CT 设设 备备 CT: computed tomography computerized tomography计算机体层照相术计算机体层照相术计算机断层照相术计算机断层照相术计算机控制断层扫描术计算机控制断层扫描术computerized axial tomography (CAT)计算机控制横轴向计算机控制横轴向X线断层扫描术线断层扫描术一、开展一、开展简史史 n1895年，伦琴发现年，伦琴发现X线。线。n1917年，奥地利数学家年，奥地利数学家Radon提出了图像重建实际提出了图像重建实际的数学方法。的数学方法。n50年代，年代，Allan M.Cormack便开场讨论各种便开场讨论各种CT的原的原理；理；n60年代末期，英国年代末期，英国EMIElectrical And Music Industries公司的实验中心根据公司的实验中心根据Cormack原理，尝原理，尝试建立一套试建立一套CT设备。由设备。由Godfrey Hounsfield担任整担任整个实验方案，个实验方案，1971年他所指点的小组建立了第一套年他所指点的小组建立了第一套CT系统，并于系统，并于1972年春正式发表头部年春正式发表头部CT影像。影像。 Cormark与与Hounsfeild因在因在CT开展开展上的出色奉献，荣获了上的出色奉献，荣获了1979年的诺贝年的诺贝尔医学奖。尔医学奖。 1924201919192019n1972年，年，G.N.Hounsfield研制出世界上第一研制出世界上第一台用于临床的台用于临床的CT，利用这台，利用这台CT初次为一名妇初次为一名妇女诊断出脑部的囊肿，获得了世界上第一张女诊断出脑部的囊肿，获得了世界上第一张病人病人CT照片。照片。nHounsfield和和Ambrose在英国放射学年会上在英国放射学年会上正式发表论文，宣告正式发表论文，宣告CT的诞生；同年的诞生；同年11月，月，在北美放射学会在北美放射学会Radiological Society of North America，RSNA年会上向全世界宣年会上向全世界宣布。布。n1974年，美国年，美国George Town大学医学中心大学医学中心的工程师的工程师Ledley研制出世界上第一台全身研制出世界上第一台全身CT。n在以后在以后30多年的时间内，已先后从头颅多年的时间内，已先后从头颅CT开展到螺旋开展到螺旋CT和多层和多层CT。n经过多个不同角度对物体用经过多个不同角度对物体用X射线扫描后，射线扫描后，可以将信息可以将信息100%的获取的获取 Computed Tomography CT的根本思想或称原理的根本思想或称原理是取一高度准直的、极细笔是取一高度准直的、极细笔状状X射线束，环绕人体某一射线束，环绕人体某一部分作断面扫描，未被吸收部分作断面扫描，未被吸收光子穿透人体后被检测器接光子穿透人体后被检测器接纳，作为模拟信号输人，经纳，作为模拟信号输人，经过数处置和运算后重建图像。过数处置和运算后重建图像。 一第一代一第一代CT平移平移+旋转扫描方式旋转扫描方式 n多属头部公用多属头部公用CT，由一只，由一只X线管和线管和1-2个晶体个晶体探测器探测器detector组成。由于组成。由于X线束被准线束被准直器准直为铅笔芯粗细的笔形线束，又称笔直器准直为铅笔芯粗细的笔形线束，又称笔形束形束CT。nX线管管产生的笔形束穿生的笔形束穿过病人病人头部照射到与其部照射到与其相相对的探的探测器上，二者先做同步直器上，二者先做同步直线平移平移扫描描运运动。获得得240个透射丈量数据后，停个透射丈量数据后，停顿平移，平移，再再环绕病人病人头颅中心旋中心旋转1，做与上次方向相，做与上次方向相反的直反的直线扫描运描运动。获得得240个丈量数据后，个丈量数据后，停停顿平移，再旋平移，再旋转1，反复上述，反复上述过程，直到程，直到180得到得到180组由由240个丈量数据个丈量数据组成的平行成的平行投影投影值，即完成了数据的采集，即完成了数据的采集过程。程。First GenerationOne detectorTranslation-rotationParallel-beam(From G. Wang)n第一代第一代CT的缺陷是：的缺陷是： n 1.X线利用率很低；线利用率很低； n 2.扫描时间长；扫描时间长； n 3.重建的图像质量较差。重建的图像质量较差。 n为了提高效率，可再加一个探测器，一次扫为了提高效率，可再加一个探测器，一次扫描可同时对两个层面进展数据采集，获得二描可同时对两个层面进展数据采集，获得二个层面图像。这样，提高了第一代个层面图像。这样，提高了第一代CT的任务的任务效率和效率和X线的利用率。线的利用率。二第二代二第二代CT平移平移+旋转扫描方式旋转扫描方式 n第二代第二代CT在第一代在第一代CT的根底上，由的根底上，由单一笔形一笔形束改束改为扇形扇形线束，一只束，一只X线管和扇形管和扇形陈列的列的330个晶体探个晶体探测器器组成。由于成。由于X线束束为520的小扇形束，又称小扇束的小扇形束，又称小扇束CT。n每次平移每次平移扫描后的旋描后的旋转角由角由1提高到扇面提高到扇面夹角角度，角角度，这样旋旋转180时，扫描描时间缩短到短到2090s，第二代快速，第二代快速CT有有30个以上的探个以上的探测器，器，扫描描时间减至减至18s。为了提高了提高图像像质量，量，也有的采用也有的采用240、360平移加旋平移加旋转扫描，描，这种种CT比第一代比第一代CT各各项目的均有提高，不但可目的均有提高，不但可作作头颅检查，实践上已具践上已具备了做全身了做全身CT检查的条件。的条件。Second GenerationMultiple detectorsTranslation-rotationSmall fan-beam(From G. Wang)n主要缺陷是：在扫描过程中，由于病人的生主要缺陷是：在扫描过程中，由于病人的生理运动，易产生伪影。理运动，易产生伪影。n第一代第一代CT和第二代和第二代CT对病人运动引起的伪影对病人运动引起的伪影特别敏感，由于在旋转期间不采集数据，假特别敏感，由于在旋转期间不采集数据，假设病人运动，就会引起透射读数的差别，致设病人运动，就会引起透射读数的差别，致使重建图像出现条纹伪影。目前，第二代使重建图像出现条纹伪影。目前，第二代CT也已根本淘汰。也已根本淘汰。三第三代三第三代CT旋转旋转-旋转扫描方式旋转扫描方式 n第三代第三代CT的扇形角的扇形角较宽3045，可包，可包含整个病人含整个病人扫描描层面，所以又称面，所以又称为广角扇束广角扇束CT，探，探测器添加到器添加到3001000个，逐个依次个，逐个依次无空隙的无空隙的陈列。列。n扫描时，仅做围绕病人进展的延续旋转运动扫描时，仅做围绕病人进展的延续旋转运动即可。大大缩短了扫描时间，故全身扫描时即可。大大缩短了扫描时间，故全身扫描时间可缩短到间可缩短到29s或更短。但需大或更短。但需大mA，为此，为此，均选用旋转阳极均选用旋转阳极X线管。全身线管。全身CT普通都采用普通都采用此种扫描方式。此种扫描方式。n第三代第三代CT的优点：构造较简单，运用操作方的优点：构造较简单，运用操作方便，可获得较理想的便，可获得较理想的CT图像。图像。Third GenerationMultiple detectorsTranslation-rotationLarge fan-beam(From G. Wang)n其缺陷是：需对相邻探测器的灵敏度差别进展其缺陷是：需对相邻探测器的灵敏度差别进展校正，这是由于一个角度的投影由不同的相邻校正，这是由于一个角度的投影由不同的相邻探测器进展丈量，相邻探测器的性能差别将产探测器进展丈量，相邻探测器的性能差别将产生同心环形伪影。目前，第三代生同心环形伪影。目前，第三代CT的环形伪的环形伪影已被处理，成为当代影已被处理，成为当代CT的主流的主流n在第三代在第三代CT根底上开展起来的滑环式螺旋根底上开展起来的滑环式螺旋CT，特别是近几年来各大厂家研讨开发的多层面，特别是近几年来各大厂家研讨开发的多层面CT已成为如今和未来一段时期的主导产品。已成为如今和未来一段时期的主导产品。 四第四代四第四代CT旋转旋转-静止扫描方式静止扫描方式 n第四代第四代CT具有更多的探具有更多的探测器器6001500个，个，分布在分布在360的的圆周上。周上。n扫描描时，仅X线管做管做围绕病人一周的旋病人一周的旋转运运动，而探而探测器那么固定不器那么固定不动。扇形。扇形线束角度也束角度也较大，大，扫描速度可达描速度可达15s，是第三代，是第三代CT的一个的一个变形。形。第四代第四代CT的出的出现缘由是第三代由是第三代CT在在扫描描过程程中，从几何构造上中，从几何构造上讲，每一个探，每一个探测器只接受穿器只接受穿过病人病人扫描描层面内的某一面内的某一环形部形部组织的的X线衰衰减信息，当探减信息，当探测器性能不器性能不稳定定时，容易引起，容易引起环形形伪影而研制的。影而研制的。n当第三代当第三代CT采用稳定可靠的高效率探测器之采用稳定可靠的高效率探测器之后，并从软件上处理了环形伪影的产生条件后，并从软件上处理了环形伪影的产生条件和配置了软件校正措施。和配置了软件校正措施。n第四代第四代CT那么因探测器数量多且在扫描过程那么因探测器数量多且在扫描过程中不能被充分利用，相对于第三代中不能被充分利用，相对于第三代CT已失去已失去了明显的优越性。故第四代了明显的优越性。故第四代CT只需个别厂家只需个别厂家曾经消费过。曾经消费过。 Fourth GenerationDetector ringSource-rotationLarge fan-beamThird & Fourth Generations(From Picker)(From Siemens)五第五代五第五代CT静止静止-静止扫描方式静止扫描方式 n第五代第五代CT由一个大型特制由一个大型特制扫描描电子束子束X线管、管、一一组由由864个固体探个固体探测器构成的器构成的阵列和一个数列和一个数据采据采样、图像像处置、数据置、数据显示的示的计算机系算机系统组成。成。n864个固体探个固体探测器均分器均分为两两组432个，分个，分别安装在两个安装在两个216的固定的固定环内。每个固体探内。每个固体探测器器作作为一个数据采集一个数据采集单元。它由一个元。它由一个X线可可见光光转换晶体、一个光晶体、一个光电转换硅二极管和一个硅二极管和一个前置放大器构成。以上三者必需做到最正确匹前置放大器构成。以上三者必需做到最正确匹配，以提高配，以提高稳定度和精度。定度和精度。E-Beam CT ScannernSpeed: 50, 100 msnThickness: 1.5, 3, 6, 10 mmnECG trigger cardiac images(From Imatron)n第五代第五代CT的任的任务过程是：程是：n 1、电子子枪产生的生的电子束加速子束加速(沿沿X线管管长轴方向方向)、偏、偏转、轰击到到4个个紧挨的挨的210环型靶面靶型靶面靶环上；上；n 2、准直器将、准直器将X线准直成扇角准直成扇角为30、厚、厚为2cm的扇形束；的扇形束；n 3、X线穿过病人病人，由环形探测器阵列丈量线穿过病人病人，由环形探测器阵列丈量透射后的透射后的X线强度分布，经线强度分布，经A/D转换后，进展转换后，进展图像重建。图像重建。 4、高速运动的电子束无机械惯性，可依次扫、高速运动的电子束无机械惯性，可依次扫描一个靶环或同时轮番扫描描一个靶环或同时轮番扫描2-4个靶环。由于个靶环。由于采用排成两排的环形探测器阵列，故高速运采用排成两排的环形探测器阵列，故高速运动的电子束扫描一个靶环可得到相邻两层的动的电子束扫描一个靶环可得到相邻两层的图像。图像。各代各代CT比较比较第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代第五代第五代扫描方式扫描方式笔束扫描笔束扫描扇束扫描扇束扫描运动方式运动方式平移平移/ /旋转方式旋转方式连续扫描方式连续扫描方式扫描时间扫描时间3min10s2min2.8s10s1s10s更快更快主要用途主要用途头颅扫描头颅扫描全身扫描，观察除心全身扫描，观察除心脏外的脏器脏外的脏器可用于血管造影可用于血管造影和心脏造影和心脏造影二、现状与开展趋势二、现状与开展趋势 最初研制的CT扫描仪只能用于人脑的检查，时间约需1分钟至4分钟。以后20多年来，CT设备已从第1代开展至第5代，其各项性能和速度都有了很大提高。扫描时间从4分钟到5分钟缩短到1秒钟甚至更短。 n除除X射线射线CT外，其他型号的外，其他型号的CT也相继问世，也相继问世，如单光子发射如单光子发射CT(single photo emission CT，SPECT)、正电子发射型、正电子发射型CTpositive emission CT，PET、核磁共振、核磁共振CT等均已等均已付诸临床运用。付诸临床运用。n超声超声CTUCT、微波、微波CT的研讨也获得了极的研讨也获得了极大的进展。同时大的进展。同时CT在工业消费等方面都已获在工业消费等方面都已获得了令人瞩目的成果并展现了愉快的前景。得了令人瞩目的成果并展现了愉快的前景。nCT扫描机自扫描机自20世纪世纪70年代问世以来，随着计年代问世以来，随着计算机技术和其它相关技术的提高，获得了突飞算机技术和其它相关技术的提高，获得了突飞猛进的开展。特别是近几年，出现了滑环技术猛进的开展。特别是近几年，出现了滑环技术slipring、螺旋扫描技术、螺旋扫描技术helical scan以及在此根底上开展起来的多层面以及在此根底上开展起来的多层面CT技术，技术，使使CT检查技术到达了一个崭新的程度。检查技术到达了一个崭新的程度。nCT的开展趋势是：简化操作、缩短扫描时间、的开展趋势是：简化操作、缩短扫描时间、提高检查效率一次扫描获得的层数更多和提高检查效率一次扫描获得的层数更多和图像质量。图像质量。 n目前，投入临床运用的有目前，投入临床运用的有2层层CT、4层层CT、8层层CT、 16层层CT 。并已有。并已有64层的层的CT装机运用。装机运用。从真正实现了从真正实现了X线管旋转一周就能获得更多的线管旋转一周就能获得更多的层面，即可完成一个脏器的扫描，真正实现所层面，即可完成一个脏器的扫描，真正实现所谓的容积扫描谓的容积扫描volume Scan。n还有些科研机构正在开发运用平板探测器替代还有些科研机构正在开发运用平板探测器替代传统探测器的多层传统探测器的多层CT扫描机，并已有了雏型扫描机，并已有了雏型机。还希望机。还希望X线管旋转一周就能可完成一个运线管旋转一周就能可完成一个运动脏器的扫描，此类设备称为锥形动脏器的扫描，此类设备称为锥形CT扫描机扫描机cone beam CT。n目前目前锥形形CT扫描机面描机面临的的难点是：点是：n 抑制抑制锥形形线束束伪影影cone beam artifact；改良改良图像重建算法；像重建算法；提高大量数据的提高大量数据的处置速度；置速度；提高平板探提高平板探测器的性能；器的性能；抑制抑制机械构造限制。随着科学技机械构造限制。随着科学技术的不断提高，上的不断提高，上述述难点最点最终必将得到必将得到处理，真正的容理，真正的容积CT将将会在不会在不远的未来的未来问世。世。