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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（Computed Tomography）,1895年11月8日,德国物学家伦琴(WRaontgen)发现了X射线。,三天以后，偶然看到了伦琴的夫人手的X射线造影。从此就开创了用X射线进行医学诊断的放射学X射线摄影术，奠定了医学影像摄影的基础。,X射线的发现,一、X线影像摄影基础,低气压放电现象：1836年，英国科学家法拉第
2、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”（cathode ray）。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.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(JRadon)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
3、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Godfrey Hounsfield 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
4、为是英国EMI公司生产，又称EMI CT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
5、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。,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C
6、T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：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
7、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
8、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
9、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102nm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
10、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
11、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=IO e-dIO：入射的X射线强度；I：穿过均匀密度物体后的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-1 e-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
12、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。,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。,
13、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：window width 监示器中最亮和最暗灰阶所代表的CT值的跨度。CT窗位
14、：window level 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35分钟,第二代(平移+旋转方式)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330个。每次扫描后的旋转角由10提高至30300。扫描时间为2090秒,八、各代CT,第三代CT机有较宽的扇形角(30045 0)，可包括
15、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300450),X射线管必须环绕其中心线转过90 0。扫描时间为29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15秒。检测器达到6001500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!,
