一起來了解一下CT成像技術
FOLLOW US！！！
CT是醫院中最常用的檢測設備，本文系統的對CT機進行介紹。
壹
CT的發明與發展
1
CT的發明
CT是計算機斷層攝影術（Computed Tomography，CT）的簡稱，是繼1895年倫琴發現X線以來，醫學影像學發展史上的一次革命。
CT的發明可以追溯到1917年。當時，奧地利數學家雷登（J.Radon）提出了可通過從各方向的投影，並用數學方法計算出一幅二維或三維的重建圖像的理論。
1967年，由考邁克（Allan Macleod Cormack）完成了CT圖像重建相關的數學問題。亨斯菲爾德（Godfrey Newbold Hounsfield）在英國EMI實驗中心進行了相關的計算機和重建技術的研究，用9天時間獲得數據組，2.5小時成功地重建出一幅圖像。
1971年9月，第一台CT裝置安裝在Atkinson-Morley醫院。同年10月4日在安普魯斯（Ambrose）醫師的指導下做臨床實驗，檢查了第一個患者。檔時，每一幅圖像的處理時間減少到20分鐘左右。後來，藉助微處理器使一幅圖像的處理時間減少到4.5min，CT的臨床實驗獲得了成功。
1972年4月，在英國放射學研究院年會上亨斯菲爾德和安普魯斯宣讀了關於CT的第1篇論文，宣告了CT機的誕生。同年10月，在北美放射學會年會（RSNA）上向全世界宣布了這一在放射學史上具有劃時代意義的發明。
1974年，美國George Town醫學中心的工程師萊德雷（Ledley）設計出了全身CT掃描機，使CT不僅可用於顱腦，而且還可用於全身各個部位的影像學檢查。
由於他們的成就，亨斯菲爾德於1972年獲得了與工程學諾貝爾獎齊名的McRobert獎。1979年亨斯菲爾德和在塔夫茨大學從事CT圖像重建研究工作的考邁克教授一起，獲得了諾貝爾醫學生理學獎。
2
CT的發展
自20世紀70年代初CT機問世以來，根據其發展的時序和構造性能，大致可分成五代，而發展到螺旋掃描方式的CT機，則不再以代稱呼。
現將各代CT機的主要特點敘述如下：
第一代掃描機
第一代CT機為旋轉-平移掃描方式屬頭顱專用機。X射線管是油冷固定陽極，掃描X射線束為筆形束，探測器一般是二到三個。掃描時X射線管和探測器環繞患者作旋轉和同步直線平移運動，X射線管每次旋轉1°，同時沿旋轉反方向作直線運動掃描。下一次掃描，再旋轉1°並重複前述掃描動作，直至完成180°以內的180個平行投影值。這種CT機結構的缺點是掃描時間長，一個斷面需3~5分鐘。
第二代掃描機
第二代CT機仍為旋轉-平移掃描方式，掃描X射線束由筆形改為5°~20°的小扇形束，探測器增加到3~30個，平移掃描後的旋轉角度由1°提高到扇形射線束夾角的度數，掃描的時間縮短到20~90秒。第二代CT與第一代CT機相比縮小了探測器的孔徑、加大了矩陣和提高了採樣的精確性，使圖像質量有了明顯的改善。
這種掃描方式的主要缺點是：由於探測器排列成直線，對於扇形的射線束而言，其中心和邊緣部分的測量值不相等，需要作掃描後的校正，以避免偽影的出現，否則影響圖像的質量。
第三代掃描機
第三代CT機改變了掃描方式，為旋轉/旋轉方式。X射線束是30°~45°較寬的扇形束，探測器數目增加到300~800個，掃描時間進一步縮短到2~9秒或更短。這種方式的探測器或探測器陣列排列成彼此無空隙的弧形，數據的採集以X線管為焦點，隨著X線管的旋轉得到不同方位的投影，這種排列使扇形束的中心和邊緣與探測器的距離相等，無需作距離測量差異的校正。
這種掃描方式的缺點是：掃描時需要對每一個相鄰探測器的靈敏度差異進行校正。否則由於同步旋轉的掃描運動會產生環形偽影。
所謂的旋轉/旋轉方式是X射線管作360°旋轉掃描後，X線管和探測器系統仍需反向回到初始掃描位置，再作第二次掃描。近年發展的螺旋CT掃描方式，其基本結構仍歸類為第三代CT掃描機。但是，它採用了滑環技術，取消了往複式的旋轉，是單向的連續旋轉。
第四代掃描機
第四代CT機的掃描方式只有球管的旋轉。X射線束的扇形角比第三代CT掃描機更大，達50°~90°。因此，減少了X線球管的負載，使掃描速度可達1~5秒。此類的CT機具有更多的探測器，可達600~1500個，全部分布在360°的圓周上。掃描時，沒有探測器運動，只有球管圍繞患者作360°的旋轉。第四代掃描方式與第三代CT機掃描的不同是，對於每一個探測器來說所得的投影值，相當於以該探測器為焦點，由X射線管旋轉掃描一個扇形面而獲得，故此種掃描方式也被稱為反扇束掃描。
第四代CT機的探測器可獲得多個方向的投影數據，故能較好地克服環形偽影。但隨著第三代CT機探測器穩定性的提高，並在軟體上採用了相應的措施後，第四代CT機探測器數量多且在掃描中不能充分發揮作用，相對於第三代CT機它已無明顯的優越性。
第五代掃描機
第五代CT掃描機又稱電子束CT，它的結構明顯不同於前幾代CT機。它由一個電子束X射線管、一組由864個固定探測器陣列和一個採樣、整理、數據顯示的計算機系統構成。最大的差別是X射線發射部分，它有一個電子槍、偏轉線圈和處於真空中的半圓形鎢靶。掃描時，電子束沿X射線管軸向加速，電磁線圈將電子束聚焦，並利用磁場使電子束瞬時偏轉，分別轟擊四個鎢靶。掃描時間為30ms、50ms和100ms。由於探測器是排成兩排216°的環形，一次掃描可得兩層圖像。且由於一次掃描分別轟擊四個靶面，故總計一次掃描可得八個層面。
螺旋CT掃描機
螺旋CT機改變了以往掃描方式，是連續單向的旋轉。射線束仍為大扇束。單層螺旋CT的螺旋掃描時間通常是1秒，而多層螺旋掃描的最短時間為0.37秒，一次掃描時間更短。單層螺旋CT的探測器數目與第三代CT機相比沒有數量的增加和材料的改變。
但是，多層螺旋CT的探測器不僅在數量上有較大的增加，而且改用了超高速的稀土陶瓷材料，使射線的利用率大大提高，從原來的50%左右上升到99%。射線束角度沒有什麼大的改變，同以往的非螺旋CT掃描機。掃描層面在單層螺旋機中仍為每次一層，在多層螺旋機中一次掃描最多可達4層、8層、16層、64層甚至更多。結合層厚、掃描通道的組合運用，已可逐步滿足動態器官如心臟等成像的需要。單層螺旋CT只是提高了連續掃描的能力，而多層螺旋CT不僅掃描速度快、覆蓋範圍大，而且幾乎能作人體所有器官的CT檢查。
貳
CT的臨床應用
1
CT的臨床應用
在常規的CT檢查中，由於CT的密度解析度高，它可以分辨人體組織內微小的差別，使影像診斷的範圍大大擴大，以前常規X線檢查無法看到的如軟組織等，CT都能顯示。
在增強的CT檢查中，CT除了能分辨血管的解剖結構以外，還能觀察血管與病灶之間的關係，病灶部位的血供和血液動力學的一些變化。
利用CT計算機軟體提供的標尺和距離測量等，CT還可作人體多個部位的穿刺活檢，其準確性也優於常規X線透視下的定位穿刺。
CT還有助於放射治療計劃的制訂和治療效果的評價。根據病變組織的X線吸收衰減值和計算軟體，能將放射線集中至病變部位並使放射線量均一，使患者得到更恰當、更合理的治療。
利用X線的衰減，CT還可作各種定量計算工作。如在老年骨質疏鬆患者中，利用X線的衰減及計算，可測量人體內某一部位的骨礦含量情況。通過對心臟冠狀動脈鈣化的測量，有助於臨床上冠心病的診斷。
利用CT的三維成像軟體，CT還可作人體多個部位的三維圖像。如顱骨和頜面部，為外科制訂手術方案和選擇手術途徑提供直觀的影像學資料，該方法尤其適合頜面部的整形外科手術。
2
CT的優勢與局限性
CT成像技術的優勢
CT與常規的影像學檢查手段相比，主要有以下四個方面的優點。
真正的斷面圖像：CT通過X線準直系統的準直，可得到無層面外組織結構干擾的橫斷面圖像。與常規X線體層攝影比較，CT得到的橫斷面圖像層厚準確，圖像清晰，密度解析度高，無層面以外結構的干擾。另外，CT掃描得到的橫斷面圖像，還可通過計算機軟體的處理重組，獲得診斷所需的多平面（如冠狀面、矢狀面）的斷面圖像。
密度解析度高：CT與常規影像學檢查相比，它的密度解析度最高。其原因是：第一，CT的X射線束透過物體到達檢測器經過嚴格的準直，散射線少；第二，CT機採用了高靈敏度的、高效率的接收器；第三，CT利用計算機軟體對灰階的控制，可根據診斷需要，隨意調節適合人眼視覺的觀察範圍。一般，CT的密度解析度要比常規X線檢查高約20倍。
可作定量分析：CT能夠準確地測量各組織的X射線吸收衰減值，通過各種計算，可作定量分析。
可利用計算機作各種圖像處理：藉助於計算機和某些圖像處理軟體，可作病灶的形狀和結構分析。採用螺旋掃描方式，可獲得高質量的三維圖像和多平面的斷面圖像。
CT成像技術的局限性
CT雖然極大地改善了診斷圖像的密度解析度，但由於各種因素的影響，也有其局限性和不足。
極限空間解析度仍未超過常規的X線檢查：目前，中擋CT機的極限空間解析度約10LP/cm，而高擋的CT機其極限空間解析度約14LP/cm或以上。常規X線屏/片攝影的解析度可達7~10LP/mm，無屏單面葯膜攝影，其極限空間解析度最高可達30LP/mm以上。
CT雖然有很廣的應用範圍，但並非是所有臟器都適合CT檢查。如空腔性臟器胃腸道的CT掃描，還不能取代常規X線檢查，更不如內窺鏡。由螺旋CT掃描的CT血管造影（CTA），其圖像質量仍不能超越常規的血管造影。目前，由於多層螺旋CT的出現和一些新的成像方法的應用，已使兩者的差距逐漸縮小。
CT的定位、定性診斷只能相對比較而言，其準確性受各種因素的影響。在定位方面，CT對於體內小於1cm的病灶，常常容易漏診。在定性方面，也常受病變的部位、大小、性質、病程的長短、患者的體型和配合檢查等諸多因素的影響。
CT的圖像基本上只反映了解剖學方面的情況，幾乎沒有臟器功能和生化方面的資料。當體內的某些病理改變其X射線吸收特性與周圍正常組織接近時，或病理變化不大，不足以對整個器官產生影響，對此CT也無能為力。
由於硬體結構上的限制，CT只能作橫斷面掃描，儘管機架能傾斜一定的角度，但基本上也只是傾斜的橫斷面，而依靠圖像後處理方法產生的其它斷面圖像，其影像質量則有所降低。
叄
CT機的結構
1
X射線發生部分
高壓發生器
CT對高壓電源的穩定性要求很高，一般CT的高壓系統中都採用高精度的穩壓反饋措施。高壓發生器有連續式和脈衝式之分，連續式主要用於第二代CT機；脈衝式主要用於第三代CT機。高頻發生器於20世紀80年代起開始用於CT機，它的工作原理是將低頻、低壓的交流電源轉換成高頻、高壓電源，可產生500~25 000Hz的高頻，經整流和平滑後，其電壓波動範圍小於1%，而常規三相、十二脈衝發生器的波動範圍為4%。
X射線管
旋轉陽極X射線管主要用於扇束掃描方式的第三、第四代CT機中。由於掃描時間短，管電流較大（一般為100mA~600mA）多採用油冷卻方式，焦點大小1.0′1.0mm，高速旋轉陽極管焦點約為0.6′0.6mm，陽極靶面材質多為鎢、錸合金，轉速為3600轉/分或10 000轉/分。
現在螺旋CT掃描機所使用的X射線管，由於要適應長時間的連續掃描，一般都採用大功率的X射線管。採用金屬管套和陶瓷作為絕緣材料，全金屬的靶體由鈦、鋯和鉬組成，靶面90%是鎢10%是錸。但全金屬靶分量太重不適合螺旋CT掃描使用。目前螺旋CT掃描的球管採用的是鈦、鋯、鉬和石墨組成的複合材料靶體結構。CT新型X線管開始採用液體軸承來替代過去的滾軸軸承，液體軸承的主要成分是液態的鎵基金屬合金。採用液體軸承後，一方面能增加球管的散熱率，另一方面還能減少雜訊和振動。
此外，現代X射線管為了提高熱容量，還採用了所謂的「飛焦點」設計，即X射線管陰極發出的電子束，曝光時交替使用，其變換速率約1.0ms。
冷卻系統
CT的冷卻系統一般有水冷卻、空氣冷卻和水、氣冷三種，各個公司在各種型號的CT機中分別採用其中的一種，並且這三種冷卻系統各有優缺點。如水冷效果最好，但是裝置複雜、結構龐大，需一定的安裝空間和經常性地維護；氣冷效果最差，其它一些方面也正好與水冷相反；而水、氣冷則介於兩者之間，目前新型的CT機多採用這種冷卻方式。
準直器
在CT掃描中，準直器的作用是減少患者的輻射劑量和改善CT圖像的質量，其次準直器大小的調節還決定了CT掃描的層厚。CT機中的準直器有兩套：一套是X射線管端的準直器或稱前準直器；另一套是探測器端的準直器或後準直器。
楔形過濾器
CT機中所使用的楔形濾過器具有能吸收低能量X射線，優化射線的能譜，減少患者的X射線劑量作用，並且使通過濾過後的X射線束變成能量分布均勻的硬射線束。
目前CT機的濾過器有一些不同形狀，通常都置於X線球管與患者之間。
2
X射線檢測部分
探測器
探測器的作用是接收X射線，並將其轉換為可供記錄的電信號。
探測器作為一種成像介質，必須要具有轉換效率、響應時間、動態範圍、和穩定性等特性。轉換效率指探測器將X線光子俘獲、吸收和轉換成電信號的能力；響應時間是指兩次X線照射之間探測器能夠工作的間隔時間長度；動態範圍是指在線性範圍內接收到的最大信號與能探測到的最小信號的比值；穩定性是指探測器響應的前後一致性，如果探測器的穩定性較差，則CT機必須頻繁地校準來保證信號輸出的穩定。
20世紀70年代末至80年代初的CT機大都使用鎢酸鎘探測器，80年代至90年代初則改用閃爍晶體和高壓氙氣探測器。光兩極管探測器的主要部件是一個半導體，它有一個P-N結點，曝光時該結點允許電流通過，其前端有一光學鏡片，用來聚焦從閃爍晶體到P-N結點的入射射線。當入射射線到達結點後，產生電子空穴對，電子移動到結點的N極，空穴則相應移動到P極，產生的電流量和入射線量成正比，由於兩極管的輸出量很小，通常光兩極管探測器中還有一個放大器，此外，光兩極管的響應速度也相當快，一般約在0.5~250納秒之間。
固體探測器優點是靈敏度較高，有較高的光子轉換效率。缺點是相鄰的探測器之間存在縫隙，X射線輻射的利用率相對較低；其次是晶體發光後餘輝較長影響響應函數，使高低密度交界處的圖像會產生拖尾偽影；最後是整個探測器陣列中的各個探測器不易做得完全一致，造成誤差影響成像質量。
最新的固體探測器是採用兩種新型的閃爍晶體材料耦合光兩極管做成，它們分別是鎢酸鈣和高純度的、稀土氧化物陶瓷。稀土氧化陶瓷實際上是摻雜了一些像釔、釓之類金屬元素的超快速氧化陶瓷，其採用光學方法使這些材料和光兩極管結合在一起。鎢酸鈣的轉換效率和光子俘獲能力是99%，動態範圍為1 000 000：1；而氧化稀土陶瓷的吸收效率也是99%，閃爍晶體的發光率卻是鎢酸鈣的三倍。目前最先進的多層螺旋機的探測器都採用後一類超快速稀土陶瓷材料做成。
第三代CT掃描機和部分廠家的螺旋CT掃描機曾採用了氣體探測器。氣體探測器多採用氙氣，利用氣體電離的原理，入射的X射線使氣體產生電離，然後測量電流的大小測得入射X射線的強度。氣體探測器通常做成一個密封的電離室，密封的氣室內被加入約30個大氣壓，以增加氣體分子的電離，電離室的上下夾面由陶瓷拼成，每個電離室兩側用薄鎢片構成，中心收集電極也由鎢片構成，而X射線入射面由薄鋁片構成，所有的分隔相互聯通。電離室內充滿氙氣，當入射X射線進入電離室後使氙氣電離，其正電離子由中心收集電極接收，通過前置放大器放大後送入數據採集系統。電離室側面的鎢片對X射線有準直作用，可防止被檢測物體產生的散射線進入電離室。研究發現，增加氣室的深度可提高電離的效率，如深度為一英寸的電離室的電離效率是36%，而深度增加為二英寸，則電離效率可提高到42%。總體來說，氣體探測器的穩定性好、響應時間快、無餘輝產生。然而，氣體探測器的光子轉換效率比固體探測器要低，採用高壓氙氣可提高一些，又因為氣體探測器電離室的間隔為很薄的鎢片，其幾何利用率高於固體探測器，因此氣體探測器與鍺酸鉍、鎢酸鎘做成的固體探測器的總劑量效率大致上相近，約在50%~70%。另外，氣體探測器的各電離室相互聯通，處於同一環境條件，有較好的一致性。氣體探測器的主要缺點是吸收效率較低。
模數、數模轉換模塊
模數轉換器是CT數據採集系統（Data Acquisition System，DAS）的主要組成部分。CT最初探測到的模擬信號是連續的隨時間變化而不斷變化，它可由電壓表讀取或由示波器顯示，但無法被計算機識別。模數轉換器的作用是將來自探測器的輸出信號放大、積分後多路混合變為數字信號送入計算機處理。模數轉換器由一個頻率發生器和比較積分器組成，後者是一組固態電路，被稱為「時鐘」，它的作用是把模擬信號通過比較積分後轉變成數字信號。同樣數模轉化器是上述的逆向運算，它的「時鐘」電路根據輸入的數字信號轉換成相應的模擬信號。
3
機械運動部分
掃描機架
機架是一個與檢查床相垂直安裝的框架，裡面安裝各成像部件。機架內裝有成像系統組件，如滑環、X線球管、高壓發生器、準直器、探測器和數據採集系統等。
機架的孔徑和傾斜範圍兩項性能指標在應用中較為重要，孔徑指機架的開口大小，多數CT機的機架孔徑為70cm。機架必須能夠傾斜，以適應不同患者情況和各種檢查的需要，傾斜角度通常為±12° ~ ±30°。
滑環
非螺旋CT機X線球管系統的供電及信號的傳遞是由電纜完成，掃描時球管隨機架作往複旋轉運動，電纜易纏繞並且影響掃描速度的提高。
近年來，在CT掃描機架旋轉過程中去掉了電纜，代之以銅製的滑環和導電的碳刷，通過碳刷和滑環的接觸導電得以使機架能作單向的連續旋轉，此即滑環技術。滑環可有兩種類型：盤狀滑環和筒狀滑環，盤狀滑環的形狀類似一個圓盤，其導通部分設在盤面上，而筒狀滑環呈圓筒狀，它的導通部分則位於圓筒的側面。導電刷通常有兩種類型，金屬導電刷和混合導電刷。金屬導電刷採用導電的金屬和滑環接觸，每一道滑環有兩個金屬導電刷遊離端與其接觸，目的是增加可靠性和導電性。混合導電刷採用導電材料銀石墨合金（又稱碳刷）與滑環接觸，同樣，有兩個導電刷遊離端與滑環接觸。
滑環的傳導方式，根據X線產生部分接受電壓的高低，可分為高壓滑環和低壓滑環。高壓滑環通過滑環傳遞給產生X線的電壓達上萬伏，而低壓滑環通過滑環傳遞給X線發生器的電壓為數百伏。
低壓滑環採用只有數百伏特的交流電源，根據X線發生控制信號，藉助於導電刷將電流送入滑環。在低壓滑環供電方式中，電流進入滑環後，由滑環將電流送入高壓發生器，再由高壓發生器把高電壓送給X線球管。低壓滑環的X線發生器、球管和其它控制單元全部都安裝在機架的旋轉部件上。
在高壓滑環供電方式中，交流電源直接供電給高壓發生器，由高壓發生器將高電壓送入滑環，然後再輸送給X線球管。高壓滑環一般採用小型的、高頻發生器，並且高壓發生器不安裝在旋轉的機架上。高壓滑環易發生高壓放電導致高壓噪音，影響數據採集系統並影響圖像質量。低壓滑環的X線發生器須裝入掃描機架內，要求體積小、功率大的高頻發生器。目前，CT機都採用低壓滑環。
掃描床
檢查床的作用是準確地把患者送入預定或適當的位置上。根據CT檢查的需要，檢查床有兩個方面的要求，承重和床面材質。承重是確保特殊體型患者的檢查需要；床面材料必須由易被X線穿透、能承重和易清洗的碳素纖維組成。
檢查床應能夠上下運動，以方便患者上下，同時檢查床還能夠縱向移動，移動的範圍應該能夠作頭部至大腿的CT掃描，床縱向的移動要相當平滑，精度要求也很高，絕對誤差不允許超過正負0.5mm，一些高檔CT機可達正負0.25mm。為適應CT檢查的需要，與X線束射出同方向的位置上有定位光源，以利於準確定位。
4
計算機部分
主計算機
CT的計算機系統屬於通用小型計算機，為適合CT機的工作要求，CT的計算機系統一般都具有運算速度快和存儲量大這兩個特點。
CT計算機的硬體通常包括輸/入輸出設備、中央處理器（CPU）、陣列處理器、介面裝置、反投影處理器、儲存設備和通訊硬體。當然CT的計算機還必須包括軟體，並通過硬體執行指定的指令和任務。例如，軟體操作程序可以通過輸入設備輸入指令啟動掃描程序、顯示圖像、調節窗寬窗位、圖像的測量註解、圖像的放大和圖像的多平面顯示等。
CT計算機的作用主要是接受數據採集系統（DAS）的數字信號，並將接收到的數據處理重建成一幅橫斷面的圖像。
現今，CT的主計算機都具有協同處理的能力。在協同處理時，兩個或兩個以上大致相同的處理器各自執行一個或幾個處理任務，協同處理的主要目的是加快處理速度或提高計算機的處理能力。目前，CT成像的處理方式有並行處理、分散式處理和管線樣處理。
陣列處理器
在CT計算機中有一個很重要的部分被稱為陣列處理器，陣列處理器一般與主計算機相連，其本身不能獨立工作。
它的主要任務是在主計算機的控制下，進行圖像重建等處理。圖像重建時，陣列處理器接收由數據採集系統或磁碟送來的數據，進行運算後再送給主計算機，然後在監視器上顯示。它與主計算機是並行工作的，陣列處理器工作時，主機可執行自己的運算，而當陣列處理器把數據運算的結果送給主機時，主機暫停自己的運算，處理陣列處理器交給的工作。
5
圖像顯示及存儲部分
監視器
監視器的作用是通過鍵盤與計算機對話（其包括患者資料的輸入、掃描過程的監控等）和掃描結果圖像的顯示。
監視器有黑白和彩色兩種，通常顯示圖像都採用高解析度的黑白顯示器，文字部分的顯示有時採用彩色的監視器。監視器的性能指標主要有顯示解析度，一般以點陣和線表示。另外與顯示解析度有關的是重建後圖像的顯示矩陣、像素大小和位深等。
存儲器
CT的圖像存儲設備分別由硬磁碟、磁帶、軟盤和光碟等組成，它們的功能是存儲圖像、保存操作系統及故障診斷軟體。在硬體的設置上，硬碟、磁帶和光碟等是分列。通常一次掃描後，由數據採集系統採集的原始數據先存儲於硬碟的緩衝區，待掃描完成後，經重建處理後的圖像，再存入硬碟的圖像存儲區，從磁帶、光碟等存取圖像往往也通過硬碟作中介
由於CT屬於數字成像設備，為保證圖像的動態範圍，存儲都採取數字二維像素陣列方式，每個像素點由若干與圖像灰階有關的比特組成。多數情況下，CT圖像的矩陣大小是512×512，深度是8~12個比特，灰階範圍是512（28）~4096（212）。因此，一幅512×512×2位元組的CT圖像約需0.5MB的存儲空間，如一次CT檢查有50幅圖像，則需要25MB的存儲空間。
6
工作站
工作站（workstation）一詞最先指的是一類電子計算機，其系統規模比微型機（PC機）大，晶元一般也不是Intel公司的。一般運行UNIX操作系統而不是微軟的Windows，具有大屏幕，三維圖形處理功能很強。最著名的工作站品牌有Sun、HP、SGI等。現在由於微型機的硬體功能增強了，也有了許多微型機的圖形圖像處理軟體，市場上許多醫學三維圖像處理的計算機系統是基於微型機的，也稱作工作站，以表示功能強大。
通常的三維工作站實際上是基於微型機的，一般是高檔微機配備上精心設計的軟體。當今微型機的處理速度已經超過了10年前的大部分高檔工作站，但這基本上只是矽片上集成度的提高所帶來的。微型機一般是單機結構，有一個中央處理器（central processor unit， CPU），一個系統內存（memory），一個顯示卡，它們和其它設備共同連在一個匯流排（bus）上。在顯示卡上，有圖形協處理器和顯示內存。顯示內存中重要的部分包括幀緩存（frame buffer）和深度緩存（z-buffer）。幀緩存用來保存光柵顯示器所需的每個像素的亮度值，包括紅、綠、藍、alpha共4頁，其中alpha用來存儲覆蓋顯示所需的參數如阻光度等。深度緩存記錄每個像素的深度值，專門用於三維表面顯示。圖形協處理器的任務就是處理顯示內存中的數據和快速轉移數據，這樣就能夠快速刷新幀緩存中的圖像。當前流行的AGP結構在系統內存和顯示內存之間又加了一個匯流排，使兩個內存之間的匯流排瓶頸得以緩解，並可以借用系統內存來當作顯示內存對待。
肆
CT機的質量控制
1
質量保證的基本概念
質量保證的意義
質量保證和質量控制基本的定義是：對被檢查者及檢查者，以最小的代價和最少的射線劑量，獲得一張（幅）優良圖像的一種有組織、有計劃的行為。其內容包括：質量控制方法和質量管理程序。根據美國食品藥物管理局（Food and Drug Administration，FDA）1979年所作的說明，質量控制是對X線成像設備系統進行監測和維護的一種方法，並與X線成像設備直接相關。而質量管理是一種管理手段，其保證了監測程序的正常進行，並對結果進行監督管理。
隨著質量保證和質量控制工作的深入，美國等一些先進國家對此提出了更完善的概念和更高的要求，即持續質量改善（Continuous Quality Improvement）。持續質量改善的動機和目的是為使今後的工作始終處於一個良好的狀態，質量評價的工作也是為了發現實際工作中的一些缺陷和不足。以前的一些名稱和提法，如質量控制（Quality Control）、質量保證（Quality Assurance）、全面質量管理（Total Quality Management），雖然目前仍在使用，但其在方法上有著根本的差別。質量控制是指一項特定程序（例如常規放射科中乳腺攝影的重拍片和廢片分析）的衡量和管理。通常，可接受性測試為以後的質量控制評定提供了基本的評價標準。質量保證是指一項程序一個完整的過程（如乳腺攝影圖像質量）。在質量控制（或質量保證）和持續質量改善之間的根本區別是，當某一確定值達到時（或稱作為臨界點、反應點或閾值），所選的監視過程和指令行為對控制變數值的注意程度和反饋水平。
質量保證的職責分工
質量保證工作需要有組織地開展和實施，並且還需要有一個行之有效的方法。下面我們採用框圖來說明這一項工作相互之間的關係。
方框圖是質控開始階段的工作方法示意圖，一般由資深的專業技術人員和工程師實行質控的預試驗，並分析和記錄測試結果，此過程通常需反覆幾次才能完成，最後確定和執行標準。在以後的經常性質控工作中，只對影像質量的記錄進行分析，如超出質控的範圍，則需尋找原因，提出解決的辦法，或者修訂質控的標準。
影像科室的主任應是質量控制工作的主要負責人，其應負責監督質控主要負責人的工作和召集質控小組研究質控中出現的問題和提出解決的辦法。質控小組一般由幾名資深的診斷醫師、技師和工程師組成，其分別管理各自專業範圍內的質量控制工作，並一同作日常的質控監測和分析工作。對一些具體的工作應分別落實到責任者，如設備的日常維護由專職的工程師負責，暗室的沖洗膠片工作則由專職的技術人員負責等。質控小組成員負責監測，協助科主任把好質量關。
2
質量控制測試的基本方法
水膜平均CT測試
測試工具：直徑20cm的水模，一般CT機都隨機帶有水模。
測試方法：採用非螺旋掃描方法掃描水模，重建圖像。根據重建後的圖像，在水模的中心部位設置一個興趣區，大小為2~3cm2約包含200~300個像素，然後測量平均CT值。空氣的CT值可從圖像全黑處獲得，或作空氣掃描後直接測量。
正常參考值：水的平均CT值應該接近於0HU。
正常值範圍：水的平均CT值正常波動範圍不應超過±3HU，空氣的平均CT值不應超過±5HU。
測試頻度：每天一次。
水膜CT值標準偏差測試
測試工具：直徑20cm的水模。
測試方法：同水模平均CT值測試方法。採用非螺旋掃描方法掃描水模，重建圖像。根據重建後的圖像，在水模的中心部位設置一個興趣區，大小為2~3cm2，並將興趣區置於水模中心區域。使用這種方法測試CT值標準差，需利用CT機上的測量軟體功能，興趣區測量應附有CT值標準偏差的顯示。每次測量須保證測試條件和測試位置均相同。
正常參考值：水模測試正常CT值標準偏差範圍應在2~7 HU之間，實際的CT值是根據興趣區處的劑量和並與重建演算法有關。另外，CT值的標準偏差則與興趣區所處的位置有關，如興趣區位於水模的邊緣處，標準偏差可能會稍低。
正常值範圍：從理論上說，標準偏差應越小越好，但最後的取捨還需根據以前的測試和CT機的工作情況。如果標準偏差變大，則意味著圖像的雜訊增加。其原因可能是掃描劑量不夠，或是由於成像系統中探測器、放大電路和模數轉換器的原因。
測試頻度：每天一次。
高對比度解析度測試
測試工具：高對比度解析度體模，對比解析度要求等於大於10%，也可採用解析度測試線對板。該測試體模由有機玻璃製成，每排有五個大小直徑相等的孔，直徑依次縮小排列，孔內含水的體模對比度大約是20%，孔內含空氣的對比度大約是100%。
測試方法：選用適當參數掃描解析度體模，觀察體模圖像中能分辨的最小孔徑。標準要求是所有五個孔都能清晰顯示，五個孔未全部顯示則不能計算在內。
正常參考值：採用頭顱標準掃描模式時，高對比度解析度約在1mm以內；採用高解析度掃描模式時，其解析度可達0.25mm。
正常值範圍：應該根據不同的CT機的情況，設定解析度的正常值範圍。方法是在該CT機最佳工作狀態時作高對比解析度測試，所測得的最高解析度數值即為該機的正常值。另外，廠家所標稱的解析度參考值，也可作為測量的正常值範圍。解析度衰退往往是由於球管使用日久焦點變大，機架內的機械結構磨損、顫動，探測器老化等。
測試頻度：每月一次。
低對比度解析度測試
測試工具：低對比度解析度體模，上面分別鑽有直徑2~8mm不等的小孔，孔內注滿水或其它液體（酒精或糖水），使CT值的差保持在0.5%。另一種方法是將塑料薄模（或膠片）中間鑽孔置於水模中，利用部分容積效應測試低對比度解析度。掃描時，X射線大部分通過水，小部分由塑料薄模吸收，形成模糊的、低對比度圖像。在質控測試中，上述兩種方法都很難定量，通常的做法是在正常情況下所測得的結果，作為以後質控測試比較用。
·測試方法：根據結果所得的CT圖像，尋找能看到的最小孔徑，必須一整排孔看到才能作數。能看到的孔徑越小，CT機的密度解析度越高。一般而言，掃描劑量越高，雜訊越小；反之則雜訊越大。劑量增加，密度解析度也隨之增加。
·正常參考值：一般低對比度解析度約在5%，也就是說應能分辨直徑為4~5mm的小孔，隨著設備使用年限的增加，密度解析度會有所降低。
·正常值範圍：密度解析度的高低與掃描劑量等其它因素密切相關。如使用薄模水模，密度解析度則與薄模的厚度和掃描的層厚有關。增加掃描劑量，也會使密度解析度增加。另外，改變掃描演算法，也會影響密度解析度。一般密度解析度的測試，常以頭顱掃描條件為準，以後每次測試都以此參照不再變化。
·測試頻度：每月一次。
距離測量標尺的精確性
測試工具：距離測量體模。體模由塑料製成內有等距的、已知數值的標尺。
測試方法：將體模掃描後在監視器上用CT距離標尺測量外周測量點的距離，通常是測量上下、左右四個點。
正常參考值：標尺所顯示的數值，應和體模上的實際尺寸相符。
正常值範圍：一般誤差範圍在1mm以內。若誤差大於2mm，應採取措施糾正。
測試頻度：重建演算法可影響距離標尺的準確性，如出現誤差，應由維修工程師修正。測試頻度一般為每年一次。
視頻監視器圖像測試
測試工具：測試體模同距離測量體模，內有規則排列、等距的小孔，排列形狀成十字線。
測試方法：將體模掃描後在監視器上用透明塑料尺測量測試圖像上下、左右的孔距。
正常參考值：監視器上任何位置孔的大小和距離應與體模相同。
正常值範圍：監視器上測得的實際距離可允許有些誤差，但上下、左右的測量結果應相等，其誤差範圍不應大於1%，也就是說，體模直徑如為170mm，那麼實際的誤差不能超過1.7mm。如上部三個孔距實際測得為30mm，而下部三個孔距為25mm，即可視為監視器顯示圖像有變形。監視器四周的圖像顯示要求應略放低，因為通常監視器四周的圖像質量都不及中心部分。
測試頻度：監視器圖像的畸變大都是由於電壓波動或非線性所造成，應請維修工程師調整。質控測試的頻度為每月一次。
CT值的均勻性
測試工具：直徑20cm水模。
測試方法：將水模掃描後，用CT機上的興趣區測量水模圖像的上下、左右部位，興趣區大小2~3cm2。
正常參考值：正常情況下，四個部位所測得水的CT值都應為零。
正常值範圍：所有部位測得的CT值平均差值不應大於5HU，大於5HU說明CT圖像的平滑度降低。如果水模CT值中心高四周低，稱為「帽狀」現象；相反如四周高中心低，則稱為「杯狀」現象。
測試頻度：測試頻度為每年一次。
檢查床定位精確性測試
測試工具：定位裝置測試體模。該裝置在塑料體模上鑽有兩個互相垂直的小孔道與成像平面成45o，並交錯通過體模中心。
測試方法：首先確定層厚對體模中心孔道交叉點進行掃描，重建後的圖像上應能看到兩個小孔道。如果定位裝置精確，兩個孔道應並排排列。該測試方法也可定量，即測試圖像顯示兩條孔道錯位，可將該圖像照相後用尺測量錯位的距離，兩孔道錯位的距離等於射線束中心與定位裝置中心的偏離距離。
正常參考值：正常情況下，兩個孔道應整齊排列。
正常值範圍：兩個孔道排列偏差大於3mm，應由維修人員調整。
測試頻度：測試頻度每月一次。檢查床定位誤差多見於檢查床定標誤差，偶爾也可由軟體因素引起。
床移動指數的測試
測試工具：10×12英寸X線膠片一張。
測試方法：將裝有膠片的暗合直放於檢查床上，其尺寸較長的一端與檢查床平行。CT掃描程序設定為10次，層距為10mm，層厚選擇小於5mm。為模擬實際掃描的情況，另給檢查床加負載不小於50kg。掃描結束後，將膠片送入暗室沖洗，其結果照片應為整齊排列的條帶狀。然後，用一把尺在每兩條曝光帶之間測量。
正常參考值：每兩條曝光帶之間的距離應該等於測試所選的層距，即10mm。
正常值範圍：10次掃描結果應該有10條曝光帶，並且從第一條曝光帶中心到最後一條曝光帶中心的距離應該是90mm。如果總長度的誤差大於1mm，應視為床移動指數有誤差。
測試頻度：該項測試一般每年進行一次。床移動的滾動部件配備太多，或床位指示標誌有誤。
床移後沖復零
測試工具：有色膠帶、尺。
測試方法：將檢查床移動到常規檢查位置並復零，模擬實際掃描的情況，給檢查床加負載不小於50kg。在床面和床基座之間各黏貼有色膠帶一條並對齊。然後將床以10mm的層距進機架移動至200mm並回到起始點零位，再反方移動向檢查床重複上述操作。正常情況下，每次進出檢查床均應回復到零位，然後將床進出至300mm測試一次。
正常參考值：正反方向測試結果檢查床均應回復到零位。
正常值範圍：檢查床的復零誤差不能大於1mm。
測試頻度：一般每年進行一次。床運動的傳動部件問題均可使復零產生誤差。
定位線指示燈的精確性
測試工具：10×12英寸X線膠片一張。
測試方法：紙包片放置於檢查床上，並將檢查床升高至常規檢查位置，約相當於機架孔中點，進床後打開定位指示燈，在指示燈相當於掃描線的位置處，用大頭針在膠片的兩側邊緣處戳兩個小孔，然後用最小的層厚掃描並送入暗室沖洗。
正常參考值：正常情況下，照片上的掃描線應該與針眼的位置一致。
正常值範圍：正常誤差範圍不應大於2mm。
測試頻度：一般每年進行一次。產生誤差的原因有兩個，一是定位線指示燈的原因，第二是球管的原因。
層厚測試（非螺旋掃描）
測試工具：嵌有金屬絲或鑽有小孔並與射線成45o的塑料體模。不要簡單的直接用膠片掃描。
測試方法：選擇層厚，通常測試最小、中等和最大三種層厚已足夠。掃描後在顯示屏上測量金屬絲或小孔的距離，一般顯示的孔距應該等於所用層厚的大小。
正常參考值：屏幕上測得的層厚應該等於標稱層厚。
正常值範圍。如用7mm標稱層厚掃描，誤差範圍應在2mm以內；如選擇1mm或2mm，誤差可達標稱層厚的一倍。一般，層厚的誤差都要超出標稱層厚的寬度。
測試頻度：一般每年進行一次。層厚的誤差主要是由於準直器的原因。
測掃描野範圍內的CT誤差
測試工具：直徑20cm的水模。
測試方法：每次測試同樣的條件需掃描五次，即將水模置於掃描野中心、上下和左右各掃描一次。CT值測量的興趣區大小為2~3cm2，每幅圖像測量水模中心而不是圖像中心的CT值。
正常參考值：各個位置水模掃描和測量的CT值均應為零。
正常值範圍：CT機掃描野中心處的CT值平均誤差應小於5HU。
測試頻度：測試頻度每年一次。CT機的性能衰退可引起CT值的誤差增大。
與患者體厚有關的CT誤差
測試工具：不同直徑的水模一套。直徑30cm體部體模，20cm頭顱體模，15cm小兒頭顱體模和8cm四肢體模。
測試方法：對應於不同部位的掃描條件，掃描四種不同的體模，掃描野大小應正好包括水模的大小。掃描完成後測量水模中心部位的平均CT值，興趣區大小為2~3cm2。
正常參考值：各水模中心部位測量的CT值均應為零。
正常值範圍：根據體模的大小，所有水模測量平均CT值的誤差應小於20HU。
測試頻度：測試頻度為每年一次。CT值誤差增大，表示CT成像射線量補償和探測器的靈敏度有飄移。
與圖像重建演算法有關的CT誤差
測試工具：直徑20cm的水模。
測試方法：將水模掃描後保留原始數據，用各種不同的重建演算法重建水模圖像，如掃描無原始數據，則需用不同的掃描重建演算法作相應的數次掃描。
正常參考值：不管如何改變重建演算法，水模的平均CT值均應為零。
正常值範圍：不同重建演算法之間的平均CT值差不應大於3HU。
測試頻度：測試頻度為每年一次。誤差的原因主要為圖像重建演算法定標誤差。
與掃描層厚有關的CT值誤差
測試工具：直徑20cm的水模。
測試方法：掃描條件相同改變掃描層厚對水模進行掃描，掃描重建後的圖像在水模的中心處，取興趣區大小2~3cm2測量水的平均CT值。
正常參考值：不管如何改變掃描層厚，水模的平均CT值均應為零。
正常值範圍：不同掃描層厚之間的平均CT值差不應大於3HU。
測試頻度：測試頻度為每年一次。探測器陣列的靈敏度或圖像重建演算法定標有誤，尤其是CT成像射線量補償部分可能有偏差。
雜訊水平的測試
測試工具：直徑20cm的水模。
測試方法：其它掃描參數不變，分別改變mAs和掃描層厚，對水模作數次掃描，mAs的增加應該從低到高。掃描重建後的圖像，分別在水模的中心處作平均CT值的測量，興趣區大小為2~3cm2。
正常參考值：在勻質物體中，CT值的標準偏差與雜訊水平成正比。通常其它掃描參數不變，當mAs和層厚增加，CT值的標準偏差增大。隨著mAs的增加，CT值的標準偏差減小，直至全部受掃描成像系統的電子雜訊的影響。
正常值範圍：一般在新CT安裝後應作雜訊水平測試，並留存雜訊變化曲線，隨著設備使用年限的增加，雜訊曲線應無顯著變化。
測試頻度：測試頻度為每年一次。引起雜訊水平變化的原因很多，如掃描條件的改變，探測器的靈敏度改變，探測器陣列放大電路的原因等。
散射線劑量和防護測試
測試工具：直徑20cm的水模和射線曝光計量儀。
測試方法：將水模置於掃描位置，同時將射線曝光計量儀放置於散射線測量點，穿上鉛圍裙，另一人按下掃描按鈕開始掃描，測得的輻射劑量乘以掃描總次數，即為某一部位的輻射劑量。其餘測試點按同樣方法進行。
正常參考值：輻射劑量根據測試點離掃描機架的遠近不盡相同，通常越靠近掃描機架和患者散射線劑量越大。
正常值範圍：散射線劑量越小越好。
測試頻度：測試頻度為每年一次。如輻射劑量大於25mR/一次掃描，應確認準直器及球管管套有無問題。
kVp的波形測試
測試工具：kVp波形測試表，通過該表與示波器連接。
測試方法：選擇常用的kVp值掃描，用kVp測試表和示波器連接，觀察示波器的波形變化。
正常參考值：測試的結果應與設定值一致，在連續的掃描過程中，電壓的波形應無明顯的異樣。
正常值範圍：正常kVp的波動範圍應小於2kVp。
測試頻度：測試頻度為每年一次。定標誤差有可能使kVp輸出有波動。
掃碼我就親你一口
TAG:東陽光BNCT科普 |