放射医学技术医学影像设备知识CT 一、CT的分类与发展
自20世纪70年代初CT机问世以来，前20年CT的发展主要体现在扫描方式的改进上，大致经历了五代。进入螺旋时代，CT扫描方式仅以螺旋扫描和非螺旋扫描划分。 （一）非螺旋CT
CT的扫描是指X线管和探测器同步围绕患者某一断面进行360o投影数据采集的过程。在滑环技术出现以前，CT的扫描运动由于受X线管高压电缆、信号传输电缆等的牵制，只能在一定角度范围内旋转，扫描速度的提高受到。
第一、二代CT扫描方式是平移＋旋转扫描方式。第一代方式只有 1个探测器，用笔形X线束。扫描时X线管和探测器一起对患者某一断面作直线平移运动扫描，从身体一侧扫描至另一侧；然后X线管和探测器一起旋转1角；再反方向平移扫描。直至完成180内的180个平行投影采集。扫描一个断面需35分钟。第二代扫描方式探测器增加到330个，X线束扩展为520的小扇形束，覆盖探测器全部。平移扫描后的旋转角度提高到扇形射线束夹角的度数，扫描时间缩短到2090秒。
第三代扫描方式为旋转/旋转扫描方式。X线管和探测器一起围绕患者旋转扫描，没有平移运动。这是因为探测器数目增加到300800个，X线束是能覆盖整个人体断面的宽扇形束，扫描时间缩短到15秒。
扫描方式仅有X线管的旋转运动，探测器的数目达6001500个，固定在360的圆周上。扇形X线束覆盖人体整个断面，接受X线束照射的探测器输出信号。扫描速度也达15秒。它是在三代方式尚不完善时出现的，与三代方式同时存在。 第五代扫描方式又称电子束CT。其扫描系统由一个电子束X线管和由8个固定探测器组成的阵列构成，扫描过程没有机械运动。其X线管有一个电子、偏转线圈和处于真空中的巨大的半圆形钨靶（四个）构成。扫描时电子束沿X线管轴向加速，电磁线圈将电子束聚焦，并利用磁场使电子束快速偏转，轰击半圆形钨靶。扫描时间可达50ms，主要用于心脏检查。 （二）螺旋CT
滑环技术诞生后螺旋CT应运而生。其扫描架秉承了第三代扫描方式的结构。
1．滑环技术 扫描架转动部分和固定部分的电器连接经由铜质滑环和碳刷的接触完成。控制信号和功率电源经滑环导入转动部分，采集信号经滑环导出。从而使转动部分可以单方向连续转动。滑环的类型有高压滑环和低压滑环两种。
（1）高压滑环：高压发生器在扫描架外，供给X线管的高压经滑环导入转动部分，高压滑环的缺点是碳刷和滑环的接触容易打火放电造成干扰。
（2）低压滑环：高频高压发生器进入转动部分，由很短的高压电缆连接到X线管。由滑环导入动力电源和控制信号，导出测
量信号。现在生产的各类型CT都采用低压滑环技术。低压滑环有平面同心圆排列方式和柱面排列方式。
由于滑环技术的诞生，首先出现了滑环CT，即在转动部分的第一个360o范围内发生X线，进行数据采集；在下一个360o范围内停止X线发生，这期间病人移动换层。连续旋转速度可达每周1～2s，这样可在屏气期间连扫数层，一定程度上提高了检查速度。单纯的滑环CT仅使用了很短时间，很快发展到螺旋CT。
2．单层螺旋CT 螺旋CT使用滑环技术，扫描架的转动部分连续转动、X线连续发生、床面带动病人连续移动、探测器数据采集连续进行。螺旋CT病人一次屏气期间可把某一区段的信息全部扫描采集下来，称作容积采集，然后可以回顾性进行任意位臵、间距的层面图像重建，为三维处理提供了很好的基础。
螺距是指在扫描转动部分旋转一周期间扫描床带动病人移动的距离与准直宽度（扇形X线束厚度）之比。
螺距是一个无量纲的比值。其大小影响到图像质量。螺距等于1时，重建使用的数据量与非螺旋扫描持平；螺距大于1时，使用数据量小于非螺旋扫描，图像质量下降。
3.多层螺旋CT 其探测器在Z轴方向上具有数排。扇形X线束的厚度有所增加，要覆盖数排探测器阵列，这提高了射线的利用率。扫描一周得到的数据可以重建出数个层面的影像，提高了扫描速度。从最初的扫描一周得到4层图像发展到16层、层，
还在发展中。旋转速度提高到0.33秒。多层螺旋CT可较好地实现心脏的扫描成像。 二、CT的构成和功能
CT由扫描架、扫描床、电器柜、控制台等构成。CT系统包含以下子系统：X线发生、探测器、计算机、旋转扫描、病人输送定位、冷却系统等。
（一）X线发生系统
X线系统由高压发生装臵（控制部分、高压发生器）和X线管组成。CT机要求X线输出稳定、单色性好，可设定曝光条件，X线管的阳极热容量大。
1．高压发生装臵的电器规格
（1）功率：指X线主电路的最大输出功率。高档机一般在50～60kW，中档机35～45kW，低档机20～30kW。
（2）最高管电压：CT机X线系统的高压一般在80～120kV间可调，高档机可达140kV。
2．高压发生器的类型 早期CT的高压发生器采用四极管稳定高压并控制X线的发生。现在都采用高频逆变高压发生器。它具有体积小、重量轻的特点。
油浸式高压发生器的密封性难以适应扫描速度高于0.5秒/周的CT，高端机都使用干式高压发生器。
3．X线管 CT机的X线管同常规X线管一样，是高真空器件，由提供热电子发射的阴极和接受电子束撞击发生X线的阳极构成。
（1）X线管阳极热容量：是衡量CT用X线管容量的最重要指标。要求X线管阳极能承受连续使用情况下的热量积累。一般高档CT用X线管其阳极热容量在6～7MHU，中档CT在3～5MHU，低档CT在1～3MHU。
（2）最大管电流：mA关系到X线的输出剂量率，影响到采集速度和图像质量。随着扫描速度的提高，数据采集时间缩短，要求X线系统能输出较大剂量率。有的机器最大管电流可达500mA。
（3）焦点：CT用X线管有大小两个焦点，标称值在0.5 ～1.5之间。供普通扫描和高分辨率扫描选择使用。
（4）散热率：螺旋扫描要求X线持续发生，连续大功率工作要求X线管的阳极具有很高散热率。现在CT用X线管的阳极散热效率，一般在1～1.5MHU/min。
1）阳极接地X线管：阳极接地X线管的阴极对地电压即X线管两端的电压。这增加了对高压器件的绝缘要求。但可以使阳极做的与金属外壳很近，增加了辐射散热速率，阳极散热率可达1.37 MHU/min。也有的将绝缘油送入阳极轴心进行冷却。
2）阳极直冷式X线管：X球管的旋转阳极靶盘即是管壳的一部分，阳极靶盘朝向阴极的一侧在真空中，接受电子束撞击发生
X线，其背面直接浸泡在绝缘油中。工作时整个X线管转动。这种X线管的阳极散热速率可达到4.7MHU/min。即使在最大负荷条件下，阳极仍可以在20s内冷却下来。
为保护X线管，还采取油循环风冷散热、X线管阳极热容量监控等。
3．准直器 位于X线管套窗口前方，狭缝状，由高密度金属制成，用以遮挡无用射线，形成扇形X线束。
在非螺旋CT机和单层螺旋扫描CT机，扇形X线束的厚度就决定了扫描层厚。在多层螺旋CT中，扇形X线束的厚度与多个层面的厚度之和一致。
有的设备具有后准直，位于探测器前方。它严格限定了探测器接受照射的实际宽度。在仅有前准直的CT由前准直决定层厚；同时具有后准直的设备，由后准直决定层厚。CT一般设有几种层厚供用户选择使用，如1、2、5、10mm。最新的CT可有0.5mm层厚。
4．滤过器 位于X线管套窗口前方，窗口与准直器之间。滤过器呈马鞍形，是由低原子序数物质制成的吸收体。其作用是补偿X线硬化效应，避免测量误差，减少图像伪影。它的存在也降低了数据采集对探测器动态范围的要求，降低了对受检者的辐射剂量。
（二）数据采集系统 1．探测器
（1）用途：探测透过人体的X线光子并将其转换成电信号。 （2）类型：主要有气体探测器和固体探测器两种。 1）固体探测器：固体探测器对X线的吸收效率高、光电转换率高，但温度稳定性却差些。目前大多采用“闪烁晶体（稀土陶瓷）＋光敏二极管”型固体探测器。
2）气体探测器：使用高压氙气电离室。电离室间有小孔沟通，以保证各电离室的气压一致，具备较好的性能一致性。X线光子进入电离室，引起氙气分子电离，离子在极板间电场的作用下形成电离电流，转换成电信号。
（3）探测器阵列：由一定数量的探测单元、以焦点为圆心的弧形排列。探测单元的数目越大，每次采集的数据量越大。
单层螺旋CT具有一排紧密排列的探测单元。单元数一般在500～900间。
多层螺旋CT的探测器在z轴方向上有紧密排列的多排探测器，形成探测单元阵列。16层螺旋CT的探测器是16～34排探测器组成的探测单元阵列，每排宽度（z轴方向）0.5～0.75mm。
（4）采集通道数：由探测单元转换成的电信号由采集通道输出。每一采集通道的单元数与探测单元一一对应。采集通道数决定了旋转一周采集数据层数。一般情况下探测器排数大于采集通道数。
2．数据测量装臵 位于探测器阵列和计算机之间，它的任务是将探测器输出的微弱信号经过前臵放大、模数转换后送往计算
机，供计算机进行图像重建用。其基本结构包括：前臵放大器、对数放大器、A/D转换器、数字数据传输。
（三）扫描架
扫描的机械运动由扫描架带动X线管和探测器用以完成数据采集的旋转运动。
1．扫描架的构成 扫描架是中心设有扫描孔的机械结构，内部由机架部分（固定部分）和转动部分构成。
（1）机架部分包括：旋转控制、旋转驱动、滑环的碳刷，机架冷却、机架倾斜、层面指示等。
（2）转动部分包括：X线管、准直器，探测器、采集控制，X线系统的逆变器、高压发生器（低压滑环），滑环等。
2．驱动方式 CT机扫描架驱动方式主要包括皮带和线性电机直接驱动两种。
皮带驱动：由皮带将马达动力传递到转动部分。其优点是结构简单，缺点是稳定性差，噪音大，变速灵敏性差。
线性电机直接驱动：在扫描架转动部分和固定部分的边缘，分别将线性电机线圈环形排列，通电后产生位移力即转矩，直接使转动部分转动起来。
直接驱动克服了皮带驱动的三个缺点，是当今被多数高端机采用的驱动方式。
3．信号传输方式 采用滑环技术的扫描架，除扫描方式外，采集信号向外传输同样不能使用电缆连接。常用的方式有：滑环传输、光电传输、射频（电容感应）传输。
4．定位标志 定位灯提供过扫描野中心的正中面、水平面和扫描平面三维基准线指示。便于安臵病人和将预定层面送入扫描平面。
（四）扫描床
用于扫描时按计划将病人预定断面输送到扫描平面。 1．床面材料 透X线性能好，没有边框，又要承重能力强。扫描床面为碳素纤维增强塑料制成。
2．床面承重 要求达200kg。
3．床面行程 要求有较大活动范围，一般200cm。 4．定位精度 要求床面的定位精度达0.25mm，以保证扫描层定位准确、重复性好。
5．最低高度 扫描床有升降功能，便于病人上下。最低35cm。 6．互锁功能 与扫描架互锁，保证床面或扫描架的活动不会与对方发生碰撞、挤压病人。
（五）计算机与图像重建系统
1．主计算机 主要用于CT机系统控制，负责系统管理，图像数据存储，人机对话。一般用标准小型机或微型机。
2．重建计算机 在处理数据量大的高档CT设臵图像重建计算机。它是多CPU并行处理专用计算机。它接受探测器或磁盘传
来的原始数据，进行预处理和图像重建。图像数据送主控计算机存储。
3．软件系统 CT设有两大软件系统：维修功能软件和诊断功能软件。
（六）控制台
图像显示、记录和存储系统 用于整机功能控制，由显示器、键盘、功能盘键、鼠标等组成。有的CT其计算机就设在控制台支架内。显示器按不同的标准可分为单色、彩色显示器，液晶（LCD）、阴极射线管(CRT)显示器，以及竖屏、横屏显示器等。单色高对比显示器常用来作为实时监视器，彩色显示器多用作工作站的3D图像后处理等显示用。
（七）工作站
1．功能 工作站主要用来做图像后处理。在扫描且图像重建完成后，图像的后处理工作在工作站进行。
2．构成 即一台高配臵计算机，配用各种专用软件。它的硬件配臵包括CPU速度、内存容量、硬盘容量、CD-R、接口，显示器。
三、主要技术参数
1．扫描速度 扫描速度是扫描架的转动部分带动X线管和探测器对病人完成360o旋转扫描所用时间。高档螺旋CT扫描速度达0.35s；中档：＜1s（亚秒级）；低档：2s。扫描时间长的好
处是有时间发生较高的mAs，增加对比度分辨率。但时间分辨率低，病人运动机会多，导致图像质量降低。
2．重建矩阵 重建图像时使用的矩阵。它和重建范围共同决定像素大小，影响着图像的空间分辨率。常见重建矩阵有512×512等。
3．重建时间 是指图像处理机使用采集数据重建出一幅CT图像需要的时间。重建时间与重建矩阵大小有关，与处理器的主频、内存配臵有关。标准轴扫和螺旋扫描的重建时间不同。 4．空间分辨率 又称高对比分辨率。指在密度对比大于10%的情况下，鉴别细微结构的能力。表示方法是分辨每厘米的线对数（LP/cm），或能分辨的最小线径（mm）。
其换算关系：线对数（LP/cm）×2∕10＝可分辨的最小线径（mm）。
5．密度分辨率 又称低对比分辨率或对比度分辨率。表示能够分辨组织之间最小密度差别的能力。定义为在一定剂量下，对于确定的对比度，能分辨的最小物体。
6．扫描孔径 是指扫描架用于病人通过以将扫描层面对正扫描平面的开孔的大小。孔径一般在650～700mm之间。
7．扫描架倾斜角度 高档CT机扫描架倾角可达±30o，中、低挡机倾角可达±25o。
四、CT机房设计及运行环境 （一）机房设计
1．平面布局 CT机房包括扫描间、控制间、准备间等。结构复杂的CT，要求设有安臵电器柜的设备间。一般要求为：扫描间40m2，控制间20m2，设备间20m2，准备间20m2。房间安排时要考虑扫描架倾斜和扫描床面伸延的空间，考虑扫描架、电器柜挡板打开维修设备的空间，高压注射器活动空间，考虑病人出入、工作人员活动的空间；考虑与准备间、治疗间等辅助房间的关系，观察窗位臵，门窗防护等。
2．电源地线 电源变压器功率要求不能小于设备要求，电源电阻小于0.3Ω。电源波动小于10%。地线接地电阻小于4Ω。接地干线铜质，线经不小于16mm2。 （二）运行环境
温度：18 oC～22oC。湿度：45%～60%为宜。
通风防尘：为了避免交叉感染，应有新鲜空气补充，又要防尘。
