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CT机的基本构造及工作原理
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计算断层摄影(ct)诊断

计算断层摄影(computed tomography),简称ct,是电子计算机和x线相结合,应用到医学领域的重大突破,它使传统的x线诊断技术进入了计算机处理、电视图像显示的新时代。因此ct发明者hounsfield荣获了诺贝尔医学奖。

1971年第一台ct制成,仅应用于颅脑检查,效果良好。1974年制成全身ct,检查扩大到胸、腹、脊柱及四肢。ct显示横断图像,避免重叠;密度分辨率高,图像清晰;方法简便、迅速、无创伤、无痛苦、无危险。所以得到广泛应用,促进了医学影像学的发展。

第一节 ct机基本结构和工作原理

一、ct机的基本结构

包括扫描部分、计算机系统,图像显示与记录系统和中央控制台(图1)。

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图1 ct 机的基本构造

二、ct 机的工作原理

ct机扫描部分主要由x线管和不同数目的控测器组成,用来收集信息。x线束对所选择的层面进行扫描,其强度因和不同密度的组织相互作用而产生相应的吸收和衰减。探测器将收集到x线信号转变为电信号,经模/数转换器(a/d converter)转换成数字,输入计算机储存和处理,从而得到该层面各单位容积的ct值(ct number),并排列成数字矩阵(digital matrix)(图2)。这些数字可储存于硬磁盘(hard disk)、软磁盘(floppy)和磁带(magnetic tape,mt)中,也可用打印机印用。数字矩阵经数/模(d/a)转换器在监视器上转为图像,即为该层的横断图像。图像可用多幅照相机摄于胶片上,供读片、存档和会诊用。

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图2 数字矩阵

三、ct机的发展和类型

ct机按其适用范围分为头颅ct机和全身ct机。ct机的发展常用代(generation)来表示。

第一代ct机采取旋转/平移方式(rotate/translate mode)进行扫描和收集信息。首先x线管和相对应的探测器作第一次同步平行移动。然后,环绕患者旋转1度并准备第二次扫描。周而复始,直到在180度范围内完成全部数据采集。由于采用笔形x线束和只有1-2个探测器,所采数据少,因而每扫一层所需时间长,图像质量差。

第二代ct机是在第一代ct的基础上发展而来。x线束改为扇形,探测器增多至30个,扩大了扫描范围,增多了采集的数据。因此,旋转角度由1o增至23o,缩短了扫描时间,图像质量有所提高,但仍不能完全避免患者生理运动所引起的伪影(artifact)

第三代ct机的主要特点是控测器激增至300-800个,并与相对的x线管只作旋转运动(rotate/rotate mode)。因此,能收集较多的数据,扫描时间在5s以内,使伪影大为减少,图像质量明显提高。

第四代ct机的特点是控测器进一步增加,高达1000-2400个并环状排列而固定不动,只有x线管围绕患者旋转,即旋转/固定式(rotate/stationary mode)。它和第三代机的扫描切层都薄,扫描速度都快,图像质量都高。

第五代ct特点是扫描时间缩短到50ms,因而解决了心脏扫描。其中主要结构是一个电子枪,所产生的电子束(electron beam)射向一个环形钨靶,环形排列的探测器收集信息。

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图3 第1-5代(CT)扫描方式

四、ct图像

ct图像由某一定数目的由黑到白不同灰度的小方块组成,每一方格为图像的最小单位称为像素(pixel)(图4)。

ct值是以数值来说明组织影像密度的高低,但不是绝对值。而是以水为标准,其他组织与水比较的相对值。现用亨氏单位(h),即以水的ct值为oh,空气为-1000h,骨为+1000h 的2000个等级。人体各种组织均包括在2000个等级之内(图5)。

一般x线照片的黑片对比度是固定的,但ct机监视器的黑白即灰度可以通过调节窗位(window level)和窗宽(window width)而改变。窗位是指图像显示所指的ct值范围的中心。例如观察脑组织常用窗位为+35h,而观察骨质则用+300-+600h。窗宽指显示图像的ct值范围。例如观察脑的窗宽用100,观察骨的窗宽用1000。这样,同一层面的图像数据,通过调节窗位和窗宽,便可分别得到适于显示脑组织与骨质的两种密度图像。使用窄窗宽,有利于发现与邻近正常组织密度差别小的病灶。

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图4 ct图像的组成,组织单位容积和像素(pixel) 图5 人体组织ct值

(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (2010-1-15)
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