CT设备原理.doc

CT设备 第一节 概述 一、发展简史 CT设备的问世，是医学诊断史上的重大革命。1895年，伦琴发现X线，为CT的诞生打下了基础。1917年，奥地利数学家Radon提出了图像重建理论的数学方法。他指出对二维或三维的物体可以从各个不同的方向上投影，然后用数学方法计算出一张重建的图像。美国物理学家柯马克(A.M.cormack)于1963年9月和1964年10月在“应用物理杂志”上发表两篇“用线积分表示一函数的方法及其在放射学上的应用”的系列文章,并将这一方法应用于简单的CT模拟装置。 1967~1970年，英国的Hounsfield博士提出了体层成像的方法。此方法仅需要从单一平面获取投影的读数。因此，每个光束通路都可以看作是联立方程的许多方程之一，通过解这组联立方程就能获得该平面的图像。根据这个原理，采用数学模拟法加以研究，然后以同位素做射线源进行实验，用9天的时间采集数据，2.5小时重建一幅图像，最终得出能够区分相差4%的衰减系数的实验结果。 1972年，英国豪斯菲尔德（G.N.Hounsfield）研制出世界上第一台用于临床的CT，利用这台CT首次为一名妇女诊断出脑部的囊肿，取得了世界上第一张病人CT照片。Hounsfield和Ambrose在英国放射学年会上正式发表论文，宣告CT的诞生；同年11月，在北美放射学会（RSNA）年会上向全世界宣布。1974年，美国George Town大学医学中心的工程师Ledley研制出世界上第一台全身CT。此后，CT的发展非常迅猛，在近30年的时间内，已先后从头颅CT发展到螺旋CT和超高速CT。 CT的发明被认为是：自1895年伦琴发现X线以来，在放射医学、医学物理和相关学科领域里，没有能与之相比拟的发明。为此，Hounsfield和Cormack获得了1979年的诺贝尔生理和医学奖。 （一）第一代CT（平移+旋转扫描方式） 第一代CT多属头部专用CT，由一只X线管和1-2个晶体探测器（detector）组成。由于X线束被准直器准直为铅笔芯粗细的笔形线束，故又称笔形束CT。X线管与探测器连为一体，X线管产生的笔形束穿过病人头部照射到与其相对的探测器上，X线管和探测器先做同步直线平移扫描运动。获得240个透射测量数据后，X线管和探测器停止平移，再环绕病人头颅中心旋转1°，做与上次方向相反的直线扫描运动。获得240个测量数据后，停止平移，再旋转1°，重复上述过程，直到180°，得到180组由240个测量数据组成的平行投影值，即完成了数据的采集过程（如图12-1所示），用于图像重建的数据个数为180×240。第一代CT的缺点是：X线利用率很低；扫描时间长，检查一个层面需用3~5min，故仅能用于头颅检查。为了提高效率，可再加一个探测器，一次扫描可同时对两个层面进行数据采集，获得二个层面图像。这样，提高了第一代CT的工作效率和X线的利用率，但因扫描速度慢，且采集的数据少，故重建的图像质量较差。第一代CT已被淘汰。 图12-1 第一代CT （二）第二代CT（平移+旋转扫描方式） 第二代CT与第一代CT没有质的区别。如图12-2所示，它是在第一代CT的基础上，由单一笔形束改为扇形线束，由一只X线管和3~30个晶体探测器组成。由于X线束为5°~20°的小扇形束，所以又称小扇束CT。由呈扇形排列的多个探测器代替单一的探测器，每次平移扫描后的旋转角由1°提高到扇面夹角角度，这样旋转180°时，扫描时间缩短到20~90s，第二代快速CT有30个以上的探测器，扫描时间减至18s。为了提高图像质量，也有的采用240°、360°平移加旋转扫描，这种CT比第一代CT各项指标均有提高，不但可作头颅检查，实际上已具备了做全身CT检查的条件。如Pfizer 0200FS型、δ-50型、EMI5005型、CT-HF型、TCT-35A型、SCT-100N型等，都属该类CT。它们的主要缺点是：在扫描过程中，由于病人的生理运动，易产生伪影。 图12-2 第二代CT 第一代CT和第二代CT对病人运动引起的伪影特别敏感，因为在旋转期间不采集数据，如果病人运动，就会引起透射读数的差异，致使重建图像出现条纹伪影。目前，第二代CT已基本淘汰。 （三）第三代CT（旋转-旋转扫描方式） 如图12-3所示，第三代CT的扇形角较宽（30°~45°），可包含整个病人扫描层面，所以又称为广角扇束CT，探测器增加到300~1000个，逐个依次无空隙的排列。扫描时，X线管和探测器无需再做直线平移运动，仅做围绕病人进行的连续旋转运动即可。因此，大大缩短了扫描时间，故全身扫描时间可缩短到2~9s或更短。但需大mA，为此，均选用旋转阳极X线管。全身CT一般都采用此种扫描方式。第三代CT的优点是：结构较简单，使用操作方便，可获得较理想的CT图像。其缺点是：需