CT原理

一、CT的发展历史概况

图像重建技术的历史比较悠久。它的理论起源于1917年奥地利数学家雷顿（Radon）所发表的论文，文中证明了二维或三维物体能够通过无限多个投影来确定，但限于但是的技术条件而未能实现。到了六十年代初，由于科学技术的进步，特别是计算机科学的发展，使图像重建问题重新引起了人们的重视。相继有不少的学者进行了卓有成效的创造性的研究。特别是英国EMI公司中央研究所工程师豪斯菲尔德（Housfield）经过四年的努力，在1972年研制成功诊断头颅用的第一台电子计算机 线断层摄影装置。这一新式的 线显象核技术在1974年5月蒙特利尔(Montreal)召开的第一次国际CT会议上被正式命名为电子计算机断层摄影技术(简称CT)。1975年EMI公司又成功地研制出全身用的CT装置，并获得了人体各个部位的鲜明清晰层图像。1979年，这项技术获得了诺贝尔奖金，说明了它对人类所具有的划时代的贡献。

CT自1972年问世以来，在以后短短的十多年里，已从第一代产品以展到了第四代产品，其中最主要的差别在于扫描方式的改进。

第一代是单束扫描方式(又称笔束扫描方式)。它采用单个 射线管，单个探测器。 射线管和探测器同步一水平直线运动，同时与人体作相对地旋转运动。该方式扫描时间较长，扫描一周需4分钟左右。

第二代是窄角扇束扫描方式。其张角为10到20度，与20到30个探测器相配合。扫描动作与笔束扫描方式相同，只是把射线变为扇束，交叉其行程。扫描时间为18秒左右，但目前已很少采用。

第三代是广角扇束扫描方式。其张角为30度左右，探测器增加到250到350个，射线源和探测器作同步旋转扫描。扫描时间可缩短到2.5秒，是目前CT装置中最流行的一种方式。

第四代是在第三代基础上，把探测器数量增加到1500左右，布满整个360度，并固定不动， 射线源作旋转扫描。扫描时间约2秒，是目前比较新的一种扫描方式。 1980年，距第四代CT产品问世还不到一年，美国梅约生物医学研究所试制成功电子计算机 射线动态空间重建装置，是第五代CT装置。它采用28个 射线管，安排在180度的半圆形位置上，因而每次扫描可得28个角度的投影数据。此外，还加上了影像增强器设备。完成一周扫描时间为0.01秒，并在1秒内重复扫描60次。这种装置还能把断层图像重叠起来获得立体活动图像。

目前除了上述的 射线CT以外，还有超声波CT、放射性同位素的正电子CT、质子CT等，其中以超声波CT最引人注目。在这些CT装置中，除了发射源与射线积分含意不同于 射线CT外，其图像重建原理是基本一样的。 另外，值得指出的是图像重建技术除了在医疗设备中用于CT外，在其它领域，如射电天文学、电子显微镜、光干涉仪以及全息摄影等都有成功的应用。

二、CT 的基本原理

CT的基本原理是将 射线穿透人体后构成二维投影，为传感器接收，然后经过计算机进行图像重建，获得一个完整的断层图像显示出来。其图像重建方法已在前面介绍，目前CT用得最多的方法是滤波──逆投影法。

在CT装置中，投影数据的形成是以人体各组织对 如设

点的线性衰减系数为

，那么，由

射线衰减作用的不同为依据的。射线衰减规律，存在以下的关系

式中 只需测得

为

射

线强度，

为射线透过物体后被检测到的强度。当

已知时，

，即可求得射线积分。很显然，衰减系数

。

反映了人体各部组织的性质，

它在空间上的分布就形成

组织 血浆 水肿 血块 神经胶质瘤 脑膜瘤 灰质 白质 与水相比的Ｘ线衰减系数（％） 2.2 1.8～2.2 7.4 2.6～4.5 4.6～5.2 3.8 3.0 人体组织CT值

CT值 11.1 8.8～11.1 37.0 13.0～22.5 23.0～26.0 19.0 15.0 CT装置的原理框图如图10-6-3所示。它主要由数据采集、计算机图像处理和终端图像

显示三大部分组成。

数据收集部分包括扫描机架、冷却器、高压发生器、检测器、检测回路和A/D变换器。CT中要求测得的CT值精度达到0.5％，这就要求高压发生器的高压稳定度为千分之一，纹波因素为万分之五。扫描机架是数据收集的关键部分，它决定扫描方式、数据收集的多少和扫描时间的长短等。一般头颅CT采用第一代和第二代扫描方式，以第二代为多数；全身CT采用第二代、第三代和第四代扫描方式，以第三代扫描为多数。CT用的检测器必备条件是：

图 10-6-2 CT装置原理框图

1.对射线的能量范围为 之间，有高的检测效率； 强弱信号都能检测，线性良好；

2.有足够的动态范围 3.稳定性良好； 4.余辉短； 5.空间配置容易。

目前常用两类检测器，一是闪烁晶体+光电倍增管。当 光，再由光电倍增管将微光转换成电流信号。这类晶体有

线照射晶体后使晶体发出微

。

早期曾采用 ，目前大多采用 （简称B.G.O.），其优点是残光少，不易潮解，容易加工，不易老化，性能稳定。近年来还发展了半导体检测器，正在推广应用。另一类是氙气电离箱，氙气受 线照射后电离，产生离子导电。其优点是稳定性好，一致性好，便于采用多检测器。头颅CT常采用晶体检测器，全身CT采用第三代扫描方式时常用氙气电离箱。

从检测器测得的数据送入检测回路进行放大、处理、再经过A/D变换器数字化后送入计算机进行数据处理

计算机是CT的核心部分。一般数据首先被存储在磁盘上，然后由计算机按程序进行运算，运算的结果（CT值）仍然存入磁盘。全部计算完毕后，根据中央控制台的指令，在监

视器上显示断层图像，可为黑白图像，也可为伪彩色图像显示。有时还可摄成照片，或用行式打印机打出结果，也可录入磁带以便永久保存。