計算機(jī)斷層成像技術(shù)演示文稿*1當(dāng)前1頁，總共75頁。*2計算機(jī)斷層成像技術(shù)當(dāng)前2頁，總共75頁。

X射線計算機(jī)斷層成像（X－raycomputedtomography，簡稱X－CT）從根本上克服了上述困難，是80多年來X射線診斷學(xué)上的一次重大突破。當(dāng)前3頁，總共75頁。普通X線攝影和CT攝影圖示當(dāng)前4頁，總共75頁。

CT發(fā)展簡史1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線（諾貝爾獎）1917年，奧地利數(shù)學(xué)家Radon提出圖像重建理論的數(shù)學(xué)方法1961年，天文學(xué)家Oledendorf做了一個稱為“旋轉(zhuǎn)－平移”的試驗，實現(xiàn)了最早的圖像重建1963年，美國教授cormark進(jìn)一步發(fā)展了從X線投影重建圖像的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)方法（79年諾貝爾獎）1967～1970年，hounsfield提出了斷層的方法（79年諾貝爾獎）當(dāng)前5頁，總共75頁。1972年CT正式應(yīng)用于臨床1974年全身CT應(yīng)用于臨床1978年國內(nèi)開始引進(jìn)CT1983年電子束CT（EBCT）研制成功1989年螺旋CT應(yīng)用于臨床1993年雙排CT研制成功1998年多層螺旋CT應(yīng)用于臨床2000年采集8層的螺旋CT問世2002年采集16層的螺旋CT問世2004年采集64層的螺旋CT問世當(dāng)前6頁，總共75頁。目前醫(yī)用商用CT的生產(chǎn)廠家國外：

GE、TOSHIBA、Siemens

、

PHILIPS

壟斷國際85%市場國內(nèi)：沈陽東軟愛迪生

當(dāng)前7頁，總共75頁。EarlylaboratoryprototypeofCTscannerCentralResearchLaboratories,

EMI(ElectricandMusicalIndustries)London需要9天時間才能完成數(shù)據(jù)采集。Hounsfieldandhisprototype當(dāng)前8頁，總共75頁。Hounsfield’sApparatusFirstCTimage(1971)showingcyst(confirmed)Hounsfield’sPrototypewithcowbrainslice囊腫

改進(jìn)后需要9個小時才能完成數(shù)據(jù)采集。當(dāng)前9頁，總共75頁。HounsfieldandEMICT4分鐘可生成圖像。當(dāng)前10頁，總共75頁。CTscanner結(jié)構(gòu)圖當(dāng)前11頁，總共75頁。4.1概述一、CT的用途醫(yī)學(xué)診斷輔助治療工業(yè)CT當(dāng)前12頁，總共75頁。二、CT的優(yōu)點顯示真正的斷層圖像圖像清晰、密度分辨率高操作簡單、安全三、CT的局限有些病變不適宜成分、生物、化學(xué)結(jié)構(gòu)造價高當(dāng)前13頁，總共75頁。4.2幾種典型CT1醫(yī)用X-CTA、全身型組成：X射線管、固體探測器陣列、轉(zhuǎn)動掃描機(jī)構(gòu)、可調(diào)床位和縱向掃描機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，圖像處理、存儲和輸出系統(tǒng)以及整機(jī)電控系統(tǒng)。（為了減少掃描引起的圖像模糊和避免患者吸收不必要的劑量，X射線管選用脈沖工作方式。）B、動態(tài)X-CT當(dāng)前14頁，總共75頁。2工業(yè)CT工業(yè)CT與X-CT的不同之處主要在于：（1）吸收劑量限不同（2）成像時間要求不同（3）譜的硬化和檢測標(biāo)定不同用途：缺陷檢測、尺寸測量、裝配結(jié)構(gòu)分析、反饋工程當(dāng)前15頁，總共75頁。工業(yè)CT工件旋轉(zhuǎn)當(dāng)前16頁，總共75頁。2Mev加速器工業(yè)CT系統(tǒng)工業(yè)CT420KevX射線工業(yè)CT集成檢測系統(tǒng)當(dāng)前17頁，總共75頁。清華同方威視技術(shù)股份有限公司

大型集裝箱檢查系統(tǒng)

當(dāng)前18頁，總共75頁。由清華同方股份有限公司承擔(dān)的集裝箱檢測系統(tǒng)產(chǎn)品化工作通過了國家組織的專家審定。專家委員會認(rèn)為，該系統(tǒng)已達(dá)到可投產(chǎn)制造的程度，清華同方具備在海關(guān)建造系統(tǒng)工程項目的能力。威視大型集裝箱檢查系統(tǒng)發(fā)展歷程我國某邊境口岸。海關(guān)人員正焦急地將貨物往花了整整一上午才抽檢完的一只集裝箱里塞。身后，數(shù)以千計的卡車排開長龍，司機(jī)焦躁地按著喇叭；80年代末：1991年，法國戴高樂國際機(jī)場世界上第一臺集裝箱檢測系統(tǒng)投入使用，集裝箱內(nèi)小如香煙盒的物體在高能X射線的透視掃描下都清晰可辨。清華大學(xué)四位教授致信校領(lǐng)導(dǎo)，建議注意這一新動向，迅速開展獨立研制工作。1998年1月7日當(dāng)前19頁，總共75頁。X射線能量150KV以下常用電壓420KVX射線強(qiáng)度150mA左右2mA左右放射性同位素不采用60Co源高能直線加速器不采用10MeV以上掃描和結(jié)構(gòu)方式病人靜止檢測對象運(yùn)動X光機(jī)和探測器運(yùn)動X光機(jī)和探測器保持靜止工業(yè)CT裝置和醫(yī)用CT裝置的區(qū)別醫(yī)用CT裝置工業(yè)CT裝置當(dāng)前20頁，總共75頁。3核醫(yī)學(xué)發(fā)射CT原理：將放射性核素注入到人體后，由于放射性核素參與人體的正?；虍惓９δ芎痛x變化，因而可以通過放射性核素在人體內(nèi)分布和代謝反映人體內(nèi)的病理或生理變化。A、單光子發(fā)射CT（SPECT)SPECT使用的放射性核素通常為鍀-99、碘-131、碘-123、鉈-201等。這些核素發(fā)生β-衰變，每次固定產(chǎn)生一個光子。當(dāng)前21頁，總共75頁。B、正電子發(fā)射CT(PET)PET使用的核素為短半衰期核素碳-11、氧-15、氟-18、氮-13.這類核素衰變時發(fā)生β+衰變，釋放出一個正電子。PET的優(yōu)點：（1）人體累積劑量?。唬?）可以顯示新陳代謝的情況；（3）圖像空間分辨率好，信噪比高。當(dāng)前22頁，總共75頁。其它醫(yī)用CT---PET,發(fā)射式正電子湮滅斷層掃描(PET)PET裝置的剖面圖注入β+核素于人體內(nèi)目標(biāo)發(fā)射的正電子和周圍的負(fù)電子發(fā)生湮沒現(xiàn)象用兩個位置相對的探測器符合探測這一對運(yùn)動方向相反而能量相同的γ光子即可對人體的臟器成像300萬像素彩色LCD當(dāng)前23頁，總共75頁。4.2基本原理X射線被準(zhǔn)直后成為一條很窄的射線束。當(dāng)X射線管沿一個方向平移時，與之相對應(yīng)的檢測器也跟著作平移運(yùn)動。這樣，射線束就對整個感興趣的平面進(jìn)行了一次掃描，檢測器接收到了與臟器衰減系數(shù)直接相關(guān)的投影數(shù)據(jù)。當(dāng)前24頁，總共75頁。

一次掃描過程結(jié)束后，整個X射線源及檢測器系統(tǒng)將沿圓弧旋轉(zhuǎn)一個角度（如每次旋轉(zhuǎn)1°），然后再重復(fù)平移掃描過程，直至在整個180°圓周上掃描一遍。當(dāng)把全部投影數(shù)據(jù)送入計算機(jī)后，就可以通過圖像重建算法來重構(gòu)關(guān)于探測平面的二維圖像，圖像的灰度值與組織的衰減系數(shù)相對應(yīng)。這就是CT的基本工作原理。當(dāng)前25頁，總共75頁。

右下圖為一幅只含四個像素的圖像，每個像素的衰減系數(shù)的值是未知的。根據(jù)公式，入射X射線強(qiáng)度為Io，透射后的強(qiáng)度為I，則在水平方向上可以得到以下方程：

μ1μ4μ2μ3IoIoI1I2IoIoI3I4當(dāng)前26頁，總共75頁。

同理還可以在垂直方向與對角線方向列出類似的方程。從原理上講，只要把其中四個相互獨立的方程聯(lián)立起來求解，就能得出μ1~μ4四個未知數(shù)的值。所形成的這幅關(guān)于衰減系數(shù)的圖像就是所要的X-CT圖像，它將向人們顯示探查平面上臟器的結(jié)構(gòu)。這就是X-CT能夠從投影數(shù)據(jù)重建圖像的基本原理。當(dāng)前27頁，總共75頁。4.3、各代CT掃描機(jī)1、FirstGenerationOnedetectorTranslation-rotationParallel-beam當(dāng)前28頁，總共75頁。當(dāng)前29頁，總共75頁。Finelycollimatedx-raybeamSingleradiationdetectorTranslate-rotatemotion180translationswith1rotationbetweentranslationSingleimageprojectionpertranslationFiveminuteimagetimeHeadimage

only,notcapableofbodyimaging當(dāng)前30頁，總共75頁。

第一代CT的數(shù)據(jù)采集方法是用一個X射線源，一個檢測器作同步平移運(yùn)動，并旋轉(zhuǎn)進(jìn)行掃描來獲得投影數(shù)據(jù)。它的基本問題是掃描時間比較長(約幾分鐘）。因此只能對那些相對穩(wěn)定的部位（如頭部）成像。當(dāng)前31頁，總共75頁。2、SecondGenerationMultipledetectorsTranslation-rotationSmallfan-beam當(dāng)前32頁，總共75頁。當(dāng)前33頁，總共75頁。Fanshapedx-raybeamMultipleradiationdetectors-adetectorarrayTranslate-rotationmotionUsually18translations

with1rotationbetween

translationsMultipleimageprojectionspertranslationApproximately30simagingtimeHeadandbodyimager當(dāng)前34頁，總共75頁。

第二代掃描儀也采用平移加旋轉(zhuǎn)的掃描方式。所不同的是它用一個小角度扇形的射線束和多個檢測器來代替原來的單一檢測器。因使用多個檢測器，就可在每個發(fā)射位置上同時檢測到多個投影數(shù)據(jù)。因此，在一次平移掃描后，可以讓X線源與檢測器一次轉(zhuǎn)過一個較大的角度（如10°）后再作第二次平移掃描。這樣可以使系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集時間縮短到幾分之一分鐘。當(dāng)前35頁，總共75頁。3、ThirdGenerationMultipledetectorsSource-detectorRotationLargefan-beam當(dāng)前36頁，總共75頁。當(dāng)前37頁，總共75頁。AFanbeamx-raysourceSeveralhundredradiationdetectors-curvilineardetectorarrayBoththex-raysourceandthedetectorarrayrotateaboutthesameaxisImagingtimeisreducedto1sorlessRingartifacts當(dāng)前38頁，總共75頁。

第三代掃描機(jī)它只包含一個扇形束的旋轉(zhuǎn)掃描而不包括X線源與檢測器的平移掃描。檢測器陣列通常由幾百個檢測器單元依次排列而成。扇形角已擴(kuò)大至可復(fù)蓋全身橫斷面。光源-探測器陣列的組合繞著物體旋轉(zhuǎn)，一組中的數(shù)據(jù)可以同時采集。這一代掃描機(jī)的明顯優(yōu)點是簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而使掃描速度明顯提高，通常只需幾秒鐘。當(dāng)前39頁，總共75頁。4、FourthGenerationDetectorringSource-rotationLargefan-beam當(dāng)前40頁，總共75頁。當(dāng)前41頁，總共75頁。DevelopedprincipallytosuppressringartifactsAfanbeamx-raysourceSeveralthousandindividualdetectorsRotationofthex-raysourcearoundafixeddetectorarray(rotation-stationary)Imagingtimeis1sorless當(dāng)前42頁，總共75頁。第四代掃描機(jī)的檢測器在360°圓周上固定安裝，因而在數(shù)據(jù)采集過程中只需旋轉(zhuǎn)X線源。光源運(yùn)動時，每個探測器到光源的直線形成了一組發(fā)散射線。當(dāng)探測器到光源的射線在重建區(qū)域的外面時，這組射線可用來對探測器進(jìn)行校準(zhǔn)。

優(yōu)點：克服環(huán)形偽影，圖像分辨率略有提高當(dāng)前43頁，總共75頁。Third&FourthGenerations(FromPicker)(FromSiemens)當(dāng)前44頁，總共75頁。5、Spiral/HelicalScanning

螺旋CT是在常規(guī)CT技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型CT，是CT技術(shù)改革的又一次重大飛躍。產(chǎn)生于1989年，是在滑環(huán)掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上形成的，大致屬于第三代CT的發(fā)展。它將常規(guī)ＣＴ的單層掃描改為單方向螺旋式軌跡的連續(xù)掃描，其射線束呈螺旋狀切入人體，做不間斷地連續(xù)掃描并獲得容積診斷信息，大大地提高了掃描速度，因此具有掃描時間短、無間隔、一次屏息即可完成大區(qū)域掃描的特點。并有圖象清晰、分辨率高等優(yōu)點。當(dāng)前45頁，總共75頁。SourcerotationSimultaneousTabletranslationDataacquisition

當(dāng)前46頁，總共75頁。當(dāng)前47頁，總共75頁。GantryDataacquisitionsystemDetectorsStorageunits:Tapes,disksDisplayControlconsoleComputerParallelprocessorTableRecordingSourceNetwork當(dāng)前48頁，總共75頁。SpiralCTScannerGantry：DataacquisitionsystemTableComputer：ParallelprocessorsControlconsoleStorageunits：Tapes,disksRecordingdeviceNetworkinterfaceX-raygeneratorHeatexchanger當(dāng)前49頁，總共75頁。一、單層螺旋CT1、供電與掃描方式

傳統(tǒng)：高壓電纜供電，往復(fù)掃描。

螺旋：電刷與滑環(huán)，滑動的接觸式連接，連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

ＳＣＴ的優(yōu)勢（１）提高了掃描速度。（２）可進(jìn)行薄層掃描，斷層之間無數(shù)據(jù)遺漏，可在任意位置重建圖像，還可提供用于三維重建的容積數(shù)據(jù)。

當(dāng)前50頁，總共75頁。2、螺距與層厚（１）相鄰螺線圈沿床移動方向的距離。（２）掃描一圈床移動的距離／掃描線束寬度。

層厚：斷層的厚度。由準(zhǔn)直器孔徑?jīng)Q定。

當(dāng)前51頁，總共75頁。3、螺旋插值

圖像重建所使用的數(shù)據(jù)應(yīng)為同一層面掃描的結(jié)果。螺旋掃描所獲得的數(shù)據(jù)并非取自同一層面，而是不同層面的螺旋數(shù)據(jù)。為了獲得同一層面的數(shù)據(jù)以重建圖像，必須根據(jù)實際的投影值，通過內(nèi)插算法來獲取屬于同一斷層的數(shù)據(jù)。在欲重建圖像所對應(yīng)的同一斷層內(nèi)進(jìn)行內(nèi)插數(shù)據(jù)的方法稱為螺旋插值。當(dāng)前52頁，總共75頁。多層螺旋X線-CT介紹單層螺旋CT與多層螺旋CT的比較當(dāng)前53頁，總共75頁。當(dāng)前54頁，總共75頁。當(dāng)前55頁，總共75頁。當(dāng)前56頁，總共75頁。當(dāng)前57頁，總共75頁。當(dāng)前58頁，總共75頁。當(dāng)前59頁，總共75頁。多排探測器(1)以GE公司的LightSpeed為代表。它在Z軸方向有16排探測器，每排探測器是等寬的。探測器的寬度相當(dāng)于層厚為1.25mm。材料為稀土陶瓷。

當(dāng)前60頁，總共75頁。多排探測器(2)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。

當(dāng)前61頁，總共75頁。多排探測器(3)東芝公司的探測器沿Z軸方向有34排，基本上也是等寬型的，只是靠近中央的4排為一半寬度0.5mm，其他的30排均為1mm等寬的探測器。

當(dāng)前62頁，總共75頁。

過去全世界只有美、日、德三個國家掌握這項技術(shù)，并壟斷著全世界的CT市場。由于其技術(shù)復(fù)雜，價格非常昂貴，進(jìn)口一臺螺旋CT機(jī)需要300多萬至1000萬元人民幣。據(jù)國家衛(wèi)生部門統(tǒng)計，過去我國已進(jìn)口各類螺旋CT機(jī)近100臺，現(xiàn)在仍以每年近百臺的需求速度在發(fā)展。我國第一臺螺旋CT已由東大阿爾派研制成功，成為世界第四個可生產(chǎn)螺旋CT的國家。

當(dāng)前63頁，總共75頁。

為進(jìn)一步提高掃描速度而設(shè)計的第五代CT完全靠電子的方法進(jìn)行掃描，掃描時間縮短在一秒鐘之內(nèi)。第五代CT將一排X線管安放成半圓形，與之對應(yīng)地把影像增強(qiáng)器安排在另一半圓弧上。它既能對靜止或慢運(yùn)動的組織作高密度分辨率成像，還能充分利用快速的電子掃描對心臟和肺的動態(tài)功能進(jìn)行研究。當(dāng)前64頁，總共75頁。6、E-BeamCTScannerSpeed:50,100msThickness:1.5,3,6,10mm當(dāng)前65頁，總共75頁。當(dāng)前66頁，總共75頁。

電子束CT（electronicbeamtomography,EBT）是CT的一種特殊類型，與常規(guī)CT的主要區(qū)別在于由電子束取代了X線球管的機(jī)械旋轉(zhuǎn)。EBT由電子槍發(fā)射電子束，再由電子束轟擊掃描架上的靶環(huán)，由靶環(huán)發(fā)出X線。通過電子槍內(nèi)的偏轉(zhuǎn)線圈使電子束掃描鎢靶，被掃描的鎢靶產(chǎn)生往返運(yùn)動的X線，以對患者進(jìn)行掃描。所以EBT無X線球管機(jī)械旋轉(zhuǎn)的速度限制，掃描速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于多層螺旋CT，成像時間大大縮短，特別適用于心臟等運(yùn)動器官的檢查。

當(dāng)前67頁，總共75頁。

與常規(guī)CT掃描相比它不會因呼吸的幅度不同出現(xiàn)病灶遺漏和層面重疊，因此更適合于肺部、腹部這些易受呼吸運(yùn)動影響臟器的小病灶的檢查，掃描速度快又利于病灶的連續(xù)動態(tài)觀察。三維容積采樣還能重建出高質(zhì)量的冠狀或矢狀斷層圖象，彌補(bǔ)了CT不能直接進(jìn)行冠、矢狀掃描的不足。當(dāng)前68頁，總共75頁。CTGantry

PortionoftheCTthataccomodatesthepatientandsourceanddetector