X 射 线 物理教研组.

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1 X 射 线 物理教研组

2 X射线 1895年德国物理学家伦琴在做阴极射线实验时，意外地发现了X射线。伦琴因此获得了1901年首届诺贝尔物理学奖。

3 X射线发现以后，很快就被应用于医学，成为现代医学诊断、治疗和研究的重要手段。

4 第一节 X射线的产生 　产生X射线的方法有多种，常用的产生X射线的方法是：用高速运动的电子束轰击一障碍物——阳极靶。受到靶的阻碍作用，电子的动能转变为X射线光子的能量。 产生X射线的两个基本条件是: 1)有高速运动的电子流； 2)有适当的障碍物—靶来阻止电子的运动。

5 一、X射线产生装置 1. X射线机的基本线路 X射线管
Ｒ 1. X射线机的基本线路 X射线管由封装于真空玻璃管内的灯丝阴极和阳极靶组成;升压变压器T1输出的交流高压经整流后加在阴极和阳极之间；灯丝变压器T2为灯丝供电，灯丝温度由电位器Ｒ控制。

6 X射线管 Ｒ

7 2.靶材料 耐高温 高速电子轰击阳极靶时，电子动能转变为X射线的能量不到1%，99%以上的能量都变为热量。因此靶材料应选用耐高温的材料。
2)原子序数大 　　靶材料的原子序数Z越大，电子能量转化为X射线的能量越多。因此，钨(Z=74)和它的合金是最合适的靶材料。

8 3.实际焦点与有效焦点 1)实际焦点： 电子流在靶面上的撞击面积叫 实际焦点。 2)大焦点、小焦点：
　电子流在靶面上的撞击面积叫 实际焦点。 图16-2a) 有效焦点 2)大焦点、小焦点： 　实际焦点的大小与灯丝的形状有关，长灯丝形成的焦点叫大焦点、短灯丝形成的焦点叫小焦点。 3)有效焦点： 　实际焦点的投影面积叫有效焦点。

9 一般诊断用的X射线管采用小焦点，焦点越小，在荧光屏上或照相底片上所成的像就越清晰。治疗用的X射线管采用大焦点。
图16-2b)旋转阳极 4.阳极 图16-2b)旋转阳极 　大功率的X射线管多采用旋转阳极，使受撞击的面积不断改变，将热量分散到较大的面积上。

10 式中，Ni为单位时间内通过垂直于射线方向的单位面积的能量为hni的光子数。
二、X射线的强度和硬度 1. X射线的强度 1)定义： X射线的强度是指单位时间内通过垂直于射线方向的单位面积的辐射能量，用I表示。 　式中，Ni为单位时间内通过垂直于射线方向的单位面积的能量为hni的光子数。

11 ①增加管电流；②增加管电压。 2) 增加X射线强度的方法：
　①增加管电流；②增加管电压。 　　增加管电流，可使单位时间内轰击阳极靶的电子数目增多，从而使公式16-1中Ni增加；增加管电压，可产生频率更高的光子，即能量更高的光子。 3) X射线的强度表示：通常用管电流的毫安数(mA)间接表示X射线的强度。 4) 总辐射能量表示： X射线总辐射能量与X射线的强度和照射时间成正比。因此，用管电流毫安数与照射时间的乘积表示X射线总辐射能量。

12 指X射线的贯穿本领，它只取决于X射线的波长，即光子的能量，与光子数目无关。
　因此它与管电压有关，而与管电流无关。管电压越高，产生的X射线的硬度就越大。通常用管电压的千伏数(kV)来表示X射线的硬度。 表16-1　 X射线按硬度分类 　名　 称 管电压(kV) 最短波长(nm) 主要用途 极软X射线 5~20 0.25~0.062 软组织摄影等 软X射线 20~100 0.062~0.012 透视和摄影 硬X射线 100~250 0.012~0.005 较深组织治疗 极硬X射线 250以上 0.005以下 深部组织治疗

13 第二节　X射线谱 　Ｘ射线管产生的X射线，包含各种不同的波长成分，将其强度按照波长的顺序排列开来的图谱称为Ｘ射线谱(X-ray spectrum) 　图16-3为利用X射线摄谱仪(见§16.3)拍摄的钨靶X射线谱。它分为连续谱和线状谱两部分。 图16-3 钨靶X射线谱

14 靶原子 电子 hν

15 轫致辐射 (bremsstralung) 高速电子（或离子）流撞击阳极靶受到制动时,电子在原子核强电场作用下，速度的量值和方向都发生急剧变化，一部分动能转化为光子的能量 hυ辐射出去， 此现象称为轫致辐射 (bremsstralung)

16 一、连续X射线谱 １.产生机制 　当高速电子流在阳极靶上受到制动时，电子的一部分能量DE转化为光子的能量hn，在撞击时各个电子损失的能量DE大小不同，所以光子的能量不同，即光子波长不同，这样就产生了连续谱。 　当管电压较低时，只产生连续X射线。图16-4是管电压分别为20kV、30kV、40kV、50kV时的连续X射线谱。由图可见，当管电压增大时，各波长强度都随之增大。

17 2. 连续谱特性 1)短波极限： 由图可见，每一个管电压下都对应着一个最短的波长lmin，称为短波极限。 2) lmin与管电压的关系
图16-4 钨的连续X射线谱 1)短波极限： 　由图可见，每一个管电压下都对应着一个最短的波长lmin，称为短波极限。 2) lmin与管电压的关系 　实验发现，X射线谱的能量最高的光子的波长lmin与管电压密切相关，管电压越高，lmin越短。

18 设管电压为U，电子电量e。则电子的动能为eU，当这一能量完全转化为光子的能量时
将 h=6.626×10-34 J·s， c=2.9979×108 m·s-1， e=1.602×10-19C　　代入上式得 其中，管电压单位为 kV，波长单位为nm。

19 二、标识X射线谱 当管电压增加到70kV以上时，出现线状谱，如图16-5所示。

20 1.产生机制 图16-6 标识X射线发生原理示意图 　当轰击阳极靶的高速电子的能量足够高时，可以使靶原子的内层电子脱离原子核的束缚。比如，K层电子被击出，则L、M、N等外层电子就会跃迁到K层，从而放出光子。光子的能量等于两个能级差。这样就形成了K线系。

21 L线系用Lα、Lβ、Lγ…Lmin表示，
K M L N Kβ Kγ Kα 2、标识谱特征 Lβ Lα ① 线系 K层出现空位形成的X射线谱称为K线系 用Kα、Kβ、Kγ …Kmin表示 Mα 对应光子的能量： hυ Kα = EL-EK hυ Kβ = EM-EK …… hυmax = E自-EK =h c /λmin L线系用Lα、Lβ、Lγ…Lmin表示，

22 是自由电子补充空位时发出的 h c /λmin = E自-EK K L M N ③.靶元素原子序数愈高，对应线系的波长愈短，
②.每一线系都有一个最短波长 Lβ Lα 是自由电子补充空位时发出的 Mα h c /λmin = E自-EK ③.靶元素原子序数愈高，对应线系的波长愈短， ∵靶元素原子序数愈高各层的能量差值愈大。

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24 2.标识谱特性 　标识X射线对化学元素分析非常有用。医学诊断和治疗中使用的X射线主要是连续X射线，标识X射线在X射线的强度中所占的分量很小。

25 第三节 X射线的基本性质 一、X射线的特性： 1、电离作用 使分子、原子电离——可诱发各种生物效应 2、荧光作用
使分子、原子处于激发态，回到基态时，发出荧光 3、生物效应 放疗的基础；防护的原因 4、贯穿本领 穿透能力强。X射线透视和摄影的基础 5、光化学作用 使底片感光。医学上利用此进行X线摄影

26 1912年劳厄 提出方案，由弗里德里希、尼平进行实验，用晶体衍射法证明了X射线具有波动性，从而揭示了X射线的本质。

27 劳厄提出：用X 射线照射晶体应能观察到干涉现象。
布拉格父子(W.H.Bragg,、W.L.Bragg,) 用X射线晶体分光仪，测定了X射线的衍射角给出衍射公式， 叠加加强的条件是： 2dsinθ= kλ ( k=1、2、…) 此式称为布拉格定律， 晶体对X射线的折射率近似为1。 1 2 θ C d A B M 劳厄 布拉格

28 2dsinθ= kλ 改变θ值，使不同波长的X射线干涉加强。 ②测量晶体的晶格常数d、 ③获取X射线谱。 利用布拉格公式可以：
Θ λ1 λ2 X射线摄谱仪原理 晶体 //

29 第四节 物质对X射线的衰减规律 一、单色X射线的衰减规律 1．衰减规律
如图，设入射X射线强度为I0 ，在厚度x处，强度为I，在x~x+dx厚度内衰减了dI，则 其中比例系数m称为线性衰减系数。

30 两边积分得： 厚度的单位cm，m的单位cm-1。

31 X射线强度在物质中被衰减为一半时的厚度称为该物质的半价层
2．半价层 　X射线强度在物质中被衰减为一半时的厚度称为该物质的半价层 将 代入式(16-5)得 上式为半价层与衰减系数之间的关系式

32 二、衰减系数与波长原子序数的关系 1.原子序数愈大的物质，吸收本领愈大。 　人体肌肉组织的主要成分是C、H、O等，而骨骼的主要成分是Ca3(PO4)2，其中，Ca和P的原子序数比肌肉组织的成分原子序数高，因此骨骼的衰减系数比肌肉组织的大。 　胃肠透视时，吞服造影剂钡餐(硫酸钡)，钡（Z=56）的原子序数较高，吸收本领较大，可以显示出胃肠的阴影。铅(Z=82)的原子序数很高，因此将铅板用作X射线的防护材料。

33 2.波长愈长的X射线，愈容易被吸收。 　X射线的波长越短，贯穿本领越大，因此浅部治疗时，使用波长较长的X射线，深部治疗时使用波长较短的X射线。

34 质量衰减系数： 质量衰减系数成因：

35 第五节 X射线的医学应用 一、治疗 1)X射线治疗机： 使用大焦点X射线管，产生X射线。用于治疗皮肤肿瘤。

36 2) X射线刀： 这是一种立体定 向放疗系统。利用 直线加速器输出高 能电子，轰击钨靶 产生高能 X射线作 为放射源，在CT引
　这是一种立体定 向放疗系统。利用 直线加速器输出高 能电子，轰击钨靶 产生高能 X射线作 为放射源，在CT引 导下，由计算机系统控制，实施高精度立体定位，非共面多轨迹等中心旋转，集中照射肿瘤，使肿瘤病灶受到致死性高剂量照射，而周围正常组织受量很小。

37 常规X射线诊断的图像将各种组织、器官重叠在一起，并且使骨骼掩盖了一些组织和器官，致使有些疾病不能得到准确的诊断。
二、诊断 1.常规透视和摄影 各组织器官对X线的吸收不同，则透过后的强度不，在荧光屏或胶片上将显示器官的影像 X射线摄影的位置分辨能力和对比度分辨能力优于X射线透视 　常规X射线诊断的图像将各种组织、器官重叠在一起，并且使骨骼掩盖了一些组织和器官，致使有些疾病不能得到准确的诊断。 人工造影：注入造影剂，以增大与周围组织的对比 软组织摄影：采用较软X射线以增加组织间影像反差

38 2. 数字减影血管造影（DSA） 是一种理想的非损伤性血管造影检查术，不仅 用于血管疾病的诊断，而且可为血管内插管导向。 影像增强器 摄像管
X射线影像 光学图象 视频信号 造影像－原像 模数转换 图像的数字信号 放大、数模转换 监视器 造影图像 视频信号 血管图像 用于观察血管梗阻、狭窄、畸形、血管瘤……内插管导向

39 普通X射线成像的缺点 X射线 像 物体

40 CT与传统X射线装置的对比 CT： 传统X射线装置： 图像重建，三维断层、图像清晰； 通过图像后处理，可获得多平面图像；
成像剂量可选（精细），剂量小； 动态范围大； 密度分辨率高，对软组织分辨率能力高； 空间分辨率较低； 易与医院其它数字化设备互连。 传统X射线装置： 几何聚焦，二维X光片、纵向信息重叠； 图像后处理应用少； 成像剂量可选（粗），剂量大； 动态范围小； 密度分辨率低，不能区别软组的细节； 空间分辨率高； 不易与医院其它数字化设备互联。

41 X-CT被公认为70年代重大科技突破, Cormack, Hounsfiled于79年获得诺贝尔医学生理学奖金。
X射线计算机辅助断层扫描成像装置(X－CT) CT的发明 CT（Computed Tomography）即电子计算机体层摄影，又称X线CT。 基本原理：通过X射线管环绕人体某一层面的扫描，利用探测器测得从各个方向透过该层面后的射线强度值，利用计算机及图像重建原理，获取该层面的图像。 X-CT被公认为70年代重大科技突破, Cormack, Hounsfiled于79年获得诺贝尔医学生理学奖金。

42 第一节 CT成像系统概述 一、CT的发明 CT（Computed Tomography）即电子计算机体层摄影，又称X线CT。

43 X-CT的历史背景 诺贝尔奖: Rontgen (1895): 发现X-射线 Cormack和Hounsfield (1979): 发明CT机

44 ▲1917年Radon提出了图像重建的数学方法。 ▲ 1971年英国工程师Hounsfield设计成功第一台颅脑CT机
▲ 1972年应用于临床 ▲ 1974年，美国工程师Ledley设计出全身CT机. ▲Hounsfield和美国物理学家Cormark获得了1979年度诺贝尔医学生理学奖。 Hounsfield于2004年8月12日在英国逝世，享年84岁

45 与普通X射线摄影的比较： （1）清晰度高 （2）密度分辨率高 0.1%～1% （普通：10%） （3）采用单能射线，散射线对图象的 影响不大

46 CT成像原理-1 m x 朗伯定律 I0 :入射X-射线强度; I : 输出X-射线强度；  :组织的线性衰减系数; x: 组织的厚度。

47 CT图像 体素：将选定层面分成若干个体积相同的立方体。 数字矩阵：每个体素的X线衰减系数排列成矩阵。
像素：数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块。

48 三、X-CT 1.X-CT的基本原理 　设有n个边长为l的小立方体体素，如图16-9所示，每个小立方体可视为均匀的，吸收系数依次为m1、m2、m3、 mn ，入射X射线强度I0。 图16-9　X射线穿过n个体素

49 对第1个体素： 对第2个体素： … … 对第n个体素：

50 式中l、I0是已知的，只要测出从第n个体素透射出的X射线强度I，则可以算出右式的值。这样可得到m1~mn这n个未知数的一个线性方程。
　现在，假设有n行×n列个体素，各个体素的吸收系数分别为m11~mnn，如图16-10所示。现在，只要设法求出m11~mnn这n2个衰减系数，就可建立一幅CT图像了。 　从数学上说，只要我们能够得到关于m11~mnn的n2个独立的线性方程，解方程组就可以得到m11~mnn 。 那么，如何得到这n2个方程呢？方法是通过扫描。

51 　在每一行上用探头测得透射出的X射线强度，得到一个线性方程。变换角度再扫描，直到得到n2个独立的线性方程。 然后，通过计算机解这个方程组，得到m11~ mnn的解。
图16-10 层面矩阵扫描示意图 　将求得的各体素的m11~ mnn折算成相应像素的灰度，就形成了CT图像。

52 下面用四体素（设）矩阵的重建对反投影法作定性说明。对四体素矩阵作0°、45°、90°、135°投影（即扫描），再将投影值反投回原矩阵的对应位置（即扫描通过的各个体素点）上，即可将原矩阵中的四体素的特征参数值解出。其过程如图3-10所示。

53 一、单束平移-旋转（T/R）方式 单束扫描又称为第一代CT扫描，扫描装置是由一个X射线管和一个检测器组成，X射线束被准直成笔直单射线束形式，X射线管和检测器围绕受检体作同步平移-旋转扫描运动，如图3-14所示。这种扫描首先进行同步平移直线扫描。当平移扫完一个指定断层后，同步扫描系统转过一个角度（一般为1°），然后再对同一指定断层进行平移同步扫描，如此进行下去，直到扫描系统旋转到与初始值位置成180°角为止。这就是平移旋转扫描方式。 这种扫描方式的缺点是射线利用率极低，扫描速度很慢，对一个断层扫描约需5分钟时间，故只适用于无体动器官的扫描，如头部等。

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55 二、窄扇形束扫描平移-旋转（T/R）方式
窄扇形束扫描又称为第二代CT扫描。扫描装置由一个X射线管和6~30个的检测器组构成同步扫描系统。扫描时，X射线管发出一张角为3°~20°的窄扇形射线束，6~30个检测器同时采样，并仍采用平移-旋转扫描方式。 窄扇形束扫描完一个断层的时间可降为10秒左右。这能实现对人体除心脏器官以外的各器官的扫描成像。这种扫描的主要缺点是：由于检测器排列成直线，对于X射线管发出的扇形束来说，扇形束的中心射束和边缘射束的测量值不相等，故需校正，否则扫描会因这种运动而出现运动伪影，影响CT像的质量。

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57 三、旋转-旋转（R/R）方式这种扫描称为第三代CT扫描，扫描装置由一个X射线管和由250~700个检测器（或用检测器阵列）排成一个可在扫描架内滑动的紧密圆弧形排列组成。X射线管发出张角为30°~45°能覆盖整个受检体的宽扇形射线束。 在宽扇形束扫描中，扇形射束宽度内的检测器同时获取扇形射束内的所有数据，这种排列使扇形束的中心射束和边缘射束到检测器的距离相等，可故减少中心射束和边缘射束的检测值差异。由于此种宽束扫描一次即能覆盖整个受检体，故不再需要直线的平移，只需X射线管和检测器作同步旋转运动即可，如图3-15所示。 宽束扫描使得X射线的利用率有所提高，故可靠性也比平移-旋转方式高。用此种方式对断层扫描所用的时间已降为1秒左右。这种扫描的缺点是：要对每个相邻检测器的接收灵敏度差异进行校正，否则由于同步旋转扫描运动会产生环形伪像。

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59 四、静止-旋转（S/R）方式 这种扫描称为第四代CT扫描方式，扫描装置由一个X射线管和600~2000个检测器所组成。这些检测器在扫描架内排列成静止的检测器环，X射线管发出50°~90°宽扇形射束进行旋转扫描，如图3-16(a)所示。在静止-旋转扫描方式中对于每个检测器来说所得投影值，相当于以该检测器为焦点，由X射线管旋转扫描一个扇形面而获得，如图3-16(b)所示，故此种扫描方式也称为反扇形束扫描。 静止-旋转扫描方式的整体优点是：因为每一个检测器相继完成多个方向上投影的检测或者说在一个检测器上获得多个方向的投影数据，故能较好地克服宽扇形束的旋转-旋转扫描方式中由于检测器之间差异所带来的环形伪影，其扫描速度同宽扇束相比也有所提高或接近。

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61 电子束扫描方式 置。

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63 传统CT扫描的技术缺憾 上述四类一般被称为传统扫描方式，X射线管的供电方式都是由一根电缆线连在X射线管上，这种供电方式使X射线管不能进行连续的扫描。这样的扫描过程不仅大大延缓了完成全部扫描工作的时间，且存在接受扫描的新层间的间隔（称为层隔）等缺点。这些缺点是传统CT扫描技术的缺憾。

64 Conventional CT scanning is slow because it requires multiple slice acquisition to cover the volume of interest Despite the fact that scanning are performed with consecutive slices, it is easy to miss small lesion when the patient varies his depth of inspiration from scan to scan. It is also difficult to reduce partial volume effect.In order to do so, the lesion must be captured fully, not partially within the slice. Several overlapping scans may be repeated, with the hope that the patient hold his breath at the same depth each time.

65 单螺旋扫描CT

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70 Using spiral CT, a region of interest can be scanned in a one breath hold with a single acquisition.
There is no gaps since radiation is transmitted through the entire volume. Overlapping images can be reconstructed without additional radiation dose to the patient. With retrospective reconstruction, the position of the images can be shifted so that the lesion is centered fully within the slice thereby reducing partial volume effect.

71 30s 10mm P1 30s 10mm P2

72 30s 15s Scan Range = 300mm 10mm P2 10mm P1 20 mm/s 10 mm/s
Cover the same volume in shorter time with extended Pitch

73 颅脑CTA （1）对比剂的注射速度：2.5～3.0mL/s。 （2）对比剂的用量：一般为1.2～1.5mL/kg。 （3）延时：18s。 （4）体位、定位片及基准线：体位为标准头颅前后位，定位片扫侧位，以外耳孔为定位片扫描定位点。 注：只有16层以上螺旋CT才能做CTA检查。

74

75 腹部CTA

76 4.窗口技术 1）CT值 （CT number） X线穿透人体时，不同的组织密度值代表不同的线性衰减系数μ，一般用它的相对值表示，称为CT值。 CT值＝（（μ物质-μ水）/μ水）×K K为分度因数（设为1000），则CT值的单位为HU（Hounsfield Unit） CT值的定义是以水为标准，其它组织与之比较后得出。水的线性衰减系数为1，致密骨约为2，空气约为0（实际为0.0013），水的CT值为0HU，人们将－1000～+1000分为2001个等级来表示CT值的差别。

77 1000 -1000 空气 脂肪 水 软组织 致密骨骼

78 2）矩阵（matrix） 3）体素（voxel）
在CT技术中，矩阵的大小影响着图像质量，矩阵大，象素数量相应增加，图像的分辨率就高，图像质量越好，512×512、1024×1024最为常用。 重建矩阵和显示矩阵:重建矩阵是X线线性衰减系数的矩阵，其大小决定了图像分辨率；显示矩阵是指显示器上图像的矩阵。 3）体素（voxel） CT图像是人体某部位一定厚度（如1mm、5mm、10mm）的体层像，把体层分成按矩阵排列的若干个很小的体积单元，这些体积单元称为体素。 体素是三维的，每个体素中的μ是一致的。

79 4．象素（pixel） 一幅CT图像是由许多矩阵排列的小单元组成，这些组成图像的基本单元称为象素。象素是二维的，每一个象素内密度均一，象素结构中的平均密度决定其灰度值。由于每个体素的μ值是一定的，它在CT图像中是以象素的形式来反映。象素越小，图像的分辨率越高，图像质量越好。

80 6）窗口技术（windows technology）
5）灰阶 （grey scale） CT图像是将重建矩阵中的每一个象素经D/A转换成相应的亮、暗信号在显示器上显示，这些亮暗信号的等级差别称为灰阶，一般将灰阶分为16阶，每阶又有4级连续变化的灰度，共有64个连续的过度等级，因CT值在-1000～+1000范围内，所以每级分别代表约31个连续的CT值。 6）窗口技术（windows technology） 人眼不能分辨微小的灰度差异，为了提高组织结构的细微显示效果，分辨相邻组织的差别，突出显示诊断需要的图像信息（感兴趣区），通常通过调节图像的对比度和亮度来完成，这种技术称为窗口技术，窗口技术分为窗宽和窗位。

81 （1）窗宽(windows width，WW)
窗宽表示的是图像上包含的16个灰阶的CT值的范围。 窗宽主要影响CT图像的对比度，窗宽窄图像的层次少，对比度强，每级灰阶代表的CT值幅度较小，可分辨密度差异较小的组织结构，如脑组织的WW（80～100）。窗宽增大，每级灰阶代表的CT值幅度加大，图像对比度差，但轮廓光滑，适于分辨密度差别较大的组织，如肺组织的WW为1300～1800。

82 （2）窗位 （windows level，WL）
窗位是窗宽上、下限CT值的平均数。 窗位主要影响CT图像的亮度，WL低图像亮度高呈白色，而窗位高图像亮度低呈黑色。 骨组织的WL：350左右 肺组织的WL： -650左右 腹部、纵隔的WL：40左右

83 脑组织窗 骨窗 (1500,350) (90,40) 纵隔窗 肺窗 (1600,－650) (300,40)

84 （三）CT成像的过程 包括数据采集、数据处理、图像重建、图像显示、打印等几步。 1．数据采集 从X线的发生到数据信息的获得，这个过程称为～。 数据采集系统由X线管、滤过板、准直器、探测器和A/D转换器等组成。

85 2．数据处理 （1）校正X线束硬化效应（线性化）： X线管发出的射线是由不同的能量组成，作用于人体时，低能射线比高能射线衰减的多，使得高能射线与全部射线的比率相对提高，X线束硬度增加，这种现象称为X线束的硬化效应。 硬化效应会使得采集到的数据失真，影响图像重建效果。校正是在A/D转换器中进行的。

86 （2）去除空气值：因探测器不是工作在真空中，所以存在一定的空气值，须将此值去掉，才能保证数据的相对准确。
（3）修正零点漂移：探测器在收集和转换数据的过程中存在着余辉时间及参数的差异，加之X线管输出量的细微变化，使得几次扫描时各通道的输出稍有不同，有的通道是零，有的通道是正或负，这种现象被称为探测器的零点漂移，将引起空气的CT值不是-1000。 （4）正常化处理：是指对探测器收集到的全部数据进行校正和检验。

87 3．图像重建 图像重建的过程主要是如何求解μ1、μ2…、μn，图像重建的处理过程包含了复杂的数学运算。 重建方法分直接法和间接法两类，直接法通过直接计算线性方程式进行，包括反矩阵法、迭代法等，现已不再采用；间接法是先计算傅立叶变换系数再求出衰减系数的方法，有二维傅立叶变换法、卷积法和反投影法等。 4．图像显示、打印及冲洗 重建出来的图像显示于显示器上，将图像调节到理想状态后供诊断用，最后将图像送照相机、打印机拍照，经冲洗得到CT照片。

88 三、CT成像系统的组成 （一）硬件系统 1．扫描机架:X线管、准直器、探测器等，机架可倾斜。
2．X线管:大容量、旋转阳极X线管， “飞焦点” 。 3．准直器:决定扫描层厚、减少散射线以提高图像质量、降低被检者的辐射剂量。 4．楔形滤过器:滤掉低能射线，提高X线束的平均能量。 5．探测器:接受穿透人体的剩余射线，将其变为电信号。 稀土陶瓷探测器，多排探测器。 6．模/数转换器（A/D） 7．高压发生器: 8．计算机系统: 9．扫描检查床:螺旋CT对床移动的精度要求很高。 10．辅助设备:电源系统、照相机、工作站

89 （二）软件系统 CT机的软件平台多采用专用操作系统、Unix、Linux等操作系统。 1．基本功能软件 完成扫描、图像处理、图像存储、照相等常规工作的软件。 2．特殊功能软件 包括故障诊断软件、特殊扫描软件（如动态扫描、快速连续扫描、高分辨率扫描等）、图像特殊处理软件（如三维表面重建、模拟内窥镜等）、定量分析软件等。

90 四、CT机的发展概况 发展目标：提高扫描速度、提高图像质量、提高检查效率及完善特殊扫描功能等。 平板型CT… （一）五代CT机的主要特点

91 （二）滑环技术与螺旋CT 1．滑环技术 传统CT机:X线管－高压电缆－高压发生器… 1985年，滑环技术(Toshiba)… 高压滑环易发生放电导致高压噪声，影响采集的数据而降低图像质量，同时安全性差； 低压滑环的高压发生器采用体积小、功率大的高频结构，与X线管同装于扫描架内，同时旋转，稳定性好，危险性小。

92 2．螺旋CT (helical CT) 螺旋CT的核心技术是滑环技术，X线管在连续旋转、曝光的同时，扫描床以一定的速度沿Z轴方向运动，探测器采集到的数据不再是传统CT的单层数据信息，而是人体某段体积的信息，扫描完成后可根据需要作不同层厚和层间距的图像重建。 螺旋CT扫描又称容积扫描(volumetric scanning)。 根据X线管和探测器的运动方式，螺旋CT仍属于“旋转＋旋转”类，即第三代CT机，但扫描性能大大提高、扫描时间大大缩短。

93 （1）螺旋CT的成像参数： ①螺距（Helical Pitch）：床速与X线束准直宽的比值，螺距等于0时，相当于传统CT扫描；螺距等于0.5时，X线管旋转曝光2周；螺距等于1时，X线管旋转曝光1周；螺距等于2时，X线管旋转曝光半周，螺距越大，探测器采集的信息量相对较少，图像质量下降。 ②重建间隔(reconstruction interval)：被重建的两相邻断面之间长轴方向的距离。回顾性图像重建，即先进行螺旋扫描取得原始数据，然后根据需要作任意断面的图像重建。 （2）螺旋CT的优点： ●提高了多平面和三维图像重建的质量 ●一次屏气完成一个部位的扫描，不会遗漏病灶 ●可进行任意层面的回顾性重建 ●提高了扫描速度，使增强扫描的意义加强。

94 3．多层螺旋CT (Multi Slice Helical CT，MSCT) 1991年，以色列的Elscint公司推出了双层螺旋CT，扫描速度比普通螺旋CT提高了一倍，1998年底的RSNA年会上， Siemens、GE、Marconi（Picker）、Toshiba同时推出了旋转一周可获得4层连续层面图像的多层螺旋CT，或称多排探测器CT（Multi Detector Row CT，MDCT）。

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100 （1）多层螺旋CT与单层螺旋CT的不同： ①探测器的排列不同：单层螺旋CT的Z轴方向上只有一排探测器，MSCT采用4组通道的多排探测器。 ②X线束不同：单层螺旋通过准直器后的X线束为薄扇束(fan-beam)，X线束的宽度等于层厚。MSCT采用可调节宽度的锥形线束(cone-beam)，线束宽度等于多个层厚之和，提高了X线的利用率。 ③数据采集通道不同：单层螺旋在Z轴方向上只有一组通道采集数据，MSCT把多排探测器组成4组，形成数据采集的4组输出通道。 ④同一扫描周期内获得的层数不同：一层与多层。

101 ⑤决定层厚的方法不同：单层螺旋的层厚仅通过改变X线束的宽度来完成，线束的宽度等于层厚，多层螺旋的层厚不仅取决于X线束的宽度，还与探测器阵列的不同组合有关，如同样10mm宽的X线束，可由每4排1.25mm探测器组成一个5mm探测器通道，获得2层5mm层厚的图像，也可以由每2个1.25mm探测器组成一个2.5mm探测器通道，获得4层2.5mm层厚的图像。 ⑥图像重建的方法不同：新算法，以减少伪影、噪声，提高图像质量，减少曝光量。 ⑦MSCT螺距的概念：已经统一采用SSCT…

102 （2）多层螺旋CT的技术改进： ①X线管的改进：飞焦点技术 ②高压发生器的改进：固态高频高压发生器 ③智能扫描：自动变化扫描条件 ④驱动的改进： 以前都为皮带驱动，MSCT大多采用电磁驱动、磁悬浮技术，提高了旋转速度，降低了机械噪声。 ⑤探测器的改进：一是采用稀土陶瓷探测器，吸收率在99%以上，稳定性好。二是增加了Z轴方向上探测器的排数。

103 （3）多层螺旋CT的优势： ①空间分辨率和时间分辨率提高。 ②一次扫描可获得多层图像。 ③扫描速度大大提高，全身扫描在30秒内可完成。 ④可进行回顾性重建。 ⑤X线的利用率提高。 ⑥三维成像、模拟内窥镜效果更佳。 ⑦增强扫描的效果明显提高。 ⑧心脏CT扫描成为可能。 ⑨可进行CT透视。

104 （三）电子束CT 它与前几代CT的最大差别在于X线管的结构，主要有电子枪、偏转线圈和处于真空中的半圆形钨靶，扫描时，电子束沿X线管轴向加速，电子束经线圈聚焦，并利用磁场使电子束瞬时偏转，分别轰击四个靶面。扫描时间为30～100ms，一次扫描每个靶面得到2层图像，4个靶面共出8层图像，为心脏、大血管的CT检查提供了可能。

105 五、CT机的工作环境与维护 （一）工作环境要求 1．温度 在18～22℃之间。 2．湿度 相对湿度应在40％～65%之间。 3．防尘

106 （二）CT机的日常维护 1．严格按照操作规程使用机器，在不熟悉机器的情况下，严禁任何动作。 2．温度、湿度、防尘要达到要求。 3．无关人员严禁进入控制室。 4．启动机器、关闭机器要按照要求进行，关机后又要重新启动机器时，注意要间隔一定的时间，不能马上开机。 5．每天早上开始扫描前或当机器在2个小时内未扫描病人时，机器会提示进行X线管预热，即训练X线管，使X线管的温度达到工作状态，如果忽略了将影响X线管的寿命。 6．定期进行空气校准。 7．每天做好交接班记录及机器使用记录。

107 六、CT机的主要性能参数 1．视野（field of view，FOV） （1）扫描视野(SFOV)：18～50cm之间的几个组合。
（2）重建视野(DFOV)：缩小重建视野或增大矩阵可以获得较小的象素值，提高图像的质量。 2．机架孔径 3．机架倾斜角度 4．X线管热容量 5．X线管焦点 6．管电压 7．管电流：增加管电流，可增加探测器吸收的光子数，提高信噪比，相对降低噪声，提高密度分辨率

108 8．扫描时间 扫描时间是指扫描一层的曝光时间（传统CT）或X线管旋转一周的曝光时间（螺旋CT），目前最短的曝光时间已达到0.37秒（西门子64层） 。 9．重建时间：目前最快已达到毫秒级。 10．滤波函数 （1）标准算法： （2）软组织算法：适用于软组织图像的显示。 （3）骨细节算法：适用于观察组织密度差异较大的部位及骨结构，它强调空间的对比分辨，图像边缘锐利，如乳突中耳。 11．层厚（slice thickness）：即层面厚度，它影响着图像的分辨率，层面越薄图像的空间分辨率越高，但探测器接受的X线光子数减少，使得密度分辨率下降。 12. 层距（slice gap）：指相邻两个层面的中点之间的距离。

109 七、CT的优点及局限性 1．优点 （1）密度分辨率高：能分辨人体组织细小的吸收差异，提高了病变的检出率。 （2）获得真正的断面图像
（3）可以进行定量分析 2．局限性 （1）空间分辨率低于X线平片，提高空间分辨率是今后CT机需要解决的问题。 （2）CT的检查范围并不是对人体的所有部位、器官都有效，对心脏、胃肠道的检查还比不上心脏彩超、电子胃镜等。 （3）CT的定性、定位诊断只是相对而言，它的定性终究比不上病理结果。 （4）不能反映脏器的功能和生化信息：CT图像基本上反映了解剖学的情况，脏器功能和生化信息还很薄弱。

110 CT发展的里程碑 1969 Hounsfield设计成功 1972 英国放射学会发表 1979 获诺贝尔医学生物学奖
英国放射学会发表 获诺贝尔医学生物学奖 Ledley设计成功全身CT 螺旋CT问世 层螺旋CT问世 层螺旋CT问世 层螺旋CT问世 层螺旋CT问世 /128层螺旋CT问世 概念分析：多层 VS 多排 多层CT： 多层是针对扫描图像而言，是指旋转一周可以获得多个断层的图像（英文为：Multi-Slice CT）。 多排CT： 多排是相对探测器来说的，是指探测器的数目不止一排（英文为：Multi-Row Detector CT）。

111 CT机实物照片 Gantry 操作控制台 扫描部分 检查床 Cart

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125 CT扫描部分 X光球管 高压发生器 探测器 数据采集系统

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127 东芝ct机球管