多层螺旋CT的原理及技术.doc

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1、.第1章多层螺旋CT的原理与技术近年来，随着CT成像能力的迅速发展，临床应用特别是CT血管成像技术的临床应用不断拓宽。只有掌握CT运行的基本原理，才能更好地理解CT血管成像（CTA）的潜力和限度。第一节CT的成像原理与结构图1-1CT的成像原理。一、CT成像的基本原理常规X线平片或透视是利用人体不同密度组织对于X线穿透后吸收能力不同的原理成像的。当X线透过人体后，因不同部位衰减程度不同，而在胶片或荧光屏上形成相应组织或器官的图像。CT仍然是利用X线的穿透性来成像。为了解决常规X线成像中不同脏器的空间重叠问题，CT采用高度准直的X线束围绕身体某—厚度的特定层面进行扫描，扫描过程中由

2、灵敏的检测器记录下X线穿透此层面后的衰减信息。由模拟-数字转换器将此模拟信息转换成数字信息，然后输入电子计算机（图1-1）。依照物理学原理，X线穿透人体组织后会产生衰减，衰减的程度与物质的密度和厚度有关。人体组织所构成的物质不同，因此对透射的X线可产生不同程度的衰减，称为“衰减系数”不同。假设X线的初始强度为I0，组织的厚度为d，衰减系数μ，衰减后的X线强度为I，则I=I0e-μd图1-2CT投影与重建。CT设备成像中，X线束“扫描”一个成像层面意味着从不同角度透射人体，得到可满足重建数据所要求的多个投影信息。每个方向上投射的X线都将穿过层面投射轨迹上的所有体素，到达检测器时，受

3、到的衰减将是各体素衰减作用的总和，以衰减系数μ表示，则I=I0e-(μ1+μ2+μ3+μ4……)d..扫描中，随着不断地改变投影角度，则得到各个投影方向上的大量数据集合，通过计算机实施相应的重建数学运算，最终可得到层面每个像素的X线衰减信息（图1-2）。这些X线衰减数据即组成数字矩阵，为了使图像直观化，此数字矩阵经数字-模拟转换后，以由黑至白的不同灰阶表示层面不同位置组织所造成的X线衰减强度，即将每一像素的X线衰减系数转换为相应的灰度值，可通过图像显示器输出就得到所成像层面的图像，这样此层面的诸解剖结构就可清晰地显示出来。二、CT的基本结构虽然目前CT设备经过30多年的发展，出现

4、多种设备类型，但是CT的主要结构组成从功能组成上依然分为以下四部分：扫描部分、计算机系统、操作控制部分以及图像的存储与显示系统。1．扫描部分包括X线发生系统、准值器、检测系统、扫描架以及检查床等。主要结构包括：⑴X线发生系统此部分的基本功能是提供成像所需的稳定X线束，包括X线球管、高压发生器和冷却系统等。CT机的X线球管，一般采用旋转阳极球管。球管焦点较小，约0.6~2mm大小。球管的热容量均较大，最新的可达500万热力单位，以适应连续大围扫描的需要。为保证CT机球管的正常工作，还需要辅助的高压发生器提供一个稳定的高压以及相应的球管的冷却系统。⑵准值器位于球管的X线出口处，为窄缝

5、样设计，可根据扫描要求调整为不同的宽度，用以对特定厚度的某部位进行成像。⑶检测系统包括位于扫描架的检测器、检测回路和模数转换器等，其主要任务是检测人体对X线的吸收量。检测器分为气体和固体两大类。较早期的设备多使用气体检测器，其采用气体电离的原理，当X线使气体产生电离时测量所产生电流的大小来反映X线强度的大小。常用气体为氙气。固体检测器，当接收X线能量时可将其转换电信号，进行光电换能。包括闪烁晶体检测器等，闪烁晶体有碘化钠、碘化铯、钨酸镉和锗酸铋等，但是早期的检测器在能量转换时损失较大；而目前使用较多的稀土瓷检测器的光电转换效率大为提高。检测器、CT球管以及准值器等都位于扫描架，共

6、同构成了X线-检测系统，扫描过程中X线或间断脉冲式，或连续发射；检测器不断检测X线吸收量，然后将所采集的数据经过模拟-数字转换输入计算机系统。2．计算机系统计算机系统的主要任务有两方面：一是扫描的控制，包括扫描架和检查床的运动、X线的产生、数据的采集以及各部件之间的信息交换等；二是承担数字处理和图像重建的任务，即将采集的数据经过数学计算得到相应层面的数字矩阵。CT设备的计算机系统少者只有一台计算机，但由于任务量较大，常采用多台计算机并行处理的方式，以提高采集和处理速度。按照所负担的任务分为主计算机和图像处理计算机两部分。图像处理计算机与主计算机相连接，负责处理多组数据，本身不能独

7、立工作。3．操作控制部分操作控制部分主要包括操作台，通过操作台输入整个CT操作或控制命令，进行扫描程序，扫描曝光条件的设定与选择，控制X线-检测系统的工作。同时检查前通过此部分要输入有关图像识别的多种数据和资料（包括患者..检查号、患者基本资料、体位等），检查后还要控制图像的显示，以及窗宽、窗位的选择等。随着CT设备的不断改进和提高，操作台的性能也日趋完善。目前的操作台已集操控和显示于—体，使用方便、功能全。为了提高工作效率，常配备与CT相连的CT诊断和后处理工作站，方便图像的浏