【从业必读】CT成像基本原理

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                    <blockquote><p><span>让天下没有难找的医疗器械服务信息！</span></p><p><strong><span>“医疗器械助手”</span></strong><span>&nbsp;让一切触手可及！</span></p><p><p><img src="image/20201014/ac7c4c86bff3f0660e634292dc511095_1.jpg" /></p></p><p><span>点击图片</span><span><span></span><p><img src="image/20201014/c407fe90207c2622cc8e1dff32d28341_2.jpg" /></p><p><img src="image/20201014/c407fe90207c2622cc8e1dff32d28341_2.jpg" /></p><p><img src="image/20201014/c407fe90207c2622cc8e1dff32d28341_2.jpg" /></p></span></p><p><br  /></p></blockquote><p><span><br  /></span></p><p><span>CT成像基本原理是用X线束对人体检查部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字信号，输入计算机处理。图像形成的处理有如将选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital matrix）.数字矩阵可存储于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/anolog converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><iframe src="https://v.qq.com/iframe/player.html?vid=i0156ixkza0&auto=0" width="100%" height="580" frameborder="0"></iframe></p><p><br  /></p><p><span>一、CT的基本组成</span></p><p><span>CT机主要有硬件和软件系统组成。</span></p><p><span>CT硬件系统由扫描架、扫描床、电器柜、控制台等构成。CT系统包含以下子系统：X线的发生装置、探测器、计算机、旋转扫描、病人输送定位、冷却系统等。</span></p><p><span>　</span></p><p><p><img src="image/20201014/9d819788495afdf8df6b7443ec7c92cf_5.jpg" /></p></p><p><br  /></p><p><span>（一）扫描机架系统</span></p><p><span>扫描机架可根据检查的需要，进行±25°的倾斜。扫描机架系统内部包括X线球管、高压发生器、探测器和准直器等。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>1．X线管&nbsp;&nbsp;</span></p><p><span>X线管是产生X线的器件，由阴、阳极和真空玻璃管（或金属管）组成。分固定阳极和旋转阳极两种。固定阳极管主要用于第一、二代CT机，第三、四代CT机多采用旋转阳极管，旋转阳极管焦点小，要求热容量大，寿命很长，可达2万次扫描以上。</span></p><p><span>目前。部分CT已采用飞焦点或动态焦点技术，即采用2个焦点交替工作，其曝光次数可达25万～50万次。　</span></p><p><span><br  /></span></p><p><p><img src="image/20201014/bd538523d1ff159e3a0cd9ff67bab2b3_6.jpg" /></p></p><p><br  /></p><p><span>2．X线发生器 &nbsp;</span></p><p><span>CT机对高压电源的稳定性要求很高，电压波动会影响X线能量，而X线能量与物质的衰减系数值有密切关系。因此，CT的高压系统中必须采用高精度的稳压反馈措施。多采用高频逆变高压技术，这种方法，电压一致性好、稳定，图像分辨率高。</span></p><p><span><mpcpc js_editor_cpcad="" data-category_id_list="12|15|14|17|16|8|9|10|24|37|11|35|29|25|7|26|5" src="https://mp.weixin.qq.com/cgi-bin/readtemplate?t=tmpl/cpc_tmpl"></mpcpc></span></p><p><span>3．探测器 &nbsp;</span></p><p><span>探测器的作用是接收透过被检体的X线并将其转换为可供记录的电信号。目前CT机使用的探测器分为固体和气体探测器。</span></p><p><span>固体探测器多采用闪烁晶体接收X线，并把X线转换为光信号，再用光电倍增管或高灵敏度光电二级管接收，变成电信号送至信号采集处理器。气体探测器多采用氙气。利用气体电离的原理，入射的X射线使气体产生电离，然后测量电流的大小测得入射X射线的强度。　</span></p><p><span><br  /></span></p><p><p><img src="image/20201014/c2c8138b77de79ac2d15ef241e0de4a3_7.jpg" /></p></p><p><br  /></p><p><span>4．准直器 &nbsp;&nbsp;</span></p><p><span>CT扫描机中的准直器分为两种：</span></p><p><span>一是X线管端的准直器（又称前准直器）；</span></p><p><span>二是探测器端的准直器（又称后准直器）。</span></p><p><span>准直器的作用是减少病人的X线剂量和对CT成像所不必要的散射线，其次还决定了CT扫描的层厚。</span></p><p><br  /></p><p><p><img src="image/20201014/74a0473846a3a1cba1ab6e402e9485df_8.jpg" /></p></p><p><br  /></p><p><span>位于X线管前端X线出口处的准直器，其宽度决定</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; A．扫描的范围</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; B．相邻两个扫描层面的距离</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; C．扫描层面的厚度</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; D．X线管焦点距离</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; E．X线的硬度</span></p><p><span>答案：C</span></p><p><span>CT机的后准直器位于</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; A．探测器前</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; B．探测器后</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; C．X线管窗口</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; D．X线管右侧</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; E．X线管左侧</span></p><p><span>答案：A</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>5．模/数转换器（A/D转换器） &nbsp;</span></p><p><span>A/D转换器是CT数据采集系统（data acquisition system，DAS）的主要组成部分。其作用是将来自探测器的输出信号放大、积分后多路混合变为数字信号送入计算机处理。模数转换器由一个频率发生器和比较积分器组成。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>（二）检查床&nbsp;&nbsp;检查床的作用是准确地把病人送入预定或适当的位置上。为适应CT检查的需要，与X线束射出同方向的位置上有定位光源，以利于定位。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>（三）操作台&nbsp;&nbsp;操作台是操作员与计算机对话的工作平台。扫描参数的编辑、设定、扫描过程的控制、观察分析、病人资料的输入及机器故障诊断均在操作台上完成。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>（四）图像存储和记录部分 &nbsp;该部分包括有硬盘、软盘、磁带机、光盘等，它们的作用是存储和记录图像。</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>（五）计算机系统</span></p><p><span>计算机系统一般由主控计算机和阵列计算机两部分组成。主控计算机的作用是：</span></p><p><span>①控制和监视扫描过程，并将扫描数据送入存储器；</span></p><p><span>②CT值的校正和输入数据的扩展；</span></p><p><span>③与操作者对话并控制扫描等信息的传送；</span></p><p><span>④图像重建的程序控制；</span></p><p><span>⑤故障诊断及分析。</span></p><p><span>列阵处理机主要的任务是在主控计算机的控制下，进行图像重建等处理。</span></p><p><span>在图像重建时，阵列处理机接收由数据采集系统或磁盘送来的数据，进行运算后再送给主控计算机，然后在终端显示。</span></p><p><span>CT软件</span></p><p><span>CT软件安装在主控计算机中，是CT扫描控制、图像处理、显示及系统故障检查的重要工具。</span></p><p><span><br  /></span></p><hr  /><p><span><br  /></span></p><p><span>二、CT机的成像过程</span></p><p><span>CT成像的主要工作过程是：球管→X线→准直器→窄的扇形束→穿透人体体层→人体薄层内器官或组织衰减后→到达探测器→将含有一定图像信息的X线光信号→电信号→测量→电量大小→放大→A/D转换器→数字信号→计算机→运算→重建图像。最后，再由D/A转换器将数字信号变成模拟信号，以不同的灰阶形式显示在监视器的屏幕上。或者，再用激光相机打印成CT片。</span></p><hr  /><p><span>CT成像是一个复杂的计算机数学演算和数据重建的过程，该过程可理解为以下四步：</span></p><p><span>1．数据采集 &nbsp;</span></p><p><span>从X线的产生到信息数据的获得，此过程为数据采集，取得大量的数字数据，称其为原始数据。数据采集系统是由X线管、滤过器、准直器、探测器、A/D转换器等器件组成。</span></p><p><span>&nbsp;2．数据处理 &nbsp;</span></p><p><span>&nbsp; &nbsp; &nbsp; 数据采集过程中，A/D转换器将模拟信号转换成数字，成为原始图像数据。在进行图像重建之前，为了得到准确的重建图像数据，要对这些数字数据进行处理。如对数变化，通过内插等多种方式对数据进行正常化的处理等。</span></p><p><span>3．图像重建 &nbsp;</span></p><p><span>这是数字成像过程中最重要的环节。</span></p><p><span>CT机中阵列处理器是专门用来重建图像的计算机，计算机将收集到的原始数据经过复杂的重建运算，得到一个显示数据的矩阵，此过程被称为重建过程。图像重建的数学处理过程是一个相当复杂的数学运算过程，而且，采用的数学运算的方法也很多。不同的运算方法，其重建速度和重建后的图像效果也有很大差别，它以不同的扫描方式和诊断的需要而定。</span></p><p><span>4．图像存储与显示&nbsp;&nbsp;</span></p><p><span>重建后的数字图像通过监视器的屏幕显示出来，而且，还可以在监视器上进行图像的各种后处理。重建后的数字图像可以记录在磁带、磁盘或光盘上，同时，也可以直接通过激光相机打印出照片。</span></p><p><span><br  /></span></p><hr  /><p><span><br  /></span></p><p><span>三、CT成像原理</span></p><p><span>　 &nbsp; &nbsp; &nbsp;X线衰减是物体对X线的吸收和散射。物体对X线吸收和散射的多少与物体的密度、物体元素的原子序数及X线能量等密切相关。其吸收规律是：</span></p><p><p><img src="image/20201014/c310fd23cc5d055ee913c3daf9f3c1b5_9.jpg" /></p></p><p><span>I是透过物体后X线的强度，</span></p><p><span>I0是入射射线的强度，</span></p><p><span>e是Euler’s常数(2.718)，</span></p><p><span>μ是线性吸收系数，d是物体厚度，</span></p><hr  /><p><span>公式I=I0e-μd中，μ代表的是</span></p><p><span>A．入射射线的强度</span></p><p><span>B．通过物体后X线的强度</span></p><p><span>C．Euler’s常数 &nbsp;&nbsp;</span></p><p><span>D．线性吸收系数</span></p><p><span>E．物体厚度</span></p><p><span>答案：D</span></p><p><span><br  /></span></p><hr  /><p><span>均匀物质对X射线的吸收规律：</span></p><p><p><img src="image/20201014/8ad5f6be5f7c18da3842a06b656ea7d2_10.jpg" /></p></p><p><br  /></p><hr  /><p><span>&nbsp;X射线束通过非均匀物质<br  /></span></p><p><p><img src="image/20201014/09bd9d5771cf7deaf74a759dc022cb93_11.jpg" /></p><br  /></p><p><span>CT每扫描一次，即可得到一个方程，经过若干次扫描，即得到一联立方程。经过计算机运算（傅立叶转换、反投影法等）可以解出这一联立方程，从而求出每个体素的X线吸收系数或衰减系数，将其排列成数字矩阵（digital matrix），数字矩阵经过数字/模拟转换器（D/A）把数字矩阵中的每个数字转变为由黑到白不同灰度的小方块，即像素（pixel），也按矩阵排列，即构成了CT图像。</span></p><p><span>图像重建的数学方法</span></p><p><p><img src="image/20201014/608c318f8792a361f425cc8658ff2c84_12.jpg" /></p></p><p><p><img src="image/20201014/bef6d70e0770468215ff87b6ddcfce11_13.jpg" /></p></p><section data-id="1658"><section><section><section data-id="1658"><section><section><section data-id="1658"><section><section><section data-id="1658"><section><section><p><span><strong>相关阅读</strong></span></p></section><p><p><img src="image/20201014/ec237188ae1e9c03eb4d9814f31b18ab_14.gif" /></p></p><p><span>【大盘点】2017年国产主流CT品牌大PK</span></p><p><span><br  /></span></p><p><span>继国产超导磁共振之后，国产CT也迎来集体爆发！</span></p><p><br  /></p><p><span>谁是顶级CT的老大？</span></p><p><br  /></p><p><span>对于国产CT你了解多少?</span></p><p><br  /></p><p><span>国产顶级CT大PK</span></p><p><br  /></p><p><span>【大盘点】2017国产超导型磁共振主流品牌大PK</span></p><p><br  /></p><p><span>【盘点】国产PET-CT品牌哪家强？</span></p><p><br  /></p><p><span>【大盘点】谁才是进口PET-CT品牌当之无愧的国际老大？</span></p></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section></section><p><br  /></p><p><p><img src="image/20201014/da0d101cb2763cefb61f8120386ec54a_15.png" /></p></p>