医用CT机的质量控制与计量检定.ppt

医用医用CTCT机的质量控制与计量检定机的质量控制与计量检定 夏勋荣 主要内容：主要内容：1 1、与、与CTCT相关的概念相关的概念 2 2、CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 3 3、CTCT机的主要性能指标机的主要性能指标 4 4、CTCT机质量检测的设备机质量检测的设备 5 5、CTCT机各项指标的检定意义机各项指标的检定意义 CT的含义 CT是Computed Tomography的缩写。“computed”意为计算机技术；“tomos”的含义是“断层”，意为人体中的单一层面；后缀“graphy”，意为成像技术，例如“radiography”-放射成像技术。普通X线成像技术中，人体组织和结构被重叠在一起，而CT成像技术中得到的是人体某一层面的影像。CT成像与普通成像与普通X线成像的区别线成像的区别 1.18951.1895年伦琴发现年伦琴发现X X线；线；2.19172.1917年，奥地利数学家年，奥地利数学家J.RadonJ.Radon证明了证明了CTCT成像的数学原理，即成像的数学原理，即投影重建图像数学理论投影重建图像数学理论 ；3.19633.1963年，美国科学家年，美国科学家CormackCormack从人体扫描试验中研究出了重建从人体扫描试验中研究出了重建图像的数学方法；图像的数学方法；4.19714.1971年年9 9月，英国的月，英国的HounsfieldHounsfield研制成功了第一台研制成功了第一台CTCT，并应用，并应用于临床诊断；于临床诊断；5.19795.1979年年HounsfieldHounsfield和美国的和美国的CormackCormack获得了医学生理学奖；获得了医学生理学奖；6.19986.1998年年1111月在北美放射学会年会上有月在北美放射学会年会上有4 4家公司分别展出了多排家公司分别展出了多排螺旋螺旋CTCT机。机。CTCT成像技术的发展历史成像技术的发展历史 CTCT机的发展历史机的发展历史 体素与像素 CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 1mm 10mm 由于被扫描人体的组成是不均匀的，在实际应用中将人体断层分成很多小块，这种被分成许多密度均匀的小立方体，称之为“体素”。体素是产生CT图像的基本单元，体素越小图像越清晰。体素的大小由下式决定：体素=FOV层厚/矩阵 所以CT力争较多的原始数据，而原始数据又与采集点数和探测器的数目有关。体素与像素 像素是显示图像的基本单元，它与体素有关，但又是两回事。像素大小与图像处理系统的存储矩阵有关，与监视器显示图像部分的尺寸有关。像素=FOV/矩阵 体素和像素采用同一坐标系，像素值（像素的CT值）代表对应体素的平均吸收特性并在图像上显示出来。体素与像素 CT值的概念 CT值代表X线穿过人体组织被吸收后的衰减值。为了定量衡量组织对于X光的吸收率，Hounsfield定义了一个新的标度“CT值”。为了表示对他的敬意，后人将CT值的单位定位“H”。CT值的计算：某物质的CT值等于该物质的衰减系数与水的衰减系数之差，再与水的衰减系数之比后乘以1000。CT值的概念 某物质CT值=1000（-水）/水,其单位名称为HU（Hounsfield Unit）。CT值不是一个绝对值,而是一个相对值。不同组织的CT值各异,各自在一定范围内波动。骨骼的CT值最高,为1000HU；软组织的CT值为2070HU；水的CT值为0（10）HU；脂肪的CT值为-50 -100以下；空气的CT值为-1000HU。窗宽窗位的概念 窗宽是CT图像上显示的CT值范围。在此CT值范围内的组织和病变均以不同的模拟灰度显示。而CT值高于此范围的组织和病变，无论高出程度有多少，均以白影显示，不再有灰度差异；反之，低于此范围的组织结构，不论低的程度有多少，均以黑影显示，也无灰度差别。窗位是窗的中心位置，同样的窗宽，由于窗位不同，其所包括CT值范围的CT值也有差异。例如窗宽同为100H，当窗位为0HU时，其CT值范围为-50+50H；如窗位为+35H时，则CT值范围为-15+85HU。通常，欲观察某组织结构及发生的病变，应以该组织的CT值为窗位。例如脑质CT值约为+35H,则观察脑组织及其病变时，选择窗位以+35H为妥。窗宽窗位的概念 CTCT成像的物理原理图成像的物理原理图 CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 CTCT成像的基本原理成像的基本原理 CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 CTCT成像的数学原理图成像的数学原理图 1=4 2=3 3=2 4=1 CTCT每扫描一次，即可得到一个关于衰减系数的方每扫描一次，即可得到一个关于衰减系数的方程，经过若干次扫描，即得到一联立方程。经过计算程，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立方程，从而求出每个体素的X X线吸收系数线吸收系数(衰减系衰减系数数)，将其排列成数字矩阵（，将其排列成数字矩阵（digital matrixdigital matrix），数），数字矩阵经过数字字矩阵经过数字/模拟转换器（模拟转换器（D/AD/A）把数字矩阵中的）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，即像素每个数字转变为由黑到白不同灰度的小方块，即像素（pixelpixel），也按矩阵排列，即构成了），也按矩阵排列，即构成了CTCT图像。图像。CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 模数转换器模数转换器 高压发生器高压发生器 X线球管线球管 人体模型人体模型 探测器群探测器群 操作控制台操作控制台 相机相机 电子计算机电子计算机 存储器存储器 显示器显示器 CT影像设备的基本结构与工作原理流程影像设备的基本结构与工作原理流程 CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 第一代 单束平移-旋转方式 视频视频7.207.20 第二代 窄扇束平移-旋转方式 第三代 宽扇束旋转-旋转方式 第四代 宽扇束静止-旋转方式 螺旋CT 第五代 泛指各种先进的扫描方式 双源CT Cone beam CT CT 常规常规X线线 数字化图像化数字化图像化 模拟图像模拟图像 图像重建，三维断层重建图像重建，三维断层重建 几何聚焦，二维几何聚焦，二维X光片光片 密度分辨好（密度分辨好（0.5%）密度分辨差密度分辨差 空间分辨一般（空间分辨一般（415）Lp/cm 空间分辨好（空间分辨好（1235）Lp/cm 成像剂量较高成像剂量较高 成像剂量低成像剂量低 CT与常规X线比较（1 1）扫描系统（扫描系统（X X线管、探测器和扫描架）线管、探测器和扫描架）;（2 2）计算机系统（数据储存、运算等）计算机系统（数据储存、运算等）;（3 3）图像显示和存储、照相系统。）图像显示和存储、照相系统。CTCT影像设备的组成与功能影像设备的组成与功能 CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 （1 1）扫描系统（扫描系统（X X线管、探测器和扫描架）线管、探测器和扫描架）:扫描机架扫描机架（gantrygantry）内安装有）内安装有X X线系统、图像采集、线系统、图像采集、X X线过线过滤器、系统准直器等，其中滤器、系统准直器等，其中X X线球管和数据采集系统（线球管和数据采集系统（data data acquisition systemacquisition system，DASDAS）最为重要。目前多数扫描机架的）最为重要。目前多数扫描机架的孔径为孔径为70cm70cm，倾斜角度通常为，倾斜角度通常为12123030。CT扫描系统的扫描机架与扫描床扫描系统的扫描机架与扫描床 扫描机架内部结构扫描机架内部结构 CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 探测器探测器 滑滑 环环 高压部分高压部分（1 1）扫描系统（扫描系统（X X线管、探测器和扫描架）线管、探测器和扫描架）:X X线球管线球管是是CTCT影像设备的心脏部分，由阴极、阳极和真空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和旋转阳极两种。固定阳极固定阳极X X线球管线球管主要应用于单束和多束形的扫描机中，主要应用于单束和多束形的扫描机中，其焦点是矩形的，主要用于第其焦点是矩形的，主要用于第1 1、2 2代代CTCT机中；机中；旋转阳极旋转阳极X X线球管线球管主要用在扇束旋转扫描机中，故在第主要用在扇束旋转扫描机中，故在第3 3、4 4代代CTCT机中多采用此种机中多采用此种X X线球管；线球管；CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 目前，目前，CTCT多采用多采用2 2个焦点交替个焦点交替工作，大大延长了工作，大大延长了X X线球管的寿命，线球管的寿命，其曝光次数由原来的其曝光次数由原来的2 2万次达到万次达到25255050万次以上。万次以上。20032003年末年末SiemensSiemens公司推出零公司推出零兆阳极热容量的概念，代表球管兆阳极热容量的概念，代表球管为为StratonStraton电子束控金属球管，电子束控金属球管，以以0.370.37秒速度进行机架旋转的球秒速度进行机架旋转的球管管,可以实现亚毫米满负荷扫描。可以实现亚毫米满负荷扫描。Straton电子束控金属球管外形电子束控金属球管外形 CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 （1 1）扫描系统（扫描系统（X X线管、探测器和扫描架）线管、探测器和扫描架）:CTCT的数据采集系统（的数据采集系统（DASDAS）作用是测量）作用是测量X X射线束，并将这些射线束，并将这些数据编码成二进制数据，送往计算机进行运算。数据编码成二进制数据，送往计算机进行运算。探测器（探测器（detectordetector）是）是DASDAS系统中重要的部件，主要功能：系统中重要的部件，主要功能：接受透过病人检查部位的接受透过病人检查部位的X X射线；射线；将接收到的将接收到的X X线转换成模拟形式的电子信号；线转换成模拟形式的电子信号；将模拟信号放大；将模拟信号放大；将模拟信号转换成数字信号（通过将模拟信号转换成数字信号（通过A/DA/D转换器）。转换器）。CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 （1 1）扫描系统（扫描系统（X X线管、探测器和扫描架）线管、探测器和扫描架）:探测器是位于探测器是位于X X线球管和计算机系统之间重要的数据检测部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，件。一般来说，探测器的数量越多，采集到的扫描数据就越多，可提高可提高X X射线的利用率，相应的缩短扫描时间和提高图像的质量。射线的利用率，相应的缩短扫描时间和提高图像的质量。比如比如GEGE公司公司LightSpeed 16LightSpeed 16排排MSCTMSCT的探测器系统共有的探测器系统共有2424排矩排矩阵式探测器组合，每排有阵式探测器组合，每排有912912个稀土陶瓷探测器，共有个稀土陶瓷探测器，共有2121，888888个探测器。个探测器。（1 1）扫描系统（扫描系统（X X线管、探测器和扫描架）线管、探测器和扫描架）:CTCT机的结构及成像原理机的结构及成像原理 （2 2）计算机系统计算机系统:CTCT和和MRIMRI等临床大型医疗设备均使用的是小型计算机。等临床大型医疗设备均使用的是小型计算机。CTCT的计算机系统包括主计算机和阵列计算机两部分。的计算机系统包括主计算机和阵列计算机两部分。主计算机控制主计算机控制CTCT整个系统的正常工作，其主要的功能有：整个系统的正常工作，其主要的功能有：扫描监控，并将扫描监控，并将CTCT扫描得到的数据进行存储；扫描得到的数据进行存储；CTCT值的校值的校正；图像的重建控制；正；图像的重建控制；CTCT机自身故障的诊断与分