CT原理(上)演示教学

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1、 CT原理及维修诊断技术高级培训班 CT原理 上 CT作为一种公认的成熟 快速 可靠的影像设备 正在各级医院的诊断和治疗中发挥着日益重要的作用 并得到广泛的应用 近八年来 多层螺旋CT的推出和新的应用软件的开发 使CT进入又一个快速发展期 各种类型的CT机大量推出 CT ComputedTomography 低气压放电现象 1836年 英国科学家法拉第发现 稀薄气体放电时 会产生一种绚丽的辉光 因为它是由阴极发出的 后来物理学家把这种辉光称为 阴极射线 cathoderay 为探明阴极射线 许多科学家进行了艰巨的研究 一 X线影像摄影基础 传统的X射线机具有的优点 1 价格低 2 易操作 3

2、应用面广 但也有以下一些缺陷 1 影像重叠 2 密度分辨力低 3 中心投影效应 也叫几何放大效应 4 胶片存储 检索困难 一 X线影像摄影基础 密度分辨力低 一 X线影像摄影基础 中心投影效应 一 X线影像摄影基础 二 CT的发展回顾 1917年 雷登 J Radon 提出了图象重显理论的数学方法研究 他指出对二维或三维的物体可以从各个不同的方向上进行投影 称为雷登变换 然后用数学方法计算出一张重建的图像中 也称为雷登逆变换 1956年 天文学家Bracewell用这种方法处理了从太阳发射来的微波信息 Bracewell第一次将一系列由不同方向测得的太阳微波发射数据 运用图像重建方法 绘制了太

3、阳微波发射图像 二 CT的发展回顾 对CT的研究可追溯到1967年 那年 CT的发明人 英国工程师GodfreyHounsfield制成了第一台可用于临床的计算机X射线断层摄影机 CT的发明 二 CT的发展回顾 1971年10月 Hounsfield设计并扫描出第一幅具有诊断价值的头部CT图像 从而宣告世界上第一台CT扫描机的研制成功 因为是英国EMI公司生产 又称EMICT扫描机 1971年9月第一台头扫描CT机安装在英国的一所医院中 每一幅图像的处理时间为20分钟左右 二 CT的发展回顾 第一台CT机的头部图像 二 CT的发展回顾 1979年 Hounsfield和Cormack CT发明

4、者 一位工程师和一位物理学家 两位没有专门医学经历的科学家 荣获了诺贝尔医学奖 以表彰他们的突出成就 Hounsfield于2004年8月12日在英国逝世 享年84岁 Cormack于1998年5月23日在美国逝世 享年74岁 二 CT的发展回顾 1974年 美国GeorgeTown医学中心的工程师莱德雷 Ledley 设计出了全身CT扫描仪 使CT不仅可用于颅脑 而且还可用于全身各个部位的影像学检查 二 CT的发展回顾 图a b是1974年SIRETOM拍摄的80X80图像 矢状面图像是由每层厚为1 3CM断面重建的 图c d是容积扫描拍摄的1024X1024图像 矢状面图像可以说是连续的

5、CT图像对比 二 CT的发展回顾 三 CT技术发展趋势 CT的优点 1 真正的断面图像 2 密度分辨率高 3 可作定量分析 4 数字图像CT的局限性和不足 1 空间分辨率仍未超过常规的X线检查 2 不是所有脏器都以CT检查作为首选 3 以X射线作为信息载体 仍对人体存在伤害 4 CT的图像是形态学影像 多层螺旋CT是主要代表 1998年推出的多层CT使得CT在扫描速度 图像质量 扫描范围 适用器官等方面取得新的突破 是CT技术进入新阶段的标志 三 CT技术发展趋势 1 更低的射线剂量全球各主要CT制造商均把更低CT的剂量水平作为CT发展的研究目标 并通过各种方法及措施来降低剂量 限制扫描容积

6、增加辐射光谱的预过滤 调整扫描参数 对连续CT和螺旋CT扫描采用自动曝光控制 选择适当图像重建参数降低图像重建噪声 三 CT技术发展趋势 2 更快的采集和重建速度a 可以减少运动伪影 提高图像质量 b 从经济和成本回收的角度来考虑 缩短了机器的成本回收期 提高医院的经济效益 c 能充分发挥造影剂的作用 减少造影剂用量和病人费用 d 螺旋扫描具有速度快 运动伪影少 e 从病人接受角度来看 有益于危重病人的诊查 三 CT技术发展趋势 3 CT的应用已拓展到一些新的范围 CT血管造影 CTA CT三维图像重建CT介入CT仿真内镜CT灌注成像CT立体定向技术CT心脏检查 CT血管造影 CTA 三 CT

7、技术发展趋势 四 X射线的产生 高速运动的电子轰击金属靶时 靶就放出X射线 这就是X射线管的工作原理 从阴极发射的热电子 经阴 阳两极间的电场加速后 电子的速度已非常高 如在100kV管电压 当电子抵达靶时 速度可达0 55c c为光速 此高速电子与靶物质相互作用造成能量转移 或能量损失 速度骤减 能量损失分为碰撞损失和辐射损失 碰撞损失的能量将全部转化为热能 辐射损失是由于高速运动的电子与靶的内层电子和原子核的作用 通过辐射损失的能量 大部分是以X射线的形式辐射出去 它不足电子总能量的1 根据作用情况的不同 辐射损失又可分为连续辐射和特征辐射 四 X射线的产生 连续辐射 韧致辐射 如果被靶阻

8、挡的电子的能量 不越过一定限度时 只发射连续光谱的辐射 这种辐射叫做轫致辐射 连续光谱的性质和靶材料无关 特征辐射 标识辐射 当电子的能量超过一定的限度时 可以发射一种不连续的 它只有几条特殊的线状光谱 这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射 特征光谱和靶材料有关 不同的材料有不同的特征光谱这就是为什么称之为 特征 的原因 四 X射线的产生 X射线的光谱图X射线其波长约为10nm到10 2nm之间W 钨Mo 钼Cr 铬 四 X射线的产生 X射线的特性X射线之所以能够用于医学诊断 是由于它还具有普通光所设有的特点和作用 1 穿透作用穿透作用是指X射线通过物质时不被吸收的本领 2 电离作用 是X射线损

9、伤和治疗的基础 物质受X射线照射时 核外电子会脱离原子轨道 这种作用称为电离作用 3 荧光作用有些物质受X射线照射后 可以辐射出可见光或紫外 它是X线照相的基础 四 X射线的产生 当X射线穿过物体时 X射线与物体之间主要存在着三种的相互作用过程 影响X射线的衰减 它们是干涉散射光电效应康普顿效应 四 X射线的产生 1 干涉散射CT的X射线能量大 干涉散射对CTX射线的衰减影响不大 四 X射线的产生 2 光电效应用光 包括X射线 照射一些金属 观察到金属表面有电子逸出的现象 医用X射线能量在10 150KeV之间 产生光电效应几率较大 X射线能量增大光电效应几率减小 由于光电效应过程中生物组织将

10、X线光子完全或部分吸收 所以X射线产生生物损伤主要源于光电效应 四 X射线的产生 3 康普顿效应 四 X射线的产生 实验发现 当波长很短的光 电磁波 如X射线 射线等通过不含杂质的均匀媒质时 会产生散射现象 这现象首先由美国物理学家康普顿于1922年发现 并作出理论解释 故称康普顿效应 康普顿效应产生较多散射线 在X线成像过程中会降低成像质量 五 X线的吸收定律 由物理学的吸收定律 朗伯定律 可知 当一单色线束通过一密度均匀的小物体时 其能量因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 可用下式表达 I IOe dIO 入射的X射线强度 I 穿过均匀密度物体后的

11、X射线强度 物质对该波长的线性衰减系数 d 穿过均匀密度物体的路径长度 e 自然对数底 X线方向上衰减系数 值总和的测量 CT影像的像素计算 In In 1e nd 在X射线穿过的路径上 如果已知d IO In 则物体的衰减系数总和是可以计算出来的 这必须作出多方向投影 建立多个联立方程式 才能算出所有的衰减系数值来 CT图像的重建过程 就是求每个小单元衰减系数的过程 因而上述方程是CT图像重建的基本方程之一 五 X线的吸收定律 六 CT图像的形成过程 图像扫描阶段高压发生器供给球管电压和灯丝电流 使X射线管产生X射线 X线束围绕人体旋转 以便从多个角度采集数据 在扫描阶段的主要任务是采集数据

12、 CT中我们怎样测量一个物体 通过多角度用笔形X线束来测量物体的吸收值 六 CT图像的形成过程 图像形成的重建阶段CT图像产生的第二个阶段就是图像重建阶段 这主要由阵列处理机进行处理 人体的每个体积元用一个象素来表示 每个象素用一个CT值来表示 六 CT图像的形成过程 七 CT图像的显示 图像显示阶段图像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 人眼最多能分辨64级灰度 通过使用窗口技术将图像在显示器上显示 CT值是用来表示与CT图像上单元面积有关的平均X射线衰减数 CT值用豪斯菲尔德单位HU来表示 使用CT值后 它既表示了某物质的吸收衰减系数本身 也表示了各种

13、不同密度组织的相对关系 七 CT图像的显示 窗口技术数字图像所特有的显示技术方法称为窗口技术 它包括窗位和窗宽的控制 调整 CT窗宽 windowwidth监示器中最亮和最暗灰阶所代表的CT值的跨度 CT窗位 windowlevel窗宽上下限灰阶所代表的CT值的中心值 窗宽决定图像CT值的变化跨度 窗位则决定观察变化的的区域 七 CT图像的显示 不同的窗口条件下 显示人体的不同部位图像的效果 八 各代CT 第一代 平移 旋转 这类扫描机多属于头部专用机由一个X射线管和两个或三个晶体探测器组成由于X射线束被准直成像铅笔芯粗细的线束 故又称为笔形扫描束装置 扫描时间为3 5分钟 第二代 平移 旋转

14、方式 把第一代单一笔形 X射线束改为扇形线束探测器数目也增加到3 30个 每次扫描后的旋转角由10提高至30 300 扫描时间为20 90秒 八 各代CT 第三代CT机有较宽的扇形角 300 450 可包括整个被扫描体截面 探测器数目极大地增加了 扇形角宽 扇角为300 450 X射线管必须环绕其中心线转过900 扫描时间为2 9秒 有些可达到0 5秒以内 技术性较高 成本和图像质量方面具有较大优势 是目前临床上应用最为广泛的一种CT机 第三代 旋转一旋转方式 八 各代CT 第四代 旋转一静止 扫描方式是探测器静止而只有X射线管旋转 扇形线束角度也较大 单幅的数据获取时间缩短到1 5秒 检测器达到600 1500个 多排螺旋CT多达4800个 第四代CT扫描机的缺点是对散射线极其敏感 八 各代CT EBCT与常规CT的主要区别在于由电子束取代了X线球管的机械旋转 EBCT由电子枪发射电子束 再由电子束轰击扫描架上的靶环 由靶环发出X线 通过电子枪内的偏转线圈使电子束扫描钨靶 被扫描的钨靶产生往返运动的X线 以对患者进行扫描 所以EBT无X线球管机械旋转的速度限制 扫描速度要远远高于多层螺旋CT 每周只需50毫秒 成像时间大大缩短 第五代电子束CT 静止一静止 与前4代有着本质的区别 八 各代CT 谢谢