1、CT設(shè)備基本原理CT 設(shè)設(shè) 備備 CT設(shè)備基本原理CT: computed tomography computerized tomography計(jì)算機(jī)體層照相術(shù)計(jì)算機(jī)體層照相術(shù)計(jì)算機(jī)斷層照相術(shù)計(jì)算機(jī)斷層照相術(shù)計(jì)算機(jī)控制斷層掃描術(shù)計(jì)算機(jī)控制斷層掃描術(shù)computerized axial tomography (CAT)計(jì)算機(jī)控制計(jì)算機(jī)控制橫橫軸向軸向X線線斷層斷層掃描掃描術(shù)術(shù)CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理一、發(fā)展簡(jiǎn)史一、發(fā)展簡(jiǎn)史 n1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)年，倫琴發(fā)現(xiàn)X線。線。n1917年，奧地利數(shù)學(xué)家年，奧地利數(shù)學(xué)家Radon提出了

2、圖像重建理論提出了圖像重建理論的數(shù)學(xué)方法。的數(shù)學(xué)方法。n50年代，年代，Allan M.Cormack便開(kāi)始探討各種便開(kāi)始探討各種CT的原的原理；理；n60年代末期，英國(guó)年代末期，英國(guó)EMI（Electrical And Music Industries）公司的實(shí)驗(yàn)中心根據(jù)公司的實(shí)驗(yàn)中心根據(jù)Cormack原理，原理，嘗試建立一套嘗試建立一套CT設(shè)備。由設(shè)備。由Godfrey Hounsfield負(fù)責(zé)負(fù)責(zé)整個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，整個(gè)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，1971年他所領(lǐng)導(dǎo)的小組建立了第一年他所領(lǐng)導(dǎo)的小組建立了第一套套CT系統(tǒng)，并于系統(tǒng)，并于1972年春正式發(fā)表頭部年春正式發(fā)表頭部CT影像。影像。 CT設(shè)備基本原理Co

3、rmark與與Hounsfeild因在因在CT發(fā)展發(fā)展上的杰出貢獻(xiàn)，榮獲了上的杰出貢獻(xiàn)，榮獲了1979年的諾貝年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 1924199819192004CT設(shè)備基本原理n1972年，年，G.N.Hounsfield研制出世界上第一研制出世界上第一臺(tái)用于臨床的臺(tái)用于臨床的CT，利用這臺(tái)，利用這臺(tái)CT首次為一名婦首次為一名婦女診斷出腦部的囊腫，取得了世界上第一張女診斷出腦部的囊腫，取得了世界上第一張病人病人CT照片。照片。nHounsfield和和Ambrose在英國(guó)放射學(xué)年會(huì)上在英國(guó)放射學(xué)年會(huì)上正式發(fā)表論文，宣告正式發(fā)表論文，宣告CT的誕生；同年的誕生；同年11月，月，在北美

4、放射學(xué)會(huì)（在北美放射學(xué)會(huì)（Radiological Society of North America，RSNA）年會(huì)上向全世界宣）年會(huì)上向全世界宣布。布。CT設(shè)備基本原理n1974年，美國(guó)年，美國(guó)George Town大學(xué)醫(yī)學(xué)中心大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的工程師的工程師Ledley研制出世界上第一臺(tái)全身研制出世界上第一臺(tái)全身CT。n在此后在此后30多年的時(shí)間內(nèi)，已先后從頭顱多年的時(shí)間內(nèi)，已先后從頭顱CT發(fā)展到螺旋發(fā)展到螺旋CT和多層和多層CT。n通過(guò)多個(gè)不同角度對(duì)物體用通過(guò)多個(gè)不同角度對(duì)物體用X射線掃描后，射線掃描后，可以將信息可以將信息100%的獲取的獲取 CT設(shè)備基本原理Computed Tomogr

5、aphy CT的基本思想（或稱原理）的基本思想（或稱原理）是取一高度準(zhǔn)直的、極細(xì)筆是取一高度準(zhǔn)直的、極細(xì)筆狀狀X射線束，環(huán)繞人體某一射線束，環(huán)繞人體某一部分作斷面掃描，未被吸收部分作斷面掃描，未被吸收光子穿透人體后被檢測(cè)器接光子穿透人體后被檢測(cè)器接收，作為模擬信號(hào)輸人，經(jīng)收，作為模擬信號(hào)輸人，經(jīng)過(guò)數(shù)處理和運(yùn)算后重建圖像。過(guò)數(shù)處理和運(yùn)算后重建圖像。 CT設(shè)備基本原理（一）第一代（一）第一代CT（平移（平移+旋轉(zhuǎn)掃描方式）旋轉(zhuǎn)掃描方式） n多屬頭部專用多屬頭部專用CT，由一只，由一只X線管和線管和1-2個(gè)晶個(gè)晶體探測(cè)器（體探測(cè)器（detector）組成。由于）組成。由于X線束被線束被準(zhǔn)直器準(zhǔn)直為鉛

6、筆芯粗細(xì)的筆形線束，又稱準(zhǔn)直器準(zhǔn)直為鉛筆芯粗細(xì)的筆形線束，又稱筆形束筆形束CT。CT設(shè)備基本原理nX線管產(chǎn)生的筆形束穿過(guò)病人頭部照射到與其線管產(chǎn)生的筆形束穿過(guò)病人頭部照射到與其相對(duì)的探測(cè)器上，二者先做同步直線平移掃相對(duì)的探測(cè)器上，二者先做同步直線平移掃描運(yùn)動(dòng)。獲得描運(yùn)動(dòng)。獲得240個(gè)透射測(cè)量數(shù)據(jù)后，停止平個(gè)透射測(cè)量數(shù)據(jù)后，停止平移，再環(huán)繞病人頭顱中心旋轉(zhuǎn)移，再環(huán)繞病人頭顱中心旋轉(zhuǎn)1，做與上次，做與上次方向相反的直線掃描運(yùn)動(dòng)。獲得方向相反的直線掃描運(yùn)動(dòng)。獲得240個(gè)測(cè)量數(shù)個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)后，停止平移，再旋轉(zhuǎn)據(jù)后，停止平移，再旋轉(zhuǎn)1，重復(fù)上述過(guò)程，重復(fù)上述過(guò)程，直到直到180得到得到180組由組由240

7、個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)組成的個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)組成的平行投影值，即完成了數(shù)據(jù)的采集過(guò)程。平行投影值，即完成了數(shù)據(jù)的采集過(guò)程。CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理First GenerationOne detectorTranslation-rotationParallel-beam(From G. Wang)CT設(shè)備基本原理n第一代第一代CT的缺點(diǎn)是：的缺點(diǎn)是： 1.X線利用率很低；線利用率很低； 2.掃描時(shí)間長(zhǎng)；掃描時(shí)間長(zhǎng)； 3.重建的圖像質(zhì)量較差。重建的圖像質(zhì)量較差。 n為了提高效率，可再加一個(gè)探測(cè)器，一次掃為了提高效率，可再加一個(gè)探測(cè)器，一次掃描可同時(shí)對(duì)兩個(gè)層面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得二描可同時(shí)對(duì)兩個(gè)

8、層面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得二個(gè)層面圖像。這樣，提高了第一代個(gè)層面圖像。這樣，提高了第一代CT的工作的工作效率和效率和X線的利用率。線的利用率。CT設(shè)備基本原理（二）第二代（二）第二代CT（平移（平移+旋轉(zhuǎn)掃描方式）旋轉(zhuǎn)掃描方式） n第二代第二代CT在第一代在第一代CT的基礎(chǔ)上，由單一筆的基礎(chǔ)上，由單一筆形束改為扇形線束，一只形束改為扇形線束，一只X線管和扇形排列線管和扇形排列的的330個(gè)晶體探測(cè)器組成。由于個(gè)晶體探測(cè)器組成。由于X線束為線束為520的小扇形束，又稱小扇束的小扇形束，又稱小扇束CT。CT設(shè)備基本原理n每次平移掃描后的旋轉(zhuǎn)角由每次平移掃描后的旋轉(zhuǎn)角由1提高到扇面夾提高到扇面夾角角度，這

9、樣旋轉(zhuǎn)角角度，這樣旋轉(zhuǎn)180時(shí)，掃描時(shí)間縮短時(shí)，掃描時(shí)間縮短到到2090s，第二代快速，第二代快速CT有有30個(gè)以上的探個(gè)以上的探測(cè)器，掃描時(shí)間減至測(cè)器，掃描時(shí)間減至18s。為了提高圖像質(zhì)。為了提高圖像質(zhì)量，也有的采用量，也有的采用240、360平移加旋轉(zhuǎn)掃平移加旋轉(zhuǎn)掃描，這種描，這種CT比第一代比第一代CT各項(xiàng)指標(biāo)均有提高，各項(xiàng)指標(biāo)均有提高，不但可作頭顱檢查，實(shí)際上已具備了做全身不但可作頭顱檢查，實(shí)際上已具備了做全身CT檢查的條件。檢查的條件。CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理Second GenerationMultiple detectorsTranslation-rota

10、tionSmall fan-beam(From G. Wang)CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理n主要缺點(diǎn)是：在掃描過(guò)程中，由于病人的生主要缺點(diǎn)是：在掃描過(guò)程中，由于病人的生理運(yùn)動(dòng)，易產(chǎn)生偽影。理運(yùn)動(dòng)，易產(chǎn)生偽影。n第一代第一代CT和第二代和第二代CT對(duì)病人運(yùn)動(dòng)引起的偽影對(duì)病人運(yùn)動(dòng)引起的偽影特別敏感，因?yàn)樵谛D(zhuǎn)期間不采集數(shù)據(jù)，如特別敏感，因?yàn)樵谛D(zhuǎn)期間不采集數(shù)據(jù)，如果病人運(yùn)動(dòng)，就會(huì)引起透射讀數(shù)的差異，致果病人運(yùn)動(dòng)，就會(huì)引起透射讀數(shù)的差異，致使重建圖像出現(xiàn)條紋偽影。目前，第二代使重建圖像出現(xiàn)條紋偽影。目前，第二代CT也已基本淘汰。也已基本淘汰。CT設(shè)備基本原理（三）第三代（三）第

11、三代CT（旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)掃描方式）旋轉(zhuǎn)掃描方式） n第三代第三代CT的扇形角較寬（的扇形角較寬（3045），可），可包含整個(gè)病人掃描層面，所以又稱為廣角扇包含整個(gè)病人掃描層面，所以又稱為廣角扇束束CT，探測(cè)器增加到，探測(cè)器增加到3001000個(gè)，逐個(gè)依個(gè)，逐個(gè)依次無(wú)空隙的排列。次無(wú)空隙的排列。CT設(shè)備基本原理n掃描時(shí)，僅做圍繞病人進(jìn)行的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)掃描時(shí)，僅做圍繞病人進(jìn)行的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)即可。大大縮短了掃描時(shí)間，故全身掃描時(shí)即可。大大縮短了掃描時(shí)間，故全身掃描時(shí)間可縮短到間可縮短到29s或更短。但需大或更短。但需大mA，為此，為此，均選用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極均選用旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X線管。全身線管。全身CT一般都采

12、用一般都采用此種掃描方式。此種掃描方式。n第三代第三代CT的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，使用操作方的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，使用操作方便，可獲得較理想的便，可獲得較理想的CT圖像。圖像。CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理Third GenerationMultiple detectorsTranslation-rotationLarge fan-beam(From G. Wang)CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理n其缺點(diǎn)是：需對(duì)相鄰探測(cè)器的靈敏度差異進(jìn)其缺點(diǎn)是：需對(duì)相鄰探測(cè)器的靈敏度差異進(jìn)行校正，這是因?yàn)橐粋€(gè)角度的投影由不同的行校正，這是因?yàn)橐粋€(gè)角度的投影由不同的相鄰探測(cè)器進(jìn)行測(cè)量，相鄰探測(cè)器的性能差相鄰探測(cè)器

13、進(jìn)行測(cè)量，相鄰探測(cè)器的性能差異將產(chǎn)生同心環(huán)形偽影。目前，第三代異將產(chǎn)生同心環(huán)形偽影。目前，第三代CT的的環(huán)形偽影已被解決，成為當(dāng)代環(huán)形偽影已被解決，成為當(dāng)代CT的主流的主流n在第三代在第三代CT基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的滑環(huán)式螺旋基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的滑環(huán)式螺旋CT，特別是近幾年來(lái)各大廠家研究開(kāi)發(fā)的多層面特別是近幾年來(lái)各大廠家研究開(kāi)發(fā)的多層面CT已成為現(xiàn)在和未來(lái)一段時(shí)期的主導(dǎo)產(chǎn)品。已成為現(xiàn)在和未來(lái)一段時(shí)期的主導(dǎo)產(chǎn)品。 CT設(shè)備基本原理（四）第四代（四）第四代CT（旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)-靜止掃描方式）靜止掃描方式） n第四代第四代CT具有更多的探測(cè)器（具有更多的探測(cè)器（6001500個(gè)，個(gè)，分布在分布在360的圓周上）。

14、的圓周上）。n掃描時(shí)，僅掃描時(shí)，僅X線管做圍繞病人一周的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，線管做圍繞病人一周的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而探測(cè)器則固定不動(dòng)。扇形線束角度也較大，而探測(cè)器則固定不動(dòng)。扇形線束角度也較大，掃描速度可達(dá)掃描速度可達(dá)15s，是第三代，是第三代CT的一個(gè)變形。的一個(gè)變形。第四代第四代CT的出現(xiàn)原因是第三代的出現(xiàn)原因是第三代CT在掃描過(guò)程在掃描過(guò)程中，從幾何結(jié)構(gòu)上講，每一個(gè)探測(cè)器只接受穿中，從幾何結(jié)構(gòu)上講，每一個(gè)探測(cè)器只接受穿過(guò)病人掃描層面內(nèi)的某一環(huán)形部組織的過(guò)病人掃描層面內(nèi)的某一環(huán)形部組織的X線衰線衰減信息，當(dāng)探測(cè)器性能不穩(wěn)定時(shí)，容易引起環(huán)減信息，當(dāng)探測(cè)器性能不穩(wěn)定時(shí)，容易引起環(huán)形偽影而研制的。形偽影而研制的。

15、CT設(shè)備基本原理n當(dāng)?shù)谌?dāng)?shù)谌鶦T采用穩(wěn)定可靠的高效率探測(cè)器之采用穩(wěn)定可靠的高效率探測(cè)器之后，并從軟件上解決了環(huán)形偽影的產(chǎn)生條件后，并從軟件上解決了環(huán)形偽影的產(chǎn)生條件和配置了軟件校正措施。和配置了軟件校正措施。n第四代第四代CT則因探測(cè)器數(shù)量多且在掃描過(guò)程中則因探測(cè)器數(shù)量多且在掃描過(guò)程中不能被充分利用，相對(duì)于第三代不能被充分利用，相對(duì)于第三代CT已失去了已失去了明顯的優(yōu)越性。故第四代明顯的優(yōu)越性。故第四代CT只有個(gè)別廠家曾只有個(gè)別廠家曾經(jīng)生產(chǎn)過(guò)。經(jīng)生產(chǎn)過(guò)。 CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理Fourth GenerationDetector ringSource-rotationLarge

16、fan-beamCT設(shè)備基本原理Third & Fourth Generations(From Picker)(From Siemens)CT設(shè)備基本原理（五）第五代（五）第五代CT（靜止（靜止-靜止掃描方式）靜止掃描方式） n第五代第五代CT由一個(gè)大型特制掃描電子束由一個(gè)大型特制掃描電子束X線管、線管、一組由一組由864個(gè)固體探測(cè)器構(gòu)成的陣列和一個(gè)數(shù)個(gè)固體探測(cè)器構(gòu)成的陣列和一個(gè)數(shù)據(jù)采樣、圖像處理、數(shù)據(jù)顯示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組據(jù)采樣、圖像處理、數(shù)據(jù)顯示的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。成。n864個(gè)固體探測(cè)器均分為兩組（個(gè)固體探測(cè)器均分為兩組（432個(gè)），分別個(gè)），分別安裝在兩個(gè)安裝在兩個(gè)216的固定環(huán)內(nèi)。

17、每個(gè)固體探測(cè)的固定環(huán)內(nèi)。每個(gè)固體探測(cè)器作為一個(gè)數(shù)據(jù)采集單元。它由一個(gè)器作為一個(gè)數(shù)據(jù)采集單元。它由一個(gè)X線線可可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換晶體、一個(gè)光見(jiàn)光轉(zhuǎn)換晶體、一個(gè)光電轉(zhuǎn)換硅二極管和一電轉(zhuǎn)換硅二極管和一個(gè)前置放大器構(gòu)成。以上三者必須做到最佳匹個(gè)前置放大器構(gòu)成。以上三者必須做到最佳匹配，以提高穩(wěn)定度和精度。配，以提高穩(wěn)定度和精度。CT設(shè)備基本原理CT設(shè)備基本原理E-Beam CT ScannernSpeed: 50, 100 msnThickness: 1.5, 3, 6, 10 mmnECG trigger cardiac images(From Imatron)CT設(shè)備基本原理n第五代第五代CT的工作過(guò)程是

18、：的工作過(guò)程是： 1、電子槍產(chǎn)生的電子束加速、電子槍產(chǎn)生的電子束加速(沿沿X線管長(zhǎng)軸方線管長(zhǎng)軸方向向)、偏轉(zhuǎn)、轟擊到、偏轉(zhuǎn)、轟擊到4個(gè)緊挨的個(gè)緊挨的210環(huán)型靶面環(huán)型靶面（靶環(huán)）上；（靶環(huán)）上； 2、準(zhǔn)直器將、準(zhǔn)直器將X線準(zhǔn)直成扇角為線準(zhǔn)直成扇角為30、厚為、厚為2cm的扇形束；的扇形束； CT設(shè)備基本原理3、X線穿過(guò)病人病人，由環(huán)形探測(cè)器陣列測(cè)量線穿過(guò)病人病人，由環(huán)形探測(cè)器陣列測(cè)量透射后的透射后的X線強(qiáng)度分布，經(jīng)線強(qiáng)度分布，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，進(jìn)行圖像重建。圖像重建。 4、高速運(yùn)動(dòng)的電子束無(wú)機(jī)械慣性，可依次掃、高速運(yùn)動(dòng)的電子束無(wú)機(jī)械慣性，可依次掃描一個(gè)靶環(huán)或同時(shí)輪番掃描描一個(gè)靶環(huán)或同

19、時(shí)輪番掃描2-4個(gè)靶環(huán)。由于個(gè)靶環(huán)。由于采用排成兩排的環(huán)形探測(cè)器陣列，故高速運(yùn)采用排成兩排的環(huán)形探測(cè)器陣列，故高速運(yùn)動(dòng)的電子束掃描一個(gè)靶環(huán)可得到相鄰兩層的動(dòng)的電子束掃描一個(gè)靶環(huán)可得到相鄰兩層的圖像。圖像。CT設(shè)備基本原理各代各代CT比較比較第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代第五代第五代掃描方式掃描方式筆束掃描筆束掃描扇束掃描扇束掃描運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)方式平移平移/ /旋轉(zhuǎn)方式旋轉(zhuǎn)方式連續(xù)掃描方式連續(xù)掃描方式掃描時(shí)間掃描時(shí)間3min10s2min2.8s10s1s10s更快更快主要用途主要用途頭顱掃描頭顱掃描全身掃描，觀察除心全身掃描，觀察除心臟外的臟器臟外的臟器可用于血管造影可用于血管

20、造影和心臟造影和心臟造影CT設(shè)備基本原理二、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)二、現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 最初研制的最初研制的CT掃描儀只能用于人腦的檢查，掃描儀只能用于人腦的檢查，時(shí)間約需時(shí)間約需1分鐘至分鐘至4分鐘。此后分鐘。此后20多年來(lái)，多年來(lái)，CT設(shè)備已從第設(shè)備已從第1代發(fā)展至第代發(fā)展至第5代，其各項(xiàng)性能和速代，其各項(xiàng)性能和速度都有了很大提高。掃描時(shí)間從度都有了很大提高。掃描時(shí)間從4分鐘到分鐘到5分鐘分鐘縮短到縮短到1秒鐘甚至更短。秒鐘甚至更短。 CT設(shè)備基本原理n除除X射線射線CT外，其他型號(hào)的外，其他型號(hào)的CT也相繼問(wèn)世，也相繼問(wèn)世，如單光子發(fā)射如單光子發(fā)射CT(single photo emission

21、CT，SPECT)、正電子發(fā)射型、正電子發(fā)射型CT（positive emission CT，PET）、核磁共振）、核磁共振CT等均已等均已付諸臨床應(yīng)用。付諸臨床應(yīng)用。n超聲超聲CT（UCT）、微波）、微波CT的研究也取得了極的研究也取得了極大的進(jìn)展。同時(shí)大的進(jìn)展。同時(shí)CT在工業(yè)生產(chǎn)等方面都已取在工業(yè)生產(chǎn)等方面都已取得了令人矚目的成果并展示了美好的前景。得了令人矚目的成果并展示了美好的前景。CT設(shè)備基本原理nCT掃描機(jī)自掃描機(jī)自20世紀(jì)世紀(jì)70年代問(wèn)世以來(lái)，隨著計(jì)年代問(wèn)世以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和其它相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，獲得了突算機(jī)技術(shù)和其它相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。特別是近幾年，出現(xiàn)了滑環(huán)飛猛進(jìn)的發(fā)展。特別是近幾年，出現(xiàn)了滑環(huán)技術(shù)（技術(shù)（slipring）、螺旋掃描技術(shù)（）、螺旋掃描技術(shù)（helical scan）以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多層面）以及在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多層面CT技術(shù)，使技術(shù)，使CT檢查技術(shù)達(dá)到了一個(gè)嶄新的水平。檢查技術(shù)