第5章-医学CT影像设备与应用-课件

单击此处编辑母版标题样式1China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5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 CT5.1 CT影像设备简述影像设备简述5.2 5.2 医学医学CTCT影像设备成像系统影像设备成像系统5.3 5.3 螺旋螺旋CTCT5.4 5.4 多排螺旋多排螺旋CTCT5.5 CT5.5 CT影像设备新技术进展与应用影像设备新技术进展与应用单击此处编辑母版标题样式2China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55.1 CT5.1 CT影像设备简述影像设备简述5.1.1 CT5.1.1 CT影像设备发展概况影像设备发展概况5.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能5.1.3 CT5.1.3 CT影像设备主要性能指标影像设备主要性能指标 单击此处编辑母版标题样式3China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5N NHousfield Housfield 科马克科马克 单击此处编辑母版标题样式4China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5双能双能CT扫描仪扫描仪 单击此处编辑母版标题样式5China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能 利用高度准直利用高度准直X X线束环绕人体某一部位线束环绕人体某一部位,并以一并以一定层厚的层面进行定层厚的层面进行断层扫描断层扫描,部分部分X X线光子被组织器线光子被组织器官吸收官吸收,X,X线强度因而衰减线强度因而衰减,未被吸收的未被吸收的X X线光子穿透线光子穿透人体人体后后,由探测器接收由探测器接收,将其将其转变为可见光转变为可见光后后,经放大经放大由光电转换器由光电转换器转变为电信号转变为电信号,再经模拟再经模拟/数字转换器数字转换器转为数字信号转为数字信号,输入计算机进行运算处理输入计算机进行运算处理.1 1CTCT成像的基本原理成像的基本原理单击此处编辑母版标题样式6China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能图象形成过程图象形成过程:CT CT每扫描一次，即可得到每扫描一次，即可得到一个方程一个方程，经过若干次，经过若干次扫描，即得到一扫描，即得到一联立方程联立方程。经过计算机运算（傅立叶。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，从而转换、反投影法等）可以解出这一联立方程，从而求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线吸收系数或衰减系数，将其排列成，将其排列成数字矩阵数字矩阵（digital matrixdigital 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，即由黑到白不同灰度的小方块，即像素像素（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单击此处编辑母版标题样式7China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5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CRT显示器显示器 CT影像设备的基本结构与工作原理流程影像设备的基本结构与工作原理流程 单击此处编辑母版标题样式8China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能CTCT机主要分以下三部分：即机主要分以下三部分：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单击此处编辑母版标题样式9China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能 扫描系统（扫描系统（X X线管、探测器和扫描机架）线管、探测器和扫描机架）: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、系统准直器线过滤器、系统准直器等，其中等，其中X线球管线球管和和数数据采集系统据采集系统（data 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，倾斜角度通，倾斜角度通常为常为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单击此处编辑母版标题样式10China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能 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）: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；单击此处编辑母版标题样式11China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55.1.2 CT5.1.2 CT影像设备功能影像设备功能 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。2019年末年末Siemens公司推出公司推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 单击此处编辑母版标题样式12China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 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。将这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，其主要系统中重要的部件，其主要功能有：功能有：接受透过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线转换成模拟形式的电子信号线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；将将模拟信号转换成数字信号（通过模拟信号转换成数字信号（通过A/D转换器）。转换器）。单击此处编辑母版标题样式13China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 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的计算机系统的计算机系统包括包括主计算机主计算机和和阵列计算机阵列计算机两部两部分。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。单击此处编辑母版标题样式14China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 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 3.06GHzHard Disk 146GB单击此处编辑母版标题样式15China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5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。单击此处编辑母版标题样式16China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55.1.3 5.1.3 CTCT影像设备主要性能指标影像设备主要性能指标 CT影像设备可应用于许多领域，如：影像设备可应用于许多领域，如：u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；u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；u应用在地球物理方面可以进行地球资源的勘探、地震的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。预测以及地质结构的确定等。u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。单击此处编辑母版标题样式17China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5CT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（吸收系数（骨皮质吸收系数为骨皮质吸收系数为2.0，空气吸收系数为，空气吸收系数为0，水的吸收系数，水的吸收系数为为1.0），），a为分度因数。为分度因数。一般将人体组织一般将人体组织CT值划分为值划分为2000个单位（个单位（HU），最上），最上界为界为骨骨+1000HU，最下界为，最下界为空气空气-1000Hu，水的理想水的理想CT值为值为0。CT值不是绝对不变的数值，与值不是绝对不变的数值，与X线管电压、线管电压、CT设备、扫描层厚等因素有关。设备、扫描层厚等因素有关。CT值有助于大致判断组织值有助于大致判断组织类型类型，从而有助于提示疾病的诊断。，从而有助于提示疾病的诊断。单击此处编辑母版标题样式18China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.51X线球管的热容量与散热率线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；承受的工作电流越大，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线球管的线球管的性能越好。性能越好。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2100KHU/min。单击此处编辑母版标题样式19China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.52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的探测器系统共有的探测器系统共有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，共个稀土陶瓷探测器，共有有21，888个探测器。个探测器。单击此处编辑母版标题样式20China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.53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）所需要的时间。扫描时间取决于。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；扫描时间的缩短可以减少病人的检查时间，提高单位时扫描时间的缩短可以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。单击此处编辑母版标题样式21China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.53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是指计算机的阵列处理器将将CT扫描的原始数据重扫描的原始数据重建成图像所需要的时间建成图像所需要的时间。目前，由于计算机功能的异常强。目前，由于计算机功能的异常强大大,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512512的图像。的图像。图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间7 7分钟分钟分钟分钟 图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间图像扫描与重建时间7 7秒秒秒秒单击此处编辑母版标题样式22China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.53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指从从CT扫描开始、图像的重建、直到图像的显示扫描开始、图像的重建、直到图像的显示这一全过程所需要的时间，这一全过程所需要的时间，一般来说，一般来说，周期时间是扫描时间周期时间是扫描时间与重建时间的总和。与重建时间的总和。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CT最大的连续扫描时间最大的连续扫描时间可以超过可以超过100秒。秒。单击此处编辑母版标题样式23China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5（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，矩阵的大小直接决定）是数字图像的格式，矩阵的大小直接决定了了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，一般机的矩阵较小，一般为为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，而显示矩阵为阵为10241024，对于显示的，对于显示的CT图像而言，其矩阵的大小不图像而言，其矩阵的大小不能小于重建矩阵。能小于重建矩阵。单击此处编辑母版标题样式24China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.57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）也称空空间分辨力间分辨力（spatial resolution）是指）是指在在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相邻物体空间几何尺寸的最小限度，即对影像细微结构，即对影像细微结构的分辨能力。的分辨能力。高对比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机的机的高对比度分辨力一般在高对比度分辨力一般在10 Lp/cm左右，目前的最先进的左右，目前的最先进的多层螺旋多层螺旋CT机分辨力可达到机分辨力可达到24 Lp/cm或更高。或更高。单击此处编辑母版标题样式25China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.58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）又称密度分密度分辨力辨力（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够区分物体密度的微小差别的能力，用百分数（，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）是指影像设备在单位影像设备在单位时间内采集图像的帧数时间内采集图像的帧数。该性能指标与。该性能指标与CT机对每帧图像的采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。集时间、重建时间以及连续成像的能力有关。单击此处编辑母版标题样式26China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5（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 reformation）CT图像的重建与重组实际上不是同一图像的重建与重组实际上不是同一个概念。个概念。重建是指原始重建是指原始CT扫描得到的数据经过计算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的一幅图像，这一处理方法或过程称为重建；而，这一处理方法或过程称为重建；而重重组是不涉及原始数据处理的一种图像处理方法组是不涉及原始数据处理的一种图像处理方法。单击此处编辑母版标题样式27China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5（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图像实际图像实际上是用上是用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，则每个灰阶所能分个灰阶，则每个灰阶所能分辨的辨的CT值为值为200016=125HU，也就是说，当相邻的两种组织的，也就是说，当相邻的两种组织的CT值相值相差差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反时，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映准确的密度差值，就必须使用窗口技术 窗位（窗位（window level）是指是指观察某一组织结构细节时，以该组织的观察某一组织结构细节时，以该组织的CT值为中心进行观察值为中心进行观察。如脑组织的。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。窗宽（窗宽（window width）是指是指显示图像所包含的显示图像所包含的CT值范围值范围，在此范围，在此范围内的组织结构按密度的高低从白到黑分为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，组织对比少，反之亦然。然。单击此处编辑母版标题样式28China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5（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：值：如在高密度组织中较小的低密度病灶，其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。单击此处编辑母版标题样式29China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55.2 5.2 医学医学CTCT影像设备成像系统影像设备成像系统5.2.1 5.2.1 数据采集系统数据采集系统5.2.2 5.2.2 计算机和图像重建系统计算机和图像重建系统5.2.3 5.2.3 图像显示和存储系统图像显示和存储系统单击此处编辑母版标题样式30China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 医学医学CT影像设备的影像设备的数据采集系统数据采集系统（data acquisition system，DAS）包括）包括探测器、缓冲器、积分器和探测器、缓冲器、积分器和A/D转换器转换器等等部分。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（过缓冲、积分放大后进行模数（A/D）转换，形成原始的数字）转换，形成原始的数字信号并送给计算机运算。信号并送给计算机运算。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，常用的有两种基本类型：基本类型：一种是收集电离电荷的探测器一种是收集电离电荷的探测器，包括气体和固体探测器；，包括气体和固体探测器；一种是闪烁晶体探测器一种是闪烁晶体探测器，主要是半导体探测。，主要是半导体探测。5.2.1 5.2.1 数据采集系统数据采集系统数据采集系统数据采集系统单击此处编辑母版标题样式31China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5（1 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）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 X线进入探测器时，线进入探测器时，线进入探测器时，线进入探测器时，极板间的氙气被电离形成带电离子极板间的氙气被电离形成带电离子极板间的氙气被电离形成带电离子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，在电场作用下，带电离子沿，在电场作用下，带电离子沿，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一个电压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。信号，输送到检测电路。信号，输送到检测电路。信号，输送到检测电路。到到DAS电信号电信号氙气氙气探测器探测器X-ray单击此处编辑母版标题样式32China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5（2）闪烁晶体探测器闪烁晶体探测器是利用是利用某些晶体受到照射后发光某些晶体受到照射后发光的特征制成的，常用的特征制成的，常用的闪烁晶体有的闪烁晶体有碘化钠碘化钠等，具有残光少，转换效率高，性能稳定等优点。目前等，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最先进的多层螺旋CT机设备的探测器采用超快速机设备的探测器采用超快速稀土陶瓷稀土陶瓷材料制作。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态时，即子的能量，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增管释放出能量，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，聚焦后投射到光电倍增的光电阴极上，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冲反馈到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。检测电路。单击此处编辑母版标题样式33China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5（2）A/D转换器转换器在在DAS系统中也起着重要的作用，它是系统中也起着重要的作用，它是将从探将从探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，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。单击此处编辑母版标题样式34China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 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。5.2.5.2.5.2.5.2.2 2 2 2 计算机和图像重建系统计算机和图像重建系统计算机和图像重建系统计算机和图像重建系统单击此处编辑母版标题样式35China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5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（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）将被滤过的投器、数字转换处理器和算术运算单元等构成）将被滤过的投影数据再传送到反投影系统。影数据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六存储器）容纳的数据可从一个投影到六个投影，并被同时存储起来。个投影，并被同时存储起来。单击此处编辑母版标题样式36China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5（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。单击此处编辑母版标题样式37China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 CT图像的显示（图像的显示（imaging display）可以由）可以由操作台上的操作台上的CRT屏显示屏显示（单屏或双屏），目前多层螺旋（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），也可以在工作站的显示屏上显工作站的显示屏上显示图像示图像，并利用工作站的应用软件进行图像的后处理和照相，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。5.2.5.2.5.2.5.2.3 3 3 3 图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统单击此处编辑母版标题样式38China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 无论无论CT图像采取何种介质存储，最终还必须提供一种途图像采取何种介质存储，最终还必须提供一种途径产生硬拷贝，即径产生硬拷贝，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。激光照相机激光照相机则以速度快、连续批量打印，成像清晰、分则以速度快、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。5.2.5.2.5.2.5.2.3 3 3 3 图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统单击此处编辑母版标题样式39China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55.2.5.2.5.2.5.2.3 3 3 3 图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统图像显示和存储系统干式相机成像原理图干式相机成像原理图单击此处编辑母版标题样式40China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.55 5.3 3 螺旋螺旋CTCT5.3.1 5.3.1 螺旋螺旋CTCT主要特点主要特点5.3.2 5.3.2 螺旋螺旋CTCT临床应用临床应用单击此处编辑母版标题样式41China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.5螺旋螺旋螺旋螺旋CTCT扫描工作示意图扫描工作示意图扫描工作示意图扫描工作示意图单击此处编辑母版标题样式42China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程5.1 5.2 5.3 5.4 5.51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，它的发明问世标志着础，它的发明问世标志着CT成成像技术进入一个快速发展的新像技术进入一个快速发展的新时代。时代。滑环技术的重大贡献是滑环技术的重大贡献是解决了解决了CT机架旋转部分与静止机架旋转部分与静止部分的馈电和信号传递方式问部分的馈电和信号传递方式问题，可以实现题，可以实现X线球管连续旋线球管连续旋转和曝光转和曝光。它是。它是用一个滑环和用一个滑环和一个碳刷代替了电缆一个碳刷代替了电缆，当碳刷，当碳刷沿着滑环滑动时，则经滑环与沿着滑环滑动时，则经滑环与碳刷向碳刷向X线球管供电。由于摆线球管供电。由于摆脱了各种电缆的缠绕限制，而脱了各种电缆的缠绕限制，而且且X线发生器和探测器均安装线发生器和探测器均安装在一个滑环上，因此滑环可单在一个滑环上，因此滑环可单方向连续旋转。方向连续旋转。单击此处编辑母版标题样式43China Medical University Computer Center 2007.8China Medical University Computer Center 2007.8医学影像实用技术教程医学影像实用技术教程