CT的发展与原理（基础）

admin · 发表于 2020-9-27 10:13:36

<section label="powered by gulangu">       <img src="image/20200927/4ece78bd09f398d12345ff8add93bb3c_1.gif" />       CT是“计算机X线断层摄影机”或“计算机X线断层摄影术”的英文简称，是从1895年伦琴发现X线以来在X线诊断方面的最大突破，是近代飞速发展的电子计算机控制技术和X线检查摄影技术相结合的产物。CT由英国物理学家在1972年研制成功，先用于颅脑疾病诊断，后于1976年又扩大到全身检查，是X线在放射学中的一大革命。我国也在70年代末引进了这一新技术，在短短的30年里，全国各地乃至县镇级医院共安装了各种型号的CT机数千台，CT检查在全国范围内迅速地层开，成为医学诊断中不可缺少的设备。         CT是从X线机发展而来的，它显著地改善了X线检查的分辨能力，其分辨率和定性诊断准确率大大高于一般X线机，从而开阔了X线检查的适应范围，大幅度地提高了x线诊断的准确率。 一、CT机的基本结构          CT包括扫描部分、计算机系统，图像显示与记录系统和中央控制台。     二、CT 机的工作原理     CT是用X线束对人体的某一部分按一定厚度的层面进行扫描，当X线射向人体组织时，部分射线被组织吸收，部分射线穿过人体被检测器官接收，产生信号。因为人体各种组织的疏密程度不同，X线的穿透能力不同，所以检测器接收到的射线就有了差异。将所接收的这种有差异的射线信号，转变为数字信息后由计算机进行处理，输出到显示的荧光屏上显示出图像，这种图像被称为横断面图像。CT的特点是操作简便，对病人来说无痛苦，其密度、分辨率高，可以观察到人体内非常小的病变，直接显示X线平片无法显示的器官和病变，它在发现病变、确定病变的相对空间位置、大小、数目方面非常敏感而可靠，具有特殊的价值，但是在疾病病理性质的诊断上则存在一定的限制。         CT与传统X线摄影不同，在CT中使用的X线探测系统比摄影胶片敏感，是利用计算机处理探测器所得到的资料。CT的特点在于它能区别差异极小的X 线吸收值。与传统X线摄影比较，CT能区分的密度范围多达2000级以上，而传统X线片大约只能区分20级密度。这种密度分辨率，不仅能区分脂肪与其他软组织，也能分辨软组织的密度等级。这种革命性技术显著地改变了许多疾病的诊断方式。         在进行CT检查时，目前最常应用的断层面是水平横断面，断层层面的厚度与部位都可由检查人员决定。常用的层面厚度在1~10毫米间，移动病人通过检查机架后，就能陆续获得能组合成身体架构的多张相接影像。利用较薄的切片能获得较准确的资料，但这时必须对某一体积的构造进行较多切片扫描才行。         在每次曝光中所得到的资料由计算机重建形成影像，这些影像可显示在荧光屏上，也可将其摄成胶片以作永久保存。此外，其基本资料也可以储存在磁光盘或磁带里。  三、CT机的发展和类型          CT机按其适用范围分为头颅CT机和全身CT机。CT机的发展常用代（generation）来表示。          第一代CT机采取旋转／平移方式（rotate/translate mode）进行扫描和收集信息。首先X线管和相对应的探测器作第一次同步平行移动。然后，环绕患者旋转1度并准备第二次扫描。周而复始，直到在180度范围内完成全部数据采集。由于采用笔形X线束和只有1－2个探测器，所采数据少，因而每扫一层所需时间长，图像质量差。          第二代CT机是在第一代CT的基础上发展而来。X线束改为扇形，探测器增多至30个，扩大了扫描范围，增多了采集的数据。因此，旋转角度由1o增至23o，缩短了扫描时间，图像质量有所提高，但仍不能完全避免患者生理运动所引起的伪影（Artifact）          第三代CT机的主要特点是控测器激增至300－800个，并与相对的X线管只作旋转运动（rotate/rotate mode）。因此，能收集较多的数据，扫描时间在5s以内，使伪影大为减少，图像质量明显提高。          第四代CT机的特点是控测器进一步增加，高达1000－2400个并环状排列而固定不动，只有X线管围绕患者旋转，即旋转／固定式（rotate/stationary mode）。它和第三代机的扫描切层都薄，扫描速度都快，图像质量都高。  临床实验室         第五代CT特点是扫描时间缩短到50ms，因而解决了心脏扫描。其中主要结构是一个电子枪，所产生的电子束（Electron beam）射向一个环形钨靶，环形排列的探测器收集信息。 四、CT图像          CT图像由某一定数目的由黑到白不同灰度的小方块组成，每一方格为图像的最小单位称为像素（pixel）。          CT值是以数值来说明组织影像密度的高低，但不是绝对值。而是以水为标准，其他组织与水比较的相对值。现用亨氏单位（H），即以水的CT值为OH，空气为－1000H，骨为＋1000h 的2000个等级。人体各种组织均包括在2000个等级之内。            一般X线照片的黑片对比度是固定的，但CT机监视器的黑白即灰度可以通过调节窗位（Window level）和窗宽（Window width）而改变。窗位是指图像显示所指的CT值范围的中心。例如观察脑组织常用窗位为＋35H，而观察骨质则用＋300－＋600H.窗宽指显示图像的CT值范围。例如观察脑的窗宽用100，观察骨的窗宽用1000.这样，同一层面的图像数据，通过调节窗位和窗宽，便可分别得到适于显示脑组织与骨质的两种密度图像。使用窄窗宽，有利于发现与邻近正常组织密度差别小的病灶。 五、螺旋CT工作原理         螺旋CT突破了传统CT的设计，采用滑环技术，将电源电缆和一些信号线与固定机架内不同金属环相连运动的X射线管和探测器滑动电刷与金属环导联。球管和探测器不受电缆长度限制，沿人体长轴连续匀速旋转，扫描床同步匀速递进（传统CT扫描床在扫描时静止不动），扫描轨迹呈螺旋状前进，可快速、不间断地完成容积扫描。多层螺旋CT的特点是探测器多层排列，是高速度、高空间分辨率的最佳结合。多层螺旋CT的宽探测器采用高效固体稀土陶瓷材料制成。每个单元只有 0.5、1或1.25mm 厚，最多也只有5mm厚薄层扫描探测器的光电转换效率高达99%能连续接收X射线信号，余辉极短，且稳定性好。       多层螺旋CT能高速完成较大范围的容积扫描，图像质量好，成像速度快，具有很高的纵向分辨率和很好的时间分辨率。与单层螺旋CT相比，CT的应用范围被大大拓宽了。采集同样体积的数据，扫描时间大为缩短，在不增加X射线剂量的情况下，每15s左右就能扫描一个部位;5s内可完成层厚为3mm的整个胸部扫描;采用较大的螺距P值，一次屏气20s，可以完成体部扫描;同样层厚，同样时间内，扫描范围增大4倍。扫描的单位时间覆盖率明显提高，病人接受的射线剂量明显减少，X线球管的使用寿命明显延长，同时，节省了对比剂用量，提高了低对比分辨率和空间分辨率，明显减少了噪声、伪影及硬化效应。另外，还可根据不同层厚需要自动调节X射线锥形线束的宽度，经过准直的X射线束聚焦在相应数目的探测器上探测器通过电子开关与四个数据采集系统（DAS）相连。每个DAS能独立采集完成一套图像，按照DAS与探测器匹配方式不同。通过电子切换可以选择性地获得1层、2层或4层图像，每层厚度可自由选择（0.5、 1.0、1.25mm和5、 10mm）。采集的数据既可做常规图像显示，也可在工作站进行后处理，完成三维立体重建、多层面重建、器官表面重建等，并能实时或近于实时显示。另外，不同角度的旋转、不同颜色的标记，使图像更具立体感、更直观、逼真。仿真内窥镜、三维CT血管造影技术也更加成熟和快捷。用CT图像对PET进行衰减校正使 PET图像的清晰度大为提高，图像质量明显优于同位素穿透源校正的效果，分辨率提高了25%以上，校正效率提高了30%，且易于操作。校正后的PET图像与CT图像进行融合，经信息互补后得到更多的解剖结构和生理功能关系的信息，对于肿瘤病人手术和放射治疗定位具有极其重要的临床意义。来源：百度文库欢迎投稿，并有精美礼品赠送。*点击左下角【阅读原文】，即可加入“医疗器械维修工程师之家”你的世界，由此展开！*<section><img src="image/20200927/66b91dba51803cd4fd2a18b800afbccc_2.gif" /></section> </section>

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