CT原理上.ppt

,*,2021/2/21,*,2021/2/21,*,CT,原理及维修诊断技术高级培训班,CT,原理（上）,1,CT,作为一种公认的成熟、快速、可靠的影像设备,正在各级医院的诊断和治疗中发挥着日益重要的作用,并得到广泛的应用。,近八年来,多层螺旋,CT,的推出和新的应用软件的开发,使,CT,进入又一个快速发展期,各种类型的,CT,机大量推出。,CT,（,Computed Tomography,）,1895,年,11,月,8,日,德国物学家伦琴,(W,Raontgen),发现了,X,射线。,三天以后，偶然看到了伦琴的夫人手的,X,射线造影。,从此就开创了用,X,射线进行医学诊断的放射学,X,射线摄影术，奠定了医学影像摄影的基础。,X,射线的发现,一、,X,线影像摄影基础,3,2021/2/21,低气压放电现象：,1836,年，英国科学家法拉第发现，稀薄气体放电时，会产生一种绚丽的辉光。因为它是由阴极发出的，后来物理学家把这种辉光称为“,阴极射线,”（,cathode ray,）。为探明阴极射线，许多科学家进行了艰巨的研究。,一、,X,线影像摄影基础,4,2021/2/21,传统的,X,射线机具有的优点：,1.,价格低,;,2.,易操作,;,3.,应用面广,;,但也有以下一些缺陷：,1,影像重叠,;,2,密度分辨力低,;,3,中心投影效应,(,也叫几何放大效应）,;,4,胶片存储，检索困难,;,一、,X,线影像摄影基础,5,2021/2/21,密度分辨力低,一、,X,线影像摄影基础,中心投影效应,一、,X,线影像摄影基础,二、,CT,的发展回顾,1917,年，雷登,(J,Radon),提出了图象重显理论的数学方法研究，他指出对二维或三维的物体可以从各个不同的方向上进行投影，称为雷登变换；然后用数学方法计算出一张重建的图像中，也称为雷登逆变换。,1956,年，天文学家,Bracewell,用这种方法处理了从太阳发射来的微波信息，,Bracewell,第一次将一系列由不同方向测得的太阳微波发射数据，运用图像重建方法，绘制了太阳微波发射图像。,二、,CT,的发展回顾,对,CT,的研究可追溯到,1967,年,那年，,CT,的发明人、英国工程师,Godfrey Hounsfield,制成了第一台可用于临床的计算机,X,射线断层摄影机。,CT,的发明,二、,CT,的发展回顾,10,2021/2/21,1971,年,10,月，,Hounsfield,设计并扫描出第一幅具有诊断价值的头部,CT,图像，从而宣告世界上第一台,CT,扫描机的研制成功，因为是英国,EMI,公司生产，又称,EMI CT,扫描机。,1971,年,9,月第一台头扫描,CT,机安装在英国的一所医院中。每一幅图像的处理时间为,20,分钟左右。,二、,CT,的发展回顾,11,2021/2/21,第一台,CT,机的头部图像,二、,CT,的发展回顾,1979,年,Hounsfield,和,Cormack,CT,发明者，一位工程师和一位物理学家，两位没有专门医学经历的科学家,荣获了诺贝尔医学奖，以表彰他们的突出成就。,Hounsfield,于,2004,年,8,月,12,日,在英国逝世，享年,84,岁。,Cormack,于,1998,年,5,月,23,日,在美国逝世，享年,74,岁。,二、,CT,的发展回顾,13,2021/2/21,1974,年，美国,George,Town,医学中心的工程师莱德雷（,Ledley,）设计出了全身,CT,扫描仪，使,CT,不仅可用于颅脑，而且还可用于全身各个部位的影像学检查。,二、,CT,的发展回顾,14,2021/2/21,图,a,、,b,是,1974,年,SIRETOM,拍摄的,80X80,图像,矢状面图像是由每层厚为,1.3CM,断面重建的。,图,c,、,d,是容积扫描,拍摄的,1024X1024,图像,矢状面图像可以,说是连续的。,CT,图像对比,二、,CT,的发展回顾,三、,CT,技术发展趋势,CT,的优点,(1),真正的断面图像,(2),密度分辨率高,(3),可作定量分析,(4),数字图像,CT,的局限性和不足,(1),空间分辨率仍未超过常规的,X,线检查。,(2),不是所有脏器都以,CT,检查作为首选。,(3),以,X,射线作为信息载体,仍对人体存在伤害。,(4)CT,的图像是形态学影像。,16,2021/2/21,多层螺旋,CT,是主要代表,1998,年推出的多层,CT,使得,CT,在扫描速度；图像质量、扫描范围、适用器官等方面取得新的突破,是,CT,技术进入新阶段的标志。,三、,CT,技术发展趋势,17,2021/2/21,1.,更低的射线剂量,全球各主要,CT,制造商均把更低,CT,的剂量水平作为,CT,发展的研究目标，并通过各种方法及措施来降低剂量。,限制扫描容积：,增加辐射光谱的预过滤,;,调整扫描参数,;,对连续,CT,和螺旋,CT,扫描采用自动曝光控制,;,选择适当图像重建参数降低图像重建噪声；,三、,CT,技术发展趋势,18,2021/2/21,2.,更快的采集和重建速度,a.,可以减少运动伪影，提高图像质量。,b.,从经济和成本回收的角度来考虑，缩短了机器的成本回收期,提高医院的经济效益。,c.,能充分发挥造影剂的作用,减少造影剂用量和病人费用。,d.,螺旋扫描具有速度快、运动伪影少。,e.,从病人接受角度来看,有益于危重病人的诊查。,三、,CT,技术发展趋势,19,2021/2/21,3.CT,的应用已拓展到一些新的范围,CT,血管造影,(CTA),CT,三维图像重建,CT,介入,CT,仿真内镜,CT,灌注成像,CT,立体定向技术,CT,心脏检查,CT,血管造影,(CTA),三、,CT,技术发展趋势,四、,X,射线的产生,高速运动的电子轰击金属靶时，靶就放出,X,射线，这就是,X,射线管的工作原理。,从阴极发射的热电子，经阴、阳两极间的电场加速后，电子的速度已非常高。如在,100kV,管电压，当电子抵达靶时，速度可达,0.55c(c,为光速,),。此高速电子与靶物质相互作用造成能量转移,或能量损失，速度骤减。,能量损失分为碰撞损失和辐射损失。,21,2021/2/21,碰撞损失的能量将全部转化为热能。,辐射损失是由于高速运动的电子与靶的内层电子和原,子核的作用。,通过辐射损失的能量，大部分是以,X,射线的形式辐射,出去，它不足电子总能量的,1,。,根据作用情况的不同,辐射损失又可分为连续辐射和,特征辐射。,四、,X,射线的产生,22,2021/2/21,连续辐射,(,韧致辐射,),：如果被靶阻挡的电子的能量，不越过一定限度时，只发射连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射。,连续光谱的性质和靶材料无关。,特征辐射,(,标识辐射,),：当电子的能量超过一定的限度时，可以发射一种不连续的，它只有几条特殊的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。,特征光谱和靶材料有关，不同的材料有不同的特征光谱这就是为什么称之为“特征”的原因。,四、,X,射线的产生,23,2021/2/21,X,射线的光谱图,X,射线其波长约为,10nm,到,102nm,之间,W:,钨,Mo,：钼,Cr,：铬,四、,X,射线的产生,24,2021/2/21,X,射线的特性,X,射线之所以能够用于医学诊断，是由于它还具有普通光所设有的特点和作用,:,1.,穿透作用,穿透作用是指,X,射线通过物质时不被吸收的本领。,2.,电离作用：是,X,射线损伤和治疗的基础。,物质受,X,射线照射时，核外电子会脱离原子轨道，这 种作用称为电离作用。,3.,荧光作用,有些物质受,X,射线照射后，可以辐射出可见光或紫外。,它是,X,线照相的基础。,四、,X,射线的产生,当,X,射线穿过物体时，,X,射线与物体之间主要存在着三种的相互作用过程，影响,X,射线的衰减,它们是,干涉散射,光电效应,康普顿效应,四、,X,射线的产生,1,、干涉散射,CT,的,X,射线能量大，干涉散射对,CTX,射线的衰减影响不大。,四、,X,射线的产生,2,、光电效应,用光（包括,X,射线）照射一些金属，观察到金属表面有,电子逸出的现象,医用,X,射线能量在,10-150KeV,之间，产生光电效应几率,较大。,X,射线能量增大光电效应几率减小。由于光电效,应过程中生物组织将,X,线光子完全或部分吸收，所以,X,射线产生生物损伤主要源于光电效应。,四、,X,射线的产生,3,、康普顿效应,四、,X,射线的产生,实验发现，当波长很短的光（电磁波），如,X,射线、射线等通过不含杂质的均匀媒质时，会产生散射现象，这现象首先由美国物理学家康普顿于,1922,年发现，并作出理论解释，故称康普顿效应。,康普顿效应产生较多散射线，在,X,线成像过程中会降低成像质量。,五、,X,线的吸收定律,由物理学的吸收定律,(,朗伯定律,),可知，当一,单色,线束通,过一密度,均匀,的,小物体,时，其能量因与物质的原子相互,作用而减弱，减弱的程度与物质的厚度和组成成分或吸,收系数有关，可用下式表达：,I=I,O,e,-d,I,O,：入射的,X,射线强度；,I,：穿过均匀密度物体后的,X,射线强度；,：物质对该波长的线性衰减系数；,d,：穿过均匀密度物体的路径长度；,e,：自然对数底,30,2021/2/21,N,1,N,2,N,3,N,n,1,2,3,n,x,x,x,m,x,I,0,I,n,I,m-1,I,m,x,X,线方向上衰减系数,值总,和的测量,CT,影像的像素计算,I,n,=I,n-1,e,-,n,d,在,X,射线穿过的路径上，,如果已知,d,、,I,O,、,I,n,，,则物体的衰减系数总和,是可以计算出来的。,这必须作出多方向投影,建立多个联立方程式，,才能算出所有的衰减,系数值来。,CT,图像的重建过程，,就是求每个小单元衰减,系数的过程。因而上述,方程是,CT,图像重建的,基本方程之一。,五、,X,线的吸收定律,六、,CT,图像的形成过程,图像扫描阶段,高压发生器供给,球管电压和灯丝,电流，使,X,射线,管产生,X,射线。,X,线束围绕人体,旋转，以便从多,个角度采集数据。,在扫描阶段的主要任务是采集数据。,CT,中我们怎样测量一个物体？,通过多角度用笔形,X,线束来测量物体的吸收值。,六、,CT,图像的形成过程,33,2021/2/21,图像形成的重建阶段,CT,图像产生的第二个阶段就是图像重建阶段，这主要由阵列处理机进行处理。,人体的每个体积元用一个象素来表示。,每个象素用一个,CT,值来表示。,六、,CT,图像的形成过程,七、,CT,图像的显示,图像显示阶段,图像显示阶段的主要任务是把数字图像转换成视频显示，以便直接观测或记录在胶片上。,人眼最多能分辨,64,级,灰度。,通过使用窗口技,术将图像在显示,器上显示。,CT,值是用来表,示与,CT,图像上,单元面积有关,的平均,X,射线,衰减数,CT,值用,豪斯菲,尔德单位,HU,来,表示。使用,CT,值后，它既表,示了某物质的,吸收衰减系数,本身，也表示,了各种不同密,度组织的相对,关系。,七、,CT,图像的显示,36,2021/2/21,窗口技术,数字图像所特有的显示技术方法称为窗口技术。它包括窗位和窗宽的控制、调整。,CT,窗宽：,window width,监示器中最亮和最暗灰阶所代表的,CT,值的跨度。,CT,窗位：,window level,窗宽上下限灰阶所代表的,CT,值的中心值。,窗宽决定图像,CT,值的变化跨度，窗位则决定观察变化的的区域。,七、,CT,图像的显示,37,2021/2/21,不同的窗,口条件下，,显示人体,的不同部,位图像的,效果。,38,2021/2/21,八、各代,CT,第一代,(,平移,+,旋转,),这类扫描机多属于头部专用机,由一个,X,射线管和两个或三个晶体探测器组成,由于,X,射线束被准直成像铅笔芯粗细的线束，故又称为笔形扫描束装置。,扫描时间为,3,5,分钟,第二代,(,平移,+,旋转方式,),把第一代单一笔形,X,射线束改为扇形线束,探测器数目也增加到,3,30,个。,每次扫描后的旋转角由,10,提高至,30,300,。,扫描时间为,20,90,秒,八、各代,CT,第三代,CT,机有较宽的扇形角,(30,0,45,0,),，可包括整个被扫描体截面，探测器数目极大地增加了。,扇形角宽,(,扇角为,30,0,45,0,),X,射线管必须环绕其中心线转过,90,0,。,扫描时间为,2,9,秒，有些可达到,0.5,秒以内。,技术性较高，成本和图像质量方面具有较大优势，是目前临床上应用最为广泛的一种,CT,机。,第三代,(,旋转一旋转方式,),八、各代,CT,第四代,(,旋转一静止,),扫描方式是探测器静止,而只有,X,射线管旋转。,扇形线束角度也较大，,单幅的数据获取时间,缩短到,1,5,秒。,检测器达到,600,1500,个，,多排螺旋,CT,多达,4800,个。,第四代,CT,扫描机的缺点,是对散射线极其敏感。,八、各代,CT,EBCT,与常规,CT,的主要区别在于由电子束取代了,X,线球管的机械旋转。,EBCT,由电子枪发射电子束，再由电子束轰击扫描架上的靶环，由靶环发出,X,线，通过电子枪内的偏转线圈使电子束扫描钨靶，被扫描的钨靶产生往返运动的,X,线，以对患者进行扫描。所以,EBT,无,X,线球管机械旋转的速度限制，扫描速度要远远高于多层螺旋,CT,，每周只需,50,毫秒，成像时间大大缩短。,第五代电子束,CT(,静止一静止,),与前,4,代有着本质的区别,八、各代,CT,谢 谢,!,