【知识就像梦里的她，熟悉又陌生】第七章第4节：CT设备

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第七章 医学影像设备

第四节 CT设备

常考的细节

CT硬件系统的构成。

1.CT高压发生器的功率及最高管电压。

2.准直器的分类，常见的层厚。

3.滤过器的作用。

4.CT探测器的作用及分类。

5.当今CT机扫描架的驱动方式。

6.计算机系统在CT中的作用。

7.螺旋CT机的扫描速度。

一、硬件系统及其特性

CT硬件系统由扫描架、扫描床、电器柜、控制台等构成。

CT系统包含以下子系统：

X线的发生装置、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置(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.高压发生装置的电器规格

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。 

最高管电压：CT机X线系统的高压一般在80～120kV之间可调，高档机可达140kV。

2.高压发生器的类型

(1)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。

(2)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。一般高档CT用X线管其阳极热容量在6～8MHU，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。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1.37MHU/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线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20秒内冷却下来。

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。

4.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。

作用有三点：

降低病人的表面辐射剂量、减少进入探测器的散射线和限定成像的空间范围。

可分为两种，一种是X线管侧准直器，又叫前准直器，它的作用是控制X线束在人体长轴平行方向上的宽度，从而控制扫描层厚度。

另一种是探测器侧准直器，又叫后准直器，它的狭缝分别对准一个探测器，使探测器只接收垂直入射探测器的射线，尽量减少来自成像平面之外方向的散射线的干扰。

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。

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。

常见的层厚有1mm，2mm，3mm、5mm、8mm，10mm，最新CT可有0.5mm层厚。

5.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釆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。由惰性气体和气体电离室构成。

（3）多排探测器：

是指通过一周扫描可以同时获得多层图像的CT，多釆用稀土陶瓷探测器制作成多排探测器。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，每次釆集的数据量越大。

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。

多排螺旋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。可分为等宽阵列与非等宽阵列。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＞采集通道数。

2.数据测量装置

位于探测器阵列和计算机之间，它的任务是将探测器输岀的微弱信号经过前置放大、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：前置放大器、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釆集的旋转运动。

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驱动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，噪声大，变速灵敏性差。

线性电机直接驱动：是当今多数高端机采用的驱动方式，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，克服了皮带驱动的三个缺点。

3.信号传输方式

采用滑环技术的扫描架，除第四代扫描方式外，釆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。便于安置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患者预定断面输送到扫描平面。由床面及底座构成，它的运动一般由床身升降电机和床面水平移动电机控制。

（1）床面材料由强度高、质量轻、对X线衰减少的碳素纤维制成。

（2）床面承重要求达250kg。

（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到0.25mm。

（5）最低高度扫描床有升降功能，便于患者上下，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、挤压患者。

二、软件系统及其特性

（一）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设置图像重建计算机。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。

（二）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、功能键盘、鼠标等组成。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。

（三）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

即一台高配置计算机，配用各种专用软件。它的硬件配置包括CPU速度、内存容量、硬盘容量、CD-R、接口、显示器。

（四）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360°旋转扫描所用时间。高档螺旋CT扫描速度达0.27秒；中档：＜1秒（亚秒级）；低档：2秒。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。也使得时间分辨率低，增加了病人的运动机会，使图像质量降低。

2.重建矩阵

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、1024×1024等。

3.重建时间

重建时间与重建矩阵大小有关，与处理器的主频、内存配置有关。

4.空间分辨率

又称高对比分辨率。指在密度对比＞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10/[线对数(lp/cm)×2]=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。

6.扫描孔径

一般在650～800mm之间。

7.扫描架

倾斜角度高档CT机扫描架倾角可达±30°，中、低档机倾角可达±25°。

三、附属设备

(―)机房设计

1.平面布局

CT机房一般要求为：扫描间35-45m2，控制间15-20m2，设备间20-25m2，准备间15～20m2。结构复杂的CT，要求设有安置电器柜的设备间。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，观察窗位置，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＜0.3Ω，电源波动＜10%。地线接地电阻小4Ω，接地干线铜质，线径不＜16mm2。

(二)运行环境

温度：18～22℃；湿度：45%～60%。

通风防尘：为了避免交叉感染，应有新鲜空气补充，又要防尘。