CT仿真设备？双源CT详细资料大全

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本文目录

1. 双源CT详细资料大全
2. MRI虚拟仿真实训室建设方案
3. PET-CT的原理

一、双源CT详细资料大全

英文全称为Dual Source CT（DSCT），是一种通过两套X射线球管系统和两套探测器系统同时采集人体图像的CT装置。

基本介绍中文名：双源CT外文名：dual-source computer tomography专业：医学成像技术背景,CT技术发展历史,DSCT开发背景,结构,工作原理,套用,辐射剂量,结语与展望,背景自英国工程师 Hounsfield于 1972年研制成功第一台 CT机起，医学影像领域出现了一次又一次的技术革命。 2004年以前，CT技术的发展主要是在球管和探测器运动方式以及射线束覆盖范围上的变革，直至 2005年西门子推出全球首台双源 CT( dua-l source computer tomography, DSCT)，使得 CT成像技术才有了更进一步的发展，CT心血管成像才能与数字减影血管造影( digital subtraction angiography，DSA)相媲美，并极大地降低了常规 CT心血管成像假阳性的机率。 2006年中国北京协和医院率先引进了中国第一台双源CT。目前除开展一些常规检查外,主要还用于心血管检查、肺结节的计算机辅助检测、胸痛三联征检查、体部灌注成像和结肠仿真内镜等，均取得了良好的效果。开展的研究性工作主要是利用其独有的双能量成像技术，包括体内结石成分及性质的鉴别、肌腱与韧带的 CT重建成像、急性肺栓塞的早期诊断。 CT技术发展历史 CT技术的发展按 X射线束的形状及扫描方式不同，被公认为经历了以下 5次大的技术变革：单束平移-旋转方式；窄扇形束-平移旋转方式；宽扇形束旋转-方式；宽扇形束静止-旋转方式；电子束 CT。 20世纪 80年代主要是扫描速度的角逐，在此期间，碳刷和滑环技术的出现促成了螺旋 CT的诞生，并迅速取代了单一的横断面 CT。 20世纪 90年代至21世纪初，CT技术的发展又以努力增加纵轴覆盖范围为目标，先后出现了 4/16/32/40层 CT机。直到 2004年，西门子推出全球首台 64层螺旋 CT机( SOMATOM Sensation 64)。此后，鉴于诸多机械制造方面的限制，许多专家认为 CT机已发展到了极点。但次年西门子在北美放射学年会( RSNA)上又推出了全球首台 DSCT系统( SOMATOM De finition)，彻底打破了传统的 CT技术理念，引发了 CT史上的一次新革命。 DSCT开发背景 CT自诞生后很快就被套用于临床检查，尤其是螺旋 CT出现后被广泛套用于人体各个部位的检查和诊断。但对于运动器官如肺、胃肠道、大动脉，尤其是心脏来说，一次检查必须要求在有限的时间内完成，且要尽可能保证扫描期间患者无呼吸运动。否则，轻者会出现影像模糊、锯齿状伪影，重者根本得不到具有诊断意义的图像，检查无法完成。另外，空间解析度也是一个重要参数，同样影响诊断的正确率。鉴于以上技术限制，西门子抛开了传统的技术理念，在成熟的 SOMATOM Sensation 64技术和 Straton零兆金属球管的基础上，在机架内整合了两套64层图像数据采集系统，使得整个机架在完成 90b旋转后即可获得一幅优质影像。机架旋转 1周为0. 33 s，但只需完成 90b旋转后即可完成图像采集，所以其时间解析度达到了 83 ms，实现了单扇区数据的采集和重建，克服了”多扇区重建技术“带来的诸多弊端，极大地提升了图像质量，提高了诊断正确率，这套装置即为世人注目的 DSCT。图1德国西门子双源CT结构结构 DSCT整机基本构成包括 2个主机电气柜( 1主1辅)、机架、检查床、水冷系统、成像控制系统( imagecontro l system, ICS)、图像重建系统( im age reconstructionsystem, IRS)及图像后处理系统等。核心部分主要是 2套既相互独立，又相互联系的数据采集系统。主要有 2个相互独立的高压发生器 A和 B，2个 Straton零兆金属球管 A和 B，2组超高速稀土陶瓷探测器 A和B及 2套相对应的数据采集装置 A和 B组成。除 2套探测器因受机架内可利用有效空间的限制，横向上的长度不同，故而导致有效探测野( FOV)不同外，其余同类部件完全相同。高压发生器 2个，每个最高功率可达 80 kW，当DSCT 2套采集系统同时工作时，最高功率可达 160kW，远高于普通 64层 CT机。 X线球管 2个，球管 A和球管 B均是西门子拥有专利技术的 Straton零兆金属球管，最大电压 140kV，最大功率 80 kW，最大电流 666 mA，包括 X射线管组件、偏转电子系统和冷却装置。转子部分直接由发动机驱动,并在较大程度上旋转对称。阴极带有可选择设定的独立发射系统、偏转电子系统，实现了 Z轴方向上的飞焦点技术,焦点额定值为 0. 6*0. 6及 0. 8* 0. 9。冷却系统是单独的机械组件，不同于 X射线管组件,通过可以弯曲的油管相连。阳极靶面直接与循环油相接触,因而实现阳极直接冷却,阳极热容量高达 6. 5 MHU/min( 4. 8 MJ/min),堪称“零兆球管”。用户在使用中完全不必再为球管的热容量担心，可以实现高功率、大范围的连续扫描，甚至可以在保证空间解析度的前提下一次性完成对患者的全身扫描。 2组超高速稀土陶瓷探测器,每组均由 40排探测器组成,中间32排准直宽度为 0. 6 mm，两边各有4排准直宽度为 1. 2 mm的探测器。其中一个弧度为约 60b的主探测器组，且与球管 A相对应，另一个弧度为约 32b的辅助探测器组，与球管 B相对应。由于机架内部空间有限，使得 2套探测器横向长度不同，因此扫描覆盖野不同。 DSCT具有 78 cm的大机架孔径及 200 cm的扫描范围，扩展了临床的套用范围。机架运动部分和多螺旋 CT一样，也是采用了碳刷和低压滑环技术，但与它们不同的是旋转部分采用了电磁直接驱动技术。工作原理两套X射线的发生装置和两套探测器系统呈一定角度安装在同一平面，进行同步扫描。两套X射线球管既可发射同样电压的射线也可以发射不同电压的射线，从而实现数据的整合或分离。不同的两组数据对同一器官组织的分辨能力是不一样的，通过两组不同能量的数据从而可以分离普通CT所不能分离或显示的组织结构。即能量成像。如果是两组数据以同样的电压的电流值扫描则可以将两组数据进行整合，快速获得同一部位的组织结构形态，突破普通CT的速度极限。 DSCT有两种工作模式，即单源模式和双源模式，均可通过控制台进行相关设定。单源模式时主要数据采集与重建系统 A工作，数据采集与重建系统B处于关闭状态。此时与一台普通 64层 CT机无异，即由球管 A发射 X射线，经受检者衰减后被探测器 A接收，然后再经相应的图像处理和重建后产生相应部位的 CT图像。1次扫描(即 1个采集周期)球管和探测器组至少要旋转 180b才能获得足够的数据，重建出图像，最多可获得 64层图像。定位像及头颈部、胸腹部及四肢等一些常规平扫、增强扫描常采用单源模式。双源模式时， 2套数据采集与重建系统同时工作，2套球管与探测器组合，各自独立发射及接收射线，独立完成图像处理，但在图像重建时，由 2套采集系统获得的数据既可以重建出 2组独立的图像，也可以重建出 1组融合的图像，前者 1个采集周期与单源模式相同，即球管和探测器组至少要旋转 180b，主要用于骨骼及钙化的分离、鉴别组织与胶原成分等；后者 1个采集周期球管和探测器组只需旋转 90b，由 2组数据采集系统获得的 2组数据经相应的数学运算、组合后即可实现单源下旋转 180b的效果，但时间解析度提高了 1倍，主要用于心脏等时间解析度要求极高的检查。套用传统螺旋CT由于仅有一套X射线发生装置和一套探测器系统，所以在扫描高速运动物体时（比如冠状动脉）将会显得力不从心。通常情况下，工程师通过加快CT的旋转速度来提高CT对运动物体的扑捉能力，但是受限于工业水平和CT旋转时产生的巨大离心力，目前最快的CT也只能达到0.27秒旋转一圈。双源CT系统图2双源CT成像图同时使用了2个射线源和2个探测器系统，能够以83ms的时间解析度采集与心电图同步的心脏和冠状动脉图像。该系统能够在不需要控制心率的情况下，对高心率、心率不规则甚至心律不齐患者进行心脏成像。同时，2个射线源能够输出不同能量的X射线。利用双能曝光技术明显改善CT的组织分辨力。 DSCT单从结构上看与普通 CT机差别不大,但从临床套用分析的某些方面却有着普通 CT机不可比拟的优势。心脏成像 DSCT最大的优势在于心脏成像方面。双能量成像即在两种不同的能量下成像。其依据是不同成分的组织在不同的 X射线能量照射下表现出的 CT值不同，再通过图像融合重建技术，可得到能体现组织化学成分的 CT图像,即组织特性图像。普通扫描对于普通检查，DSCT只用数据采集系统 A，数据采集系统B处于关闭状态，此时相当于一台普通的 64层 CT机。辐射剂量 CT的辐射问题早已受到了广泛的关注。尽管现有的CT设备一般都会将辐射剂量控制在安全剂量范围内，但我们仍然希望CT检查时的辐射剂量能够越低越好。尽管双源CT系统使用2套X线球管系统和2套探测器组，但其在心脏扫描中的射线剂量都只有常规CT的50%。由于其具备很高的时间解析度，能够在一次心跳过程中完成采集心脏图像，从而使利用多扇区重建的大剂量扫描方法成为过去。另外，双源CT采用了依据心电图的适应性剂量控制，最大程度地降低了心脏快速运动阶段的放射剂量。这些技术的综合使用使图像的采集速度和效率提高了1倍，即使与能量效应最高的单能扫瞄器相比，双源CT在正常心率条件下的放射剂量将至少降低50%。结语与展望 DSCT是基于西门子成熟的 64层 CT技术之上的崭新设备，在扫描速度、时间解析度和空间解析度上有了更高的突破，其整体优越的性能主要依赖于Straton零兆金属球管、电磁直接驱动技术、静音扫描技术、特殊散射线校正重建技术、特殊的射线剂量调控技术，特别是适应性心电门控剂量调控技术的套用。在冠状动脉成像方面有着普通CT机不可比拟的优势，双能量成像方面也有其独到的优势，但由于诸多亟待解决的问题，其临床实际价值尚需大量的临床验证。但从总体上说，DSCT是CT技术上的一次新革命，其开创了 CT史上的新纪元。

二、MRI虚拟仿真实训室建设方案

随着成像技术的发展，医学影像诊断设备迅猛发展，MRI大型医学影像设备也在各大型医院普遍使用，由于MRI影像设备价格昂贵、运行成本高，相关实验课往往安排在医院进行，但医院的医疗任务繁重、设备昂贵且结构复杂，学生的实际动手实践机会较少，学生的专业技能训练培养难以保障。

MRI实训室的建设解决MRI设备实验教学和技能操作不易开展的难题，使学生得到标准、规范的实践技能训练，提升医学影像人才培养质量。

MRI虚拟仿真实训室建设政策导向

国家虚拟仿真实验教学项目是示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作的深化和拓展，坚持立德树人，强化以能力为先的人才培养理念，坚持“学生中心、产出导向、持续改进”的原则，突出应用驱动、资源共享，将实验教学信息化作为高等教育系统性变革的内生变量，以高质量实验教学助推高等教育教学质量变轨超车，助力高等教育强国建设。

MRI虚拟仿真实训室的建设，贯彻落实国家在虚拟仿真技术在信息技术与教育教学领域的深度融合，学生通过实训技能在医院真正顶岗，为工作打下良好基础。

医影智能虚拟仿真实训室整体建设以产学研结合理念为核心，融合开放式管理平台、软硬件环境，打造教学体验、实训为一体的现代化、信息化的体验场所。

MRI实训室建设意义

教学方面：传统医学影像技术讲授枯燥，学生理解难度大，原理晦涩难懂，MRI影像设备受资金场地等限制大，难以随时随地学习实训。实训室建设使学生“身临其境”，符合职业教育的“现场感强”的要求。满足学生日常学习过程中对于反复实训的需要，增加学习兴趣。

技术层面：影像技术是一门交叉学科,是电子、机械、数字技术、光学工程等专业综合发展的结果,各专业技术的飞速发展使从业人员跟不上发展的步伐。虚拟仿真系统紧跟发展趋势，技术融合软件更新，拆分设备结构，呈现设备原理，真正理解基础上操作，同时适应职业教学改革。

人才建设：我国影像技术专业人才紧缺，院校在培养中教学方式单一，仪器老化，学生建设中能力参差不齐，毕业使学生很难在医院真正顶岗，实训室的建设使学生接触设备与医院新型医学设备近乎一致,能有效培养学生实践操作能力、自主学习能力、临床思维能力真正做到信息技术与教育教学深度融合，助力人才培养。

MRI实训室建设配置及功能

实训教学中心有MRI影像设备实训室、医影智能影像教学中心，开放创新平台等。实验室设备布局须按照医院标准布局建设，全真模拟医学影像设备MRI的工作流程和操作过程，保证MRI设备真实有效的操作效果，能够满足医学影像技术专业的实验、实训需要。

MRI教学仿真机：1:1三甲医院设备结构仿真，设计与临床影像检查、图像采集、图像处理功能相似的MRI模拟机系统。模拟机主要由机架、自动检查床、扫描控制台、主控计算机系统、图像处理系统及相关辅助设备组成。可以用来提供对于MRI检查技术内容的临床技能操作教学和临床思维训练，满足临床检查技术实训要求。

真实操作系统：应用和医院相同的操作系统，突出医学影像课程教学与实验的需求，把教学、实验、科研联系起来，丰富、优化了教学资源。

MRI设备结构虚拟仿真实验：MRI设备结构虚拟仿真系统提供MRI的设备结构9个实验，可实现对设备布局、结构、细节和参数的深度认知和学习，有引导式学习MRI设备主磁体、梯度系统、射频系统、主控计算机和配套保障系统结构与功能，能够实现对MRI设备主要元件的细节认知和模拟拆装。

MRI性能检测虚拟仿真实验：性能检测虚拟仿真系统提供11个实验，实验包含磁共振性能指标、参数、检验磁共振性能的标准、正确掌握磁共振操作方法以及随堂测评功能等，且能生成实验报告，为学生提供个性化学习。采用虚拟和多媒体交互技术实现理论知识与实验内容要求。将教学大纲要求掌握的知识要点精心设计融入其中，沉浸感强，激发学习兴趣。

影像云系统：影像云平台可训练和提高学生、实习医师、全科医师的影像诊断思维能力并可进行考核。系统有较大的存储功能，备有较为丰富的图像资源和试题库，可以提供10万+不同部位的DICOM图像案例，并不断维护更新，方便学生影像诊断与成绩测试。影像云平台可兼容当前主流Linux，Windows等多种操作系统；可快速适配手机、Pad、Pc等多种终端类型，满足不同用户群体的使用需求。

定制化开发：在MRI设备室的基础上，根据实际需求还可选择CT室、DR室、超声等仪器设备配置，满足日常教学和实训建设需求。

国家虚拟仿真实验教学项目是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。为新时代教育改革发展营造良好环境和氛围。医学影像技术人才的培养发展提供了更为广阔的空间。

虚拟仿真实训室将被动接受知识转变为主动式体验学习，通过场景化体验，多维的情境教学，打造一款全方位的现代化教学实验室，开启一个崭新的教育时代。

三、PET-CT的原理

一、PET显像的基本原理

PET是英文 Positron Emission Tomography的缩写。其临床显像过程为：将发射正电子的放射性核素（如F－18等）标记到能够参与人体组织血流或代谢过程的化合物上，将标有带正电子化合物的放射性核素注射到受检者体内。让受检者在PET的有效视野范围内进行 PET显像。放射核素发射出的正电子在体内移动大约1mm后与组织中的负电子结合发生湮灭辐射。产生两个能量相等（511 KeV）、

方向相反的γ光子。由于两个光子在体内的路径不同，到达两个探测器的时间也有一定差别，如果在规定的时间窗内（一般为 0－15 us），探头系统探测到两个互成180度（士0．25度）的光子时。即为一个符合事件，探测器便分别送出一个时间脉冲，脉冲处理器将脉冲变为方波，符合电路对其进行数据分类后，送人工作站进行图像重建。便得到人体各部位横断面、冠状断面和矢状断面的影像。

PET系统的主要部件包括机架、环形探测器、符合电路、检查床及工作站等。探测系统是整个正电子发射显像系统中的主要部分，它采用的块状探测结构有利于消除散射、提高计数率。许多块结构组成一个环，再由数十个环构成整个探测器。每个块结构由大约36个锗酸铋（BGO）小晶体组成，晶体之后又带有2对（4个）光电倍增管（PMT）（请看图1）。BGO晶体将高能光子转换为可见光．PMT将光信号转换成电信号，电信号再被转换成时间脉冲信号，探头层间符合线路对每个探头信号的时间耦合性进行检验判定，排除其它来源射线的干扰，经运算给出正电子的位置，计算机采用散射、偶然符合信号校正及光子飞行时间计算等技术，完成图像重建。重建后的图像将PET的整体分辨率提高到2 mm左右。

PET采用符合探测技术进行电子准直校正，大大减少了随机符合事件和本底，电子准直器具有非常高的灵敏度（没有铅屏蔽的影响）和分辨率。另外．BGO晶体的大小与灵敏度成正相关性。块状结构的PET探头。能进行2D或3D采集。2D采集是在环与环之间隔置铅板或钨板，以减少散射对图像质量的影响 2D图像重建时只对临近几个环（一般2－3个环）内的计数进行符合计算，其分辨率高，计数率低；3D数据采集则不同。取消了环与环之间的间隔，在所有环内进行符合计算，明显地提高了计数率，但散射严重，图像分辨率也较低，且数据重组时要进行大量的数据运算。两种采集方法的另一个重要区别是灵敏度不同，3D采集的灵敏度在视野中心为最高。

二、多层螺旋CT的工作原理

CT的基本原理是图像重建，根据人体各种组织（包括正常和异常组织）对X射线吸收不等这一特性，将人体某一选定层面分成许多立方体小块（也称体素）X射线穿过体素后，测得的密度或灰度值称为象素。X射线束穿过选定层面，探测器接收到沿X射线束方向排列的各体素吸收X射线后衰减值的总和，为已知值，形成该总量的各体素X射线衰减值为未知值，当X射线发生源和探测器围绕人体做圆弧或圆周相对运动时。用迭代方法

求出每一体素的X射线衰减值并进行图像重建，得到该层面不同密度组织的黑白图像。

螺旋CT突破了传统CT的设计，采用滑环技术，将电源电缆和一些信号线与固定机架内不同金属环相连运动的X射线管和探测器滑动电刷与金属环导联。球管和探测器不受电缆长度限制，沿人体长轴连续匀速旋转，扫描床同步匀速递进（传统 CT扫描床在扫描时静止不动），扫描轨迹呈螺旋状前进，可快速、不间断地完成容积扫描。

多层螺旋CT的特点是探测器多层排列。是高速度、高空间分辨率的最佳结合。多层螺旋CT的宽探测器采用高效固体稀土陶瓷材料制成。每个单元只有 0．5、1或 1.25 mm厚，最多也只有5 mm厚薄层扫描探测器的光电转换效率高达99%能连续接收X射线信号。余辉极短，且稳定性好。多层螺旋CT能高速完成较大范围的容积扫描，图像质量好，成像速度快，具有很高的纵向分辨率和很好的时间分辨率。大大拓宽了CT的应

用范围，与单层螺旋CT相比。采集同样体积的数据，扫描时间大为缩短，在不增加X射线剂量的情况下，每15 S左右就能扫描一个部位；5S内可完成层厚为3 mm的整个胸部扫描；采用较大的螺距 P值，一次屏气20 S，可以完成体部扫描；同样层厚，同样时间内，扫描范围增大4倍。扫描的单位时间覆盖率明显提高，病人接受的射线剂量明显减少，x线球管的使用寿命明显延长，同时，节省了对比剂用量，提高了低对比分辨率和空间分辨率，明显减少了噪声、伪影及硬化效应。另外，还可根据不同层厚需要自动调节X射线锥形线束的宽度，经过准直的X射线束聚焦在相应数目的探测器上探测器通过电子开关与四个数据采集系统（DAS）相连。每个DAS能独立采集完成一套图像，按照DAS与探测器匹配方式不同。通过电子切换可以选择性地获得1层、2层或4层图像，每层厚度可自由选择（0.5、1.0、1.25 mm或 5、10 mm。采集的数据既可做常规图像显示，也可在工作站进行后处理，完成三维立体重建、多层面重建、器官表面重建等，并能实时或近于实时显示。另外．不同角度的旋转、不同颜色的标记，使图像更具立体感更直观、逼真。仿真内窥镜、三维CT血管造影技术也更加成熟和快捷。

三、 PET－CT的图像融合

PET与CT两种不同成像原理的设备同机组合，不是其功能的简单相加。而是在此基础上进行图像融合，融合后的图像既有精细的解剖结构又有丰富的生理．生化功能信息能为确定和查找肿瘤及其它病灶的精确位置定量、定性诊断提供依据。并可用X线对核医学图像进行衰减校正。

PET－CT的核心是融合，图像融合是指将相同或不同成像方式的图像经过一定的变换处理使它们的空间位置和空间坐标达到匹配，图像融台处理系统利用各自成像方式的特点对两种图像进行空间配准与结合，将影像数据注册后合成为一个单一的影像。 PET－CT同机融合（又叫硬件融合、非影像对位）具有相同的定位坐标系统，病人扫描时不必改变位置，即可进行 PET－CT同机采集，避免了由于病人移位所造成的误差。采集后两种图像不必进行对位、转换及配准，计算机图像融合软件便可方便地进行

2D、3D的精确融合，融合后的图像同时显示出人体解剖结构和器官的代谢活动，大大简化了整个图像融合过程中的技术难度、避免了复杂的标记方法和采集后的大量运算，并在一定程度上解决了时间、空间的配准问题，图像可靠性大大提高。

PET在成像过程中由于受康普顿效应、散射、偶然符合事件、死时间等衰减因素的影响，采集的数据与实际情况并不一致，图像质量失真，必须采用有效措施进行校正，才能得到更真实的医学影像。同位素校正得到的穿透图像系统分辨率一般为12 mm、而 X线方法的穿透图像系统分辨率为1mm左右图像信息量远大于同位素方法。用 CT图像对 PET进行衰减校正使 PET图像的清晰度大为提高，图像质量明显优于同位素穿透源校正的效果（请看图2），分辨率提高了 25%以上，校正效率提高了 30%，且易于操作。校正后的 PET图像与 CT图像进行融合，经信息互补后得到更多的解剖结构和生理功能关系的信息对于肿瘤病人手术和放射治疗定位具有极其重要的临床意义。

关于CT仿真设备的内容到此结束，希望对大家有所帮助。