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第 5 章 医学 CT 影像设备与应用 - PowerPoint PPT Presentation


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第 5 章 医学 CT 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 CT 5.4 多排螺旋 CT 5.5 CT 影像设备新技术进展与应用. 5.1 CT 影像设备简述. 5.1.1 CT 影像设备发展概况 5.1.2 CT 影像设备功能 5.1.3 CT 影像设备主要性能指标. 5.1.2 CT 影像设备功能. 1 . CT 成像的基本原理.

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5章 医学CT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CT

5.4 多排螺旋CT

5.5 CT影像设备新技术进展与应用


5.1 CT影像设备简述

5.1.1 CT影像设备发展概况

5.1.2 CT影像设备功能

5.1.3 CT影像设备主要性能指标


5.1.2 CT影像设备功能

1.CT成像的基本原理

CT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X线吸收系数或衰减系数,将其排列成数字矩阵(digital matrix),数字矩阵经过数字/模拟转换器(D/A)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(pixel),也按矩阵排列,即构成了CT图像。


高压发生器

X线球管

人体模型

探测器群

操作控制台

电子计算机

模数转换器

多幅激光照相机

内外存储器

CRT显示器

CT影像设备的基本结构与工作原理流程


5.1.2 CT影像设备功能

2.CT影像设备的组成与功能

CT机主要分以下三部分:即

① 扫描系统(X线管、探测器和扫描架);

② 计算机系统(数据储存、运算等);

③ 图像显示和存储、照相系统。


5.1.2 CT影像设备功能

① 扫描系统(X线管、探测器和扫描架):

扫描机架(gantry)内安装有X线系统、图像采集、X线过滤器、系统准直器等,其中X线球管和数据采集系统(data acquisition system,DAS)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指标,目前多数扫描机架的孔径为70cm,倾斜角度通常为±12°~±30°。

CT扫描系统的扫描机架与扫描床 扫描机架内部结构


5.1.2 CT影像设备功能

① 扫描系统(X线管、探测器和扫描架):

X线球管是CT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,其类型可分为固定阳极和旋转阳极两种。

固定阳极X线球管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1、2代CT机中;

旋转阳极X线球管主要用在扇束旋转扫描机中,故在第3、4代CT机中多采用此种X线球管;


5.1.2 CT影像设备功能

目前,CT多采用2个焦点交替工作,大大延长了X线球管的寿命,其曝光次数由原来的2万次达到25~50万次以上。

2003年末Siemens公司推出所谓的零兆阳极热容量的概念,代表球管为Straton电子束控金属球管,是以0.37秒速度进行机架旋转的球管,可以实现亚毫米满负荷扫描。

Straton电子束控金属球管外形


CT的数据采集系统(DAS)作用是测量X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。

探测器(detector)是DAS系统中重要的部件,其主要功能有:①接受透过病人检查部位的X射线;②将接收到的X线转换成模拟形式的电子信号;③将模拟信号放大;④将模拟信号转换成数字信号(通过A/D转换器)。


计算机系统:

CT和MRI等临床大型医疗设备均使用的是小型计算机。CT的计算机系统包括主计算机和阵列计算机两部分。主计算机控制CT整个系统的正常工作。其主要的功能有:

①扫描监控,并将CT扫描得到的数据进行存储;

②CT值的校正;

③图像的重建控制与图像后处理;

④CT机自身故障的诊断与分析。


计算机系统:

阵列处理器(Array Processor,AP):本身不能独立工作,它与主计算机相连,在其控制下进行高速的数据运算以完成CT扫描的庞大数据量的处理与运算。

Philips 16排MSCT影像设备的AP柜

CPU 3.06GHz

Hard Disk 146GB


图像显示与存储:

CT图像的显示:由操作台上的CRT屏显示,目前多层螺旋CT多配有高性能的工作站(workstation),也可以在工作站的显示屏上显示。

CT图像的记录系统:系统硬盘、外部存储器等构成。CT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。


5.1.3 CT影像设备主要性能指标

CT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、地震的预测以及地质结构的确定等。

在医学上,目前的CT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的作用。


1.X线球管的热容量与散热率

热容量的单位MHU,X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;

散热率的单位是kHU,散热率越高,说明X线球管的性能越好。

如:TOSHIBA公司的Aquilion 16排MSCT的X线球管热容量达到7.5MHU,散热率达到1386KHU/min;而GE公司的64排LightSpeed VCT的X线球管热容量达到8.0MHU,散热率超过2100KHU/min。


2.探测器的数量

探测器是位于X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,采集到的扫描数据就越多,可提高X射线的利用率,相应的缩短扫描时间和提高图像的质量。

比如GE公司LightSpeed 16排MSCT的探测器系统共有24排矩阵式探测器组合,每排有912个稀土陶瓷探测器,共有21,888个探测器。


3.扫描时间、重建时间和周期时间

CT扫描时间是指X线球管以一定的层厚围绕人体旋转扫描一周(360°)所需要的时间。扫描时间取决于X线球管旋转的速度与能力,以往的CT扫描时间为1s、2s、3s或更长,现在已实现了亚秒扫描。

如GE公司LightSpeed Plus 16排CT的扫描时间为0.5s;

Philips公司的Brilliance 16排CT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

重建时间是指计算机的阵列处理器将CT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强大,CT图像的重建速度有了大幅度提升,如先进的16排MSCT能够在1秒重建出12幅512×512的图像。

   图像扫描与重建时间7分钟   图像扫描与重建时间<7秒


3.扫描时间、重建时间和周期时间

周期时间是指从CT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。

最大连续扫描时间是指螺旋CT扫描时的X线球管连续、不间断曝光时间的长短。该时间的长短不仅与X线球管的热容量和散热率因素有关,还与DAS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CT最大的连续扫描时间可以超过100秒。


4)CT扫描方式

(5)计算机硬磁盘容量

(6)矩阵

矩阵(matrix)是数字图像的格式,矩阵的大小直接决定了CT图像像素的大小与分辨率,矩阵与像素大小的关系:像素(mm)= 扫描野(FOV)mm / 矩阵。

矩阵包括重建矩阵和显示矩阵。早期CT机的矩阵较小,一般为256×256,320×320等;目前的CT机的矩阵增加到512×512,1024×1024;还有的CT机的重建矩阵为512×512,而显示矩阵为1024×1024,对于显示的CT图像而言,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(high contrast resolution)也称空间分辨力(spatial resolution)是指在CT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,即每厘米包含多少线对数(Lp/cm)或毫米线径(mm)。以往的CT机的高对比度分辨力一般在10 Lp/cm左右,目前的最先进的多层螺旋CT机分辨力可达到24 Lp/cm或更高。


8.低对比度分辨力

低对比度分辨力(low contrast resolution)又称密度分辨力(density resolution)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(%)表示。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X线图像,一般比X线图像高10~20倍,这是CT机性能的标志性优点之一。

9.时间分辨率

时间分辨率(temporal resolution)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CT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。


8.低对比度分辨力

低对比度分辨力(low contrast resolution)又称密度分辨力(density resolution)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(%)表示。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X线图像,一般比X线图像高10~20倍,这是CT机性能的标志性优点之一。

9.时间分辨率

时间分辨率(temporal resolution)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CT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。


10)其他性能指标及概念

伪影、噪声、体素与像素、重建与重组、CT值、窗口技术、部分容积效应等。

重建与重组(reconstruction and reformation)CT图像的重建与重组实际上不是同一个概念。重建是指原始CT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,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。


10)其他性能指标及概念

CT值:是CT图像中各种组织与X线吸收系数(μ值)相当的对应值,它是从人体组织器官的μ值换算出来的。CT值=μ-μw /μw.a ,其中μ和μw分别为受检物和水的吸收系数(骨皮质吸收系数为2.0,空气吸收系数为0,水的吸收系数为1.0),a为分度因数。一般将人体组织CT值划分为2000个单位(HU),最上界为骨+1000HU,最下界为空气-1000Hu,水的理想CT值为0。CT值不是绝对不变的数值,与X线管电压、CT设备、扫描层厚等因素有关。CT值有助于大致判断组织类型,从而有助于提示疾病的诊断。


10)其他性能指标及概念

窗口技术:人体组织的CT值范围是2000个单位,人体的CT图像实际上是用2000个灰度值表示的、层次非常丰富,而人眼一般仅能分辨出16个灰度等级。若将2000个灰度等级划分为16个灰阶,则每个灰阶所能分辨的CT值为2000/16=125HU,也就是说,当相邻的两种组织的CT值相差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反映准确的密度差值,就必须使用窗口技术

窗宽(window width)是指显示图像所包含的CT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16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,反之亦然。

窗位(window level)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CT值大约为35HU,则窗位选择为35HU,窗宽常用100HU。


10)其他性能指标及概念

部分容积效应:CT图像上各个像素的数值代表相应单位组织全体的平均CT值,它不能如实反映该单位内各种组织本身的CT值。在CT扫描中,凡小于层厚的病变,其CT值受层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CT值:如在高密度组织中较小的低密度病灶,其CT值偏高;反之,在低密度组织中的较小的高密度病灶,其CT值偏低,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,有助于减少部分容积效应的影响。


5.2 医学CT影像设备成像系统

5.2.1 数据采集系统

5.2.2 计算机和图像重建系统

5.2.3 图像显示和存储系统


5.2.1 数据采集系统

医学CT影像设备的数据采集系统(data acquisition system,DAS)包括探测器、缓冲器、积分器和A/D转换器等部分。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,经过缓冲、积分放大后进行模数(A/D)转换,形成原始的数字信号并送给计算机运算。

探测器(detector)是一种能量转换装置,常用的有两种基本类型,一种是收集电离电荷的探测器,包括气体和固体探测器。

一种是闪烁晶体探测器,主要是半导体探测。


氙气

探测器

到DAS

X-ray

电信号

(1)气体探测器技术应用的是气体电离室,当X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。


2)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CT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:当X线照射到晶体后,原子接受X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。


2)A/D转换器在DAS系统中也起着重要的作用,它是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,再转变成数字信号输送给计算机进行运算。


5.2.2计算机和图像重建系统

以第3代CT为例说明CT成像的基本步骤与过程,即产生X线——收集数据——处理数据——显示图像。

X线的产生是在高压发生器作用下由X线球管发出的。在CT扫描过程中X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984次,每次取样可以认为是一次投影,总投影数=每秒取样数×扫描速度(S)。

例如:第3代CT机DAS内共有47块模拟滤过器板,每块板上有16个通道,则共有752个通道,每个通道每秒采样次数为984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。


数据处理和图像重建的基本过程是:

(1)由数据收集系统(DAS)采集的投影数据,首先送到A/D转换器。

(2)阵列处理器(AP)的输入/输出处理器(IOP)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,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、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。

(4)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E存储器、L存储器和H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。


5)在主存储器中,AP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。

(6)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存储和显示。


5.2.3图像显示和存储系统

CT图像的显示(imaging display)可以由操作台上的CRT屏显示(单屏或双屏),目前多层螺旋CT多配有高性能的工作站(workstation),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等工作。


5.2.3图像显示和存储系统

无论CT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CT影像胶片。

早期的CT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湿式与干式相机,后者可能是将来发展的趋势。


5.3 螺旋CT

5.3.1 螺旋CT主要特点

5.3.2 螺旋CT临床应用


1.滑环技术

滑环技术是螺旋扫描的基础,它的发明问世标志着CT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是解决了CT机架旋转部分与静止部分的馈电和信号传递方式问题,可以实现X线球管连续旋转和曝光。它是用一个滑环和一个碳刷代替了电缆,当碳刷沿着滑环滑动时,则经滑环与碳刷向X线球管供电。由于摆脱了各种电缆的缠绕限制,而且X线发生器和探测器均安装在一个滑环上,因此滑环可单方向连续旋转。


滑环有三部分组成:①传送设备操作与控制信号的低压环;②供应滑环有三部分组成:①传送设备操作与控制信号的低压环;②供应X线球管与变压器电源的高压环;③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。


低压滑环是指通过滑环技术对滑环有三部分组成:①传送设备操作与控制信号的低压环;②供应CT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CT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给X线球管产生X射线。旋转的高压滑环安装在充满绝缘或惰性气体的 ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。


2.非螺旋CT与螺旋CT扫描方式的比较 ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。

螺旋CT扫描采用的滑环技术,去除了X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旋转,每旋转360°的扫描时间可以缩短到1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,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,即容积数据,因此也称这种扫描方式为容积扫描。


  • 5.3.1 ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。螺旋CT主要特点

  • (1)螺旋CT扫描中的参数与概念

  •  螺距(pitch):螺距的定义是指X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1时,说明扫描旋转一周检查床移动的距离与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CT的扫描相同。


  • ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。1)螺旋CT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。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得以改善。

  •  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。

  •  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层面中点之间的距离。


,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。2)螺旋CT扫描的图像重建

 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,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。

目前常用的数据内插方式主要有两种:360°线性内插和180°线性内插。360°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增宽,是图像的质量有所下降。现在螺旋CT多采用180°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360°内插法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180°角,从而能够靠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。此外,较少应用的高功能内插还有单边叶法和双变叶法等。


,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。3)螺旋CT影像设备的优缺点

与非螺旋CT扫描比较,螺旋CT扫描主要具有以下优点:①螺旋CT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,从而避免漏扫或重扫。②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。③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,可以避免小病灶的遗漏。④病人运动形成的伪影,由于扫描速度的提高而得以减少或避免。⑤可进行任意回顾性重建,没有层面间隔大小和重建次数的限制。⑥单位时间内扫描速度的提高,使CT增强扫描时对比剂的利用率提高和增强效果改善。⑦由于螺旋CT扫描得到的是容积扫描数据,因此使得多平面和三维重建图像的质量有了明显改善。

螺旋CT扫描也存在一定的不足,主要包括:①由于扫描时检查床的运动产生一定的伪影,在Z轴上的空间分辨率有所降低。②螺旋CT扫描图像的噪声较传统CT有所增高(内插法的一个缺陷就是使噪声增加)。③螺旋CT图像处理的时间较长,并需要计算机大容量的存储能力和运算能力。④螺旋CT仍受到最大扫描容积的限制。


  • ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。4)螺旋CT临床应用

  •  螺旋CT的图像重建技术与应用

  •  多平面重建(multi-planner reconstruction,MPR)是指在任意平面对螺旋CT扫描的容积资料进行多个平面分层重组,形成冠状、矢状、斜面及曲面等任意平面的图像。多平面重建方法适用于全身各个部位 。

A为盆腔CT扫描的矢状面重建;B为右肺肿瘤(横断面);C为右肺肿瘤矢状面重建


  •  三维重建( ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。3-dimensional reconstruction)是将螺旋CT扫描的容积数据在工作站3D重建软件的支持下合成三维图像,并可进行360°实时旋转,以便从不同的角度观察病灶。主要应用于颅面部及骨骼系统,以观察颅底骨质、颌面部、脊柱小关节、复合关节、骨盆等部位的骨折或畸形。

A为SSD重建显示右面部血管畸形;B为同一病人的右侧面观


  •  最大密度投影( ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。maximum intensity projection,MIP)是将经线所通过的螺旋CT扫描容积组织或物体中的每个像素的最大强度值进行投影,反映的是组织结构密度的差异,故对比度很高。

A为MIP重建显示左输尿管下端结石及梗阻;B为同一病人的3D重建图像。


,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。4)最小密度投影(minimum intensity projection,MinIP)是利用螺旋CT容积数据中在视线方向上密度最小的像元值进行投影成像的技术。该技术方法主要应用于气道的显示,如气管支气管、喉部等,有时也用于肝脏增强后肝内扩张胆管的显示。

A为MinIP显示正常支气管树;B 为复发性多软骨炎,显示气道狭窄


  •  表面遮盖显示技术( ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。shaded surface display,SSD),按照表面数学模式进行处理,将超过预设的CT阈值的相邻像素连接而重组成图像。该技术主要应用于骨骼系统,如颅面部、骨盆和脊柱等解剖结构复杂的部位,其空间立体感较强,解剖关系清晰,有利于病灶的定位。

  • CT血管造影(CT angiography,CTA)是指静脉注射对比剂后,在循环血液中及靶血管内对比剂浓度达到最高峰的时间内,进行螺旋CT容积扫描,经过计算机软件最终重建出靶血管数字化的立体影像。

A为CTA显示肺静脉血管与心脏;B为脑血管CTA;C为颈动脉CTA显示软斑块


  • CT ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。仿真内窥镜技术(CT virtural endoscopy,CTVE)是螺旋CT容积扫描和计算机仿真技术相结合的产物,它是利用计算机相应的软件功能,将CT容积扫描获得的图像数据进行后处理,重建出空腔器官表观立体的图像,类似纤维内窥镜所见。

A为结肠CTVE显示结肠息肉; B为支气管CTVE显示左下肺支气管闭塞


  • 螺旋 ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。CT临床应用价值

  •  中枢神经系统疾病的螺旋CT诊断价值很高,其应用最早,也最普遍,如颅脑肿瘤、脑外伤、脑梗死及脑出血以及椎管内肿瘤和椎间盘突出等的诊断均有很高的价值。

  •  对头颈部疾病的CT诊断也很有价值,如眼眶肿瘤、鼻窦疾病、中耳及乳突疾病等。

  •  胸部由于具有优良的天然对比,螺旋CT诊断的价值日益显出优越性,尤其是HRCT的应用,对于早期肺肿瘤、肺小结节病变以及肺间质病变与肺功能的评价均有很大的诊断价值,有成为肺脏疾病常规影像检查的趋势。

  •  腹部及盆腔疾病的CT诊断也应用日益广泛,主要应用于肝脏、胆道、胰腺、脾脏、腹腔与腹膜后腔以及泌尿和生殖系统疾病的诊断;但螺旋CT技术在胃肠道等管腔脏器疾病的检查中,尤其是对早期病变的显示和诊断还有一定的限度。

  •  骨骼肌肉系统疾病多通过X线检查即可以明确诊断,CT应用相对较少,但对于肿瘤病变的观察和解剖结构复杂部位骨折的显示可以选择应用CT检查。

  • CT检查是属于有一定X射线辐射的技术方法,在临床应用中应掌握防护的原则,如时间防护、距离防护及屏蔽防护等。


5.4.1 ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。多排螺旋CT的成像特点

5.4.2多排螺旋CT的技术特点

5.4.3 多排螺旋CT硬件和设计的改进

5.4 多排螺旋CT


5.4.1 ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。多排螺旋CT的成像特点

MSCT与单层螺旋CT主要的区别是探测器的结构不同。如前所述,单层螺旋CT的层厚由准直器决定,而多层螺旋CT的层厚由探测器的宽度及其组合而决定。在非螺旋CT扫描中,X射线束完全是一个垂直的平面,图像的重建过程可以直接采用投影的数据,不需要做任何的修正;多层螺旋CT(尤其是4排以上者)由于探测器排数的增宽,使得X射线呈锥形束,在扫描过程中,X线球管在X、Y平面上运行,而病人是在Z轴方向上移动,两者的同时运动所采集到的数据实际上是一个螺旋状的扫描数据段,对于横断面图像重建来说,不能直接采用某一个断面的投影数据,必须先采集重建层面邻近数据的内插,然后才能按照非螺旋CT扫描图像重建的方法重建出横断面图像。


  • 5.4.2 ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。多排螺旋CT的技术特点

  • MSCT的发展十分迅速,医疗市场的CT机型已经由几年前的4排、8排为主,发展到现在的16排、64排为主要产品的现状。目前许多中级以上的医院在考虑MSCT的购置时均首先定位于16排CT,甚至考虑64排CT,后者机型在短短的两年时间国内装机已超过20台。以下分别以4排、16排CT机为例简要介绍其技术特点。

  • 4排螺旋CT:从探测器设计结构上一般有三种类型:一种是Toshiba公司的混合型结构,一种是GE公司的对称型结构,另一种是Siemens/Philips的非对称型结构。目前已经趋向于更多采用混合型结构,即中央探测器窄,两侧探测器宽,后者比前者宽1倍。


A ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。显示各向异性;B显示各向同性;C为16排MSCT冠状重建图像清晰可见叶间裂


  • 16 ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。排螺旋CT:目前,各公司的16排螺旋CT的探测器已经全部改变为混合式排列结构,以达到薄层扫描与大范围扫描两者的有机结合。其特点包括:①薄层扫描能力更强(均达到亚毫米扫描,0.5/0.625/0.75mm);②扫描速度更快(最短可达到0.4S,速度比原来提高了20%),使得MSCT成像技术在心脏领域的应用更加如鱼得水。当然,目前的64排CT在冠状动脉及其他小血管的成像方面显示出更强的优势,并且操作更加容易和常规化。③软件功能更加丰富和强大,比如CT灌注成像技术的进一步成熟与应用,使得CT的诊断由过去传统的解剖形态诊断步入了一个集形态与功能于一体的新时代。


5.5 CT影像设备新技术进展与应用 ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。

(1)CT扫描速度的提升

(2)图像处理技术的提升

近年来,MSCT的灌注(CT perfusion)成像技术也得到进一步的发展和成熟,它是指在CT扫描中,静脉注射对比剂的同时,对选定的层面进行连续多次扫描,以获得该层面内每一像素的时间-密度曲线( time density curve,TDC),根据该曲线利用不同的数学模型计算出反映组织灌注状态的几个参数,以此来评价组织器官的灌注状态。

右下肺癌CT灌注。A为原始灌注图;B为BV功能彩图;C为PS功能彩图


5.5 CT影像设备新技术进展与应用 ,高压发生器产生120kV至140kV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发生器外置,一方面不增加旋转机架的重量,也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。目前的螺旋CT很少采用高压滑环技术。

(3) 图像融合技术与机器嫁接技术的发展

PET-CT机及CT图像与PET图像融合在肺癌穿刺活检定向中的应用。


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