醫(yī)藥CT技術(shù)的資料第1頁/共52頁一、螺旋CT的發(fā)展背景

螺旋CT是八十年代未CT影像設(shè)備領(lǐng)域的一個重大突破。螺旋CT這個概念于1986年首次出現(xiàn)在專利方面的文獻上,德國人Kalender和瑞士人Vock在1988年開始做螺旋CT的研究工作，在1989年提出了螺旋CT性能的物理測定和臨床研究。于1989年在北美放射學(xué)會年會(RSNA)上宣讀他們的研究及成果。第2頁/共52頁

螺旋CT是在計算機、電子技術(shù)和電器性能得到快速進步的基礎(chǔ)上為了縮短掃描時間,減少運動偽影而發(fā)展起來的。在螺旋掃描中，X射線源與病人掃描床同時運動，這種掃描方式使得原始數(shù)據(jù)獲取的時間大大地縮短了，橫斷層面可以在呼吸狀態(tài)保持不變的情況下一次掃描而得。一、螺旋CT的發(fā)展背景第3頁/共52頁二、常規(guī)掃描方式的缺點1、需要較長的掃描時間。2、成像中會產(chǎn)生遺漏人體某些組織的情況。3、不能準(zhǔn)確地重建三維圖像和多方位圖像。4、使用造影劑掃描時，在造影劑的有效時間里，只掃描了有限的幾個層面。第4頁/共52頁

1．螺旋CT的連續(xù)掃描，使掃描范圍在24～30s內(nèi)達到24～30cm，可滿足絕大部分不同部位的CT檢查。多數(shù)患者可在一次屏氣中完成掃描，避免了漏掃和重掃。

2．由于避免了呼吸運動引起的掃描遺漏以及它具有在選定位置及間隔上進行回顧性重建的能力，所以提高了病灶檢出率。

三、螺旋掃描的六個優(yōu)點第5頁/共52頁

3．螺旋CT的連續(xù)掃描使掃描時間縮短，不但有益于危重患者的檢查，而且在增強掃描時可使幾乎全部掃描都在增強高峰期完成，不但能獲得最佳增強效果，還可減少造影劑用量。

4．螺旋CT提高了病灶密度測量的準(zhǔn)確性，由于可在z軸任何部位進行圖像重建，因而保證了任何病灶均可以在其中心進行圖像重建，減少了部分容積效應(yīng)的影響。

三、螺旋掃描的六個優(yōu)點第6頁/共52頁

5．任何部分均可進行多斷面或三維圖像重建，而且由于螺旋CT掃描時避免了病變部位的移動，因而重建圖像質(zhì)量好。

6．掃描時間短，使病人更容易接受或耐受CT檢查，這對危重病人及只能短時間保持功能極限位的快速診斷更有意義。三、螺旋掃描的六個優(yōu)點第7頁/共52頁1．診視床運動產(chǎn)生的偽影。由于螺旋掃描在數(shù)據(jù)采集中病人床在不斷地運動，使容積平均作用增加，圖像層面靈敏度曲線加寬，z軸上的空間分辨力降低，器官邊緣模糊，但在床運動速度與層厚匹配時可忽略不計，床運動速度大于層厚時可通過180度內(nèi)插法減輕。2．螺旋掃描影像噪聲較傳統(tǒng)CT標(biāo)準(zhǔn)掃描影像噪聲高。內(nèi)插方法的一個缺陷就是使噪聲增加，另外，X射線管耐熱量的限制可產(chǎn)生圖像噪聲，但這一點可隨著耐熱量高的X射線管的應(yīng)用而解決。四、螺旋掃描的五個缺點第8頁/共52頁

3．螺旋CT圖像處理時間較長及需要大容量的存貯能力。前者主要的時間消耗是內(nèi)插處理，而花時間最多的是多斷層面及三維重建。

4．仍然受到最大掃描容積的限制，目前一次屏氣可完成大多數(shù)一個部位掃描，更大范圍可通過兩次或多次屏氣掃描完成。

5．需要病人很好地屏氣配合，若病人不能較長時間屏氣，則檢查效果不好。四、螺旋掃描的五個缺點第9頁/共52頁五、螺旋CT概念

CT螺旋掃描是指對整個容積進行快速連續(xù)掃描。它取代了在Z軸方向上不連續(xù)采樣的單層連續(xù)掃描?；h(huán)技術(shù)的運用是實現(xiàn)CT連續(xù)旋轉(zhuǎn),采用容積掃描方式的先決條件。進行容積掃描時，球管－探測器系統(tǒng)連續(xù)多圈旋轉(zhuǎn)，同時病人在機架內(nèi)連續(xù)移動。

容積掃描第10頁/共52頁六、螺旋CT的有關(guān)參數(shù)X線球管的焦點無疑是在一個圓形路徑中連續(xù)旋轉(zhuǎn)；然而相當(dāng)于病人來說它的運行軌跡是螺旋形的,這就是我們今天“螺旋”一詞的由來。(Spiral或Helical

)第11頁/共52頁周數(shù)(revolutions)

一次數(shù)據(jù)采集中X射線球管的旋轉(zhuǎn)周次。

螺距:X射線管每3600旋轉(zhuǎn)時進床距離。螺距因子:

螺距與總的層數(shù)和斷層厚度積之比。

通常簡稱之為螺距

P=Δd/(N?T)Δd:每360o旋轉(zhuǎn)時進床距離

N:每次掃描的層數(shù)

T:斷層厚度六、螺旋CT的有關(guān)參數(shù)第12頁/共52頁七、螺旋掃描技術(shù)的基礎(chǔ)—滑環(huán)技術(shù)螺旋掃描的技術(shù)基礎(chǔ)：滑環(huán)技術(shù)?；h(huán)技術(shù)是由滑環(huán)和碳刷構(gòu)成的。第13頁/共52頁七、螺旋掃描技術(shù)的基礎(chǔ)—滑環(huán)技術(shù)顯示了傳統(tǒng)CT掃描機中采用的電纜饋電方式。它包括：1．供給X射線管和燈絲的高壓電源采用高壓電纜從掃描架外的高壓發(fā)生器上連接。2．CT機的主計算機不斷將指令參數(shù)傳給采樣系統(tǒng)，也必須采用電纜連接。3．掃描機架旋轉(zhuǎn)部分的驅(qū)動電機供電需用電源電纜。4．狀態(tài)監(jiān)控、數(shù)據(jù)接收需采用控制電纜。第14頁/共52頁七、螺旋掃描技術(shù)的基礎(chǔ)—滑環(huán)技術(shù)上面幾種類型的電纜相互纏繞，使掃描機架的旋轉(zhuǎn)角度范圍很小，且只能進行某一范圍的往復(fù)運動，而且在每次旋轉(zhuǎn)掃描之前，還必須有啟動、加速、穩(wěn)定、減速、制動等過程，由于連接用的電纜長度是有限的，所以必須再逆過來重復(fù)以上各個步驟。這樣勢必會形成電纜繞扭、牽拉、脫落等現(xiàn)象的發(fā)生(解決方法是在機架內(nèi)裝有電纜卷取機構(gòu))。如此，就會造成掃描周期長、結(jié)構(gòu)笨重復(fù)雜、轉(zhuǎn)速均勻困難等問題，限制了CT機速度的提高。第15頁/共52頁七、螺旋掃描技術(shù)的基礎(chǔ)—滑環(huán)技術(shù)

20世紀(jì)80年代出現(xiàn)了滑環(huán)技術(shù)?；h(huán)技術(shù)解決了機架旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分的饋電和信號傳遞方式，可以實現(xiàn)連續(xù)掃描?；h(huán)技術(shù)是用一個多圈滑環(huán)和一個碳刷架代替電纜，當(dāng)電刷沿滑環(huán)滑動，則電源經(jīng)滑環(huán)與碳刷而向X射線球管供電，由于X射線發(fā)生器與探測器所有的部分都安裝在一個滑環(huán)上，使滑環(huán)可單方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。第16頁/共52頁七、螺旋掃描技術(shù)的基礎(chǔ)—滑環(huán)技術(shù)碳刷滑環(huán)與球管檢測器的相對位置第17頁/共52頁七、螺旋掃描技術(shù)的基礎(chǔ)—滑環(huán)技術(shù)滑環(huán)技術(shù)是用一個多圈滑環(huán)和一個碳刷代替電纜第18頁/共52頁八、滑環(huán)技術(shù)的優(yōu)點1、處理掃描機架中旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件的饋電信號傳輸。2、擺脫了各電纜的纏繞限制，免除了電纜卷取機構(gòu)，使系統(tǒng)變得結(jié)構(gòu)緊湊、簡便輕巧。3、省去了以往掃描時間內(nèi)的啟動、加速、勻速、減速、制動等過程所耗用的時間，縮短了旋轉(zhuǎn)周期，增加了單位時間內(nèi)的掃描層數(shù)，使掃描機架可毫無限制地向單方向連續(xù)轉(zhuǎn)動掃描。4、這在很大程度上克服了由于患者運動或病人不能配合所產(chǎn)生的運動偽影。

第19頁/共52頁九、CT滑環(huán)1．傳導(dǎo)設(shè)備操作與控制信號的低壓環(huán)(控制信號)。2．供應(yīng)X射線球管與變壓器電源的電源環(huán)。3．向探測器輸入輸出數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)環(huán)。(許多螺旋CT機將1、3兩個環(huán)用一個數(shù)據(jù)環(huán)替代。)第20頁/共52頁九、CT滑環(huán)依照電源環(huán)上的電壓不同，又分為高壓滑環(huán)和低壓滑環(huán)。第21頁/共52頁九、CT滑環(huán)“低壓滑環(huán)”舉例:

西門子SomatomAR/C,一組輸入電壓為400伏的3相4線制交流電源：一部分承擔(dān)了X線管的旋轉(zhuǎn)陽極電機及冷卻泵電機的供電任務(wù)。另一部分經(jīng)變壓和整流后形成+-8.5V,19V,24V,40V,53V,70V等幾組直流電源。這些直流電源供轉(zhuǎn)動部分的各種控制元件及檢測器工作用。另一組輸入電壓為500伏的直流電源：經(jīng)逆變和升壓后形成X線管的高壓電源。第22頁/共52頁九、CT滑環(huán)低壓滑環(huán)優(yōu)點:1、對絕緣要求不高,安全、穩(wěn)定、可靠，工藝要求和制作成本相對較低，所以被大多數(shù)CT廠家所采用。2、數(shù)據(jù)的傳輸性能也很穩(wěn)定。第23頁/共52頁九、CT滑環(huán)低壓滑環(huán)的不足:1、低壓滑環(huán)的電流很大，要求碳刷與集流環(huán)接觸電阻要非常小，集流環(huán)常采用電阻率非常低的材料制作。2、由于高壓發(fā)生器裝在機架的旋轉(zhuǎn)部分上，要求高壓發(fā)生器體積小、重量輕。所以高壓發(fā)生器普遍采用中高頻逆變技術(shù)。3、增加了旋轉(zhuǎn)部分的重量、旋轉(zhuǎn)力矩和離心力，給掃描速度的提高帶來一定的困難。第24頁/共52頁九、CT滑環(huán)

高壓滑環(huán)

高壓滑環(huán)是利用滑環(huán)技術(shù)將高壓電流饋入機架內(nèi)以供給X射線管產(chǎn)生X射線。高壓滑環(huán)上高壓在機架外地面的高壓發(fā)生器產(chǎn)生伏高壓后，經(jīng)高壓滑環(huán)進入X射線管。旋轉(zhuǎn)的高壓滑環(huán)裝在充滿絕緣或惰性氣體的密閉室內(nèi)，高壓在地面產(chǎn)生，經(jīng)滑環(huán)進入機座內(nèi)旋轉(zhuǎn)架上。第25頁/共52頁九、CT滑環(huán)高壓滑環(huán)的優(yōu)點:

高壓發(fā)生器外置，不增加旋轉(zhuǎn)機架的重量，也不必?fù)?dān)心集流環(huán)因觸點電流而引起的升溫問題，掃描速度更快?？墒拱l(fā)生器功率做得很大。第26頁/共52頁九、CT滑環(huán)高壓滑環(huán)的缺點:

技術(shù)要求高,容易引起旋轉(zhuǎn)部件和靜止部件及接觸臂、電刷之間的高壓放電，絕緣較難處理，由此會引發(fā)高壓噪聲，影響數(shù)據(jù)采集。第27頁/共52頁十、螺旋CT的硬件和軟件的要求

X射線管功率、最大管電流提高,陽極的熱容量和管殼的散熱性提高,以及自身穩(wěn)定性和使用壽命提高。菲利浦公司的金屬陶瓷X射線管，可以帶走了大量陽極旋轉(zhuǎn)軸上所產(chǎn)生的熱量；西門子公司采用動態(tài)飛焦點，使X射線管受熱均勻，數(shù)據(jù)采集量增加一倍，提高了影像質(zhì)量，消除了偽影，延長了X射線管的使用壽命。第28頁/共52頁十、螺旋CT的硬件和軟件的要求探測器:采用稀土陶瓷探測器，提高效率和穩(wěn)定性;機架與檢查床機架:設(shè)計采用人性化工程技術(shù);計算機:高速大容量計算機系統(tǒng);軟件技術(shù):新算法和實用診斷優(yōu)化軟件不斷推出;第29頁/共52頁十一、螺旋CT的掃描方式1、螺旋掃描方式與傳統(tǒng)掃描方式的比較常規(guī)CT的掃描期間要求患者屏氣、掃描一層、呼吸、床移動到下一層面，在兩次掃描之間需消耗一些時間，完成全部檢查一般需幾分鐘，而且有層間掃描信息中斷等現(xiàn)象。螺旋掃描掃描期間X射線管連續(xù)旋轉(zhuǎn)，床連續(xù)進動，在掃描過程中去除了每次進床以改變掃描層面所需的時間，可連續(xù)掃描，連續(xù)獲得數(shù)據(jù)，使總的掃描時間縮短。第30頁/共52頁十一、螺旋CT的掃描方式2、螺旋掃描的幾種方式螺旋CT掃描方式又分為兩種：單次螺旋掃描:是指病人屏住一口氣的同時完成整個掃描過程，它主要用于快速CT檢查，用于急診和胸部普查也很理想。

多次螺旋掃描:是把一次螺旋掃描分為幾段，允許在掃描間隙內(nèi)呼氣。第31頁/共52頁十一、螺旋CT的掃描方式螺旋CT的數(shù)據(jù)流程與常規(guī)CT有所不同1、參數(shù)設(shè)置不同：增加了螺距大小等參數(shù)。2、螺旋掃描收集的是螺旋掃描下的原始體積數(shù)據(jù)，不是平面數(shù)據(jù)。3、必須對原始數(shù)據(jù)先進行插值。4、利用原始數(shù)據(jù)進行2D／3D的圖像分析和重建。第32頁/共52頁十一、

螺旋CT

掃描成像

處理步驟第33頁/共52頁十二、螺旋CT掃描成像處理步驟傳統(tǒng)CT在360度范圍內(nèi)掃描產(chǎn)生斷層，掃描起點和終點重合，螺旋掃描由于掃描時床也在運,掃描的起始點和終結(jié)點不在同一點。有一部分采集數(shù)據(jù)不完整,如果直接用掃描的原始數(shù)據(jù)重建圖像將產(chǎn)生條形偽影。左圖直接采用掃描數(shù)據(jù)影像右圖采用Z軸內(nèi)插法后影像第34頁/共52頁

去除這類偽影的方法是對螺旋掃描數(shù)據(jù)先進行插值。十二、螺旋CT掃描成像處理步驟第35頁/共52頁圖中A、C為直接用螺旋掃描數(shù)據(jù)重建的圖像

B、D為運用插值算法后改進的圖像

十二、螺旋CT掃描成像處理步驟第36頁/共52頁兩種內(nèi)插法180°線性內(nèi)插:從兩個180°的螺旋掃描的容積資料中綜合成橫斷面的圖像，這種重建方法所取資料少，容積效應(yīng)也相應(yīng)縮小，沿Z軸方向的圖像模糊度減少，故空間分辨率提高;另一方面，由于所取的資料（或信息）少，光子量也少，噪聲相應(yīng)增加。360°線性內(nèi)插:從兩個360°曝光資料中綜合成橫斷面圖像，容積效應(yīng)增加，沿Z軸方向的圖像模糊度增加，空間分辨率下降;另一方面，因光子量增加，噪聲下降。180°線性內(nèi)插法為窄型，360°線性內(nèi)插法為寬型，后者普遍采用。十二、螺旋CT掃描成像處理步驟第37頁/共52頁

螺旋CT的一個重要特性。先收集螺旋原始數(shù)據(jù)，然后可以在任何位置上對圖像進行斷層重建。螺旋CT圖像比傳統(tǒng)CT圖像的縱向分辨力好。在螺旋CT中縱向分辨力的改進和在傳統(tǒng)CT中對時間分辨力的改進是一樣重要的。

十三、螺旋CT的回顧性重建第38頁/共52頁在回顧性重建中重建間隔的設(shè)置十分關(guān)鍵。首先必須從全局考慮，選取折中的條件，一般要考慮圖像的處理時間、待觀察圖像的層數(shù)、提高圖像的縱向分辨力等等。重建間隔選取得小，則圖像處理時間、圖像的層面都會增大，但縱向分辨力卻會提高。

十三、螺旋CT的回顧性重建第39頁/共52頁比如：4層面CT機的探測器排列有對稱和不對稱之分，有8排、16排．34排不等的排列，但臨床結(jié)果均一樣——同步獲得4層圖像的掃描能力。西門了16層螺旋CTSOMATOMSensation16，的探測器的排列是40排。多排探測器“多層”(Multislice)和“多排”(MultiROW)是兩個完全不同的概念十四、多層與多排CT機第40頁/共52頁螺旋CT可以因探測器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)目而命名為多少排CT或多少層CT。多“排”是指縱軸的探測器排列為多個；多“層”則是指探測器組合中縱軸包括多少數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DAS)，而不是僅僅取決于縱軸有多少排探測器，而多少數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)決定每旋轉(zhuǎn)一周可以獲得多層連續(xù)的圖像。比如說東芝的4層CT．它有34排探測器，但只有四個數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)．所以只能稱為

4“層”．而不能稱為4“排”。十四、多層與多排CT機第41頁/共52頁單層螺旋CT與多層螺旋CT的比較十四、多層與多排CT機第42頁/共52頁多層螺旋CT的探測器以西門子公司為代表。Z軸方向有8排探測器，每排探測器的寬度不等，從中間向兩邊，其寬度分別相當(dāng)于層厚為1、1.5、2.5、5mm。材料為超速陶瓷材料。

十四、多層與多排CT機第43頁/共52頁GE醫(yī)療系統(tǒng)提供16排獨立探測器，東芝提供了類似的解決方案，有34排探測器，西門子開發(fā)自適應(yīng)陣列，只有最里面的2排探測器有l(wèi)mm寬，離中心越遠(yuǎn)寬度越寬。探測器的陣列第44頁/共52頁

探測器側(cè)準(zhǔn)直器和X射線側(cè)準(zhǔn)直器的作用在多層面CT機中，X射線側(cè)準(zhǔn)直器仍然決定z軸體積覆蓋范圍。但與單層面CT機不同的是。決定z軸分辨力(層厚)的是探測器側(cè)準(zhǔn)直器，而不是X射線側(cè)準(zhǔn)直器。

X射線束幾何形狀和插值算法在多層面CT機中,線束為錐形幾何線束,這就要求有其特殊的錐形幾何線束重建算法。

螺距

Pitchx=球管旋轉(zhuǎn)一周診視床移動的距離／X射線側(cè)準(zhǔn)直器孔徑大??；

Pitchz=球管旋轉(zhuǎn)一周診視床移動的距離／探測器側(cè)準(zhǔn)直器孔徑大小。第45頁/共52頁性能參數(shù)評價