CT(设备构成).ppt
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CT(设备构成).ppt
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ComponentsofaCTscannerCT扫描仪组成,操作台,监视器,扫描床,3.1ComponentsofaCTscannerCT扫描仪组成,ComponentsofaCTscannerCT扫描仪组成,数据采集阶段包括:
X射线管、探测器、准直器、滤过器、对数放大器、模数转换器(A/D)、接口电路等图像重建阶段包括:
计算机、D/A转换器等图像显示阶段包括:
图像显示器、相机、接口电路等等整个系统由中央系统控制器操纵,加上检查床便构成一台完整的X-CT系统,ComponentsofaCTscannerCT扫描仪组成,3.2X-RayTube,球管的发展球管功能及构成球管特性球管新技术球管的高压发生器,3.2X-RayTube,I.球管的发展固定阳极(stationaryanode)X线管(I、II代CT、牙科CT等)旋转阳极(rotatinganode)X线管(全身CT),II.X-Raytubecomponentsandfunctions球管构成及功能,球管组成Envelope外壳Cathode阴极Anode阳极ProtectivehousingX射线管防护罩,II.2.1Envelope球管外壳,Function:
maintainvacuum真空状态保证电子在真空管内的自由加速Demand:
withstandtremendousheat(耐受高温),MinimizeXrayabsorption(降低X线吸收)MadeofPyrexglass(耐热玻璃)ormetalFramePyrexglass:
较好的隔热、绝缘性能Metal:
绝缘性能提高、冷却好、耐用(适于CT),Tubewindow:
Asegmentofglassthatisthinnerthantherestoftheglassenvelope.Contributestoinherentfiltration:
0.5mmAlequivalency.,II.2.2Cathode阴极,Twoprimaryparts:
Filament灯丝Focusingcup聚焦杯,TheFilamentfunction灯丝功能Whencurrent(mA)isappliedtothecoilofwire,electronareejected.发射电子TheFilamentmaterials灯丝材料usuallymadeoftungsten钨材料higherthermionicemission高的热电子发射率highmeltingpoint高熔点AppendThorium(钍)增加电子发射率和延长灯丝寿命,Focusingcup聚焦杯,Containsanegativecharge.负极Designedtorepel(排斥)electronsandcondenseelectronbeamtosmallareaononfocaltrack.聚焦到达阳极的电子;,II.2.3TheAnodeAssembly阳极组件,Function:
电子在阳极受阻,韧致辐射产生X线TypeStationaryanode固定阳极Rotatinganode旋转阳极,StationaryAnodeX-rayTube固定阳极X线管,Usedfordentalx-rays,someportableimaging牙科X射线、部分便携式成像设备Usedwhenhightubecurrentandpowerarenotrequiredbecausetheyarenotcapableofproducinghigh-intensityx-raybeamsinashorttime不需在短时间内产生高强度X射线,因此用于球管电流和功率要求不高时,RotatingAnodeX-rayTube旋转阳极X线管,Tungsten-rheniumalloy(铼钨合金):
弹性、寿命Molybdenum(钼):
高热容量Graphite(石墨):
更高热容量,Theadvantageoftherotatinganode旋转阳极的优点,HighPower功率大TheeffectivesizeofFocusdecrease有效焦点变小,II.2.4ProtectiveHousingX射线管防护罩,Madeoflead&steel由铅和钢制成,ThefunctionofProtectiveHousing:
UsefulX-Raybeam产生有用X线Providesmechanicalsupport(支撑)forthetubeandprotectsfromroughhandlingSometubescontainoilthatservesasaninsulatoragainstelectricshockandasathermalcushion-dissipateheatSomeprotectivehousinghascoolingfantoair-coolthetubeandoil,Whenx-raysareproduced,theyareisotropicemitted各向同性发射X线,usefulorprimarybeamleakageradiation,II.3Thecharacteristicsofx-raytube球管特性,Focalspot焦点anodeangle阳极倾角heatcapacity热容量Heatdissipation散热率,II.3.1Focalspot焦点,Theareaoftheanodestargetwherex-raysareemittedThesmallerthefocalspotthebettertheresolutionoftheresultantimage,DualFocusArrangements双焦点,Mostdiagnostictubeshavetwofocalspots;large&small大焦点和小焦点,Dual-focustubes双焦点,largesmall,大焦点:
软组织或对比度分辨率的大容积扫描小焦点:
薄层和高分辨率扫描,Focalspotpenumbraeffect焦点与半影,焦点尺寸、焦点到扫描物体距离半影,Flyingspotsize飞焦点,Philips:
电场偏转Siemens:
磁场偏转,Flyingspotsize飞焦点,控制电子束的位移,在很短的时间内在两个位置间移动发射X线,相当于多了一次采集或采集数量的加倍;采样增加、空间分辨力增加,II.3.2Anodeangle阳极倾角,有效焦点大小与靶面倾角effectivefocalspotsizevsanodeangle,II.3.3Heatcapacityandheatdissipation热容量和散热率(冷却速率),Heatunitishowmuchheatananodecanstorebeforedamageoccurs热容量表示阳极损坏之前的储热能力单位:
HUkVpmAtimerectificationconstantHeatdissipationmeanshowfastatubesanodecoolsdown散热率表示阳极冷却时间单位:
HU/min,Heatcapacityvs.anodeangle热容量与靶面倾角,Forthesameeffectivefocalspotsize,theheatcapacityincreasesastheanodeangledecreases有效焦点一样时,热容量增大,阳极角度减小;,II.4NewCTxraytube(Stratonx-raytube),MedicalPhysics-September2004-Volume31,Issue9,pp.2699-2706,Anovelcoolingprincipleononehand,anovelbeamcontrolsystemontheotherhand.全新的冷却原理和射束控制技术,Stratonx-raytube,Providesdirectcoolingoftheanodewithallbearingslocatedoutsidethevacuum.阳极和轴承置于真空之外,对阳极直接冷却;Eliminatestheneedforwaitingtimesduetoanodecoolinginclinicalworkflow.(无需等待冷却),Straton球管与传统球馆的不同在于阴极和阳极一起固定在绝缘油中球管工作时,不单是阳极旋转,而是在马达的带动下整个球管的旋转;阳极的背面直接靠在管壁上极易散热,冷却油通过循环直接将热带走;偏转线圈的作用是使电子束达到适当的阳极位置,轰击靶面产生X线;通过偏转线圈的信号控制可改变焦点位置飞焦点。
Stratonx-raytube,TubeFailure球管损坏,Tubearcing打火Filamentbreakage灯丝击穿,Statorfailure定子损坏,NormalAnodeWear阳极击穿,IV.1Generatorpurpose高压发生器作用,Thegeneratorproduceshighvoltageandtransmitsittothex-raytube.Thishighvoltagepropelstheelectronsfromthex-raytubefilament(灯丝)totheanode发生器提供高压并将其传输到X线管,使得电子从球管灯丝到达阳极Providetheheatcurrentoffilament灯丝加热电流TimeControl控制X线曝光时间,IV.2Generatorform发生器形状,Inthepast,thehigh-voltagegeneratorwasabulkypieceofequipmentlocatedinacornerofthex-rayroom过去高压发生器是大体积的设备,安置在X线室的一角。
CTscannernowusehigh-frequencygenerators,whicharesmall,compact,andmoreefficient.ItislocatedinsidetheCTgantry如今CT扫描仪使用高频发生器,它的体积更小,更紧凑,效率更高。
安装在CT机架内,Insomescanners,thehigh-frequencygeneratorismountedontherotatingframe安放在旋转架内Whereasinothersitislocatedinonecornerofthegantryanddoesnotrotate安放在机架的一角固定不动,IV.3SinglekVporvariablekVp单项kVp和可变kVp,AgeneratorcanhaveasinglekVporvariablekVpoutputkVpaccuracyismoreeasilyachievedinsinglekVpsystems单kVp输出系统的kVp更精确VariablekVpsystemsdoallowforanincreasedcapabilitytodiscriminatedifferenttissuesVariablekVp输出系统区别不同组织的能力提高,Generatorshavedifferentpowerratings,from3to60kW,theseratingsenableawiderangeofexposuretechniquestobeselected,generally80,100,120,130,140kV,and30,50,60,100,125,150,175,200mA;WhenusingavariablekVpsystem,requiresaverysophisticatedgenerator(复杂的发生器),IV.3GeneratorPulseorContinuous,ContinuousGenerator连续式发生器A“continuouson”generatorrequireslessmaximumpowerandpermitsmorephotonstopowerandpermitsmorephotonstobeusedintheimagingprocess连续方式对发生器最大功率要求较低,允许更多的光子被激发,同时也就使得用于图象处理中的光子数更多由于螺旋CT尤其是MSCT的需求,现均采用连续式,PulsedGenerator脉冲式发生器要求较高的瞬时功率,并可在脉冲间歇时间内自动地进行每个测量通道的零点校准投影数与被检测物体的要求相匹配脉冲方式可以利用适当的发生器来切换从脉冲到脉冲的X射线管电压,并可以在测量系统旋转一周时摄制出两幅不同能量的图像(连续工作方式却做不到这一点)。
这是有效地应用双谱线法的重要先决条件。
第三代广泛应用目前不再采用,3.3Filters滤过器,I.ThePurposeofFilters,Toabsorblow-energyx-rays(softX-Ray)thatdonotcontributetotheacquisitionofCTimage吸收对CT成像没有贡献的软射线。
Bydoingthis,patientdoseisreducedandthebeamqualityincreases(beam“harder”)降低患者剂量并提高射线质量(射线变硬)Toshapetheenergydistributionacrosstheradiationbeamtoproduceuniformbeamhardeningwhenx-rayspassthroughthefilterandtheobject使出射射束能量分布定型为均匀一致的硬射束,2.TwotypesoffiltersFlatfilter平板滤过器copperoraluminum铜或铝制成tomodifythex-rayspectrumuniformlyacrosstheentirefieldofview在整个FOV范围内射线能量均匀Bow-tiefilter蝴蝶结滤过器或楔形滤过器Toreducethedynamicrange(减少动态范围)ofthedataacquisitionsystem根据大人、小孩要做更换,Avoidingbeam-hardeningartifact,Adequatebeamfiltrationflatfilter“bowtie”filter,3.4Collimators准直器,3.4Collimators准直器,Purpose:
目的usedforcollimatingthex-raybeamtoadesiredwidth用于校准X线束到期望宽度Types:
类型thetubecollimator(Pre-patientcollimator)球管侧准直器(前准直器)thedetectorcollimator(Post-patientcollimator)探测器侧准直器(后准直器),准直器,X-RAYTUBE,1MMCuFILTER,BEAMLIMITTINGEARS,POSTPATIENTCOLLIMATOR,DETECTOR,SLICETHICKNESSPLATES,BEAMSHAPER(NOTINTOMOM/EG),(COLLIMATOR),Pre-patientcollimator前准直器Shapethebeams射束塑型Scanthickness扫描层厚(单层面CT)Theumbra:
uniformity本影区均匀Thepenumbrae:
non-uniformity半影区不均匀SliceProfile,Post-patientcollimator后准直器Shapesbeamalso射束塑型helpstoremovescatter消除散射ensureconstantbeamwidthatdetector确保到探测器的射束宽度一致可不用,如有前后准直器必须精确对准,否则产生条形伪影,准直器的原理辐射衰减物质,用以限制到达探测器组件的放射线角度分布空间定位,即仅局限于某一空间单元的射线进入探测器,而其他部分的射线则被屏蔽而不能进入探测器准直器的材料选择对X射线吸收大,易于加工,经济一般采用铅或含有少量的锑、铋的铅合金等,探测器的发展,钨酸镉晶探测器(CdWO4)-70年代高压氙气探测器(Xenon)-80年代闪烁晶体探测器(GOS)-80年代稀土陶瓷探测器(ceramic)-80年代末“红宝石”探测器=石榴石晶体+磷化合物(LefightSpeedCT750HD),Aquiliondetector,3.5Detectors,I.PurposeGatherinformationbymeasuringthex-raytransmissionthroughtheobject;测试穿过物体的X线,II.CharacteristicEfficiency效率Stability稳定性Detectorresponse响应,1.Efficiency效率Theabilitytocapture,absorb,andconvertx-rayphotonstoelectricalsignal;捕捉、吸收、转换X线光子形成电信号的能力;Thetotaldetectorefficiency,referredtoasthedoseefficiency,istheproductofthecaptureefficiency,absorptionefficiency,andconversionefficiency;总探测器效率(剂量效率)指探测效率、吸收效率和转换效率的乘积。
2.Stability稳定性thesteadinessofthedetectorresponse.探测器响应的稳定性Ifthesystemisnotstable,frequentcalibrationsarerequiredtorender(补偿)thesignalsuseful;如果系统不稳定,就需要频繁的校准来补偿信号的作用。
3.Responsetime响应时间Thespeedwithwhichthedetectorcandetectanx-rayeventandrecovertodetectanotherevent;探测器探测一个X线信号到为下一个信号作好准备的时间Afterglow余辉问题4.Accuracy准确性LowelectronicNoise低电子噪声Linear线性Uniformity探测器均匀一致性Instantaneousstability瞬时稳定性,5.Dynamicrange动态范围the“ratioofthelargestsignaltobemeasuredtotheprecisionofthesmallestsignaltobediscriminated”测量最大信号和分辨最小信号精度的范围6.RadiationDamage辐射损伤探测器受辐照增益变化,III.Detectortypes探测器类型,Solidstatedetectors固体探测器Earlydetectorsscintillatorse.g.NaI早期固体探测器Modernceramicscintillators稀土陶瓷探测器Xenongasdetectors气体探测器,Scintillationdetectors闪烁体探测器或固体探测器,利用光电倍增管将闪烁转换为电信号,再用电子线路和器件将它放大和存储下来。
把发光物质即闪烁晶体和光电倍增管组合起来,便构成了闪烁计数探测装置。
探测效率高、分辨时间短固体探测器得到了广泛应用,固体探测器结构,2.UFCdetector,TheUFCdetectorconsistsofindividualelementsconsistingofceramic(陶瓷)scintillationcrystalsaffixedtothesurfaceoflight-sensitivediodeswhicharemountedonacircuitboard;UFC探测器由一组黏附在电路板上的光敏二极管表面的陶瓷闪烁晶体单元组成,Theseparatedevicecontrolsthetemperatureandhumidityofthedetectorelements.有单独的设备控制探测器元件的温度和湿度Pros-highlyefficient;优点高效Cons-expensive;缺点贵,Pressurisedxenongas高压氙气,Ionization电离,Signal信号,3.Xenondetectors气体探测器,X-ray,Asradiationentersthedetector,itionizesthexenongasbetweenelectrodes;射线进入探测器,使电极间的氙气电离Duringtheisolationprocess,thepositiveionsareattractedtothenegativelychargedplate,thenegativeionsareattractedtothepositivelychargedplate;在绝缘过程中,正离子吸引至负收集板,负离子吸引至正收集板Thesignalcurrentvariesdirectlywiththenumberofx-rayphotonsabsorbed;信号电流直接随X线光子吸收改变而变化。
StructureThexenongasdetectorconsistsofpressurechamberseparatedinternally
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