采用此种驱动方式，要求机架上的球管、高压发生器、冷却系统和,DAS,系统实现一体、紧凑和模块化的设计。,检查床,要求：,便于控制和读数,足够的强度和刚性来承载很重的患者,精确性好,方便装载,可以调节,检查床的材料,检查床的材料要求结实，并且对射线的吸收非常小。一般选用碳化纤维材料。,CT,的定位像包含了床板的投影。由于床板在制造和使用过程中会产生局部的缺陷，床板是非均匀的，会影响医生的使用。,本章结束！,