X线计算机断层成像技术
一、 CT的诞生
1914年，俄国学者K.Maenep氏，依照运动产生模糊的理论，首先提出体层摄影的理论，即用一种特殊装置，使想观察的人体某层组织影像较清楚地显示，而该层组织以外的则模糊不清，以获取较大的空间分辨力。1930年意大利的Vallebona氏开始将体层摄影的有关理论和它的使用方法应用于临床并取得了很好的临床效果。
随着机械工业的发展，1947年Vallebona率先获取了以人体为模型的横断面影像，这种技术后来又发展成回转人体横断面体层技术。
1961年美国神经内科医生Ooldendor提出了电子计算机X线体层技术的理论，1968年英国工程师Hounsfild氏与神经放射学家Ambrose氏共同协作设计，于1972由英国EMI公司成功制造了用于头部扫描的电子计算机x线体层装置并在英国放射学会学术会议上公诸于世，称EMI扫描仪。这种影像学检查技术与传统X线摄影相比，图像无重叠、密度分辨力高、解剖关系清楚，病变检出率和诊断的准确率均较高而又安全、迅速、简便、无创性，是医学影像学的一项重大革新，促进了医学影像诊断学的发展。
1974年在蒙特利尔(Montreal)召开的第一次国际专题讨论会上正式将这种检查方法称作电子计算机体层摄影(computer tomography,简称CT)。
二、CT的发展
CT的应用还不到30年，但发展迅速。从只能扫描头部的第一二代平移／旋转扫描方式的CT机，至1974年旋转扫描方式的体部CT机；以及1989年在旋转扫描的基础上采用了滑环技术的螺旋CT;后来的电子束CT或称超速CT相继问世。CT机性能在不断提高，检查领域不断拓宽. CT发展前景广阔，并将沿着影像医学所追求的目标——提高显示病变的敏感性、特异性和推确性，微创或无创，操作简便和降低检查费用等方面不断改进、完善和发展。
第二节CT的组成与功能
CT由扫描部分、计算机部分、操作台、显示与记录系统等组成。
一、扫描系统
扫描系统包括：扫描机架、扫描床、扫描控制电路等。
（一） 扫描机架
图6-1是扫描机架外形图，图6-2是扫描机架内部结构。X线系统、图像采集、X线过滤器、系统准直器均装在机架内。机架可根据检查需要进
行±200或±l 30。的倾斜。不同机型，该角度可不同。
2 X系统包括X线管、水冷系统、高压发生系统。
1） X线管：是产生X线的器件，由阴、阳极和真空玻璃管(或金属管)组成。与普通的X线管一样，分固定阳极和旋转阳极两种。安装固定阳极管，其长轴与探测器平行，安装旋转阳极管其长轴与探测器垂直。n 固定阳极管主要用于一二代CT机，扫描时间长、产热多，采用油冷或水冷强制冷却。
n 第三第四代CT机多采用旋转阳极管，因扫描时间短，要求管电流较大，一般为100mA-600mA，采用油冷方式。旋转阳极管焦点小，要求热容量大，可达3-6M个热单位，这种X线管一般寿命很长，可达2万次扫描以上。
2） 冷却系统：一般扫描架内有两个冷却电路：即X线管冷却电路和电子线路的冷却电路。无论旋转阳极管还是固定阳极管，在扫描过程中均会产生大量的热。一方面会影响电子的发射，更为严重的是靶面龟裂，影响到X线质量，所以冷却是必须的。 X线管用绝缘油与空气进行热交换，扫描机架静止部分则用风冷或水冷进行热交换。扫描机架与外界是隔绝的，所以只有热交换器控制温度。球管和机架内都有热传感器把信号传给主计算机，当温度过高时，则会产生中断信号，机器停止工作，直到温度降到正常范围才可以重新工作。另外，主计算机根据扫描参数的设定预算热量值，当预算值超过正常范围时，计算机会在屏幕上给出提示，操作者可通过修改扫描方案，如缩短扫描范围，降低毫安、干伏，螺旋CT则还可用增大螺距的方法等，直到计算机认可。扫描机架内部温度的升高会影响到电子电路的热稳定性，因此也必须控制温度，一般在18—27度为宜。
3） 高压系统：包括高压发生器和稳压装置。高压发生器产生X线的形式主要为连续X线发生器和脉冲X线发生器，CT机对高压的稳定性要求很高，电压波动会影响X线能量，而X线能量与物质的衰减系数μ(或称吸收值)密切相关，CT图像是计算机求解吸收值而重建出来的，显然电压的波动会影响到图像质量。一般说来，CT值的精度要求在0.5％以下。这就要求高压发生器的高压稳定度必须在干分之一以下，纹波因素为万分之五。因此，任何高压系统必须采用高精度的反馈稳压措施。现在新机型多采用高频逆变高压技术，这种方法，电压一致性好，稳定，纹波干扰小，图像分辨力更高。
（二） 数据采集系统
数据采集系统(data acquisition system，DAS)包括探测器、缓冲器、积分器和A／D转换器等组成。由探测器检测到的模拟信号，在计算机控制下，经缓冲、积分放大后进行模数 (A／D)转换，变为原始的数字信号。DAS采集数据的时间和控制信导由扫描控制系统SCU产生，并且通过接口提供到DAS。数据窗开关(DWS)在三种扫描方式(即TOM、TOP、Offset)中任何一种方式下打开数据窗，采集完数据后再关闭数据窗。数据窗工作时间即数据采集时间。
1、探测器(detector)，是一种能量转换装置。一般CT常用的探测器为两种基本类型，一种是收集电离电荷的探测器，有气体和固体探测器两种。气体探测器主要有电离室，正比计数器、盖革计数器等。固体探测器主要是半导体探测，另一种是闪烁晶体探测器。无论哪种探测器必须具备以下条件：
2 电源：电源适应性强，不同电压均能正常使用，有良好均匀性。
2 社会范围：动态范围宽。强弱信号都能检测．灵敏度高。
2 余辉时间：余辉时间短，竭止性能好。
2 稳定性：成分稳定，受理化因素影响小、寿命长。
2 体积：体积小、空间配置容易。
气体探测器技术应用的是气体电离室，它是在一个公共压力下的探测器管套内，排列着数百个至数千个单独通道所组成的，每一个通道为一个最小单元。电离室的两个电子阴极被连到高压电源，另一个阳极连接到电流／电压转换电路(图6—3)。当x线进入探测器，极板间氙气被电离，形成带电离子，在电场作用下，带电离子沿着场线形移动形成电流。该电流在外电路电阻中就会产生一个电压信号，输送到检测电路。
目前，CT机上所用的气体探侧器多采用化学性能稳定的惰性气体氙气(Xenon，符号Xe)或氪气(Krypton，符号K r)等。气体探测器稳定性好，几何利用率高，但光子转换率低，因此通常使用高压气体(10—15个大气压)，提高气体分子密度，增加电离几率，增强灵敏度。对气体探测器的要求是：探测器密封性能好、有足够的机械强度、极板精度高、各通道气体压力相等、容积相等。
闪烁晶体探测器是利用某些晶体受射线照射后发光的特性制成的，组成部分是闪烁晶体，光导及光电倍增管等，结构简图如图6-5。当X线照射晶体后，原子接受X线光量子的能量，产生激发或电离，处于激发状态的原子返回到基态时，释放能量，这种能量以荧光光子的形态出现(荧光现象)。这种荧光经光导传给光电倍增管的光电阴极上，其上的光电
敏感物质发出光电子，光电子经聚焦投射到光电倍增管的联极，经联极的光电倍增作用，光电子数大增，然后打在阳极上，并在输出电阻上形成一个电压脉冲(该脉冲幅度与被探测器单元探测到的放射强度成正比)，再经前置放大后，反馈到检测电路。
常用的闪烁晶体有碘化钠(NaI)、碘化铂(CsI)、锗酸铋(BG0)等。BG0具有残光少，转换效率高，易加工不易潮解，不易老化，性能稳定等优点，因而被很多种CT机所采用。
2、 A/D转换器，从探测器所获得的信号是一个脉动的模拟信号，经缓冲处理后送至对数——双坡积分板，进行积分放大，然后经A／D转换器转变为数字信号后才能被计算机识别处理，因此，A/D转换器在DAS系统中起着重要作用，常用的A/D转换器有两种，逐次逼近式和双积分式。（三）滤过器
具有一定能量的电子接近靶原子核附近时，在核电场力作用下会改变运动的速度和方向，电子会因能量的减小而离开碰撞点，在此过程中，该电子能量的损失变为连续的放射。由于每个电子的能量并不一定相等，碰撞方式也不相同，(有的是发生一次碰撞，有的多次碰撞。)因此转变为光子的能量也不相等，所以X线是不同波长形成连续光谱。而CT扫描必须要求X线束为能量均匀的硬射线，所以从球管发出X线必须进行过滤。滤过器的功能：第一，吸收软射线；第二，使射线束变为能量分布均匀的硬射线。
（四）准直器
在X线管保护套里有阳极靶面，X线束仅从窗口射出，CT扫描仅需要非常小的扇形放射源，它必须能够调节Z轴方向厚度，以得到不同的扫描层厚，并抑制散射线，减少患者辐射，提高图像质量。如图6-9，CT机一般有两套准直器，一套在X线球管侧称前准盲器，控制放射源；另一套在探测器一侧，称后准直器。在扫描控制电路(SCU)控制下，根据主计算机指令，前准直器在Z轴方向可有1、2、5、8mm的层面宽度和10mm的标准宽度，其他层面厚度为3、6、7、9mm，也应能够被选择。前准直器在X轴方向的长度(d)决定射线束的扇形角度(α)，如图6-10。不同代的CT机及不同机型的α或d会有差异。后准直器主要起到减少散射线，减少读数误差，与前准直器配合，完成切层厚度的作用。SCU控制准直器的要求是：前、后准直器在Z轴方向绝对平行；扇形束必须覆盖探测器排列在X方向的满范围；放射源焦点到每一个探测器距离相等。因为在三代CT以后，焦点尺寸很小，经滤过器和前被直器的调整，X线束具有很好方向性。探测器窗口很小，中心射线以外的散射线很难到达探头，并且，因扫描速度加快，前后准直器的协调也难以同
步，影响到接收质量，所以不加后准直器。
二、检查床
检查床，它可由扫描机架和操作台上相应按钮作上下升降和进退等动作，部分CT扫描可沿人体横轴力方向左右摆动，以便在扫描过程中将要扫描的器官置于同一层面内扫描。在扫描过程中则由主计算机和SCU控制。
检查床在扫描过程中要求有很高的精度，绝对误差不允许超过0. 5mm。特别是对1mm的薄层扫描，检查床进给精度要求更高。另外，检查床的进退还应有准确的重复性，如扫描过程中有时要对兴趣区反复扫描，每次扫描，检查床必须能准确地到达同一层面。这就要求检查床不仅要有一定机械精度，控制信号也必须准确无误。在连续旋转式CT机(或螺旋CT机)中，床面还必须在扫描控制系统的控制下作恒速运动，其速度的准确性和稳定性直接影响图像质量。
三、扫描控制系统
扫描控制系统(scan control unit，简称SCU)设置在扫描机架内。扫描控制系统自身的中央处理器(CPU)，连接在数据总线和控制总线上，接受来自主计算机的各种操作指令和向主计算机输送数据。I/O接口一般采用串行方式，通过接口，使主计算机与各功能组之间进行信息分配，实现双向通讯。CT机的扫描过程都是在主计算机控制下，由扫描控制系统来完成的。主计算机的扫描程序软件与扫描控制系统的监控程序、测试单元和初始化始终保持着双向通讯。扫描控制系统控制的硬件主要有调整单元、脉冲控制、旋转控制和遮光板控制等。像扫描旋转停止、复位电路、控制检查床升降移动及扫描架倾斜；扫描旋转运动，控制检查床的水平进退运动和X线的发生；扫描的开始和中断等都由调整单元控制。机架里面设有各种检测探头，如旋转速度检测、机架倾角、床面位置等，将检测讯号通过数据总线传给主计算机，主计算机通过控制总线给扫描控制系统发出指令。扫描控制系统对妇描旋转的控制通过角度脉冲的角度来实现，每度有8个角度脉冲，旋转一周(360度))则产生2，880个角度脉冲。旋转速度器接收来自光栅的角度脉冲，以进行速度的测量和位置探测。旋转速度从开始到结束在测量范围内必须是非常精确的恒定位。CT旋转部分需要的主要条件是：测量范围内的恒定速度、旋转系统的位置信息、信号发生到开始测量的软件程序控制、必要的硬件监视和安全装置、紧急制动电路。扫描控制系统对准直器的调节是根据主计算机的预设层厚，相关电路自动调节准直器缝隙间距，控制扫描层
厚。
四、计算机系统
CT机的计算机系统为主计算机和阵列计算机两部分组成。主计算机是中央处理系统，它与MCU、SCU、HCU等各部分利用I/O接口，通过数据系统总线进行双向通讯，从而控制CT整个系统的正常工作。其主要功能有：
(1)扫描监控，存储扫描所输入的数据；
(2)CT值的校正和输人数据的扩展，即进行插值处理；
(3)图像的重建控制及图像后处理；
(4)CT自身故障诊断。
阵列处理器（array processor，简称AP）是60年代发展起来的计算机技术。CT扫描速度快、数据量大、成像质量要求高，并要求实时重建，普通计算机难以完成这项工作，因此必须由专用的数据处理设备—阵列处理器来完成。它与主计算机相连，在其控制下高速进行数据运算(每秒可达数十兆次)，本身不独立工作。在AP系统中有多条总线，如数据总线，进行加法浮点运算的输入输出总线、进行乘法浮点运算的输入输出总线等。
无论是主计算机还是阵列处理器，其运行必须由软件支持，CT机的计算机系统中，最基本的功能软件是控制CT机进行扫描，然后把探测器所获得的数据进行重建，在显示器上显示出图像。
五、操作控制系统
操作台(operator console，OC)是操作员与计算机对话的工作平台。扫描参数的编辑、设定、扫描过程的控制、观察分析、病人资料的输入及机器故障诊断均在OC平台上完成。操作台一般有两个显示屏、一个显示图像，一个与键盘配合，实现人机对话，现在有一部分CT机只有一个屏。所有的工作都在其上进行。有一部分CT机使用一个触屏与一个CRT 屏。无论采用什么方式，总的功能都是一样的，即进行人机对话，完成扫描工作，观看扫描的结果-图像，了解机器工作状况，发现故障，即时处理；进行图像存取与后处理及照相等。
图像显示(image display)和记录系统(record system)
图像显示由操作台上的CRT屏显示，现有一部分CT机配有工作站(workstation )，也可在工作站的显屏上显示，记录系统由硬盘，又称磁盘机，外部存储器等组成。
第三节 CT工作原理
尽管CT发展迅速，每代CT都有其各自的特点，但最基本的工作原理部大致相同，如图6-13所示。在计算机的控制下，高压发生器产生供X线管的高压，使X线管产生X线，经准直器准直(调准、集中、缩小)后透射人体，经遮光板(也称后准直器)调整后到达探测器。
当X线穿透人体时，因光电吸收和康普顿散射等原因会产生衰减，其衰减程度受密度(原子序数)及厚度等因素影响。对同一厚度而言，则衰减只受被扫描体密度(即原子系数)影响。也就是说，X线经人体衰减(调制)后，携带了人体的密度信息，密度大、衰减多，反之则衰减少。衰减后的X线照射到探测器，再由探测器转变为电信号，信号强弱与X线能量成正比。即能量大，信号强；能量小，信号弱。因此，电信号的变化，记录了人体密度的变化。再将该信号经A/D转换器转变为数字信号。但是这样变化是一种综合密度效应，并不能反映体内每一点的相对密度值，所以CT机必须从人体不同角度，采集大量的数据，经阵列计算机(AP)运算、求解出每一点相对密度值，再特此值经D／A转换器转换后，输至荧光屏用灰阶表示而形成一幅图像。
一、CT 成像的基本原理
CT本质上是一种利用X线穿透人体后的衰减特性作为诊断依据的。在物理学原理方面，CT与普通X线检查具有一致性，即都遵从X线指数衰减规律。数学表达式为：
式中，I：表示通过物质衰减后的x线强度
Io：表示入射X线强度
μ：为物质的吸收系数，它与物质的原子系数及密度有关
d：表示物体厚度
当x线穿过一组厚度相同，μ值不同的物体时，其强度与入射X线的强度关系为:
即μ值的总和是射线路径上的线积分。μ值又与下列因素有关：x线波长、物质原子系数、物质密度。
对于一定能量的X线来说，物质原子序数小，μ值小，原子序数高，μ值大。但对相同原子序数的物质来说密度不同，μ值也不同。物质密度大，μ值也大，反之则μ值小。因此，μ值可反映出物质的密度，物质的构成等特征。于是在CT成像中，可以用μ值的变化来表示物质的相对密度及结构。如果能求出每一个单位体积物质的μ值，再用不同的灰阶来表示这个值，那么，通过计算机处理，则可得到一幅有不同灰阶的图像，这就是CT成像。但是，影响μ值还有一个重要因素——波长。波长与X线能量有关，X线在穿透物体的路径中，能量会逐步降低，特别是能量较低的软射线。这种现象即X线束的硬化效应，所以，即使是X线穿过均质物质，在单位体积内μ值也会不同，造成图像的不均匀性，图6-
14。如图6-15的物体是一均质物质，假想分为5个等份，I0为入射线强度，I为透过物体后X线强度，μ1至μ5因X线能量的衰减逐步降低而减少。因而，必须进行仔细校正，以消除μ值改变，保证μ值相同，使图像均匀显示。从这一公式我们可以看出，n种相同厚度，不同衰减系数的物质，当总的衰减系数相同时，I是相同的，I只能表示物体衰减的综合效果，不能反映穿透路径上每—单位体积内物质结构分布情况，要获得每一单位体积物质的μ值，必须获得足够多的数据，进行大量的运算，这个工作是由阵列处理器(AP)来完成。
二、 CT图像重建原理
目前CT图像重建方法很多，综合起来，大致有二大类。
直接法是直接求解线性方程系数的方法；间接法是首先进行傅立叶变换,再反变换，即可导出吸收系数，而重建出图像。
为了更好地理解CT图像的重建，现避开繁琐而复杂的计算方式，下面用逐次近似法，讲述图像的重建过程。
逐次近似法，也称迭代法，应用于图像重建是美国Bracewell氏提出，由EMI公司于1968年应用于第一代计算机。其原理是：首先将图像分为若干个象素，并引入适当初期值，求出X线束方向上各象素的信息的综合值，再与实际测量所得的数值比较。若有差值，则随时修正。用此方法，依照一定的顺序，连续对所有象素的实际值逐次近似下去，逐个修正。而后得出正确值，重建出完整图像。
下面用一个模型来实验逐次近似法，假如将如图6-17的模型分成4个象素，没有扫描时，计算机没有得到任何数据，各象素用“0”表示，首先进行水平投照，所得数值为3和7，即水平方向第一行每个象素平均值为3／2＝1.5，第二行为7／2＝3.5。显然，在这四个象素中，第一列计算机算出的总和为1.5+3.5＝5，第二列为1.5+3.5＝5如图6-17(2)。但实际上垂直投照所测实际值为4、6如图6-17(b)，那么第一列将得到差值为4-5＝-1，第二列为6-5＝1，因此第一列中的两个象素的平均修正值为-1÷2=-0.5，第二列修正值为1÷2＝0.5，把修正值代入图6-17(2)中得到图6-17(3)，显示算出后得到的图6-17(4)与输入状态下的图6-17(a)一致。这仅仅是一个理想模型的推演过程，具体情况会比这复杂得多。X线束的覆盖范围有时过小，都会影响到数据的采集，因此必须考虑X线覆盖的面积比例因素。
目前，用得较多的CT采用摺积法，它有处理速度快，图像清晰的特点。在实际应用中，常根据不同组织结构，加权函数加以修正。
无论采用什么方法重建图像，所采集的原始数据必须准确。除了X线的硬化效应必须修正外，还有一个重要的因素是探测器的零点漂移。由于
探测器的参数不可能完全一致，余辉时间也不尽相同，因而每次扫描，多通道的输出值就可能不同。例如，第一次扫描结束时，接收通道被遮光板挡住，探测器接收信号为零。而因上述原因，所测实际值，有些通道为零，而有些为负或正，引起采集数据误差。因此必须对零点漂移进行修正，这种工作是由A/D转换器完成的。CT图像的重建过程是相当复杂的，人体的结构也很复杂，要比模型复杂许多倍，因此其计算难度相当大，这也是CT机的发展必须依赖计算机发展的重要原因之一。总之，我们可以用以下方框图来简单表述CT机的原理。
（一）CT图像
一幅放得很大的照片或放大镜下看到的图片，是由许多深浅不同或疏密不同的小点组成，我们把组成图像的这些点称为象素。CT图像也是由一定数目的由黑到白不同灰度小方块按矩阵排列所构成的，也就是在某个视野的正方形图像中包括有多少个象素。显示象素越小，数目越多，所构成的图像越细致、清晰。常用的象素个数有256×256，320×320，512×512，1024×1024等。
CT图像在显示屏上以由黑到白的不同灰度来表示，黑表示低吸收区，即低密度区，如脑室；白的表示高吸收区，即高密度区，如骨质。由于CT 有较高的密度分辨力，所以人体软组织也能显示。
（二）CT值
CT值在组织密度的定性分析上有很大的价值。根据CT成像的原理可知，在X线穿透人体的物理过程中，物质的相对密度是用衰减系数μ数值表示的，也就是说，在研究CT图像时，人们关心的是各组织结构的密度差异，即相对密度，而不是密度的绝对值。人体的大部分是肌肉和脂肪及碳水化合物组成的软组织。另外骨胳、肺和消化道内的空气及其他气体。在软组织中75％的成分是水，所以μ软 接近于μ水，肌肉的μ值比μ水 高约5％，脂肪组织的μ值比μ水低10％，脑白质、灰质的μ值相差0.5％左右，而它们与μ水相差3．5％，骨的μ值大约是μ水的2倍。在医学研究中，这种比较和计算方法十分不便，于是Hounsfield以水的μ值作为标准，定义了一个新的μ值标度，即通常我们所说的CT值(CT number)，单位为H u (Hounsfield unit)，它是将高密度的骨皮质和空气衰减系数作为上下限划分为2000个单位，然后与水的μ值作比照，得到各种组织结构的CT位。式中1000为分度系数
如果知道人体各组织的衰减系数(μ组织)，根据CT值的计算公式，很容易得到各组织CT值。
显然，组织密度越大，CT值越高。如果某一组织发生病变而致密度改变，则会影响到CT值的改变，这对CT诊断有很大价值。另外，若发现某
器官有病变，我们可以用测CT值的方法，大体估计其结构情况。但是，CT值并不是恒定的，它会因X线硬化、电源状况、扫描参数、温度及邻近组织等因素发生改变，因此，在诊断中CT值只能作为参考，而不能作为诊断依据。
1引言 自七十年代初第一台电子计算机断层扫描装置问世以来，成像技术发展异常迅速，设备不断更新。以医学成像为例，已实现了三大飞跃，即脏器清晰图像的获得，把生化病理研究推向分子结构的水平和直接提供有关成像组织的化学成分的信息，步入了断层显像的新时代。计算机断层扫描和图像重建技术，是在不破坏物体情况下，将物体每一个断层面上的结构和组份的分布情况显示出来的一种实验方法，都是利用计算机图像重建的方法来得到物体内部的信息。 人们对射线成像的最早认识是从x 光机开始的。医用x 光机成像技术的发展和应用已有近百年的历史，它是利用x 射线的物理性能和生物效应，来对人体器官组织进行检查。由于普通x 光机只能把人体内部形态投影在二维平面上，因此会引起成像器官和骨骼等的前后重叠，造成影像模糊。为了克服这一缺点，英国ENI 公司的工程师豪恩斯菲尔德(G.N.Hounsfield)运用了美国物理学家科马克(Cormack)于1963年发表的图像重建数学模型，推出了第一台x 射线计算机断层图像重建技术（X-CT ）装置，并1977年9月在英国Ackinson Morleg 医院投入运行。1979年该技术的发明者Hounsfield 和Cormack 为此获得了诺贝尔医学奖。 X-CT 的出现是X 射线成像技术的一个重大突破。经过多代的发展，X-CT 已获得广泛的应用。在医学上，目前已可用来诊断脊柱和头部损伤，颅内肿病，脑中血凝块，及肌体软组织损伤，胃肠疾病，腰部和骨盆恶性病变等等。目前X-CT 除了广泛应用于临床诊断、生命科学和材料科学以外，还在工业和交通等方面也有重要的应用，例如，在线实时无损检测工业CT 等。 2CT 成像实验原理 2.1概述 数学上可以证明，通过对物体进行多次投影就可得到该物体的几何形状。CT 的基本思想是：让一束γ射线投射在物体上，通过物体对γ射线的吸收（多次投影）便可获得物体内部的物质分布信息。 当强度为0I 的一个窄束γ射线穿过吸收系数为μ的物体时，其强度满足指数衰减关系 0ut I I e -= (1) 式中t 为射线所穿过物质层厚度。在实际情况中，所研究的物体往往不是由单一成分组成的，当物体由若干个不同成分组成时，物体内部各处的μ也将可能不同。在这样的物质中，束穿过整个物件后的强度为 0()()L I L I Exp u dt ?? =- ??? ?r (2) 式中()u r 为r 处的吸收率。CT 系统通过改变一组射线路径L ，记录下对应出射强度()I L 的变化来分析物体内部()u r 的分布。
第二章CT-计算机断层扫描成像实验（系列实验二） 射线成像实验室 July 9, 2019 目录 0引言 (2) 1CT成像实验原理 (2) 1.1 概述 (2) 1.2 投影定理 (3) 1.3 卷积反投影重建算法 (4) 1.4 一种实际算法 (5) 1.4.1推导与描述 (5) 1.4.2框图 (7) 2实验方案 (8) 2.1 概述 (8) 2.2 实验环境 (9) 2.2.1硬件环境 (9) 2.2.2软件环境 (10) 2.3 实验步骤 (10) 2.3.1概述 (10) 2.3.2具体步骤 (11) 2.3.2.1扫描 (11) 2.3.2.2数据处理 (12) 2.4 FAQ & Tips (12) 2.4.1工作目录是啥？ (12) 2.4.2如何确定样品的起始位置和水平扫描的长度？ (12) 2.4.3为什么扫描完成后要保存数据？ (13) 2.4.4为什么图像多出一条横贯全图的线？ (13) 3附录：CTS YSTEM软件使用说明书 (13) 3.1 概述 (13) 3.2 界面介绍 (13) 3.2.1新建扫描项目 (13) 3.2.2转台位置调整 (14) 3.2.3调整能谱敏感区域 (14) 3.2.4扫描属性 (15)
3.2.5扫描 (16) 3.2.6投影变换窗口 (17) 3.3 投影变换的输出 (18) 4参考文献 (21) 0引言 自七十年代初第一台电子计算机断层扫描装置问世以来，成像技术发展异常迅速，设备不断更新。以医学成像为例，已实现了三大飞跃，即脏器清晰图像的获得，把生化病理研究推向分子结构的水平和直接提供有关成像组织的化学成分的信息，步入了断层显像的新时代。计算机断层扫描和图像重建技术，是在不破坏物体情况下，将物体每一个断层面上的结构和组份的分布情况显示出来的一种实验方法，都是利用计算机图像重建的方法来得到物体内部的信息。 人们对射线成像的最早认识是从x光机开始的。医用x光机成像技术的发展和应用已有近百年的历史，它是利用x射线的物理性能和生物效应，来对人体器官组织进行检查。由于普通x光机只能把人体内部形态投影在二维平面上，因此会引起成像器官和骨骼等的前后重叠，造成影像模糊。为了克服这一缺点，英国ENI公司的工程师豪恩斯菲尔德(G.N.Hounsfield)运用了美国物理学家科马克(Cormack)于1963年发表的图像重建数学模型，推出了第一台x 射线计算机断层图像重建技术（X-CT）装置，并1977年9月在英国Ackinson Morleg医院投入运行。1979年该技术的发明者Hounsfield和Cormack为此获得了诺贝尔医学奖。 X-CT 的出现是X射线成像技术的一个重大突破。经过多代的发展，X-CT已获得广泛的应用。在医学上，目前已可用来诊断脊柱和头部损伤，颅内肿病，脑中血凝块，及肌体软组织损伤，胃肠疾病，腰部和骨盆恶性病变等等。目前X-CT除了广泛应用于临床诊断、生命科学和材料科学以外，还在工业和交通等方面也有重要的应用，例如，在线实时无损检测工业CT 等。 1CT成像实验原理 1.1概述 数学上可以证明，通过对物体进行多次投影就可得到该物体的几何形状。CT的基本思想是：让一束γ射线投射在物体上，通过物体对γ射线的吸收（多次投影）便可获得物体内部的物质分布信息。 当强度为 I的一个窄束γ射线穿过吸收系数为μ的物体时，其强度满足指数衰减关系 0ut I I e- =(1)
CT——电子计算机X射线断层扫描技术
CT——电子计算机X射线断层扫描技术 CT是英语缩写，可以表示的意思有：宝石的重量单位克拉、电子计算机X射线断层扫描技术、凝血时间、电力系统中的电流互感器、建筑水电安装、十字绣布、分辨率等。 化学试剂 1.邻苯二酚的缩写，分子式C6H6O2 2.建筑CT 3.宝石的重量单位 克拉[1]（符号：CT）1克拉=0.2克（200毫克） 克拉作为宝石的计量单位，在现行的国际标准中作为法定的计量单位它的换算公式为：1克拉=200毫克=0.2克。 古到今，在长达几百年的世界宝石贸易中，各国的珠宝商们都已习惯用克拉作为称量的标准。克拉一词最早起源于古希腊文，它是根据地中海东岸的一种树的名字翻译过来的。在人们没有精密的天平以前，便一直用这种很均匀而又
英文全称：Computed Tomography 利用计算机技术对被测物体断层扫描图像进行重建获得三维断层图像的扫描方式。该扫描方式是通过单一轴面的射线穿透被测物体，根据被测物体各部分对射线的吸收与透过率不同，由计算机采集透过射线并通过三维重构成像。分类 根据所采用的射线不同可分为：X射线CT（X-CT）以及γ射线CT（γ-CT)。 用途 CT的主要用途如下： 1.医学检测：自从CT被发明后，CT已经变成一个医学影像重要的工具，虽然价格昂贵，医用X-CT至今依然是诊断多种疾病的黄金准则。 2.工业检测：现代工业的发展，使得CT在无损检测和逆向工程中发挥重大的作用。 3.安保检测。
4.航空运输、运输港湾，大型货物集装箱案件装置。 优点及危害 首先，计算机断层扫描为我们提供被测物品的完整三维信息；第二，由于电脑断层的高分辨率，不同物体对射线的吸收和透过率不同，即使是小于1%的密度差异也可以区分出来；第三，由于断层成像技术提供三维图像，依需要不同，可以看到轴切面，冠状面，矢切面的影像。除此之外，任意切面的图像均可通过插值技术产生。这给医学诊断、工业检测和科研带来了极大的便利。 但是CT扫描带来的危害也必须引起重视。CT主要的危害来自于射线源，高能射线源能对人体组织及环境造成不可逆转的破坏，即使是医用的X射线CT，多次的累积使用，X射线依然会对患者被照组织产生一定的影响。 断层扫描技术 英文全称：electronic computer X-ray tomography technique CT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是电子计算机X射线断层扫描技术简称。
电子计算机X射线断层扫描技术 英文全称：electronic computer X-ray CT 简称。 CT X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就 CT机 可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。 1、CT的发明 自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。但是，由于人体内有些器官对X X射线对那些前后重叠 X1963年，美国物理学 X线的透过率有所不同，在研究中还得 CT的应用奠定了理论基 础。1967 然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来，他又用这种装置去测量全 1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学 部检查。 况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。这一消息引起科技界的极大震
动，CT X 1979 CT已广泛运用于医疗诊断上。 CT原理 2、CT的成像基本原理 CT 拟/数字转换器（analog/digital converter 体素（voxel），见图1-2-1X线 digital matrix）， /模拟转换器（digital/analog converter 即象素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。 3、CT设备 X线管、探测器和扫描架 1个发展到现在的多达4800个。扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定，发展到新近开发的螺旋CT扫描（spiral CT scan）。计算机容量大、运算快，可达到立即重建图像。由于扫描时间短，可避免运动产生的伪影，例如， CT血管造影（Ct angiography，CTA
成像原理 CT机CT是用X射线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器(analog/digital converter)转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素(voxel)。 扫描所得信息经计算而获得每个体素的X射线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵(digital matrix)，数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器(digital/analog converter)把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素(pixel)，并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X射线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。 CT的工作程序是这样的:它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。 折叠编辑本段发展历史 CT原理自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的
病变就难以发现。于是，美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。 1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。 1967年，英国电子工程师亨斯菲尔德(Hounsfield)在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X 射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。 1971年9月，亨斯菲尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。10月4日，医院用它检查了第一个病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。 1972年第一台CT诞生，仅用于颅脑检查，4月，亨斯菲尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。 1974年制成全身CT，检查范围扩大到胸、腹、脊柱及四肢。 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。由于采用笔形X线束和只有1~ 2个探测器，所采数据少，所需时间长，图像质量差。 第二代CT机扫描方式跟上一代没有变化，只是将X线束改为扇形，探测器增至30个，扩大了扫描范围，增加了采集数据，图像质量有所提高，但仍不能避免因患者生理运动所引起的伪影(Artifact)。 第三代CT机的控测器激增至300~ 800个，并与相对的X线管只作旋转运动 (rotate/rotate mode)，收集更多的数据，扫描时间在5s以内，伪影大为减少，图像质量明显提高。 第四代CT机控测器增加到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)，扫描速度快，图像质量高。 第五代CT机将扫描时间缩短到50ms，解决了心脏扫描，是一个电子枪产生的电子束(electron beam)射向一个环形钨靶，环形排列的探测器收集信息。推出的64层CT，仅用0.33s即可获得病人的身体64层的图像，空间分辨率小于0.4mm，提高了图像质量，尤其是对搏动的心脏进行的成像。
C T CT(Computed Tomography)，即电子计算机断层扫描，它是利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等，与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描，具有扫描时间快，图像清晰等特点，可用于多种疾病的检查；根据所采用的射线不同可分为：X射线CT（X-CT）、超声CT（UCT）以及γ射线CT（γ-CT)等。 成像原理 CT是用X射线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X 射线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。 扫描所得信息经计算而获得每个体素的X射线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital matrix），数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/analog converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X射线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。 CT的工作程序是这样的：它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。 设备组成 CT设备主要有以下三部分： 1.扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成； 2.计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存运算； 3.图像显示和存储系统，将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。探测器从原始的1个发展到多达4800个。扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定，发展到新近开发的螺旋CT扫描（spiral CT scan）。计算机容量大、运算快，可达到立即重建图像。由于扫描时间短，可避免运动产生的伪影，例如，呼吸运动的干扰，可提高图像质量；层面是连续的，所以不致于漏掉病变，而且可行三维重建，注射造影剂作血管造影可得CT血管造影（Ct angiography，CTA）。 超高速CT扫描所用扫描方式与前者完全不同。扫描时间可短到40ms以下，每秒可获得多帧图像。由于扫描时间很短，可摄得电影图像，能避免运动所造成的伪影，因此，适用于心血管造影检查以及小儿和急性创伤等不能很好的合作的患者检查。 图像特点 CT图像是由一定数目由黑到白不同灰度的像素按矩阵排列所构成。这些像素反映的是相应体素的X线吸收系数。不同CT装置所得图像的像素大小及数目不同。大小可以是 1.0×1.0mm，0.5×0.5mm不等；数目可以是256×256，即65536个，或512×512，即262144个不等。显然，像素越小，数目越多，构成图像越细致，即空间分辨力（spatial resolution）高。CT图像的空间分辨力不如X线图像高。
X线计算机断层成像技术 一、 CT的诞生 1914年，俄国学者K.Maenep氏，依照运动产生模糊的理论，首先提出体层摄影的理论，即用一种特殊装置，使想观察的人体某层组织影像较清楚地显示，而该层组织以外的则模糊不清，以获取较大的空间分辨力。1930年意大利的Vallebona氏开始将体层摄影的有关理论和它的使用方法应用于临床并取得了很好的临床效果。 随着机械工业的发展，1947年Vallebona率先获取了以人体为模型的横断面影像，这种技术后来又发展成回转人体横断面体层技术。 1961年美国神经内科医生Ooldendor提出了电子计算机X线体层技术的理论，1968年英国工程师Hounsfild氏与神经放射学家Ambrose氏共同协作设计，于1972由英国EMI公司成功制造了用于头部扫描的电子计算机x线体层装置并在英国放射学会学术会议上公诸于世，称EMI扫描仪。这种影像学检查技术与传统X线摄影相比，图像无重叠、密度分辨力高、解剖关系清楚，病变检出率和诊断的准确率均较高而又安全、迅速、简便、无创性，是医学影像学的一项重大革新，促进了医学影像诊断学的发展。 1974年在蒙特利尔(Montreal)召开的第一次国际专题讨论会上正式将这种检查方法称作电子计算机体层摄影(computer tomography,简称CT)。 二、CT的发展 CT的应用还不到30年，但发展迅速。从只能扫描头部的第一二代平移／旋转扫描方式的CT机，至1974年旋转扫描方式的体部CT机；以及1989年在旋转扫描的基础上采用了滑环技术的螺旋CT;后来的电子束CT或称超速CT相继问世。CT机性能在不断提高，检查领域不断拓宽. CT发展前景广阔，并将沿着影像医学所追求的目标——提高显示病变的敏感性、特异性和推确性，微创或无创，操作简便和降低检查费用等方面不断改进、完善和发展。 第二节CT的组成与功能 CT由扫描部分、计算机部分、操作台、显示与记录系统等组成。 一、扫描系统 扫描系统包括：扫描机架、扫描床、扫描控制电路等。 （一） 扫描机架 图6-1是扫描机架外形图，图6-2是扫描机架内部结构。X线系统、图像采集、X线过滤器、系统准直器均装在机架内。机架可根据检查需要进
浙江师范大学实验报告 实验名称CT实验教学班级物理071 姓名骆宇哲学号07180132同组人沈宇能实验日期09/10/15 室温气温 CT实验教学 摘要：本实验通过学生在教师的指导下进行铜制孔卡的结构断层成像。并对所成图象利用计算机进行分析处理。从而使学生掌握CT扫描、图像重建的技术。 关键词：计算机断层成像、图像重建、 引言：自七十年代初第一台电子计算机断层扫描装置问世以来，成像技术发展异常迅速，设备不断更新。以医学成像为例，已实现了三大飞跃，即脏器清晰图像的获得，把生化病理研究推向分子结构的水平和直接提供有关成像组织的化学成分的信息，步入了断层显像的新时代。计算机断层扫描和图像重建技术，是在不破坏物体情况下，将物体每一个断层面上的结构和组份的分布情况显示出来的一种实验方法，都是利用计算机图像重建的方法来得到物体内部的信息。 人们对射线成像的最早认识是从x光机开始的。医用x光机成像技术的发展和应用已有近百年的历史，它是利用x射线的物理性能和生物效应，来对人体器官组织进行检查。由于普通x光机只能把人体内部形态投影在二维平面上，因此会引起成像器官和骨骼等的前后重叠，造成影像模糊。为了克服这一缺点，英国ENI公司的工程师豪恩斯菲尔德(G.N.Hounsfield)运用了美国物理学家科马克(Cormack)于1963年发表的图像重建数学模型，推出了第一台x 射线计算机断层图像重建技术（X-CT）装置，并1977年9月在英国Ackinson Morleg医院投入运行。1979年该技术的发明者Hounsfield和Cormack为此获得了诺贝尔医学奖。 X-CT 的出现是X射线成像技术的一个重大突破。经过多代的发展，X-CT已获得广泛的应用。在医学上，目前已可用来诊断脊柱和头部损伤，颅内肿病，脑中血凝块，及肌体软组织损伤，胃肠疾病，腰部和骨盆恶性病变等等。目前X-CT除了广泛应用于临床诊断、生命科学和材料科学以外，还在工业和交通等方面也有重要的应用，例如，在线实时无损检测工业CT 等。 实验方案： 1、实验仪器：CD-50BGA+型CT教学实验仪铜制孔卡计算机 2、本次实验扫描参数为：采样时间0.5 视场直径40mm 扫描方式1 图像尺寸128*128。 本次实验处理参数：灰度拉伸：左40，右200 滤波：低通2 调节合适的亮度和对比度。 扫描一个物体所用的时间为：128*128*500。 3、实验步骤： 1）在开机扫描实验之前，须熟读“CT教学实验仪”的说明书。 2）连接各电缆插头、插座须检查核对无误后方可开机。 3）启动计算机和CT实验仪，进行预热。 4）将测试样品放入仪器载物平台上，调节平台上下高度，使红光恰好对准孔卡上部1/3处5）打开CT实验软件，设置实验的图像扫描参数。 6）打开核源锁（核源钥匙开启时要用手指微微顶住核源使其不过度弹起），点击“扫描”，
计算机断层成像 （Computed Tomography C T）：是电子计算机技术与X线检查技术相结合的产物，是一种数字断层技术。它的发明标志着影像医学的第二次飞跃。 有关CT的历史：1963年美国物理学家A.M.Cormack在Journal of Applied Physics上发表了题为―用线积分表示一函数的方法及其在放射学上的应用‖的系列文章。 1967—1970年英国EMI工程师G.N.Hounsfield研制成功第一台头部X线CT扫描机，1971年9月被安装在伦敦的Atkinson-Morley’s医院。1972年利用这台X线CT首次为一名妇女诊断出脑部的囊肿，并取得了世界上第一张CT照片。1974年美国George-town大学医学中心Ledly研制第一台全身CT扫描机。为此Hounsfield和Cormack共同获得了1979年的诺贝尔生理和医学奖。1980年出现螺旋CT，后又出现多排CT，功能研究型CT等。 Hounsfield 和Cormack因发明CT获得1979年诺贝尔医学和生理学奖。 一、CT设备 1.Ｘ线扫描与接收部分：Ｘ线球管(X-ray Tube)数据采集部分（探测器-Detector）（产生Ｘ线，接收残余Ｘ线，并将其转换为数字信号） 2.计算机部分：接受穿透人体断面后Ｘ线衰减量的数字信息，计算出该断面上不同的Ｘ线吸收系数重建图像。计算机还起到控制、协调ＣＴ机各个部分的控制作用。计算机外设部分包括磁盘、磁带等，起到贮存ＣＴ图像的作用。 3.图像显示及存储部分：阴极射线管（CRT）（监视器）多幅照像机激光像机（湿式或干式）图像工作站报告终端光盘存储、服务器海量存储。 二CT的发展 （一）普通CT有高低档之分，但基本结构相同。不同机型扫描方式相同，探测器数目不同，扫描所需时间不同，计算机性能档次不同。 （二）螺旋扫描CT（多层螺旋CT）在旋转式CT扫描球管旋转时，通过滑环技术以及扫描床同时进行的连续平直移动，使X线扫描能无间隔连续进行，大大缩短扫描时间多层螺旋CT（超宽、多排或平板探测器）螺旋CT（Spiral or Helical CT）1989年研制成功，90年代应用于临床标志CT领域的重大革新。 CT机的发展：球管探测器扫描方式计算机软件的开发代谢、功能 第二节CT成像的基本原理 X线球管围绕人体选定部位的层面作360°匀速转动，用高度准直的X线束进行扫描，穿过人体的X线由探测器接收； 被接收到的X线信息由光电转换器转变为电信号，再经模/数转换器（A/D）将其变成数字信号，输入计算机，计算出该断面中多个单位体积的X线吸收值，并排列成数字矩阵数字矩阵经数/模转换器（D/A）用黑白不同的灰度等级在显示器荧屏上显示，从而获得该部位横断面结构的图像，即CT图像 第三节CT图像的特点及影响因素 1.CT图像的特点：CT图像是重建图像，是由一定数目由黑到白不同灰度的小方格（像素pixel）按矩阵排列所构成。每一像素实际代表的是一定厚度的组织结构（体素）对X线的平均衰减值。不同的CT装置所得图像的像素大小及数目可以是不同的。像素越小、数目越
电子计算机X射线断层扫描技术 英文全称：electronic computer X-ray tomography technique CT是一种功能齐全的病情探测仪器，它是电子计算机X射线断层扫描技术简称。 CT的工作程序是这样的：它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同，应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量，然后将测量所获取的数据输入电子计算机，电子计算机对数据进行处理后，就 CT机 可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像，发现体内任何部位的细小病变。1、CT的发明 自从X射线发现后，医学上就开始用它来探测人体疾病。但是，由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小，因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。于是，美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。1963年，美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同，在研究中还得出了一些有关的计算公式，这些公式为后来CT 的应用奠定了理论基础。1967年，英国电子工程师亨斯费尔德在并不知道科马克研究成果的情况下，也开始了研制一种新技术的工作。他首先研究了模式的识别，然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置，即后来的CT，用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来，他又用这种装置去测量全身，获得了同样的效果。1971年9月，亨斯费尔德又与一位神经放射学家合作，在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置，开始了头部检查。10月4日，医院用它检查了第一个病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧，X线管装在患者的上方，绕检查部位转动，同时在患者下方装一计数器，使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上，再经过电子计算机的处理，使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。1972年4月，亨斯费尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果，正式宣告了CT的诞生。这一消息引起科技界的极大震动，CT的研制成功被誉为自伦琴发现X射线以后，放射诊断学上最重要的成就。因此，亨斯费尔德和科马克共同获取1979年诺贝尔生理学或医学奖。而今，CT已广泛运用于医疗诊断上。
第七讲-MRI成像技术（1） 1 MRI成像系统简介 ●1.1M R I影像设备发展概况 ●磁共振成像技术是在磁共振波谱学的基础上发展起来的。磁共振成像自出现以来曾被 称为：核磁共振成像、自旋体层成像、核磁共振体层成像、核磁共振C T等。 ●1945年由美国加州斯坦福大学的布洛克（B l o c h）和麻省哈佛大学的普塞尔（P u r c e l l） 教授同时发现了磁共振的物理现象，即处在某一静磁场中的原子核受到相应频率的电磁波作用时，在它们的核能级之间发生共振跃迁现象。因此两位教授共同获得1952年诺贝尔物理学奖。 ●F o r p e r s o n a l u s e o n l y i n s t u d y a n d r e s e a r c h;n o t f o r c o m m e r c i a l u s e ● ●磁共振的物理现象被发现以后，很快形成一门新兴的医学影像学科—磁共振波谱学。 ●1971年纽约州立大学的达曼迪恩（Damadian）教授在《科学》杂志上发表了题为“核 磁共振（NMR）信号可检测疾病”和“癌组织中氢的T1时间延长”等论文， ●1973年曼斯菲德(Mansfields)研制出脉冲梯度法选择成像断层。 ●1974年英国科学家研制成功组织内磁共振光谱仪。 ●1975年恩斯托（Ernst）研制出相位编码成像方法。 ●1976年，得到了第一张人体MR图像（活体手指）。 ●1977年磁共振成像技术进入体层摄影实验阶段。 ●几十年期间，有关磁共振的研究曾在三个领域（物理、化学、生理学或医学）内获得了 六次诺贝尔奖。(2003年10月6日，瑞典卡罗林斯卡医学院宣布，2003年诺贝尔生理学或医学奖授予美国化学家保罗·劳特布尔（Paul C. Lauterbur）和英国物理学家彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield），以表彰他们在医学诊断和研究领域内所使用的核磁共振成像技术领域的突破性成就。) 雷蒙德·达马蒂安的“用于癌组织检测的设备和方法” 幻灯片7 1.2 MRI影像设备功能 现代磁共振成像系统大体结构都很相似，基本上由四个系统组成：即磁体系统、梯度磁场系统、射频系统和计算机系统。 ●1．磁体系统 ●磁体系统是磁共振成像系统最重要、成本最高的部件，是磁共振系统中最强大的磁场， 平时我们评论磁共振设备的大小就是指静磁场的场强数值，单位用特斯拉（Tesla，简称T,垂直于磁场方向的1米长的导线，通过1安培的电流，受到磁场的作用力为1牛顿时，通电导线所在处的磁感应强度就是1特斯拉。）或高斯（Gauss）表示，1T=1万高斯。 ●临床上磁共振成像要求磁场强度在0.05～3T范围内。一般将≤0.3T称为低场，0.3T～ 1.0T称为中场，＞1.0T称为高场。磁场强度越高，信噪比越高，图像质量越好。但磁 场强度过高也带来一些不利的因素。 ●为了获得不同场强的磁体，生产厂商制造出了不同类型的磁体，常见的磁体有永久磁 体、常导磁体和超导磁体。
第一节X-CT设备的发展史 一、先驱者 奥地利数学家J.Radon在1917年证明二维或三维的物体能够从它投影的无限集合来单一地重建影像，这一理论出现在X线断层影像发明之前5年。1938年在汉堡C.H.F.Mubler的Gabriel Frank首次在一个专利中描述影像重建技术在X线诊断中的应用，他设想用一个光学方法，使用一个圆柱型的透镜把已记录在胶片上的投射影像反投射到另一胶片上，然而，这一直接反投影方法从未能产生比通常的X线断层影像质量更好的影像。Bracewell在1956年将影像重建原理应用于射电天文学，目的是重建太阳微波发射的影像。1961年Oldendorf叙述了一种获得头颅中断层密度分布的影像方法，在他的实验中，原始的脑模型是由带有铁钉环的塑料块组成的，他使用同位素131I的放射源和带有闪烁晶体的光电倍增管作为探测器，并采用直接反投影方法作影像重建，结果能分辨模型中的铁钉。 1963年，A.M.CormAck成为正确应用影像重建数学的第一位研究者。同一时期，Cameron和So renson应用反投影技术测量活体内骨密度的分布。 Kuhl和Edwards使用了投影方法和数学处理,为了对复杂分子作电镜观察，还发展了复杂的重建算法，对脑横断层扫描的发展作出了贡献. 二、Godfrey Hounsfield的发明 Godfrey Hounsfield于1967年发明CT设备的基本组成部分：重建数学、计算技术、X线探测器。那时，他在EMI实验研究中心从事影像识别和用计算机存储手写字技术的研究。他证实了有可能采用一种与直接电视光栅方式不同的另一种存储方法，这种方法使信息检索更为有效。 对信息传送精确度的研究表明，X线影像可能是使用信息检索新方法中受益最多的一个领域。但是这里存在着一个严重的缺点，即将一个二维物体影像迭加在二维胶片上，而且胶片对 X线又很不敏感，就会导致信息量减少。理论计算证明，在扫描一个物体和重建它的影像时 ,应能分辨出衰减系数差0.5%的人体组织。 有人提议从三维物体的各个方向取读数，但是后来断层的方法似乎更适用于影像重建和诊断 ,这就意味着仅需要从单一平面里获取透射的读数。因此，每个光束通路都可以看作联立方程组中许多方程之一，必须解这些联立方程组才能获得该平面的影像。豪恩斯菲尔德根据这个原理用数学模拟法加以研究，然后用同位素作放射源进行试验，用9 天时间产生了数据组，用2～5 h重建出影像。试验结果尽管只能区别衰减系数相差4%的组织，但这一成功还是相当惊人的。James Ambrose博士以人脑组织标本做了扫描研究，结果表明，大有成功的希望，于是决定制造能够供临床使用的机器。 第1台原型仪器于1971年9月安装在Atkinson Moreley医院。1971年10月4日检查了第1位被检者。在1972年4月的英国放射学研究年会上宣告EMI X-CT扫描机诞生了。接着，同年11 月在芝加哥北美放射学会（RSNA）年会上向全世界宣布。Godfrey Hounsfield的贡献在于可以在不伤害被检者而且被检者无任何不适感的条件下对人脑和其他软组织进行检查。
中医院X线电子计算机断层扫描装置 技术参数 一、招标货物一览表： 编号货物名称数量 *1高端64排128层 螺旋CT。具备能 谱功能 1套 原装进口 配备原装进口独立后处理工作 站一套，具有主机所有应用软 件及功能。诊断工作站一套。 进口三通道无针筒高压注射器 1台 2随机附件1套3技术资料1套 4投标方认为必须提 供的其他资料 1套
二、设备技术规格及要求： 序号招标要求 1.设备名称：高端64排128层螺旋CT系统1.1设备数量：一套 1.2设备用途：全身扫描的临床应用和临床研究1.3制造厂商：投标人说明 *1.4设备型号：投标人说明，要求最新机型和最新的硬件、软件版本 1.5国际和国内安全认证：标准 2.主要技术规格 2.1扫描架系统 2.1.1扫描架孔径：≥700mm 2.1.2扫描架倾角：≥±30°，0.5度变化，可在操纵台遥控2.1.3冷却方式：高效风冷 *2.1.4探测器类型：新型探测器(如石榴石探测器、Stellar探测器、Nano panel探测器) 2.1.5探测器Z轴覆盖宽度：≥40mm 2.1.6采用动态双焦点技术：标准 2.1.7最薄采集层厚：≤0.625mm 2.1.8数据传输：≥5.2GB/s 2.1.9每层数据采样率：≥2800个/圈 2.1.10快速启动扫描功能：≤5分钟通电到扫描 2.1.11机架内置一体化心电监控及心电图显示系统，数据传输采用射频信号传递 2.2扫描床系统
2.2.1病人床可扫描垂直升降范围：≥44cm 2.2.2病人床可扫描垂直升降最高高度：≥95cm 2.2.3病人床可扫描垂直升降最低高度：≤55cm 2.2.4病人床水平移动范围：≥190cm 2.2.5病人床水平可扫描范围：≥180cm 2.2.6病人床水平移动最高速度：≥200mm/s 2.2.7病人床水平移动最低速度：≤0.5mm/s 2.2.8病人床承重量：≥205kg 2.2.9床移动精度：≤±0.25mm 2.2.10病人床附件：床面延长板、标准头托、输液架、臂托、各种衬垫 2.3X线球管及高压发生器 *2.3.1球管阳极热容量：≥8.0MHU 2.3.2阳极最大散热率：≥1.600MHU/min 2.3.3球管电流设置：20－660mA 2.3.4球管最大电流：≥660mA 2.3.5球管最小电流：≤20mA 2.3.6球管电流递增幅度：≤1mA 2.3.7球管最大电压：≥140KV 2.3.8球管最小电压：≤80KV 2.3.9球管大焦点：1.0×1.0mm 2.3.10球管小焦点：0.5×1.0mm *2.3.11发生器功率：≥75kW *2.3.12球管保用：一年无限次保用，若有损坏免费更换新球管；保用期后购买的新球管均一年无限次保用.
X射线计算机断层扫描（CT） Willi A Kalender 摘要 X射线计算机断层扫描（CT）、1972引入临床实践，是第一种现代片成像方式。图像重建数学从实测数据和显示和归档数字形式是一个新颖的方式，但是今天已经很常见。CT呈现稳步上升的趋势，在上世纪80年代，基于技术、性能及临床使用独立的预测和专家评估等各方面的预测，它将完全取代磁共振。CT不仅幸存了下来，但在真正的文艺复兴由于螺旋扫描是由切片成像片真实体积成像过渡的介绍。辅以年代阵列探测器技术的引入，使得成像CT今天整个器官或整个身体在5到20的亚毫米的各向同性分辨率。本综述CT将按时间顺序重点技术，图像质量和临床应用。在最后的部分，它也将简要提及CT如双源CT的新用途，C臂平板探测器CT和显微CT。目前CT可能表现出了比以往更高的创新率。结果局部和最近的事态发展将受到最大的关注。 1、简短的历史介绍 早在1960年代，随着计算机技术的发展，CT已经可投入使用了,但是基于它的一些想法可以追溯到第上半个世纪。1917年,波西米亚数学家氡基本重要性的研究论文证明材料或材料属性的分布在一个对象层，如果可以计算出经过沿任意数量的行的积分值都能穿过同一层。这一理论的应用被Bracewell (1956)发展到了射电天文学领域，但是他们产生了很微弱的反响且不用于医疗目的。 第一个实验的这种重建成像在医学中的应用是由物理学家M Cormack开展，致力于提高在格鲁特索尔医院放疗计划，开普敦，南非。1957和1963之间，并没有以前的研究知识，他发展了一种计算基于传输测量人体辐射吸收分布的方法（Cormack1963）。他假设的影像应用程序必须能够显示即使是最微小的吸收差异，即不同的软组织结构。
计算机断层扫描技术（CT）在木材无损检测中的应用与发展 摘要：介绍了计算机断层扫描技术（CT）技术在木材无损检测领域中的发展情况和独特优势，从方法应用、结果判定、测试范围等方面详细阐述了国内外木材计算机层析成像检测的研究现状，着重指出它在木材宏观构造识别、早晚材密度判定、木材内部缺陷预侧、裂纹扩展过程的超高速扫描以及微观构造分辨等方面取得的技术成果。最后强调结合木竹材材性特征开发相应的CT无损检测技术，为木竹基础科学研究以及高效利用提供技术支持。 关键词：木材学；计算机断层扫描；无损检测；木材性质 Applications and development of CT in the wood non- destructive testing Abstract：The paper reviewed the development and unique advantages of CT technology in the field of nondestructive testing of wood, elaborating on the status of timber CT inspection from method application, characteristics determination felt range. It highlighted the achievements of CT technology in the recognition of timber macro-structure, determining density of the early wood and late wood, predication of wood internal defects, ultra-high-speed scanning of crack propagation process and identification of microstructure. Finally, put stress on developing the corresponding CT technology with combined with the characteristics of wood and bamboo, that provide technical support for wood and bamboo basic scientific research and utilization. Key words：Wood science;Computed tomography (CT);Nondestructive testing;Wood properties 中国现有森林而积1.95亿hm2，居世界前列，但人均森林面积不足世界人均占有量的1/4[1]。随着近年来中国经济的快速发展和人民生活水平的提高，对木材的刚性需求不断增加，木材供需矛盾加剧[2]。如何充分利用好森林资源，提高生物质材料利用率，成为摆在中国林业科技人员而前一个亟须解决的重要课题之一。而无损检测因其实施方便、手段多样、结果可靠等优点于20世纪50年代被逐渐引入木材领域，成为提高生物质材料利用率的重要技术手段。如可在制材前采用无损检测技术来对原木缺陷进行准确定位，然后按最优原则割锯原木，可在降低生产成本的同时增加出材率和提高生产效率。木材无损检测技术是20世纪50年代开始发展起来的一门新兴的、综合性的木材非破坏性检测技术[2]。目前，常用的木材无损检测方法有目测法、射线法、超声波法、核磁共振法、微波法和机械应力法等[3]射线法中的计算机层析成像（computed tomography, CT）检测由于其具有穿透力强、分辨率高、检测速度快、检测结果直观而且无需破坏被检测物等特点.在木材无损检测领域显示出其独特的优越性.成为延续至今的一个研究热点[4-6]。可以说，CT是当今影像技术中不可缺少的重要手段。 1计算机断层扫描技术在木材领域的应用 计算机断层扫描也叫计算机层析照相技术，简称为CT，是计算机与X射线技术相结合的产物[7]。在20世纪60年代美国物理学家Cormack [8]将奥地利数学家Radon的原理应用到医学领域，为医用CT扫描仪的发明奠定了基础[9]。1959年杰伊恩（Jayne）首先提出木材