CT机的基本构造及工作原理

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计算断层摄影（ct）诊断
计算断层摄影（computed tomography），简称ct ,是电子计算机和x线相结合，应用到医学领域的重大突破，它使传统的x线诊断技术进入了计算机处理、电视图像显示的新时代。因此ct发明者hounsfield荣获了诺贝尔医学奖。
1971年第一台ct制成，仅应用于颅脑检查，效果良好。1974年制成全身ct，检查扩大到胸、腹、脊柱及四肢。ct显示横断图像，避免重叠；密度分辨率高，图像清晰；方法简便、迅速、无创伤、无痛苦、无危险。所以得到广泛应用，促进了医学影像学的发展。
第一节 ct机基本结构和工作原理
一、ct机的基本结构
包括扫描部分、计算机系统，图像显示与记录系统和中央控制台（图7－1）。

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图7－1 ct 机的基本构造
二、ct 机的工作原理
ct机扫描部分主要由x线管和不同数目的控测器组成，用来收集信息。x线束对所选择的层面进行扫描，其强度因和不同密度的组织相互作用而产生相应的吸收和衰减。探测器将收集到x线信号转变为电信号，经模／数转换器（a／d converter）转换成数字，输入计算机储存和处理，从而得到该层面各单位容积的ct值（ct number），并排列成数字矩阵（digital matrix）（图7－2）。这些数字可储存于硬磁盘（hard disk）、软磁盘（floppy）和磁带（magnetic tape,mt）中，也可用打印机印用。数字矩阵经数／模（d/a）转换器在监视器上转为图像，即为该层的横断图像。图像可用多幅照相机摄于胶片上，供读片、存档和会诊用。

图7－2 数字矩阵
三、ct机的发展和类型
ct机按其适用范围分为头颅ct机和全身ct机。ct机的发展常用代（g eneration）来表示。
第一代ct机采取旋转／平移方式（rotate/translate mode）进行扫描和收集信息。首先x线管和相对应的探测器作第一次同步平行移动。然后，环绕患者旋转1度并准备第二次扫描。周而复始，直到在180度范围内完成全部数据采集。由于采用笔形x线束和只有1－2个探测器，所采数据少，因而每扫一层所需时间长，图像质量差。
第二代ct机是在第一代ct的基础上发展而来。x线束改为扇形，探测器增多至30个，扩大了扫描范围，增多了采集的数据。因此，旋转角度由1o增至23o，缩短了扫描时间，图像质量有所提高，但仍不能完全避免患者生理运动所引起的伪影（artifact）
第三代ct机的主要特点是控测器激增至300－800个，并与相对的x线管只作旋转运动（rotate/rotate mode）。因此，能收集较多的数据，扫描时间在5s以内，使伪影大为减少，图像质量明显提高。
第四代ct机的特点是控测器进一步增加，高达1000－2400个并环状排列而固定不动，只有x线管围绕患者旋转，即旋转／固定式（rotate/stationary mode）。它和第三代机的扫描切层都薄，扫描速度都快，图像质量都高。
第五代ct特点是扫描时间缩短到50ms，因而解决了心脏扫描。其中主要结构是一个电子枪，所产生的电子束（electron beam）射向一个环形钨靶，环形排列的探测器收集信息。

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图7－3 第1－5代（ct）扫描方式
四、ct图像
ct图像由某一定数目的由黑到白不同灰度的小方块组成，每一方格为图像的最小单位称为像素（pixel）（图7－4）。
ct值是以数值来说明组织影像密度的高低，但不是绝对值。而是以水为标准，其他组织与水比较的相对值。现用亨氏单位（h），即以水的ct值为oh，空气为－1000h，骨为＋1000h 的2000个等级。人体各种组织均包括在2000个等级之内（图7－5）。
一般x线照片的黑片对比度是固定的，但ct机监视器的黑白即灰度可以通过调节窗位（window level）和窗宽（window width）而改变。窗位是指图像显示所指的ct值范围的中心。例如观察脑组织常用窗位为＋35h，而观察骨质则用＋300－＋600h。窗宽指显示图像的ct值范围。例如观察脑的窗宽用100，观察骨的窗宽用1000。这样，同一层面的图像数据，通过调节窗位和窗宽，便可分别得到适于显示脑组织与骨质的两种密度图像。使用窄窗宽，有利于发现与邻近正常组织密度差别小的病灶。

图7－4 ct图像的组成，组织单位容积和像素（pixel）

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图7－5 人体组织ct值

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broadtech

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