CT基本原理与应用:东芝CT介绍.pptx
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CT基本原理与应用:东芝CT介绍.pptx
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旋转/旋转方式),第3代旋转/旋转方式,2-10秒,宽扇形X线束X大FOV覆盖,CT发展历史,第一代Translate/Rotate3-4分,第二代Translate/Rotate10-20秒,第三代Rotate/Rotate2-10秒,第四代Stationary,Nutate/Rotate,-10秒,CT发展历史,旋转方式,1985年连续旋转CT东芝TCT-900S发布(滑环系统),往复旋转方式,连续旋转方式,1986年螺旋CT東芝专利1989年第二代CTXserial,Xpeed发布,1998年,半秒CT(0.5秒)Aquilion发布亚秒CT(0.75秒)AsteionVR/VI发布,CT发展历史,CT发展历史,螺旋CT患者(扫描床)移動(螺旋)X线球管和探测器连续旋转得到多幅图像,传统CT患者静止X线球管和探测器旋转一周360度得到1幅画像,消除运动伪影,CT发展历史,CT发展历史,(Z轴方向覆盖),多层高速螺旋扫描,单层轴扫,旋转1圈1画像,旋转1次多幅图像,X射线扇角,Z轴方向,X-Y轴方向,49.2,64排:
3320排:
15,CT发展历史,(mm),CT检查已经从形态学进入了功能学领域,CT发展历史,东芝CT发展历史,东芝CT构造,东芝CT临床应用,东芝CT介绍,CT的成像原理,X射线(球管),固有滤过楔形滤过,前准直器,被检物体,后准直器,探测器,测量、记录衰减射线,并将衰减信号转换为电信号,数据采集系统DAS放大电路信号放大模数转换器模数转换信号传送器信号传送,计算机图像重建,数模转换器数模转换,显示器图像显示,激光相机照相,计算机硬盘存储,成像链路径,CPU/HDReconstructor,高压发生器,球管,探测器,Scan(Dataacquisition),机架,Console,Patient,数据采集系统,显示器,CT构造,扫描床,扫描操作台后处理工作台,机架高压发生器球管,探测器数据采集系统,CT构造,机架高压发生器球管,探测器数据采集系统,机架系统,探测器数据采集系统,X线球管热交换器高压发生器,机架系统,智能流体力学设计流体静音化设计,低于50dB低风阻,低风噪提高滑环的稳定性和精度绿色环保Hybrid设计节约电能,保护环境,高压发生器,X-CT是以X射线作为信号源,通过计算机重建获得断层图像的影像设备。
X线发生系统框图,X线发生原理:
灯丝加热发射电子,在阴阳两极高压电场作用下被加速,形成高速电子流,高速电子流撞击障碍物(阳极靶),产生X线。
原理如下图,X线发生系统框图,电源,X线控制*,高压发生器,X射线球管,X射线,*:
调节控制Kvp、mA,作用提供X射线球管灯丝的加热电流,即mA;提供X射线球管阴阳两极的高压,即kVp;种类工频高压发生器:
50Hz高频高压发生器:
几K几百KHz,高压发生器,工频高压发生器结构,组成高压变压器:
升压比在1:
500左右;次级匝数在数万到数十万之间;灯丝变压器:
降压变压器,次级输出电流为最大mA;高压整流器:
将高压交流电整流为高压直流电,供给球管高压(即kVp),一般为三相十二波整流;高压交换闸:
用于切换焦点或球管;高压插座:
用于外接高压电缆;绝缘油:
充满整个箱体,用于高压绝缘和散热;高压变压器次级有两组绕组,通常中心店接地,以降低绝缘强度要求。
(见右图),工频高压发生器体积庞大,重量很重,通常重达1吨以上;安置在扫描机架外;通过高压电缆与扫描机架内的CT球管相连应用在传统轴扫CT,工频高压发生器应用,滑环技术(东芝专利技术)高压发生器内置于机架内高压发生器小型化:
固态高频高压发生器高压变压的次级匝数与电源频率成反比,所以采用高频电源时,可使变压器匝数减少,而不影响功率使用几十KHz电源,理论上可使体积和重量减少数十倍,螺旋CT的技术基础,固态高频高压发生器原理图,工频电源:
50Hz;380V;整流电路模块(rectification):
将工频电源整流为直流电,并进行升压处理,作为高压逆变器(Inverter)的电源;高频逆变器(Inverter):
将直流电压逆变成高频交流电压,供给高压变压器(HVTransformer);高压变压器(HVTransformer):
升压处理,形成高压交流电;高压整流器模块(rectification):
将高压交流电整流为高压直流电(即kVp),供给CT球管阴阳两极。
高频逆变器组成,固体高频高压发生器优势体积小,可内置于扫描机架内;电压脉动性好,产生X线单色化程度高;通过提高逆变频率,可提高输出功率,同时不增加体积和重量。
X射线球管,作用:
CT扫描机中产生X射线的终端器件,其基本作用是将电能转化为X射线。
99%转化为阳极热,只有1%转化为X射线。
基本结构阴极:
主要是钨灯丝阳极:
阳极靶(铼钨合金靶)玻璃壳或金属壳:
支撑、提供真空环境种类固定阳极X射线管旋转阳极X射线管,X线球管,固定阳极X线管,结构:
灯丝、阳极、玻璃壳固定阳极:
高速电子撞击的是一小的区域(实际焦点):
见下图阳极柱(紫铜)很粗,有利于热传导特点X射线输出小散热快主要应用于透视等小输出连续负载,结构:
灯丝、阳极、玻璃壳旋转阳极:
高速电子撞击在高速旋转的靶面上,撞击的轨迹为环带。
特点瞬时负载功率大,最高可达150KW焦点小,有利于提高图像质量,旋转阳极X线球管,工作原理,阳极靶面
(1)在阳极启动装置
(2)作用下高速旋转;灯丝加热发射电子(4),在KV作用下,被加速成高速电子流(3),撞击阳极靶面
(1),产生X射线,从窗口发出。
灯丝:
加热到2400K时发射X射线灯丝线性排列,为线焦点数量为2-3个灯丝加热电流即为管电流mA加热电流调节即为mA调节,,,阳极靶面直径:
20cm
(2)旋转阳极马达-定子、转子绕组(3)阳极柱:
很细传导的热量可忽略转速n=60Xf(转/分)高速电子撞击的轨迹为一环带,见右下图。
旋转阳极,1,2,3,实际焦点:
电子流轰击的实际面积S=aXb有效焦点:
实际焦点在X线投照方向上的投影。
与实际焦点关系:
有效焦点=实际焦点XsinQ阳极倾角:
阳极靶面与X线投照方向的夹角(Q),旋转阳极X线球管焦点,a,b,Q,阳极靶面直径:
正比关系焦点尺寸:
正比关系阳极倾角:
反比关系阳极转速:
与平方根成正比,旋转阳极X线管功率影响因素,球管阳极靶面热容量:
决定瞬时负载能力,单位为MHU,球管热容量越大,X线输出能力越强;最大散热率:
散热速度指标,对连续负载有较大意义。
一般直冷热传导效率优于热辐射。
单位为KHU/min或MHU/min;焦点尺寸:
一般指有效焦点尺寸,单位为mm2KV:
阴阳两极高压,决定X射线的穿透能力;最大mA:
灯丝加热电流,决定单位时间的X线数量最长曝光时间S:
在一定KV和mA下所允许的最长曝光时间,旋转阳极X线球管参数,东芝专利X线球管MegaCool球管热容量:
7.5MHU阳极散热率:
1386kHU/min管电流输出:
10-580mA抗离心力能力:
30G,集多项专利于一身1)阳极接地;2)双轴支撑;3)微孔循环散热4)纯焦点技术;5)光栅吸收电子。
东芝Megacool液态金属球管,Confidential,49,従来,X線管球,MegaCool,画質維持防止多余剂量陽極設置方式,target両側支持構造,抑制焦点、陽極接地,抑制熱膨張引起焦点移動構造,抑制反跳電子吸着引起焦点外X線、高冷却:
1,386kHU/min,量子噪声(QuantumNoise):
CT固有的噪声,会降低密度分辨率。
降低量子噪声意味提高密度分辨率。
剂量越大,噪声越少,密度分辨率越好,剂量和mAs、kVp的关系见下页。
mAs:
又称为X线的量,是指撞击阳极靶面的电子总数量,和产生的X线数目成正比kVp:
又称为X线的质,决定X线穿透能力,对曝光效果是指数关系,几个概念,X线剂量,mAs量子噪声密度分辨率对密度差异小的组织,差异明显,mAs对图像质量的影响,A,B:
100mAsC,D:
200mAsA与C为软组织窗,A的噪声远远大于C,对比度差异明显;B和D为骨窗,对比度差异不明显,有利kV增加,量子噪声降低,提高密度分辨率KV增加,X射线穿透力增加不利kV增加,光电效应发生几率降低,减少组织对比度kV增加,增加辐射剂量,kVp对图像质量影响,Confidential,54,配置,収集装置X線発生高電圧必要高電圧発生装置必135kV高電圧発生可能X線管球大量熱発生必要X線発生効率約1。
残熱。
X線管球回転搭載検出器X線電気信号変換電気信号DAS送SURECOM通送信,Confidential,55,Gantry必要条件,連続回転可能(電源,data伝送)耐遠心力(30G)其他(低振動,低騒音,高速回転,noise除去,),56,机架滑环,碳刷,Confidential,57,旋转方式,皮带驱动,D,磁悬浮直接驱动,减少机械摩擦转速可达更快的旋转速度(0.27秒),Confidential,58,耐G設計,BASE強度、剛性解析計算試作、評価、製品化,Confidential,59,螺旋旋转,传统旋转,机架抗重力加速度设计,高速扫描(0.4秒:
离心力30G),F-117(Nighthawk),电磁噪声检测,机架低电磁噪声设计,电磁噪声隐形吸收涂料去除电磁噪声能力比以前强3倍,Confidential,61,Gantry,患者体軸垂直面以外面撮影可能頭部撮影時晶状体低減可能,探测器,CT探测器的作用,2021/08/25,CT探测器的主要作用:
X-rayquantalightphotonelectricalsignalimage,tube,detector,computer,螺旋时代,按材质,按排数,探测器的分类,2021/08/25,第三代CT:
旋转+旋转,第四代CT:
旋转+固定,第五代CT:
电子扫描束,轴扫时代第一代CT:
平移+旋转第二代CT:
平移+旋转,第三代CT的分类,65,2021/08/25,螺旋时代,按材质,按排数,第三代CT:
旋转+旋转,轴扫时代,螺旋CT是球管,探测器材质,探测器排列构造,以及图像重建共同发展的结果,最终的发展趋势是容积CT探测器材质:
氙,钨酸镉晶体,闪烁晶体,固态稀土陶瓷探测器排列构造:
单排,4排,8排,16排,64排,128排,320排等,螺旋时代,高压冲氙气型,每对高低电压钨金属板之间形成一个单探测器室(cell)当X光子碰击充满氙气的单探测器室,光电相互效应使氙气发生电离自由电子被阳极迅速收集并产生电信号,相互特,固态闪烁晶体小块(block)表面镀反射材料并耦合到底部的光电二极管(diode)闪烁晶体材质:
钨酸镉(CdWO4),二氧硫化二钆(Gd2O2S),Y2O3,SiO2X光与闪烁晶体发生光电效应产生光电子并在里面穿行激发更多光子当光子回到基态的时候,征放射会释放可见或UV光谱,光电二极管进行光电信号转换被反射回来的光子产生衰减(decay)和余晖(afterglow),固态闪烁晶体,半导体材质:
硒(Se),碲化镉(CdTe),碲锌镉(CdZnTe)类似充气型的电伏差结构,X光和半导体作用直接产生电子空穴对(electronholepair)无需像固态闪烁晶体那样产生中间状态的光电子对X光进行计数,未来探测器的希,半导体直接转换,CT探测器表现参数(performance,parameters),QDE(quantumdetectionefficiency)GDE(geometricdetectionefficiency)DecaytimeconstantsAfterglowRadiationdamageorhysteresisChannel-to-channeluniformitySpatialresponseuniformity,两个主要因素:
探测器厚度(detectorthickness),探测器材质的衰减系数,QDE增加主要决定于探测器的材质氙气:
60-70%;某些固态闪烁晶体:
98%以上,QDE,QDE提供了对进入探测器X线的吸收有效率探测器的实际几何设计(比如射线校正,钨金属板厚度),也会影响实际进入探测器室(detectorcells)的X线百份比,或者定义为GDE(geometricdetectionefficiency)通常评估探测器实际有效的光电转换为:
QDE*GDE,QDE&GDE,当X线在固态闪烁晶体探测器中曝光一段时间,然后关闭X线,探测器的输出信号并不会马上变为零。
旧式电视机关闭后剩余信号(比如反射回来的光子)会持续一段时间(有短有长的衰减组合)并对图像产生影响和伪影,探测器的衰减组合(decaycomponents),Time,Count,t0,Time,Count,t0,PrimarySpeed&Afterglow,Afterglow(long),Primary(Decay)Speed/Time(short),衰减速度&余辉,衰减速度,重建图像的空间分辨率SpatialResolution,余晖,图像伪影ImageArtifacts,衰减速度和空间分辨率,50mA2secScan,200mA0.5secScanNocorrection,余晖和图像伪影,Original,Correction,余晖和图像伪影,Original,Correction,Detectorcomparison(comparedwitholdmodel),类型比较,全新第六代微量子探测器,高灵敏度高精密技术优化的感光涂层技术,灵敏度提高10%探测器间隔仅为头发丝一半精密切割加工技术达到完美的均一性散射线抑制设计ADCT专用超高精细超薄探测器减少20%散射线影响,全新第六代微量子探测器,全新DAS采集系统自适应优化ADG微光采集技术超高速数据传输,25G/秒超低余晖时间0.001%,是其他探测器的一半极大降低图像噪声,提高信噪比,全新第六代微量子探测器,超薄探测器间隔,准直器(限束器)(,板)X線方向分开X線可視光変換可視光電気信号変換,x-ray,光,DAS,探测器,Confidential,87,脉冲応答性(aftergloe軽減)検出信号呈现立下降下特性,個体探测器,脉冲应答性,超極薄隔壁,本線64列受光素子信号処理,超極薄隔壁線量効率UP(99%),超薄探测器间隔,探测器DAS系统,多排探测器/数据采集系统,探测器DAS系统,AquilionONE,16CM,AquilinONE,动态容积CT平台,Confidential,探测器検出器DAS64kg,検出器交換様子,CT构造,扫描床,扫描床,天板,上部,上下動,水平動,超薄设计提高X线透过效率负重可到300kg(IEC规格的4倍),扫描床,72cm,47cm,最低高31cm,撮影範囲200cm,2000mm床移动范围最高点470mm,最低点300mm(Aquilion)理想人身高的1/440歳成人女性平均身長=155cm40cm以下扫描床高度最理想降低患者負担,扫描床,72cm,47cm,最低高31cm,以人为本设计理念,CT构造,扫描操作台后处理工作台,Confidential,98,Console组建单元配置,recon,data収集,Rawdata保存画像保存Hostcontrol画像処,收集数据的画像作成計算行再構成基盤制作图像所进行的计算重建主板保存搭搭配保存数据的硬盘,操作台,扫描操作台,重建显示工作站,操作台,重建显示工,扫描操作台作站console,DST(倍增采样技术),实现单层双倍数据采集的方法,飞焦点技术,动态通道偏置技术,共轭采集技术,Toshiba,Ge,PhilipsSiemens,CT原始数据采集过程,二极管DAS通道,DAS芯片,DAS芯片,球管探测器发光体(X光可见光)二极管(可见光电信号)探测器发光体,DAS系统(电信号数字信号),主控台(数字信号DICOM),不同双倍采集对应的数据采集过程,探测器发光体,二极管DAS通道,DAS芯片,DAS芯片,球管,探测器发光体(X光可见光),二极管(可见光电信号),DAS系统(电信号数字信号),主控台(数字信号DICOM),飞焦点技术,动态通道偏置技术,共轭采集技术,倍增采样技术,双倍采样技术提升Z轴分辨率提高图像细节显示能力,双倍采样,倍增采样,不增加剂量提升Z轴分辨率,动态通道偏置DST,0-360,180-540,0-360,180-540,0-360,180-540,0-360,180-540,0-360,180-540,通道偏置技术DST,扫描,数据采集RawDatax2,图像重建Dicomx2,128,123456,飞焦点技术,电子束磁偏转线圈阳极靶面焦点轴方面周期运动双倍原始数据系统数据采集双倍图像层数提高轴分辨率,64排探测器128层DAS,飞焦点技术的优势,0.6mm0.6mm重叠数据采样Z,对同一细节重叠数据采集提高轴分辨率.,n,F1Z-sampling,F2Z-sampling,Overexposure,Normalgeometry,剂量大焦点变形球管损耗大散射线影响图像,飞焦点技术的缺点一,飞焦点技术的缺点二,双倍图像层数,电子束磁偏转线圈阳极靶面焦点轴方面周期运动双倍原始数据系统数据采集,提高轴分辨率,磁偏转线圈频率固定与不同转速的CT采样频率无法实现一、一对应。
64排探测器,共轭射线(Conjugateview),0.31mm重叠,64排探测器,64排探测器,0.625mm,共轭采集技术,共轭射线(Conjugateview)共轭重建:
利用射线的共轭特性,运用180线性内插算法进行图像重建180和360的“双倍采样”:
采集的只有互为180共轭的射线,这是同一组数据,对提高采样率无任何帮助!
共轭技术的普遍性,临床价值,思考,1,2,3,特点,内插算法,一种图像重建的算法目前所有CT都在采用共轭技术不能提高采样率,目的只是为了减少螺旋伪影的产生不能重建出双倍于探测器采集通道数的图像实际图像厚度也不可能小于探测器最薄物理厚度,不能显著提高轴分辨率,0.625mm的探测器宽度,如何得到0.30mm的空间分辨率?
倍增采样技术的本质,提高采样率,提高z轴分辨率,共轭,飞焦点,三维图像质量,通道偏置,Z轴分辨率东芝:
0.310.05mmGE:
0.350.05mm西门子:
0.330.05mm飞利浦0.350.05mm,倍增采样技术一览,倍增采样技术对比,倍增采样技术的临床优势,倍增采样技术的临床优势,WithoutDoubleSliceTechnology,WithDoubleSliceTechnology,CT透视,CT透视发展史,东芝于1995年率先推出实时CT成像,Xpress/SX扫描仪上的AspireCI技术该技术用于CT透视及SureStart临床应用由于探测器的不断增宽,CT透视已由二维进入了三维时代,什么是CT透视,一直不断显示由CT球管旋转曝光采集的图像CT透视操作者控制床的位置和常规CT扫描相比,CT透视扫描一般保持120KV,但管电流小得多120KV,50mA用于CT透视120KV,200-300mA用于常规CT扫描,CT透视时管电流设置10mA用于小儿,10-40mA用于胸部t,40-50mA用于腹部操作者的保护穿刺针设备增加到主要射线束的距离,什么是CT透视,穿刺针持针器,CT扫描时工作人员进入扫描间纵膈占位活检,什么是CT透视,临床应用活检,精确穿刺针定位,引流,局灶性药物注射,射频消融,精髓神经根阻滞,椎体成型术,关节造影术等使用者放射学家,呼吸科医生,整形外科医生,麻醉师病人表皮下累积剂量高于10倍的C型臂透视剂量,124,什么是CT透视,左肺病灶活检病人俯卧位,同时进行低剂量螺旋扫描以便确认病灶位置,东芝CT三维透视技术,左肺病灶活检病灶位于第八肋骨后面,需要从第七、八肋骨间倾斜入路进行穿刺活检,东芝CT三维透视技术,左肺病灶活检在三维CT透视下进行倾斜位入路计划,东芝CT三维透视技术,左肺病灶活检根据相互垂直的倾斜图像非常容易理解穿刺针倾斜入路,东芝CT三维透视技术,左肺病灶活检多平面重建和倾斜位图像确认穿刺针在穿刺过程中位置准确,东芝CT三维透视技术,左肺病灶活检,三维CT透视可以完全保证穿刺针在复杂活检中的精确定位,同时可以,节约穿刺时间和提高病人手术安全性,东芝CT三维透视技术,东芝CT发展历史东芝CT构造东芝CT扫描模式东芝CT临床应用,东芝CT介绍,螺旋扫描HelicalCT扫描使用滑环技术,使X-Ray球管做单方向连续旋转运动,同时患者检查床以均匀速度平移前进或者后退中,连续采集数据进行图像重建。
能够获得3D数据。
优势是:
速度快可做重建。
可用于大范围CT血管造影等,容积扫描容积扫描是建立在AxialScan的基础上的,通过开放足够探测器数目,以达到大范围的扫描,此扫描也不需要移床。
Toshiba独有的16厘米宽面积探测器提供的覆盖面广,一次扫描可以捕获一个完整的器官,导致超快的扫描时间,扫描优势减少造影剂和照射剂量。
可用于心脏冠脉扫描等,动态容积扫描螺旋和多层成像建在CT史上的伟大里程碑。
东芝提供CT技术的下一个飞跃,将彻底改变病人的护理;动态容积扫描是利用容积扫描使用16cm的超宽覆盖范围对患者的某一部位进行反复扫描动态观察,其优势在器官的灌注,以及关节的动态观察。
16CM,16厘米脏器全覆盖,热烈欢迎CFDA
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