第5章医学CT影像设备与应用课件.ppt

1、第第5 5章章 医学医学CTCT影像设备与应用影像设备与应用5.1 CT影像设备简述5.2 医学CT影像设备成像系统5.3 螺旋CT5.4 多排螺旋CT5.5 CT影像设备新技术进展与应用 CT CT每扫描一次，即可得到一个方程，经过若干次每扫描一次，即可得到一个方程，经过若干次扫描，即得到一联立方程。经过计算机运算（傅立叶扫描，即得到一联立方程。经过计算机运算（傅立叶转换、反投影法等）可以解出这一联立方程，从而求转换、反投影法等）可以解出这一联立方程，从而求出每个体素的出每个体素的X X线吸收系数或衰减系数，将其排列成线吸收系数或衰减系数，将其排列成数字矩阵（数字矩阵（digital mat

2、rixdigital matrix），数字矩阵经过数字），数字矩阵经过数字/模拟转换器（模拟转换器（D/AD/A）把数字矩阵中的每个数字转变为）把数字矩阵中的每个数字转变为由黑到白不同灰度的小方块，即像素（由黑到白不同灰度的小方块，即像素（pixelpixel），也），也按矩阵排列，即构成了按矩阵排列，即构成了CTCT图像。图像。1 1CTCT成像的基本原理成像的基本原理高压发生器高压发生器X线球管线球管人体模型人体模型探测器群探测器群操作控制台操作控制台多幅激光照相机多幅激光照相机电子计算机电子计算机模数转换器模数转换器内外存储器内外存储器显示器显示器 CT影像设备的基本结构与工作原理流程影

3、像设备的基本结构与工作原理流程 CTCT机主机主要分以下三部分：即要分以下三部分：即 扫描系统（扫描系统（X X线管、探测器和扫描架）线管、探测器和扫描架）;计算机系统（数据储存、运算等）计算机系统（数据储存、运算等）;图像显示和存储、照相系统。图像显示和存储、照相系统。2 2CTCT影像设备的组成与功能影像设备的组成与功能 扫描系统（扫描系统（X X线管、探测器和扫描架）线管、探测器和扫描架）:扫描机架扫描机架（gantry）内安装有）内安装有X线系统、图像采线系统、图像采集、集、X线过滤器、系统准直器等，其中线过滤器、系统准直器等，其中X线球管和数线球管和数据采集系统（据采集系统（data

4、 acquisition system，DAS）最为重）最为重要。扫描机架的孔径与倾斜范围也是两项重要的应用要。扫描机架的孔径与倾斜范围也是两项重要的应用指标，目前多数扫描机架的孔径为指标，目前多数扫描机架的孔径为70cm，倾斜角度，倾斜角度通常为通常为1230。CT扫描系统的扫描机架与扫描床扫描系统的扫描机架与扫描床 扫描机架内部结构扫描机架内部结构 扫描系统（扫描系统（X X线管、探测器和扫描架）线管、探测器和扫描架）:X线球管线球管是是CT影像设备的心脏部分，由阴极、阳影像设备的心脏部分，由阴极、阳极和真空玻璃或金属管组成，其类型可分为极和真空玻璃或金属管组成，其类型可分为固定阳极固定阳

5、极和旋转阳极两种和旋转阳极两种。固定阳极固定阳极X线球管线球管主要应用于单束和多束形的扫描机主要应用于单束和多束形的扫描机中，其焦点是矩形的，主要用于第中，其焦点是矩形的，主要用于第1、2代代CT机中；机中；旋转阳极旋转阳极X线球管线球管主要用在扇束旋转扫描机中，故在主要用在扇束旋转扫描机中，故在第第3、4代代CT机中多采用此种机中多采用此种X线球管；线球管；目前，目前，CT多采用多采用2个焦点交个焦点交替工作，大大延长了替工作，大大延长了X线球管的线球管的寿命，其曝光次数由原来的寿命，其曝光次数由原来的2万万次达到次达到2550万次以上。万次以上。2003年末年末Siemens公司推出公司推

6、出所谓的零兆阳极热容量的概念，所谓的零兆阳极热容量的概念，代表球管为代表球管为Straton电子束控金电子束控金属球管，是以属球管，是以0.37秒速度进行机秒速度进行机架旋转的球管架旋转的球管,可以实现亚毫米可以实现亚毫米满负荷扫描。满负荷扫描。Straton电子束控金属球管外形电子束控金属球管外形 CT的数据采集系统（的数据采集系统（DAS）作用是测量作用是测量X射线束，并将这射线束，并将这些数据编码成二进制数据，送往计算机进行运算。些数据编码成二进制数据，送往计算机进行运算。探测器（探测器（detector）是是DAS系统中重要的部件，其主要功能系统中重要的部件，其主要功能有：有：接受透过

7、病人检查部位的接受透过病人检查部位的X射线；射线；将接收到的将接收到的X线线转换成模拟形式的电子信号；转换成模拟形式的电子信号；将模拟信号放大；将模拟信号放大；将模将模拟信号转换成数字信号（通过拟信号转换成数字信号（通过A/D转换器）。转换器）。计算机系统计算机系统:CT CT和和MRIMRI等临床大型医疗设备均使用的是小型计算等临床大型医疗设备均使用的是小型计算机。机。CTCT的计算机系统包括主计算机和阵列计算机两部的计算机系统包括主计算机和阵列计算机两部分。分。主计算机主计算机控制控制CTCT整个系统的正常工作。其主要的整个系统的正常工作。其主要的功能有：功能有：扫描监控，并将扫描监控，并

8、将CTCT扫描得到的数据进行存储；扫描得到的数据进行存储；CTCT值的校正；值的校正；图像的重建控制与图像后处理图像的重建控制与图像后处理；CTCT机自身故障的诊断与分析。机自身故障的诊断与分析。计算机系统计算机系统:阵列处理器阵列处理器（Array Array Processor,APProcessor,AP）：本）：本身不能独立工作，它身不能独立工作，它与主计算机相连，在与主计算机相连，在其控制下进行高速的其控制下进行高速的数据运算以完成数据运算以完成CTCT扫扫描的庞大数据量的处描的庞大数据量的处理与运算理与运算。Philips 16排排MSCT影像设备的影像设备的AP柜柜 CPU 3.

9、06GHzHard Disk 146GB图像显示与存储：图像显示与存储：CTCT图像的显示：图像的显示：由操作台上的由操作台上的CRTCRT屏显示，目前多层屏显示，目前多层螺旋螺旋CTCT多配有高性能的工作站（多配有高性能的工作站（workstationworkstation），也），也可以在工作站的显示屏上显示。可以在工作站的显示屏上显示。CTCT图像的记录系统：图像的记录系统：系统硬盘、外部存储器等构成。系统硬盘、外部存储器等构成。CTCT图像的外部存储器包括磁带、合式磁带、光盘、磁图像的外部存储器包括磁带、合式磁带、光盘、磁光盘、软盘以及各种照相机等。光盘、软盘以及各种照相机等。CT影像

10、设备可应用于许多领域，如：影像设备可应用于许多领域，如：应用在工业上可以进行无损检测；应用在工业上可以进行无损检测；应用在农业上可以测量树木的年轮、虫蛀或含水情况；应用在农业上可以测量树木的年轮、虫蛀或含水情况；应用在地球物理方面可以进行地球资源的勘探、地震的预应用在地球物理方面可以进行地球资源的勘探、地震的预测以及地质结构的确定等。测以及地质结构的确定等。在医学上，目前的在医学上，目前的CT影像设备几乎可以应用于人体各个影像设备几乎可以应用于人体各个部位的检查，在临床疾病的诊断和治疗中发挥越来越重要部位的检查，在临床疾病的诊断和治疗中发挥越来越重要的作用。的作用。1X线球管的热容量与散热率线

11、球管的热容量与散热率热容量的单位热容量的单位MHU，X线球管的热容量越大，表示可承受线球管的热容量越大，表示可承受的工作电流越大，连续工作的时间也越长；的工作电流越大，连续工作的时间也越长；散热率的单位是散热率的单位是kHU，散热率越高，说明，散热率越高，说明X线球管的性能线球管的性能越好越好。如：如：TOSHIBA公司的公司的Aquilion 16排排MSCT的的X线球管热容线球管热容量达到量达到7.5MHU，散热率达到，散热率达到1386KHU/min；而；而GE公司的公司的64排排LightSpeed VCT的的X线球管热容量达到线球管热容量达到8.0MHU,散热散热率超过率超过2100

12、KHU/min。2探测器的数量探测器的数量 探测器是位于探测器是位于X线球管和计算机系统之间重要的数据线球管和计算机系统之间重要的数据检测部件。一般来说，探测器的数量越多，采集到的扫描检测部件。一般来说，探测器的数量越多，采集到的扫描数据就越多，可提高数据就越多，可提高X射线的利用率，相应的缩短扫描时射线的利用率，相应的缩短扫描时间和提高图像的质量。间和提高图像的质量。比如比如GE公司公司LightSpeed 16排排MSCT的探测器系统共的探测器系统共有有24排矩阵式探测器组合，每排有排矩阵式探测器组合，每排有912个稀土陶瓷探测器，个稀土陶瓷探测器，共有共有21，888个探测器。个探测器。

13、3扫描时间、重建时间和周期时间扫描时间、重建时间和周期时间 CT扫描时间扫描时间是指是指X线球管以一定的层厚围绕人体旋转扫线球管以一定的层厚围绕人体旋转扫描一周（描一周（360）所需要的时间。扫描时间取决于）所需要的时间。扫描时间取决于X线球管旋线球管旋转的速度与能力，以往的转的速度与能力，以往的CT扫描时间为扫描时间为1s、2s、3s或更长，或更长，现在已实现了亚秒扫描。现在已实现了亚秒扫描。如如GE公司公司LightSpeed Plus 16排排CT的扫描时间为的扫描时间为0.5s；Philips公司的公司的Brilliance 16排排CT最短扫描时间可达最短扫描时间可达0.42s；扫描

14、时间的缩短可以扫描时间的缩短可以减少病人的检查时间，提高单位时减少病人的检查时间，提高单位时间内病人的检查量，还能减少不配合病人的运动伪影等。间内病人的检查量，还能减少不配合病人的运动伪影等。3扫描时间、重建时间和周期时间扫描时间、重建时间和周期时间重建时间重建时间是指计算机的阵列处理器将是指计算机的阵列处理器将CT扫描的原始数据扫描的原始数据重建成图像所需要的时间。目前，由于计算机功能的异常重建成图像所需要的时间。目前，由于计算机功能的异常强大强大,CT图像的重建速度有了大幅度提升，如先进的图像的重建速度有了大幅度提升，如先进的16排排MSCT能够在能够在1秒重建出秒重建出12幅幅51251

15、2的图像。的图像。3扫描时间、重建时间和周期时间扫描时间、重建时间和周期时间周期时间是周期时间是指从指从CT扫描开始、图像的重建、直到图像的显扫描开始、图像的重建、直到图像的显示这一全过程所需要的时间。示这一全过程所需要的时间。最大连续扫描时间是最大连续扫描时间是指螺旋指螺旋CT扫描时的扫描时的X线球管连续、不间线球管连续、不间断曝光时间的长短。该时间的长短不仅与断曝光时间的长短。该时间的长短不仅与X线球管的热容量线球管的热容量和散热率因素有关，还与和散热率因素有关，还与DAS数据采集的速度、计算机的处数据采集的速度、计算机的处理能力等因素有关。目前的多层螺旋理能力等因素有关。目前的多层螺旋C

16、T最大的连续扫描时最大的连续扫描时间可以超过间可以超过100秒。秒。（4）CT扫描方式扫描方式（5）计算机硬磁盘容量）计算机硬磁盘容量（6）矩阵）矩阵 矩阵（矩阵（matrix）是数字图像的格式，矩阵的大小直接决）是数字图像的格式，矩阵的大小直接决定了定了CT图像像素的大小与分辨率，矩阵与像素大小的关系：图像像素的大小与分辨率，矩阵与像素大小的关系：像素（像素（mm）=扫描野（扫描野（FOV）mm/矩阵。矩阵。矩阵包括重建矩阵和显示矩阵。早期矩阵包括重建矩阵和显示矩阵。早期CT机的矩阵较小，一机的矩阵较小，一般为般为256256，320320等；目前的等；目前的CT机的矩阵增加到机的矩阵增加到

17、512512，10241024；还有的；还有的CT机的重建矩阵为机的重建矩阵为512512，而显示矩阵为，而显示矩阵为10241024，对于显示的，对于显示的CT图像图像而言，其矩阵的大小不能小于重建矩阵。而言，其矩阵的大小不能小于重建矩阵。7高对比度分辨力高对比度分辨力 高对比度分辨力（高对比度分辨力（high contrast resolution）也称空）也称空间分辨力（间分辨力（spatial resolution）是指在）是指在CT图像中可辨认的图像中可辨认的相邻物体空间几何尺寸的最小限度，即对影像细微结构相邻物体空间几何尺寸的最小限度，即对影像细微结构的分辨能力。的分辨能力。高对比

18、度分辨力有两种表示方法，即每厘米包含多高对比度分辨力有两种表示方法，即每厘米包含多少线对数（少线对数（Lp/cm）或毫米线径（）或毫米线径（mm）。以往的）。以往的CT机机的高对比度分辨力一般在的高对比度分辨力一般在10 Lp/cm左右，目前的最先进左右，目前的最先进的多层螺旋的多层螺旋CT机分辨力可达到机分辨力可达到24 Lp/cm或更高。或更高。8低对比度分辨力低对比度分辨力 低对比度分辨力（低对比度分辨力（low contrast resolution）又称密度分）又称密度分辨力（辨力（density resolution）是指在低对比情况下，图像中能）是指在低对比情况下，图像中能够区分

19、物体密度的微小差别的能力，用百分数（够区分物体密度的微小差别的能力，用百分数（%）表示。）表示。影响因素有探测器灵敏度和采集层厚等影响因素有探测器灵敏度和采集层厚等。CT图像的密度分辨力明显高于图像的密度分辨力明显高于X线图像，一般比线图像，一般比X线图线图像高像高1020倍，这是倍，这是CT机性能的标志性优点之一。机性能的标志性优点之一。9时间分辨率时间分辨率 时间分辨率（时间分辨率（temporal resolution）是指影像设备在单）是指影像设备在单位时间内采集图像的帧数。该性能指标与位时间内采集图像的帧数。该性能指标与CT机对每帧图像机对每帧图像的采集时间、重建时间以及连续成像的能

20、力有关。的采集时间、重建时间以及连续成像的能力有关。8低对比度分辨力低对比度分辨力 低对比度分辨力（低对比度分辨力（low contrast resolution）又称密度分）又称密度分辨力（辨力（density resolution）是指在低对比情况下，图像中能）是指在低对比情况下，图像中能够区分物体密度的微小差别的能力，用百分数（够区分物体密度的微小差别的能力，用百分数（%）表示。）表示。影响因素有探测器灵敏度和采集层厚等影响因素有探测器灵敏度和采集层厚等。CT图像的密度分辨力明显高于图像的密度分辨力明显高于X线图像，一般比线图像，一般比X线图线图像高像高1020倍，这是倍，这是CT机性能

21、的标志性优点之一。机性能的标志性优点之一。9时间分辨率时间分辨率 时间分辨率（时间分辨率（temporal resolution）是指影像设备在单）是指影像设备在单位时间内采集图像的帧数。该性能指标与位时间内采集图像的帧数。该性能指标与CT机对每帧图像机对每帧图像的采集时间、重建时间以及连续成像的能力有关。的采集时间、重建时间以及连续成像的能力有关。（10）其他性能指标及概念）其他性能指标及概念 伪影、噪声、体素与像素、重建与重组、伪影、噪声、体素与像素、重建与重组、CT值、值、窗口技术、部分容积效应等。窗口技术、部分容积效应等。重建与重组（重建与重组（reconstruction and r

22、eformation）CT图像的重建与重组实际上不是同一个概念。重建图像的重建与重组实际上不是同一个概念。重建是指原始是指原始CT扫描得到的数据经过计算机采用特定的扫描得到的数据经过计算机采用特定的算法进行处理，最后得到能用于诊断的一幅图像，算法进行处理，最后得到能用于诊断的一幅图像，这一处理方法或过程称为重建；而重组是不涉及原这一处理方法或过程称为重建；而重组是不涉及原始数据处理的一种图像处理方法。始数据处理的一种图像处理方法。（10）其他性能指标及概念）其他性能指标及概念CT值：值：是是CT图像中各种组织与图像中各种组织与X线吸收系数（线吸收系数（值）相值）相当的对应值，它是从人体组织器官

23、的当的对应值，它是从人体组织器官的值换算出来的。值换算出来的。CT值值=-w/wa，其中，其中和和w分别为受检物和水的分别为受检物和水的吸收系数（骨皮质吸收系数为吸收系数（骨皮质吸收系数为2.0，空气吸收系数为，空气吸收系数为0，水的吸收系数为水的吸收系数为1.0），），a为分度因数。一般将人体组织为分度因数。一般将人体组织CT值划分为值划分为2000个单位（个单位（HU），最上界为骨），最上界为骨+1000HU，最下界为空气最下界为空气-1000Hu，水的理想，水的理想CT值为值为0。CT值不是值不是绝对不变的数值，与绝对不变的数值，与X线管电压、线管电压、CT设备、扫描层厚等设备、扫描层厚

24、等因素有关。因素有关。CT值有助于大致判断组织类型，从而有助于值有助于大致判断组织类型，从而有助于提示疾病的诊断。提示疾病的诊断。（10）其他性能指标及概念）其他性能指标及概念 窗口技术：窗口技术：人体组织的人体组织的CT值范围是值范围是2000个单位，人体的个单位，人体的CT图像实图像实际上是用际上是用2000个灰度值表示的、层次非常丰富，而人眼一般仅能分辨出个灰度值表示的、层次非常丰富，而人眼一般仅能分辨出16个灰度等级。若将个灰度等级。若将2000个灰度等级划分为个灰度等级划分为16个灰阶，则每个灰阶所能个灰阶，则每个灰阶所能分辨的分辨的CT值为值为200016=125HU，也就是说，当

25、相邻的两种组织的，也就是说，当相邻的两种组织的CT值值相差相差125HU时，人眼才能将两者区分出来。为了显示组织结构的细节和时，人眼才能将两者区分出来。为了显示组织结构的细节和反映准确的密度差值，就必须使用窗口技术反映准确的密度差值，就必须使用窗口技术 窗宽（窗宽（window width）是指显示图像所包含的是指显示图像所包含的CT值范围，在此范值范围，在此范围内的组织结构按密度的高低从白到黑分为围内的组织结构按密度的高低从白到黑分为16个灰度等级进行观察分析。个灰度等级进行观察分析。调节窗宽主要影响对比度，窗宽大则图像层次多，组织对比少，反之亦调节窗宽主要影响对比度，窗宽大则图像层次多，组

26、织对比少，反之亦然。然。窗位（窗位（window level）是指观察某一组织结构细节时，以该组织的是指观察某一组织结构细节时，以该组织的CT值为中心进行观察。如脑组织的值为中心进行观察。如脑组织的CT值大约为值大约为35HU，则窗位选择为，则窗位选择为35HU，窗宽常用，窗宽常用100HU。（10）其他性能指标及概念）其他性能指标及概念 部分容积效应：部分容积效应：CT图像上各个像素的数值代表相应单位图像上各个像素的数值代表相应单位组织全体的平均组织全体的平均CT值，它不能如实反映该单位内各种组织本值，它不能如实反映该单位内各种组织本身的身的CT值。在值。在CT扫描中，凡小于层厚的病变，其扫

27、描中，凡小于层厚的病变，其CT值受层值受层厚内其它组织的影响，所测出的厚内其它组织的影响，所测出的CT值不能代表病变的真正的值不能代表病变的真正的CT值：如在高密度组织中较小的低密度病灶，其值：如在高密度组织中较小的低密度病灶，其CT值偏高；值偏高；反之，在低密度组织中的较小的高密度病灶，其反之，在低密度组织中的较小的高密度病灶，其CT值偏低，值偏低，这种现象称为部分容积效应。这种现象称为部分容积效应。采用薄的扫描层面和高矩阵重建或显示图像，有助于减采用薄的扫描层面和高矩阵重建或显示图像，有助于减少部分容积效应的影响。少部分容积效应的影响。医学医学CT影像设备的数据采集系统（影像设备的数据采集

28、系统（data acquisition system，DAS）包括探测器、缓冲器、积分器和）包括探测器、缓冲器、积分器和A/D转换器等转换器等部分。在部分。在CT扫描过程中，由探测器检测到的透过人体组织结构扫描过程中，由探测器检测到的透过人体组织结构的不可见的的不可见的X线光转换成模拟电信号，在计算机的控制下，经过线光转换成模拟电信号，在计算机的控制下，经过缓冲、积分放大后进行模数（缓冲、积分放大后进行模数（A/D）转换，形成原始的数字信号）转换，形成原始的数字信号并送给计算机运算。并送给计算机运算。探测器（探测器（detector）是一种能量转换装置，常用的有两种）是一种能量转换装置，常用的

29、有两种基本类型，一种是收集电离电荷的探测器，包括气体和固体探基本类型，一种是收集电离电荷的探测器，包括气体和固体探测器。测器。一种是闪烁晶体探测器，主要是半导体探测。一种是闪烁晶体探测器，主要是半导体探测。（1）气体探测器技术应用的是气体电离室，当）气体探测器技术应用的是气体电离室，当X线进入探测器线进入探测器时，极板间的氙气被电离形成带电离子，在电场作用下，带电时，极板间的氙气被电离形成带电离子，在电场作用下，带电离子沿着电场线形移动形成电流，该电流在外电路电阻中产生离子沿着电场线形移动形成电流，该电流在外电路电阻中产生一个电压信号，输送到检测电路。一个电压信号，输送到检测电路。到到DAS电

30、信号电信号氙气氙气探测器探测器X-ray（2）闪烁晶体探测器闪烁晶体探测器是利用某些晶体受到照射后发光的特征制成的，常用是利用某些晶体受到照射后发光的特征制成的，常用的闪烁晶体有碘化钠等，具有残光少，转换效率高，性能稳定等优点。目的闪烁晶体有碘化钠等，具有残光少，转换效率高，性能稳定等优点。目前最先进的多层螺旋前最先进的多层螺旋CT机设备的探测器采用超快速稀土陶瓷材料制作。机设备的探测器采用超快速稀土陶瓷材料制作。闪烁晶体探测器的工作原理是闪烁晶体探测器的工作原理是：当：当X线照射到晶体后，原子接受线照射到晶体后，原子接受X线光量线光量子的能量，产生激发或电离，处于激发状态的原子返回到原来的基

31、态时，子的能量，产生激发或电离，处于激发状态的原子返回到原来的基态时，即释放出能量，这种能量会以荧光光子的形态出现，经过光导传给光电倍即释放出能量，这种能量会以荧光光子的形态出现，经过光导传给光电倍增管的光电阴极上，使其上的光电敏感物质发出光电子，聚焦后投射到光增管的光电阴极上，使其上的光电敏感物质发出光电子，聚焦后投射到光电倍增管的联极进一步增大打在阳极上，并在输出电阻上形成一个电压脉电倍增管的联极进一步增大打在阳极上，并在输出电阻上形成一个电压脉冲反馈到检测电路。冲反馈到检测电路。（2）A/D转换器在转换器在DAS系统中也起着重要的作用，它是将从探系统中也起着重要的作用，它是将从探测器所获

32、得的脉动的模拟信号，经过缓冲处理后进行积分放大，测器所获得的脉动的模拟信号，经过缓冲处理后进行积分放大，再转变成数字信号输送给计算机进行运算。再转变成数字信号输送给计算机进行运算。以第以第3代代CT为例说明为例说明CT成像的基本步骤与过程，即产生成像的基本步骤与过程，即产生X线线收集数据收集数据处理数据处理数据显示图像。显示图像。X线的产生是在高压发生器作用下由线的产生是在高压发生器作用下由X线球管发出的。在线球管发出的。在CT扫描过程中扫描过程中X线穿过人体后由探测器接受，收据数据系统线穿过人体后由探测器接受，收据数据系统（DAS）每秒种向探测器取样）每秒种向探测器取样984次，每次取样可以

33、认为是次，每次取样可以认为是一次投影，总投影数一次投影，总投影数=每秒取样数每秒取样数扫描速度（扫描速度（S）。）。例如例如:第第3代代CT机机DAS内共有内共有47块模拟滤过器板，每块板块模拟滤过器板，每块板上有上有16个通道，则共有个通道，则共有752个通道，每个通道每秒采样次数个通道，每个通道每秒采样次数为为984次，这些采样数据传送到重建和数据收集处理器次，这些采样数据传送到重建和数据收集处理器（RDCP），经过暂存、过滤处理后送到磁盘上保存。），经过暂存、过滤处理后送到磁盘上保存。数据处理和图像重建的基本过程是：数据处理和图像重建的基本过程是：（1）由数据收集系统（）由数据收集系统（

34、DAS）采集的投影数据，首先送到）采集的投影数据，首先送到A/D转换器。转换器。（2）阵列处理器（）阵列处理器（AP）的输入）的输入/输出处理器（输出处理器（IOP）接收）接收DAS的投影数据，必要时进行数据的压缩和重定格式处理，的投影数据，必要时进行数据的压缩和重定格式处理，然后再将这些数据传送到主存储器的缓冲器中。然后再将这些数据传送到主存储器的缓冲器中。（3）AP的运算单元由存储传输处理器、超高速缓冲存储器、的运算单元由存储传输处理器、超高速缓冲存储器、数字转换处理器和算术运算单元等构成，它们将被滤过的投数字转换处理器和算术运算单元等构成，它们将被滤过的投影数据再传送到反投影系统。影数据

35、再传送到反投影系统。（4）反投影控制器将接收到的投影数据分配到反投影板上）反投影控制器将接收到的投影数据分配到反投影板上的各个单元，每个反投影单元（包含三个存储器，分别是的各个单元，每个反投影单元（包含三个存储器，分别是E存储器、存储器、L存储器和存储器和H存储器）容纳的数据可从一个投影到存储器）容纳的数据可从一个投影到六个投影，并被同时存储起来。六个投影，并被同时存储起来。（5）在主存储器中，）在主存储器中，AP软件为影像数据建立有一个分区，软件为影像数据建立有一个分区，在投影数据被送到反投影单元后，影像数据已经为处理作好在投影数据被送到反投影单元后，影像数据已经为处理作好准备，反投影控制器

36、接收影像数据并将它们送到反投影板进准备，反投影控制器接收影像数据并将它们送到反投影板进行处理。行处理。（6）影像数据与每个反投影单元的结果一起传送到每个反）影像数据与每个反投影单元的结果一起传送到每个反投影板进行求和运算，在离开最后一个反投影单元后，影像投影板进行求和运算，在离开最后一个反投影单元后，影像数据返回主存储器，等待下一组投影数据的装入。数据返回主存储器，等待下一组投影数据的装入。（7）在影像数据被输送到主控计算机之前，合成扫描影像）在影像数据被输送到主控计算机之前，合成扫描影像需要运算单元进行处理和统一换算。需要运算单元进行处理和统一换算。（8）最后，这些合成的像素数据被输送到主控

37、计算机进行）最后，这些合成的像素数据被输送到主控计算机进行存储和显示。存储和显示。CT图像的显示（图像的显示（imaging display）可以由操作台上的）可以由操作台上的CRT屏显示（单屏或双屏），目前多层螺旋屏显示（单屏或双屏），目前多层螺旋CT多配有高性多配有高性能的工作站（能的工作站（workstation），也可以在工作站的显示屏上显），也可以在工作站的显示屏上显示图像，并利用工作站的应用软件进行图像的后处理和照相示图像，并利用工作站的应用软件进行图像的后处理和照相等工作。等工作。无论无论CT图像采取何种介质存储，最终还必须提供一种图像采取何种介质存储，最终还必须提供一种途径产生

38、硬拷贝，即途径产生硬拷贝，即CT影像胶片。影像胶片。早期的早期的CT机多使用多幅照相机，目前已经被淘汰。机多使用多幅照相机，目前已经被淘汰。激光照相机则以速度快、连续批量打印，成像清晰、分激光照相机则以速度快、连续批量打印，成像清晰、分辨率高，集成度高、网络化和明室操作等优点，现在已经成辨率高，集成度高、网络化和明室操作等优点，现在已经成为医学影像设备常用的硬拷贝工具。目前激光照相机可分为为医学影像设备常用的硬拷贝工具。目前激光照相机可分为湿式与干式相机，后者可能是将来发展的趋势。湿式与干式相机，后者可能是将来发展的趋势。1滑环技术滑环技术 滑环技术是螺旋扫描的基滑环技术是螺旋扫描的基础，它的

39、发明问世标志着础，它的发明问世标志着CT成像技术进入一个快速发展的成像技术进入一个快速发展的新时代。滑环技术的重大贡献新时代。滑环技术的重大贡献是解决了是解决了CT机架旋转部分与机架旋转部分与静止部分的馈电和信号传递方静止部分的馈电和信号传递方式问题，可以实现式问题，可以实现X线球管连线球管连续旋转和曝光。它是用一个滑续旋转和曝光。它是用一个滑环和一个碳刷代替了电缆，当环和一个碳刷代替了电缆，当碳刷沿着滑环滑动时，则经滑碳刷沿着滑环滑动时，则经滑环与碳刷向环与碳刷向X线球管供电。由线球管供电。由于摆脱了各种电缆的缠绕限制，于摆脱了各种电缆的缠绕限制，而且而且X线发生器和探测器均安线发生器和探测

40、器均安装在一个滑环上，因此滑环可装在一个滑环上，因此滑环可单方向连续旋转。单方向连续旋转。滑环有三部分组成：滑环有三部分组成：传送设备操作与控制信传送设备操作与控制信号的低压环；号的低压环；供应供应X线球管与变压器电源的高压线球管与变压器电源的高压环；环；探测器传送数据的数据环。依照高压环上的探测器传送数据的数据环。依照高压环上的电压不同，又可以分为低压滑环与高压滑环两种。电压不同，又可以分为低压滑环与高压滑环两种。低压滑环是指通过滑环技术对低压滑环是指通过滑环技术对CT扫描机架以低电扫描机架以低电压馈电的方式，它由外界将数百伏的直流电输入到扫描压馈电的方式，它由外界将数百伏的直流电输入到扫描

41、机架内，电压较低，容易实现良好的绝缘，数据传输性机架内，电压较低，容易实现良好的绝缘，数据传输性能稳定。其主要缺点是容易产生电弧问题，因此要求碳能稳定。其主要缺点是容易产生电弧问题，因此要求碳刷与滑环接触电阻非常小，滑环常采用电阻率非常低的刷与滑环接触电阻非常小，滑环常采用电阻率非常低的材料制作而成。由于低压滑环的高压发生器是安装在机材料制作而成。由于低压滑环的高压发生器是安装在机座旋转架上的，因此要求发生器的体积小、重量轻、功座旋转架上的，因此要求发生器的体积小、重量轻、功率大，一般普遍采用中高频逆变技术，它是滑环技术的率大，一般普遍采用中高频逆变技术，它是滑环技术的关键。由于低压滑环对绝缘

42、要求不高，而且安全、稳定、关键。由于低压滑环对绝缘要求不高，而且安全、稳定、可靠，因此被大多数可靠，因此被大多数CT厂家所采用。厂家所采用。高压滑环是利用滑环技术将高压电馈入机架内以供高压滑环是利用滑环技术将高压电馈入机架内以供给给X线球管产生线球管产生X射线。旋转的高压滑环安装在充满绝射线。旋转的高压滑环安装在充满绝缘或惰性气体的缘或惰性气体的，高压发生器产生，高压发生器产生120kV至至140kV的电的电压，经滑环进入机座内的旋转架上。其优点是可以使高压，经滑环进入机座内的旋转架上。其优点是可以使高压发生器外置，一方面不增加旋转机架的重量，也不必压发生器外置，一方面不增加旋转机架的重量，也

43、不必担心滑环因触点电流而引起的温度升高问题，扫描的速担心滑环因触点电流而引起的温度升高问题，扫描的速度也比低压滑环要快；另一方面，高压发生器不受体积度也比低压滑环要快；另一方面，高压发生器不受体积重要的限制，可使发生器功率做的很大。高压滑环的缺重要的限制，可使发生器功率做的很大。高压滑环的缺点是容易引起机架的旋转部件和静止部件及接触臂、电点是容易引起机架的旋转部件和静止部件及接触臂、电刷之间的高压放电，由此引发高压噪声，影响数据采集。刷之间的高压放电，由此引发高压噪声，影响数据采集。目前的螺旋目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。很少采用高压滑环技术。2非螺旋非螺旋CT与螺旋与螺旋CT扫描方式的

44、比较扫描方式的比较 螺旋螺旋CT扫描采用的滑环技术，去除了扫描采用的滑环技术，去除了X线球管与机架之线球管与机架之间的电缆连接的束缚，使得球管、探测器系统可以单向连续间的电缆连接的束缚，使得球管、探测器系统可以单向连续旋转，每旋转旋转，每旋转360的扫描时间可以缩短到的扫描时间可以缩短到1秒或亚秒，明显秒或亚秒，明显提高了扫描速度和检查效率。更主要的是在连续扫描的同时，提高了扫描速度和检查效率。更主要的是在连续扫描的同时，检查床也单向匀速移动，使得整个扫描的轨迹类似螺旋管，检查床也单向匀速移动，使得整个扫描的轨迹类似螺旋管，它所采集的数据是某一检查器官或部位连续的扫描数据，即它所采集的数据是某

45、一检查器官或部位连续的扫描数据，即容积数据，因此也称这种扫描方式为容积扫描。容积数据，因此也称这种扫描方式为容积扫描。5.3.1 螺旋螺旋CT主要特点主要特点（1）螺旋）螺旋CT扫描中的参数与概念扫描中的参数与概念螺距（螺距（pitch）：螺距的定义是指）：螺距的定义是指X线球管扫描旋转一周检查床运行线球管扫描旋转一周检查床运行的距离与射线束宽度的比值，当螺距等于的距离与射线束宽度的比值，当螺距等于1时，说明扫描旋转一周检查时，说明扫描旋转一周检查床移动的距离与床移动的距离与X线射线束的宽度相等。一般来说，增加螺距可以提高线射线束的宽度相等。一般来说，增加螺距可以提高扫描的速度，缩短扫描的时间

46、，但是图像的质量会有所下降。当螺距等扫描的速度，缩短扫描的时间，但是图像的质量会有所下降。当螺距等于零时与非螺旋于零时与非螺旋CT的扫描相同。的扫描相同。（1）螺旋）螺旋CT扫描中的参数与概念扫描中的参数与概念 重建间隔：是指被重建的相邻两个层面横断面之间长轴方向的距离。重建间隔：是指被重建的相邻两个层面横断面之间长轴方向的距离。通过采用不同的重建间隔，可以确定被重建图像的层面重叠程度；另外重通过采用不同的重建间隔，可以确定被重建图像的层面重叠程度；另外重建间隔与被重建图像的质量也有直接关系，当重建间隔增大时图像的质量建间隔与被重建图像的质量也有直接关系，当重建间隔增大时图像的质量得以改善。得

47、以改善。回顾性重建：螺旋回顾性重建：螺旋CT扫描的一个重要特性就是可以回顾性重建，即先扫描的一个重要特性就是可以回顾性重建，即先收集螺旋扫描的原始数据，然后可以脱离螺距在任何位置上对图像进行体收集螺旋扫描的原始数据，然后可以脱离螺距在任何位置上对图像进行体层重建。层重建。成像范围：即成像范围：即CT扫描一次采集中成像的第一层面中点与成像的最后一扫描一次采集中成像的第一层面中点与成像的最后一层面中点之间的距离。层面中点之间的距离。（2）螺旋）螺旋CT扫描的图像重建扫描的图像重建螺旋螺旋CT的图像重建方式必须采取特殊的方法从螺旋扫描数据中合成平面数据，的图像重建方式必须采取特殊的方法从螺旋扫描数据

48、中合成平面数据，该种重建方法称为内插法，其理论是螺旋扫描数据段的任何一点，可以采用相邻该种重建方法称为内插法，其理论是螺旋扫描数据段的任何一点，可以采用相邻两点的扫描数据通过插值，然后再作滤过反投影重建出一幅螺旋扫描的平面图像。两点的扫描数据通过插值，然后再作滤过反投影重建出一幅螺旋扫描的平面图像。目前常用的数据内插方式主要有两种：目前常用的数据内插方式主要有两种：360线性内插和线性内插和180线性内插。线性内插。360线性内插算法多在螺旋线性内插算法多在螺旋CT的早期被使用，其主要缺点是由于层厚响应曲线的早期被使用，其主要缺点是由于层厚响应曲线增宽，是图像的质量有所下降。现在螺旋增宽，是图

49、像的质量有所下降。现在螺旋CT多采用多采用180线性内插法，它是采集线性内插法，它是采集靠近重建平面的两点扫描数据，通过内插形成新的平面数据。它与靠近重建平面的两点扫描数据，通过内插形成新的平面数据。它与360内插法内插法主要的区别是采用了第主要的区别是采用了第2个螺旋扫描的数据，并使其偏移了个螺旋扫描的数据，并使其偏移了180角，从而能够靠角，从而能够靠近被重建的数据平面，进而克服近被重建的数据平面，进而克服360内插法的不足改善了重建图像的质量。此内插法的不足改善了重建图像的质量。此外，较少应用的高功能内插还有单边叶法和双变叶法等。外，较少应用的高功能内插还有单边叶法和双变叶法等。（3）螺

50、旋）螺旋CT影像设备的优缺点影像设备的优缺点 与非螺旋与非螺旋CT扫描比较，螺旋扫描比较，螺旋CT扫描主要具有以下优点：扫描主要具有以下优点：螺旋螺旋CT连续扫描连续扫描的能力，使得整个器官或一个部位可以在一次屏气中完成扫描，从而避免漏的能力，使得整个器官或一个部位可以在一次屏气中完成扫描，从而避免漏扫或重扫。扫或重扫。由于没有层与层面之间的停顿，使得一次扫描检查的时间明显由于没有层与层面之间的停顿，使得一次扫描检查的时间明显缩短，有益于危重病人和不配合病人的检查。缩短，有益于危重病人和不配合病人的检查。对于肺脏、肝脏等受呼吸影对于肺脏、肝脏等受呼吸影响的脏器，由于在屏气情况下一次完成扫描，可