8CT详解Word文档格式.docx
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扇形线束角度也较大,单幅的数据获取时间缩短至2秒。
动画4
第五代CT扫描机（超高速CT扫描机）扫描时间已缩短至毫秒级，它可以用作心脏的扫描。
第五代CT的X线管X线管是一个大型特制扫描电子束X线管。
其工作过程是通过电子枪发射电子束，经聚焦后由偏转线圈控制，使电子束旋转，并轰击四个平行的钨靶环，从而获得旋转的X线源，采用双列探测器阵列来收集扫描数据。
由于有4个靶环，一次可进行4层扫描，扫描一层可获得8辐图像。
所以对心脏、冠状动脉及心血管的研究有特殊的作用。
图10
螺旋CT在螺旋扫描中，X射线源与病人扫描床同时运动，这种扫描方式使得原始数据获取的时间大大地缩短了，横断层面可以在一次呼吸均匀的基础上重建而得，同时，还可以消除相邻层面之间的偏差。
动画5
多层面CT多层面CT也称锥形线束CT机或多排探测器CT机。
与单层面CT机相比，多层面CT机的主要特征是探测器采用2D分布，目前的探测器从几排到几十排不等。
数据收集系统的不同决定了设备的性能（重建层数、重建算法、准直器结构、图像性能和临床应用等等）的差异。
这种类型的CT机代表CT发展的一个方向。
图12
|CT的优缺点
CT的优点：
CT设备已高度普及，对出血诊断十分敏感；
CT图像清晰，密度分辨力高；
CT可对颅内的多种病变及脑血管畸形，眼科、五官科、胸膜内的主要脏器等部位全面检查；
CT对诊断有帮助，对疾病的治疗效果的追踪也有很大的参考价值。
扫描和成像速度快，适合于作急诊。
CT的缺点：
并不是全身各系统各部位的所有疾病都适宜CT检查。
如心脏疾病、胃肠道的炎症、溃疡、肿瘤等不宜用钡餐检查；
从CT检查的效果常受病变的部位、大小、性质、病程的长短、病人的肥瘦以及配合程度等方面的影响；
CT设备令医务人员和患者同时受到X射线的损害，如果操作不当会造成危险。
图像不能鉴别某些体内的损伤。
由于这些病理上的损伤具有的X射线的吸收特性与周围正常组织十分相似，除非它们引起的器官体积或形状变化足够大（解剖的鉴别）；
提供的信息是解剖性的，他们几乎不能说明内部器官的生理或功能状态。
而MRI却可以实现功能成像。
CT新技术的应用|
血管造影CT
是以螺旋CT扫描为基础，应用计算机三维重建而显示血管结构的影像技术。
螺旋CT血管造影能在血管内造影剂高峰期获得大量薄层扫描图像，并采用特殊重建方法，显示血管的解剖细节，是一种无创伤的临床评价血管疾病的方法。
维图像重建
采用薄层连续或重叠扫描并借助计算机处理可获得三维立体图像，这比二维CT有更高的价值，对复杂解剖部位如头颅、脊柱、骨盆及膝关节等的骨折、脱位及肿瘤提供精确定位，有利于手术放疗计划进行。
介入性CT由于CT图像清晰，可清楚地显示病灶与周围组织结构的关系，因而可作为导向工具，在CT引导下进行介入诊断与治疗，例如在CT引导下胸部穿刺活检对确定病变性质具有重要意义。
CT仿真内窥镜
是利用计算机软件功能将螺旋CT容积扫描获得的图像数据进行后处理，重建空腔内表面的立体图像，再用电影功能依次回放，从而获得仿真内窥镜效果。
|CT图像的形成过程|X线与物质的相互作用|物质对X射线的吸收作用|
图像扫描阶段
在扫描阶段的主要任务是采集数据。
在这一阶段，由X射线管发射X射线，发射出的射线穿过人体一个欲成像的层面。
穿过此层面的辐射由探测器测量。
每次扫描过程中进行的穿透测量的总次数等于采样次数和每次采样的X射线数的乘积。
图1
图像重建阶段
CT图像产生的第二个阶段就是图像重建阶段，这主要由数字计算机进行。
图像重建是把各次采集的扫描数据转换为数字图像的数学过程。
图像是由各个图像象素的矩阵构成的。
重建后的数字图像被存储在计算机存储器内。
（图2）
图2
图像显示阶段
显示阶段的主要任务是把数字图像转换成视频显示，以便直接观测或记录在胶片上。
这个阶段由A/D转换器部件完成。
在所显示的图像中象素的CT值和灰度梯度间的关系是由操作者选用的窗位决定的。
通过窗位高低的调整，可调节所显示的图像的亮度和对比度。
（图3）
图3
相干散射
是X线与物质相互作用发生干涉的散射过程。
在相干散射时，X光子与原子中的电子碰撞，X线仅仅改变方向继续前进而能量不变，也即波长不变。
干涉散射对CT影响不大。
（动画7）
动画7
光电吸收
是指入射X光子消失，它的全部能量传给原子内的内层电子。
光电效应受以下因素制约：
光子能量、原子序数、轨道电子的结合能。
具体说来，也就是X线光子能量稍大于轨道电子的结合能时，最易发生光电效应。
（动画8
动画8
康普顿效应
在CT所用的较高能量的X线中,康普顿散射起主导作用。
在这种相互作用过程中，X光子通常与原子的外层电子碰撞，X光子以部分能量给予电子，使电子带着动能弹出。
X光子失去一些能量后，改变方向而散射（波长增加了）。
（动画9）
动画9
朗伯定律
朗伯定律是指当一单色线束通过一密度均匀的小物体时，其能量与物质的原子相互作用而减弱，减弱的程度与物质的厚度和组成成分或吸收系数有关。
（动画10）
动画10
CT图像重建的基本方程
应该注意到朗伯定律的前提条件是X射线束通过物体的密度是均匀的，然而，在实际的CT扫描中，所照射的人体，是由多种物质组成的，也即沿着每一射线路径中，不同的物质如骨骼、软组织、空气等的衰减系数是不一样的。
我们假设将物体分成为很小的段，每段长度为d，且d足够地小，从而设想为每段的密度是均匀的。
（动画11）
动画11
|系统构成|探测器|X射线管|准直器|滤过器|
数据采集阶段包括：
X射线管、探测器、准直器、滤过器、对数放大器、模数转换器（A/D）、接口电路等；
动画12系统构成
图像重建阶段包括：
计算机、磁盘机、D/A转换器等；
图像显示阶段包括：
图像显示器、多幅照相机、接口电路等等。
整个系统由中央系统控制器操纵，加上检查床便构成一台完整的CT系统。
功能：
CT中探测器是一种将能量转换为可供记录的电信号的装置。
通过测量它接受到的能量，然后产生与辐射强度成正比的电信号。
辐射的接受器是由很多小探测器组成的阵列。
从原则上讲，每个探测器测得的是穿过人体断面并朝探测器射来的部分辐射。
探测器的类型：
闪烁探测器：
又称固体探测器。
当X射线照射于某些物质上时，这些物质能瞬间发光，利用光电倍增管又可将这种闪烁转换为电信号，再用电子线路和器件将它放大和存储下来。
把发光物质即闪烁晶体和光电倍增管组合起来，便构成了闪烁计数探测装置。
闪烁探测器是利用射线能使某些物质闪烁发光的特性来探测射线的装置（图1）。
闪烁探测器在CT扫描机中得到了广泛应用。
气体探测器：
气体探测器是利用气体（一般采用化学性能稳定的惰性气体）电离的原理，入射的X射线使气体产生电离，通过测量电流的大小来测得入射X线的强度。
电离室的上下夹面由陶瓷拼成。
每个电离室两侧用薄钨片构成，而X射线入射面由薄铝板构成，所有隔板相互连通，上加500V直流加速电压，各个中心收集电极引线连至相应的前置放大器，电离室内充满氙气。
当入射X射线进入电离室后使气体电离，正离子由中心收集电极接收，通过前置放大器放大后送入数据采集系统（图2）。
图2
球管的发展：
阴冷极离子X射线管高真空热阴X射线管旋转阳极X射线管。
某些头部CT使用的是固定阳极X射线管，与固定阳极X射线管相比，旋转阳极X射线管具有焦点小、功率大等优点，全身CT的扫描速度快，X线为扇形束形式，要保证X线有足够的辐射强度，因而必须使用阳极瞬时负载功率大的旋转阳极X射线管，所以全身CT基本上使用的是旋转阳极X射线管。
（图3,旋转阳极X线管）
图3,旋转阳极X线管
射线管构造：
阴极（用以发射电子）；
阳极（受电子轰击辐射X线）；
玻璃壳（使管内保持真空，保证电子运动不受阻挡）。
球管技术指标：
几何参数：
主要包括X射线管的外形各部分尺寸，靶盘直径，靶面倾角；
物理参数：
焦点大小，最大热容量和冷却速率；
电参数：
X射线管的额定功率，最高管电压，最大管电流，灯丝加热电压和电流，阳极转速等。
X线球管工作方式：
连续工作方式；
脉冲工作方式；
脉冲方式优点：
a.使投影数与被检测物体的要求相匹配；
b.可以在脉冲间歇时间内自动地进行每个测量通道的零点校准，c.在脉冲方式时，如其它条件相同，则信号强度要高一些，d.脉冲方式可以利用适当的发生器来切换从脉冲到脉冲的X射线管电压，并可以在测量系统旋转一周时摄制出两幅不同能量的图像（连续工作方式却做不到这一点）。
这是有效地应用双谱线法的重要先决条件，因为只有这样才能保证摄制出几何学上完全覆盖的双谱线图像。
准直器：
准直器的作用：
准直器在X-CT中存在两种，一是X射线管侧准直器，又叫前准直器（pre-patientcollimation），（图4,准直器位置）它的作用是控制X射线束在与人体平行方向上的宽度从而控制扫描层厚度。
图像的层厚灵敏度剖面线取决于X射线管探测器。
因此，准直器孔径决定了被检体的厚度，层厚正是通过调节准直器的孔径来切换的。
二是探测器侧准直器，又叫后准直器（post-patientcollimation），它的狭缝分别对准每一个探测器，使探测器只接收垂直于探测器方向的射线，尽量减少来自其他方向的散射产生的干扰。
为了在剂量不增加的前提下，有效地利用X射线，探测器孔径宽度要略大于前准直器宽度。
图4
准直器的原理：
准直器是一种辐射衰减物质，用以限制到达探测器组件的放射线角度分布。
它的作用是空间定位，即仅局限于某一空间单元的射线进入探测器，而其他部分的射线则被屏蔽而不能进入探测器。
准直器的材料选择：
准直器的材料要求是对X射线吸收大，易于加工,经济。
一般采用铅或含有少量的锑、铋的铅合金等。
滤过器：
滤过器的作用（图5）：
a.吸收低能X射线（软射线），这些低能射线无益于CT图像的探测。
b.使X射线通过滤过器后，X射线束变成能量分布均匀的硬射线束。
c.
滤过器的形状（图6）：
由于人体截面近似于圆形，扇形波束照射时，中心射线穿透厚度大，边缘穿透厚度小，信号强度相差较大，为了减小信号动态范围，增设滤过器，形状设计为楔形
成像方法
|由投影重建图像|反投影法|卷积反投影法|傅立叶变换重建法|迭代法|
动画13由投影重建图像
动
画14由投影重建图像
图像重建的数学方法有许多种，一般分为直接法与间接法两大类。
直接法是直接计算线性方程系数的方法，如矩阵法、迭代法等。
间接法是先计算傅立叶变换系数，再导出吸收系数的方法，如反投影法、二维傅立叶重建法和卷积法等。
由物体的一组横断面的投影来重建图像是一种独特的处理问题的方法。
由投影重建图像已被广泛应用于放射学、非破坏性工业测试和数据压缩等许多领域，显示了它的重要价值。
CT是图像重建在医学上获得的最重要的应用之一。
在CT设备中，为了采集形成图像的透射数据，X线管与探测器被安置成一直线，使平行射线为一个图像的宽度。
扫描装置的横向部分作线性运动，对每行逐行查询，采集的数据信息在扫描进行的同时存入计算机内。
扫描器可以测量百分之几级别的X射线吸收系数的变化，这相当于脂肪、肌肉和其他组织之间的微小差别。
反投影法：
投影：
投影即是探测器和X射线管联合在一起取射线和。
（动画15）
反投影：
利用穿过某些象素的所有射线的投影值反过来估算该象素的吸收系数值。
（动
画16）
反投影法的基本思想是：
将每次"
投影"
重新放回矩阵之中，并继续取它们的射线和，这又叫"
投影反馈法"
。
图1,反投影法导致的星形伪影
反投影法的缺点：
反投影法是把从各个方向上得到的投影看作为这个方向上的象素具有同等贡献，邻近结构对反投影图像中所有点的密度都要产生影响。
（图1）比较形象地说明了这些影响的结果。
在图中的黑点表示一个射线密集的物质，此时X线管和探测器面对面地沿着被检体扫描，这些尖信号的射线的反投影，产生一个星状图案，焦点处相当于铁钉的高密度处，其周围则有模糊阴影存在，此种阴影的浓淡程度随着和高密度物体的距离远近成反比例减少，从而造成重显图像的模糊（图2）。
因此反投影法所形成的模糊的重显图像必须加以改进，这就引出了滤波反投影法。
图2,反投影法产生模糊伪影
所谓滤波反投影，就是将每个投影信号在反投影之前，先进行滤波。
滤波的功能是消除边缘模糊干扰。
仍以对高密度的钉子扫描为例：
由钉子所产生的脉冲信号，滤波后在脉冲的两测出现了负的和正的脉冲突起。
这种分布在主信号脉冲两测的正负交替脉冲，在与其它滤波反投影信号叠加时，具有正、负对消的作用，从而使图像更加相似于实际的目标。
钉子对应的脉冲信号具有较宽的频谱成分，因滤波作用使其中的高频成分有不同程度的丧失，这便是滤波后的信号出现正负交替脉冲的原因。
如果滤波器设计得恰当，当这些滤波反投影信号叠加时，"
辐射"
状的正值与负值正好互相抵消，因而获得边缘清晰的图像，能够十分精确地反映原来的目标。
反之，如果滤波器设计欠佳，不仅干扰信号得不到恰当地对消，而且还会使主信号脉冲的形状有所改变，这当然是我们所不希望的。
一般，所设计滤波器必须在实践中经受严格的检验。
近几年已经发展了卷积硬件化程度很高的CT计算专用图像处理机，速度很快，一边扫描投影，一边卷积、反投影。
反投影的区域可以任选，扫描完了以后立即可显示重建图像。
傅立叶变换重建法:
动画19傅立叶变换和反变换
傅立叶变化重建图像的思想：
一个三维（二维）物体的二维（一维）投影的傅立叶变换精确地等于物体的傅立叶变换的中心截面（中心直线）。
当投影旋转时，其傅立叶变换的中心截面（中心直线）随之旋转。
动画20,傅立叶变换重建图像的思想
傅立叶重建图像的过程：
首先在不同角度位置时的投影变换构成物体完整的傅立叶变换，然后，通过取反傅立叶变换重构物体。
图5,傅立叶变换的过程
|概述|螺旋CT扫描中有关参数|扫描方式|数据流程|插值方式|图像质量|
定义：
在螺旋扫描中，X射线源与病人扫描床同时运动，使得X射线的轨迹呈现螺旋形状，因此称之为螺旋CT。
图1螺旋CT
螺旋扫描的优点：
螺旋CT的连续扫描，使扫描范围在24-30s内达到24-30cm。
多数患者可在一次屏气中完成扫描，避免了漏扫和重扫；
具有在选定位置及间隔上进行回顾性重建的能力，所以提高了病灶检出率;
（图2、和动画21,回顾性图像重建）
图2动画21
0秒间隔扫描使扫描时间缩短，在增强扫描时可使几乎全部扫描都在增强高峰期完成，减少造影剂用量；
任何部分均可进行多断面或三维图像重建，而且由于螺旋CT扫描时避免了病变部位的移动，因而重建图像质量很好（图3）。
图3三维重建
螺旋扫描的缺点：
阶梯伪影的产生：
由于重建间隔选取较大，或者非对称的重建算法（图4）。
图4阶梯伪影
螺旋扫描影像噪声较传统CT标准扫描影像噪声高；
螺旋CT图像处理时间较长及需要大容量的存贮能力。
前者主要的时间消耗是内插处理，而花时间最多的是多断面及三维重建；
需要病人很好地屏气配合，若病人不能较长时间屏气，则检查效果不好。
螺旋扫描中有关的参数：
螺距=X射线管旋转一周时扫描床移动的距离/准直器孔径大小（动画22）。
动画22螺距
重建间隔：
是相邻两层面的纵向距离。
螺旋CT中产生的图像数目取决于选择的成像间隔和床的移动。
数据采集前螺旋参数的选择包括层厚和螺距。
不同于传统CT扫描，其图像的数目是重建的函数，因此可以在数据采集前或后设定。
回顾性重建：
先收集螺旋原始数据，然后可以脱离螺距在任何位置上对图像进行断层重建。
这样重建出来的图像可以得到比传统扫描好得多的纵向分辨力。
螺旋CT的扫描方式：
（图5）
单次螺旋扫描：
单次螺旋扫描是指病人屏住一口气的同时完成整个扫描过程，它主要用于快速CT检查，用于急诊和胸部普查也很理想。
多次螺旋扫描：
把一次螺旋扫描分为几段，允许在扫描间隙内呼气。
多次螺旋扫描，是为在扫描过程中要改变扫描条件而设计的，用于头、颈部的扫描检查。
设置扫描参数（起始位置、范围；
准直孔径、步进长度）
|
采集原始螺旋数据
设置插值参数（插值方法、重建间隔）
指定层厚位置
综合所有平面投影数据
Ramp滤波平面数据
2D/3D分析和显示
螺旋CT的插值方法：
为什么要进行插值：
图6
传统CT在360度范围内扫描产生断层，扫描起点和终点重合，而螺旋扫描由于扫描过程中床也在运动，扫描的起始点和终结点不在同一点（图8）。
几种插值方法：
FI（360LI）线性插值方法（动画23）。
动画23
HI（180LI）线性插值方法（动画24）。
动画24
HE外插（图7）
图11
|概述|扫描特点|螺旋CT扫描中有关参数|扫描方式|数据流程|差值方式|图像质量|
螺旋CT的图像质量：
纵向分辨力：
螺旋CT的纵向分辨力比传统CT有所下降（图8）
图8
影响纵向分辨力的因素：
插值算法对纵向分辨力的影响：
（图9）
图9
目前在螺旋CT中常用的有HI内插算法和FI线性内插算法。
在FI线性内插算法中，虽然噪声有所下降，但SSP却比原先增宽了30%，而在HI线性插值算法中，运用这种算法时，噪声为插值前的1.15倍，但SSP却比较接近于传统CT。
Feed对纵向分辨力的影响：
（图10）
图10
feed越大，则在单位时间内扫描体积越长，患者所接受剂量也越小。
在算法固定的前提下，feed选取得越大，SSP增宽得越明显。
噪声：
插值方法对噪声的影响（图11）：
在层厚及剂量相同前提下，对于3600LI（FI），应用了2~3600范围内的数据，象素噪声小于传统CT，对于1800LI（HI），应用数据范围比较小，它的噪声值比3600LI增加了倍。
螺距对噪声的影响：
常规扫描与螺旋扫描相比，螺旋扫描方式下噪声增大。
在螺旋扫描状态下，螺距改变时，噪声也有一定程度的变化，当螺距小于1时，噪声较小；
当螺距等于1时，噪声增大；
当螺距等于，噪声又有一定程度的下降，当螺距等于2时，噪声明显增大。
当螺距选取为，噪声比螺距为1时有所降低，已有文献证明螺距为效果比较理想，因此在进行螺旋扫描时，必须综合考虑各项影响因素，尽量做到以最小的代价和病人最小的吸收剂量来得到有价值的影像。
|概述|EBCT工作原理|EBCT的结构|EBCT的临床应用|
概述
超高速电子束计算机断层扫描机是当今世界上最先进的CT设备，它的扫描速度极快（50ms/层），较常规CT快数十倍，使电影CT成为现实。
因此，在心血管疾病及空腔脏器疾病的诊断研究上具有独到的优点，是心血管病、空腔脏器疾病影像学检查的一次革命，是目前唯一能对心脏作全面、早期诊断的最新、最先进的医疗设备，有第五代CT之称。
EBCT的优点：
EBCT扫描速度达50ms/层，其先进性在CT发展方面至少可保持相当长时间的领先地位。
EBCT成像速度快。
由于所用计算机容量大、速度快；
而且在图像重建计算中采用直接迭加计算技术，比一般使用的中间插值算法更能准确地反映人体的组织结构，有利于诊断。
EBCT能较长久地保持较高检测精度，并比一般CT有更长的使用寿命。
EBCT只需更换电子枪的极板，维修费用较低。
在同等使用条件下，一般CT每年需更换2只X线管；
但EBCT在满负荷运转情况下，一年半以上才可能需要更换一次极板，其费用仅相当于CT机更换一只X线管。
各类CT的性能比较
功能对比
UFCT
螺旋CT
常规CT
扫描时间
1/20s
1s
2s
床面运动
17cm/s
1cm/s
0.5cm/s
运动伪影
最少
少
较多
螺旋扫描
有
有
无
单层扫描
电影成像
流动成像
连续体积扫描
40cm/18s
30cm/30s
冠状动脉造影
较好
一般
机械运动
技术性能
靶
4个固定210度钨靶环（90cm半径）
扫描时间
50ms
最快扫描速率
17次/s
层厚
7mm（单层模式时可1.5、3、6、10mm）
探测器类型
发光晶体硅光电二极管
探测器数
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