第五章X線計算機(jī)體層設(shè)備提要第一節(jié)概述第二節(jié)掃描系統(tǒng)第三節(jié)計算機(jī)系統(tǒng)、圖像顯示和存儲系統(tǒng)第四節(jié)螺旋CT第五節(jié)CT的使用與維護(hù)第一節(jié)概述一、原理回顧二、發(fā)展簡史三、基本組成一、原理回顧掃描灰度分布衰減系數(shù)uU值二維分布矩陣投影X線CT的問世被認(rèn)為是繼倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來工程界對醫(yī)學(xué)診斷的又一劃時代貢獻(xiàn)，Hounsfield和Cormack共同獲得了諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎。二、發(fā)展簡史五代CT發(fā)展歷程第一代為單束平移＋旋轉(zhuǎn)第二代為窄扇形束平移＋旋轉(zhuǎn)第三代為旋轉(zhuǎn)＋旋轉(zhuǎn)第四代為靜止＋旋轉(zhuǎn)第五代為靜止＋靜止五代CT的掃描方式：二、發(fā)展簡史某第三代CT的外觀圖

依據(jù)外觀，第三代CT主要由操作臺、掃描床、掃描架、高壓發(fā)生器、電源和控制機(jī)柜、計算機(jī)與存儲器、多幅相機(jī)等組成。三、基本組成螺旋CT外觀上的基本組成:電源柜掃描床掃描架操作臺掃描床掃描架電源柜操作臺三、基本組成CT機(jī)基本組成：掃描系統(tǒng)（X線管、探測器和掃描架等）計算機(jī)系統(tǒng)（數(shù)據(jù)儲存、運(yùn)算等）圖像顯示、存儲系統(tǒng)CT基本組成方框圖X線管準(zhǔn)直器

探測器高壓發(fā)生器計算機(jī)系統(tǒng)A/D轉(zhuǎn)換器圖像顯示存儲系統(tǒng)顯示器激光相機(jī)光盤存儲工作站掃描架三、基本組成第二節(jié)掃描系統(tǒng)一、X線發(fā)生裝置二、準(zhǔn)直器和濾過器三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四、掃描架和掃描床CT用X線管要求大功率、高熱容量，長時間連續(xù)掃描，為提高其連續(xù)負(fù)荷能力，要求具有很高散熱率。散熱方式油循環(huán)風(fēng)冷卻散熱陽極直冷式X線管陽極接地X線管飛焦點技術(shù)X線管一、X線發(fā)生裝置CT用高壓發(fā)生器結(jié)構(gòu)：高壓變壓器、燈絲變壓器、高壓整流器等組成。CT對高壓（管電壓）的穩(wěn)定度要求很高。一般采用閉環(huán)控制的方法穩(wěn)定管電壓和管電流，減小與設(shè)定值之間的偏差。一、X線發(fā)生裝置閉環(huán)控制方法：從高壓次級回路取一取樣電壓，與參考電壓進(jìn)行比較，所得差值反饋給高壓變壓器驅(qū)動電路，實時調(diào)整輸出管電壓值，當(dāng)取樣電壓等于參考電壓時，表示實際管電壓值等于設(shè)定值。管電壓設(shè)定值決定參考電壓的大小。

比較器差值放大

高壓驅(qū)動電路

高壓變壓器高壓輸出參考電壓取樣電壓管電壓閉環(huán)控制原理圖一、X線發(fā)生裝置種類：靠近x線管端的前準(zhǔn)直器靠近探測器端的后準(zhǔn)直器作用：前準(zhǔn)直器控制橫斷面成像的掃描層厚度后準(zhǔn)直器使探測器只接收垂直入射的X線CT用準(zhǔn)直器二、準(zhǔn)直器和濾過器準(zhǔn)直器一般用鉛或含少量銻、鉍的鉛合金等材料制成。為有效利用X線，探測器孔徑寬度要略大于后準(zhǔn)直器狹縫寬度，前后準(zhǔn)直器位置必須精確對準(zhǔn)，否則會產(chǎn)生條狀偽影。X線管濾過器前準(zhǔn)直器后準(zhǔn)直器探測器準(zhǔn)直器的位置二、準(zhǔn)直器和濾過器

濾過器在X線管和探測器之間，形狀設(shè)計成楔形。濾過器的尺寸根據(jù)掃描野大小決定。探測器濾過器濾過器的形狀和位置二、準(zhǔn)直器和濾過器二、準(zhǔn)直器和濾過器濾過器目的：吸收低能X線，減小X線能量變化范圍,使X線束平均能量升高。使穿過濾過器和受檢者的透射X線束的能量分布達(dá)到均勻硬化。三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡稱DSA，是掃描系統(tǒng)的重要組成部分。結(jié)構(gòu)：探測器和數(shù)據(jù)處理裝置組成。作用：測量投射X線束，并將測量數(shù)據(jù)通過A/D轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)，送往計算機(jī)系統(tǒng)。三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)特性:效率、穩(wěn)定性、響應(yīng)時間、準(zhǔn)確性、一致性種類：氣體探測器固體探測器探測器是一種能將X線能量轉(zhuǎn)換為電信號的裝置。CT用探測器有許多性能相同的探測器單元排列成的陣列，每個探測器單元對應(yīng)一細(xì)束X線，并將該束X線的輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成一定大小的電信號。DAS電信號

氙氣探測器X-ray氣體電離室探測器工作原理：

當(dāng)X線進(jìn)入探測器時，極板間的氙氣被電離形成帶電離子，在電場作用下，帶電離子形成電流，該電流在外電路電阻中產(chǎn)生一個電壓信號，輸送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。氣體電離室探測器三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)閃爍晶體探測器工作原理：當(dāng)X線照射到閃爍晶體，能發(fā)出與x線照射強(qiáng)度成正比的熒光，熒光經(jīng)過光導(dǎo)傳給光電倍增管的光電陰極上，使熒光變成光電子，經(jīng)加速聚焦后，在陽極輸出一個電壓信號，輸送到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。DAS電信號光電倍增管X-ray閃爍晶體熒光閃爍晶體探測器三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)光電倍增管是一種電真空器件，直徑約25~30mm，截面為圓形或六角形，內(nèi)有一個光電陰極、一個聚焦極、多個倍增極和一個陽極。光電陰極是光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部分，具有光電效應(yīng)，能接受光子而釋放出光電子，釋放光電子的數(shù)量正比于接受的光子。倍增極對光電陰極射來的光電子具有數(shù)目放大作用。陽極是最后收集電子并輸出信號的電極。光電陰極DD1D2D3D4倍增極陽極閃爍晶體X線光電倍增管三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)光電二極管式閃爍探測器工作原理：來自閃爍晶體的熒光經(jīng)透鏡聚焦后，照射在PN結(jié)上，PN結(jié)產(chǎn)生電子-空穴對而形成電流，電流大小與光照強(qiáng)度成正比。光電二極管基本結(jié)構(gòu)閃爍晶體X線熒光PN透鏡外殼絕緣體電流輸出光電二極管電路符號+-三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)特點：X線利用率可達(dá)99％光電轉(zhuǎn)換率高與光電二極管的響應(yīng)范圍匹配最好余輝更小穩(wěn)定性更高容易進(jìn)行較小分割，制作成密集探測器陣列三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)稀土(貴金屬)陶瓷探測器：用摻雜稀土金屬的透明光學(xué)陶瓷與光電二極管配合來構(gòu)成探測器。三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)氣體探測器和固體探測器的優(yōu)缺點比較：特性、種類氣體探測器固體探測器溫度特性大小噪聲有無飽和現(xiàn)象不容易飽和有可能飽和散射線準(zhǔn)直無需后準(zhǔn)直器需后準(zhǔn)直器劑量利用率低高作用:將探測器輸出的微弱電信號經(jīng)放大后，再經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為計算機(jī)能夠識別的數(shù)字信號，并經(jīng)接口電路將此信號輸入計算機(jī)。

數(shù)據(jù)處理裝置構(gòu)成:前置放大器、對數(shù)放大器、積分器、多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、接口電路等構(gòu)成。三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理裝置的構(gòu)成框圖

探測器陣列

X-ray前置放大對數(shù)放大積分放大前置放大對數(shù)放大積分放大I1In多路轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器接口電路計算機(jī)三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)四、掃描架和掃描床旋轉(zhuǎn)部分：X線管、準(zhǔn)直器、濾過器、探測器陣列、數(shù)據(jù)處理裝置、滑環(huán)部分、高壓發(fā)生器等。掃描架固定部分：底座、支架、旋轉(zhuǎn)控制電機(jī)及其伺服系統(tǒng)、機(jī)架主控電路板等。四、掃描架和掃描床目前多數(shù)掃描機(jī)架的孔徑為65~70cm，可做一定角度的傾斜。掃描床由床面和底座構(gòu)成。它的運(yùn)動一般由兩個電機(jī)控制：一個是床身升降電機(jī)；另一個是床面水平移動電機(jī)。床面板由碳素纖維制成。CT掃描系統(tǒng)的掃描機(jī)架與掃描床旋轉(zhuǎn)部分固定部分掃描機(jī)架掃描床掃描機(jī)架內(nèi)部結(jié)構(gòu)第三節(jié)計算機(jī)系統(tǒng)、圖像顯示和存儲系統(tǒng)一、計算機(jī)系統(tǒng)二、圖像顯示和存儲系統(tǒng)一、計算機(jī)系統(tǒng)功能：系統(tǒng)控制、圖像重建、圖像處理、故障診斷構(gòu)成：控制部分、圖像重建單元、圖像顯示、數(shù)據(jù)存儲控制方式：串行處理、并行處理、分布式處理、掃描控制CT計算機(jī)系統(tǒng)大的內(nèi)存空間大容量運(yùn)算能力運(yùn)算精度高速度快，能夠快速重建圖像控制效率高具有一定的通用性CT計算機(jī)特點：一、計算機(jī)系統(tǒng)二、圖像顯示和存儲系統(tǒng)圖像顯示和存儲系統(tǒng)主要由接口電路、圖像顯示器、多幅相機(jī)或激光相機(jī)、硬盤、刻錄光盤等組成。第三節(jié)螺旋CT一、螺旋掃描過程二、螺旋掃描裝置三、螺旋掃描參數(shù)四、多層螺旋CT五、CT的發(fā)展趨勢一、螺旋掃描過程

螺旋掃描采集的數(shù)據(jù)是連續(xù)的容積式的數(shù)據(jù)。X線束在病人身上畫出一條（或多條）螺旋線軌跡。螺旋掃描螺旋掃描對裝置的要求：大管電流、高熱容量、高散熱率的X線管。光電轉(zhuǎn)換率高、溫度穩(wěn)定性好的探測器。計算速度快、內(nèi)存大、存儲容量大的計算機(jī)。掃描架的旋轉(zhuǎn)架必須依靠滑環(huán)技術(shù)能單方向連續(xù)勻速旋轉(zhuǎn)；掃描床能做同步勻速直線運(yùn)動，且有很高穩(wěn)定性和定位精度。必須選用螺旋插值算法的功能軟件。一、螺旋掃描過程螺旋掃描的每一周掃描的起點和終點不在同一平面上，在圖像重建前，需在原始數(shù)據(jù)的相鄰點內(nèi)用線性內(nèi)插法進(jìn)行校正。

常規(guī)掃描及層面幾何形狀螺旋掃面掃描及層面幾何形狀一、螺旋掃描過程二、螺旋掃描裝置滑環(huán)的基本結(jié)構(gòu)某螺旋CT滑環(huán)的局部滑環(huán)技術(shù)用滑環(huán)和碳刷代替電纜，滑環(huán)固定在旋轉(zhuǎn)架上，碳刷置于掃描架的固定部分，轉(zhuǎn)動時滑環(huán)與碳刷保持良好接觸，實現(xiàn)掃描架的固定部分和旋轉(zhuǎn)部分之間電源傳送和信號傳遞。高壓滑環(huán)是指掃描架外高壓發(fā)生器產(chǎn)生的高壓，通過炭刷和供電環(huán)傳輸給旋轉(zhuǎn)架上的X線管。低壓滑環(huán)是指高壓發(fā)生器和高壓逆變電路置于旋轉(zhuǎn)架上，與X線管一起旋轉(zhuǎn)，通過炭刷和滑環(huán)傳輸高壓逆變電路所需的直流電源。高壓滑環(huán)低壓滑環(huán)高壓發(fā)生器高電壓碳刷X線管高壓滑環(huán)高電壓碳刷X線管低壓滑環(huán)高頻高壓發(fā)生器低電壓低壓饋線二、螺旋掃描裝置

單層面螺旋掃描，掃描層厚可通過準(zhǔn)直器來調(diào)整。多層面螺旋掃描，準(zhǔn)直器調(diào)節(jié)目的是為限定掃描區(qū)的范圍，掃描層厚通過探測器陣列不同組合實現(xiàn)。單層與多層螺旋掃描二、螺旋掃描裝置多排探測器（1）

某16排探測器陣列，每排在Z軸方向上寬度為1.25mm。二、螺旋掃描裝置

某8排探測器陣列，從中間向兩邊，其寬度分別為1mm,1.5mm,2.5mm和5mm。多排探測器（2）二、螺旋掃描裝置

某34排探測器陣列，靠近中央的4排寬度為0.5mm，其他30排寬度均為1mm。多排探測器（3）二、螺旋掃描裝置周數(shù)：一次數(shù)據(jù)采集X線管的旋轉(zhuǎn)周次。層厚：由準(zhǔn)直器設(shè)定的X線束的厚度。螺距：X線管旋轉(zhuǎn)一周時掃描床移動的距離。成像范圍：一次采集中成像的第一層面中點與成像的最后一層面中點之間的距離。成像間隔：指連續(xù)兩幅重建圖像的層面中心點間的距離。螺旋掃描參數(shù)三、螺旋掃描參數(shù)螺旋度=螺旋因子*100％螺旋因子=螺距/層厚成像范圍=周數(shù)*螺距層厚、螺旋因子、成像范圍之間的關(guān)系三、螺旋掃描參數(shù)螺旋因子＝螺距／(成像層數(shù)×準(zhǔn)直寬度)重建算法優(yōu)化采樣掃描濾過內(nèi)插法層面選擇

濾過寬度和螺旋因子可影響MSCT重建層面的厚度MSCT的層厚可通過探測器排的組合來獲得四、多層螺旋CTCT掃描速度的提升圖像處理技術(shù)的提升圖像融合技術(shù)與機(jī)器嫁接技術(shù)的發(fā)展

CT的發(fā)展趨勢：五、CT的發(fā)展趨勢第五節(jié)CT的使用和維護(hù)一、使用操作二、維護(hù)保養(yǎng)一、使用操作操作人員必須具備專業(yè)理論知識和操作技能，熟悉機(jī)器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及不同病變的參數(shù)選擇等。嚴(yán)格遵守使用說明書所規(guī)定的操作規(guī)程操作。每日開機(jī)，應(yīng)按要求進(jìn)行X線管預(yù)熱訓(xùn)練和空氣校準(zhǔn)。發(fā)現(xiàn)參數(shù)異常應(yīng)及時停止，檢查原因所