1、X線計(jì)算機(jī)體層成像設(shè)備CT: computed tomography computerized tomography計(jì)算機(jī)體層照相術(shù)計(jì)算機(jī)斷層照相術(shù)計(jì)算機(jī)控制斷層掃描術(shù) X線是波長(zhǎng)很短的電磁波，以光的速度沿直線前進(jìn)，其波長(zhǎng)范圍為0.000650nm。目前X線診斷常用的X線波長(zhǎng)范圍為0.008-0.0031nm。(相當(dāng)于40150kv)，在電磁輻射譜中，居射線與紫外線之間，比可見(jiàn)光的波長(zhǎng)要短得多，肉眼看不見(jiàn)。 同X射線有關(guān)的諾貝爾獎(jiǎng)X X射線射線X X射線的發(fā)現(xiàn)射線的發(fā)現(xiàn)1895年11月8日，倫琴發(fā)現(xiàn)。 X射線是波長(zhǎng)極短的電磁波，它不會(huì)被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，具有很強(qiáng)的穿透力，而且波長(zhǎng)越短，穿透力越強(qiáng)。0.

2、1nm：軟X射線。 倫琴發(fā)現(xiàn)X射線使X射線研究迅速升溫，幾乎所有的歐洲實(shí)驗(yàn)室都立即用X射線管來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)和拍照。幾個(gè)星期之后，X射線已開(kāi)始被醫(yī)學(xué)家利用。醫(yī)生應(yīng)用X射線準(zhǔn)確地顯示了人體的骨骼，這是物理學(xué)的新發(fā)現(xiàn)在醫(yī)學(xué)中最迅速的應(yīng)用。隨后，創(chuàng)立了用X射線檢查食道、腸道和胃的方法，受檢查者吞服一種造影劑（如硫酸鋇），再經(jīng)X射線照射，便可顯示出病變部位的情景。以后又發(fā)明了用于檢查人體內(nèi)臟其他一些部位的造影劑。X射線診斷儀在相當(dāng)一個(gè)時(shí)期內(nèi)一直作為醫(yī)院中最重要的診斷儀器。 為紀(jì)念倫琴對(duì)物理學(xué)的貢獻(xiàn)，后人也稱X射線為倫琴射線，并以倫琴的名字作為X射線等的照射量單位。 從中心切片定理到投影重建圖像奧地利數(shù)學(xué)家?jiàn)W

3、地利數(shù)學(xué)家Radon中心切片定理可以看作是可分離的二維傅里葉變換的結(jié)果dxdyeeyxokkyikxikyxyx),(),(A. M. Cormack Tufts University Medford, MA, USA 1955年，在開(kāi)普敦大學(xué)物理系教理論物理學(xué)的科馬克對(duì)癌的放射治療和診斷產(chǎn)生了興趣。他發(fā)現(xiàn)醫(yī)生在計(jì)算放射劑量時(shí)，把非均質(zhì)的人體當(dāng)作均質(zhì)看待。他認(rèn)為應(yīng)把人體構(gòu)造和組成特征用一系列前后相繼的切面圖像表現(xiàn)出來(lái)。經(jīng)過(guò)近10年的努力，他終于解決了計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)的理論問(wèn)題。 1963年，他首先建議用X射線掃描進(jìn)行圖像重建，并提出了精確的數(shù)學(xué)推算方法。 Central Research L

4、aboratories, EMI LondonG. N. Hounsfield 20世紀(jì)70年代，英國(guó)EMI公司的工程師豪斯菲爾德（NHounsfield，1919-2004）在參考科馬克發(fā)表的應(yīng)用數(shù)學(xué)重建圖像理論的基礎(chǔ)上，把電子計(jì)算機(jī)斷層照相技術(shù)引入醫(yī)學(xué)，使電子計(jì)算機(jī)技術(shù)與X射線機(jī)相結(jié)合，完成圖像重建過(guò)程。 1971年，豪斯菲爾德研制成功的世界上第一臺(tái)X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描機(jī)（Computerized Tomography，簡(jiǎn)稱CT）在倫敦一家醫(yī)院正式安裝使用。X射線管在置在患者上方, 繞檢查部位旋轉(zhuǎn), 患者下方的計(jì)數(shù)器也同時(shí)旋轉(zhuǎn)。由于人體器官和組織對(duì)X射線的吸收程度不同,病變組織和正常組織對(duì)

5、X射線的吸收程度也不同，這些差別反映在計(jì)數(shù)器上, 經(jīng)電子計(jì)算機(jī)處理，便構(gòu)成了探測(cè)對(duì)象各個(gè)部位的橫斷圖像呈現(xiàn)在熒光屏上，它解決了X射線照相的前后物體圖像重疊問(wèn)題，大大提高了醫(yī)學(xué)診斷的可靠性和準(zhǔn)確性，使醫(yī)學(xué)成像技術(shù)向前跨了一大步。豪斯菲爾德與神經(jīng)放射學(xué)家阿姆勃?jiǎng)谒购献?，成功地為一名英?guó)婦女診斷出腦部的腫瘤，獲得了第一例腦腫瘤的照片。他們?cè)谟?guó)放射學(xué)會(huì)上發(fā)表了第一篇論文，1973年英國(guó)放射學(xué)雜志對(duì)此作了正式報(bào)道，這篇論文受到了醫(yī)學(xué)界的高度重視，被譽(yù)為“放射診斷學(xué)史上又一個(gè)里程碑”，從此，放射診斷學(xué)進(jìn)人了CT時(shí)代。 橡膠帽傳統(tǒng)的X射線裝置的缺點(diǎn) 影像重疊。深度方向上的信息至疊在 起，引起混淆。 密度分

6、辨率低，對(duì)軟組織分辨能力低。 所用劑量大。X射線成像原理 不能反映病灶三維空間位置X射線X射線像物體CT優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 斷層成像 密度分辨率高，對(duì)軟組織分辨能力高。（相對(duì)于X射線成像術(shù)） 投影劑量?。ㄏ鄬?duì)于X射線成像術(shù)） 動(dòng)態(tài)范圍大（相對(duì)于X光片） 無(wú)損檢測(cè) 存儲(chǔ)方便X線機(jī)、CT、MR的比較 成像方法 輻射特點(diǎn) 成像效果成像方法CT利用計(jì)算機(jī)重建技術(shù)計(jì)算體層中各單元的衰減系數(shù)，重建出體層解剖圖像X線機(jī)直接成像，可簡(jiǎn)單分為透視和攝影兩種成像方式MRI利用計(jì)算機(jī)重建技術(shù)計(jì)算體層中各體元的質(zhì)子自旋變化信號(hào)，重建出解剖圖像及一定程度上的生理生化信息透視與攝影輻射特點(diǎn)X線機(jī)錐形束檢查；X線質(zhì)軟，吸收多穿透

7、少；輻射劑量較大CT扇形束檢查；X線質(zhì)硬，吸收少穿透多；輻射劑量較大MR利用射頻脈沖激勵(lì)，無(wú)輻射損傷成像效果X線機(jī)重疊影像，對(duì)厚的組織及密度高的組織影像欠清晰CT體層圖像，圖像清晰，解剖位置確定，空間分辨率較高M(jìn)R圖像清晰，解剖位置確定，對(duì)比度分辨率高，且可任意方向體層成像二、CT的發(fā)展 第一、二代平移旋轉(zhuǎn)掃描方式的CT機(jī)，只能掃描頭部。 第三、四代旋轉(zhuǎn)掃描方式的體部CT機(jī) 。 第五代 螺旋CT 。 其它特殊形式CT 第一代第一代CT機(jī)（旋機(jī)（旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)/平移方式掃描）平移方式掃描） 速度慢速度慢 采集的數(shù)據(jù)少采集的數(shù)據(jù)少 很快被淘汰很快被淘汰第一代第一代CTCT機(jī)機(jī)第一代CT多屬頭部專用CT，由

8、一只X線管和1-2個(gè)晶體探測(cè)器（detector）組成。由于X線束被準(zhǔn)直器準(zhǔn)直為鉛筆芯粗細(xì)的筆形線束，故又稱筆形束CT。X線管與探測(cè)器連為一體，X線管產(chǎn)生的筆形束穿過(guò)病人頭部照射到與其相對(duì)的探測(cè)器上，X線管和探測(cè)器先做同步直線平移掃描運(yùn)動(dòng)。獲得240個(gè)透射測(cè)量數(shù)據(jù)后，X線管和探測(cè)器停止平移，再環(huán)繞病人頭顱中心旋轉(zhuǎn)1，做與上次方向相反的直線掃描運(yùn)動(dòng)。獲得240個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)后，停止平移，再旋轉(zhuǎn)1，重復(fù)上述過(guò)程，直到180，得到180組由240個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)組成的平行投影值，即完成了數(shù)據(jù)的采集過(guò)程，用于圖像重建的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為180240。第一代CT的缺點(diǎn)是：X線利用率很低；掃描時(shí)間長(zhǎng)，檢查一個(gè)層面需用35m

9、in，故僅能用于頭顱檢查。為了提高效率，可再加一個(gè)探測(cè)器，一次掃描可同時(shí)對(duì)兩個(gè)層面進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得二個(gè)層面圖像。這樣，提高了第一代CT的工作效率和X線的利用率，但因掃描速度慢，且采集的數(shù)據(jù)少，故重建的圖像質(zhì)量較差。第一代CT已被淘汰。1. 單束平移單束平移-旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)（T/R）方式）方式這種掃描方式的缺點(diǎn)是射線利用這種掃描方式的缺點(diǎn)是射線利用率極低，掃描速度很慢，對(duì)一個(gè)率極低，掃描速度很慢，對(duì)一個(gè)斷層掃描約需斷層掃描約需 5分鐘時(shí)分鐘時(shí) 間，只適間，只適用于無(wú)體動(dòng)器官的掃描。用于無(wú)體動(dòng)器官的掃描。單束平移-旋轉(zhuǎn)方式 第二代第二代CT機(jī)機(jī) 將單一筆形將單一筆形X線線束改為窄扇形束改為窄扇形X線

10、束線束 多個(gè)扇形排列的多個(gè)扇形排列的探測(cè)器代替單一探測(cè)器代替單一的探測(cè)器的探測(cè)器第二代第二代CTCT機(jī)機(jī)第二代CT2.窄扇形束掃描平移窄扇形束掃描平移-旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)（T/R）方式方式窄扇形束掃描稱為第二代窄扇形束掃描稱為第二代CT掃描。掃掃描。掃描裝置由一個(gè)描裝置由一個(gè)X射線管和射線管和630個(gè)的檢個(gè)的檢測(cè)器組構(gòu)成同步掃描系統(tǒng)。掃描時(shí)，測(cè)器組構(gòu)成同步掃描系統(tǒng)。掃描時(shí)，X射線管發(fā)出角度為射線管發(fā)出角度為320的窄扇形的窄扇形射線束，射線束，630個(gè)檢測(cè)器同時(shí)采樣，并個(gè)檢測(cè)器同時(shí)采樣，并采用平移采用平移-旋轉(zhuǎn)掃描方式旋轉(zhuǎn)掃描方式 。窄扇形束掃描平移-旋轉(zhuǎn)方式 2.窄扇形束掃描平移窄扇形束掃描平移-旋

11、轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)（T/R）方式方式這種掃描的主要缺點(diǎn)是：由于檢這種掃描的主要缺點(diǎn)是：由于檢測(cè)器排列成直線，對(duì)于測(cè)器排列成直線，對(duì)于X射線管射線管發(fā)出的扇形束來(lái)說(shuō)，扇形束的中發(fā)出的扇形束來(lái)說(shuō)，扇形束的中心射束和邊緣射束的測(cè)量值不相心射束和邊緣射束的測(cè)量值不相等，需校正，否則掃描會(huì)因這種等，需校正，否則掃描會(huì)因這種運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影，影響運(yùn)動(dòng)而出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影，影響CT圖圖像的質(zhì)量。像的質(zhì)量。 窄扇形束掃描平移-旋轉(zhuǎn)方式 第三代第三代CT機(jī)扇機(jī)扇形排列的探測(cè)器形排列的探測(cè)器更多包括整個(gè)視更多包括整個(gè)視野，野， X線管與探測(cè)器線管與探測(cè)器組合作同步旋轉(zhuǎn)組合作同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)掃描速度在運(yùn)動(dòng)掃描速度在5秒以內(nèi)秒以內(nèi)第三

12、代第三代CTCT機(jī)機(jī)第三代CT3. 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)（旋轉(zhuǎn)（R/R）方式）方式 這種掃描稱為第三代這種掃描稱為第三代CT掃描，掃描裝置由一個(gè)掃描，掃描裝置由一個(gè)X射線管和由射線管和由250700個(gè)檢測(cè)器（或用檢測(cè)器陣列）排列成一個(gè)可在掃描個(gè)檢測(cè)器（或用檢測(cè)器陣列）排列成一個(gè)可在掃描架內(nèi)滑動(dòng)的緊密圓弧形。架內(nèi)滑動(dòng)的緊密圓弧形。X射線管發(fā)出張角為射線管發(fā)出張角為3045，能覆蓋整個(gè)受檢體的寬扇形射線束。能覆蓋整個(gè)受檢體的寬扇形射線束。 由于這種寬扇束掃描一次由于這種寬扇束掃描一次即能覆蓋整個(gè)受檢體，故即能覆蓋整個(gè)受檢體，故只需只需X射線管和檢測(cè)器作射線管和檢測(cè)器作同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。同步旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。X線管旋

13、轉(zhuǎn)采樣點(diǎn)檢測(cè)器軌道檢測(cè)器扇形X線束攝影區(qū)域旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)掃描方式 第四代第四代CT機(jī)機(jī) 探測(cè)器更多，探測(cè)器更多，以環(huán)行排列且以環(huán)行排列且固定不動(dòng)固定不動(dòng) X秒線旋轉(zhuǎn)同秒線旋轉(zhuǎn)同時(shí)掃描時(shí)掃描 掃描時(shí)間更短掃描時(shí)間更短第四代第四代CTCT機(jī)機(jī) 第四代CT 是將600個(gè)探測(cè)器排在一個(gè)圓周上。掃描方式為靜止加旋轉(zhuǎn)方式。掃描中X線管圍繞病人進(jìn)行的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而探測(cè)器靜止不動(dòng)。Third & Fourth Generations(From Picker)(From Siemens)第五代第五代CT超快速超快速CT（ultrafast CT，UFCT） 電子速電子速CT（electron beam CT

14、,EBCT) 主要組成部分主要組成部分: 電子槍、聚焦線圈、電子槍、聚焦線圈、多排探測(cè)器群、高速移多排探測(cè)器群、高速移動(dòng)的檢查床、控制系統(tǒng)動(dòng)的檢查床、控制系統(tǒng) 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 沒(méi)有球管和探測(cè)器的沒(méi)有球管和探測(cè)器的移動(dòng)，最快掃描速為移動(dòng)，最快掃描速為0.05秒，可以做秒，可以做CT血血管造影和心臟造影管造影和心臟造影電子束電子束CTCT機(jī)機(jī)電子束 CT機(jī)電子槍產(chǎn)生的電子束經(jīng)強(qiáng)電場(chǎng)加速(沿X線管長(zhǎng)軸方向)、并通過(guò)聚焦線圈聚焦和電磁線圈偏轉(zhuǎn)后、轟擊到4個(gè)緊挨的210環(huán)型靶面（靶環(huán)）上。X線管側(cè)的準(zhǔn)直器將X線準(zhǔn)直成扇角為30、厚為2cm的扇形束，X線穿過(guò)病人病人層后，由環(huán)形探測(cè)器陣列測(cè)量透射后的X線強(qiáng)度

15、分布，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，輸送到大容量存儲(chǔ)器中，再進(jìn)行圖像重建。由于高速運(yùn)動(dòng)的電子束無(wú)機(jī)械慣性，所以可依次掃描一個(gè)靶環(huán)或同時(shí)輪番掃描2-4個(gè)靶環(huán)。由于采用排成兩排的環(huán)形探測(cè)器陣列，故高速運(yùn)動(dòng)的電子束掃描一個(gè)靶環(huán)可得到相鄰兩層的圖像。如高速運(yùn)動(dòng)的電子束同時(shí)輪番掃描4個(gè)靶環(huán)，則可同時(shí)獲得8層圖像。每層的厚度1cm，八個(gè)層面的總厚度為8cm。即：可一次性檢查病人的整個(gè)心臟。電子束CT采用的大型X線管的技術(shù)條件是：管電壓為130kV；管電流為300800mA；焦點(diǎn)面積為2mm4mm；熱容量為9106HU；靶最大冷卻速率為300kHU/min；焦點(diǎn)面軌道長(zhǎng)為330cm；靶基的質(zhì)量比傳統(tǒng)X線管大100倍。該系

16、統(tǒng)可存貯38次連續(xù)心博（每次心博兩層，共76層）的心電起博數(shù)據(jù)。掃描時(shí)間為30ms、50ms或100ms，最大掃描速率為每秒24次掃描，重建矩陣為256256或400400，重建時(shí)間為10s。它不僅適用于檢查心臟，而且適用于檢查易動(dòng)病人，是一種新型的CT。其缺點(diǎn)是信噪比差且造價(jià)昂貴。E-Beam CT Scanner Speed: 50, 100 ms Thickness: 1.5, 3, 6, 10 mm ECG trigger cardiac images(From Imatron) 動(dòng)態(tài)空間重建機(jī) 多只X線管排成半圓弧陣列 與X線管對(duì)應(yīng)有檢測(cè)器 使用電子時(shí)序控制6、螺旋CT 螺旋螺旋CT

17、（spiral CT， SCT/helical CT） 特點(diǎn)：檢查床勻速進(jìn)入特點(diǎn)：檢查床勻速進(jìn)入 CT機(jī)架機(jī)架 X線球管連續(xù)旋線球管連續(xù)旋轉(zhuǎn)式暴光轉(zhuǎn)式暴光 優(yōu)勢(shì)：掃描速度快優(yōu)勢(shì)：掃描速度快 病灶檢出率高病灶檢出率高 CT值測(cè)量準(zhǔn)確值測(cè)量準(zhǔn)確 多功能顯示病灶多功能顯示病灶 （三維重建、血（三維重建、血管造影、仿真內(nèi)窺鏡）管造影、仿真內(nèi)窺鏡）螺旋螺旋CTCT螺旋螺旋CT掃描軌跡示意圖掃描軌跡示意圖SimultaneousSource rotationTable translationData acquisitionSpiral/Helical Scanning第一代CT第二代CT第三代CT第四代C

18、TE-Beam CTSCT掃描方式T+RT+RR+RS+RS+SR+R探測(cè)器數(shù)13-30256-720450-72001500512X線束筆形窄扇形扇形廣角扇形錐形扇形或錐形扇角3-3621-4548-12030-4530-45掃描時(shí)間240-30020-2103-101-50.03-0.10.35-1每次層數(shù)11112-81-64CT發(fā)展趨勢(shì) 硬件發(fā)展趨勢(shì) 提高掃描速度 提高圖像質(zhì)量 簡(jiǎn)化操作 提高工作效率 縮小體積 降低劑量提高掃描速度 機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)方式 探測(cè)器發(fā)展 掃描方式進(jìn)步機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)方式1秒/圈0.33秒/圈1.5秒/圈 滑環(huán)技術(shù)帶來(lái)了螺旋掃描 動(dòng)態(tài)飛焦點(diǎn) 雙放射源成像進(jìn)一步提高了時(shí)間分辨

19、率圖像質(zhì)量提高 X線管與探測(cè)器的性能提高 采集數(shù)據(jù)量增大 算法先進(jìn) 表達(dá)與顯示方式進(jìn)步X線管性能提高 X線管的體積越來(lái)越小 輸出功率越來(lái)越大 熱容量也越來(lái)越大 焦點(diǎn)越來(lái)越小型號(hào) 熱容量 保用次數(shù) DA1000.4MHU 40000 DA1151.5MHU 80000DA135v 2.0MHU 80000DA165PS 3.5MHU120000 動(dòng)態(tài)變焦球管，它采用唯一的焦點(diǎn)，焦點(diǎn)大小會(huì)隨著組織的不同，自動(dòng)變焦，這會(huì)使得獲得的圖像顯示相當(dāng)清晰。 探測(cè)器性能提高 另外由于現(xiàn)代技術(shù)工藝, 光刻技術(shù)及高集成度低噪聲讀出電子學(xué)的飛速發(fā)展, 每個(gè)讀出條可對(duì)應(yīng)一路讀出電子學(xué), 更有利于空間分辨率的提高。 現(xiàn)代探測(cè)器的能量分辨率比氣體探測(cè)器大約高一個(gè)數(shù)量級(jí), 比閃爍計(jì)數(shù)器高得更多 響應(yīng)時(shí)間非常快, 一般可達(dá)到5n s 左右。因此, 可以實(shí)現(xiàn)高計(jì)數(shù)率 超寬探測(cè)器，大大提高了X線的接收效率，實(shí)現(xiàn)了低劑量、高圖像質(zhì)量的掃描 寶石探測(cè)器可使X線響應(yīng)速度最快初始速度（可見(jiàn)轉(zhuǎn)換）加快150倍、清空速度加快10倍，由此可以作為瞬時(shí)雙能采集的硬件基礎(chǔ)。同時(shí)寶石具有純度高、通透性強(qiáng)、光電轉(zhuǎn)換率高、硬度高、更穩(wěn)定等特點(diǎn)，使得寶石探測(cè)器能具備更低劑量、更好的圖像質(zhì)量、全新的臨床應(yīng)用。 算法先進(jìn) 表達(dá)與顯示方式進(jìn)步CT重建