圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

導語:

前幾天看了李懋老師的“CT中的“層”與“排”的區別”,從大處著手,總結的很好。

但,該文是寫給“老手”看的。

對於CT整體架構沒有概念的CT技師、入門工程師、以及醫院採購人員來說,是很難理解的。

遂決定換個角度重寫!

本文繼續用我所擅長的

裝置拆解

的角度,

結合小學數學,從CT整體,到探測器結構、引數,緩慢推進,講述探測器的“排”與“層”。

全文通俗易懂,保證對探測器的所有引數一遍過!

一、CT探測器的整體認識

以經典的飛利浦Brilliance64 CT,出了名的穩定、皮實。感慨一句:飛利浦的球管太XX耐操了,後面專門開一篇好好說道說道!

CT整體結構就機架和床兩大塊,所有CT都這樣。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

開啟機架前蓋,最亮眼是球管和探測器,如下圖。

今天的主角是

探測器,CT最重要最神奇的部件

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

繼續,拆探測器的外殼,

中間那一長條就是探測器,明顯可以看出是一塊一塊拼起來的

。其他廠家也是一樣,

都是拼起來的,有42塊的、52塊的、56塊的

。放大上圖紅色橢圓部分,可清晰可見每塊探測器。

注意:如不是維修需要,儘量不要拆探測器外殼,探測器是好好呵護的,另外探測器特別特別特別貴!

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

肯定特別想拆1塊,研究探測器長啥樣吧,滿足你!

下圖就是1塊探測器的,正臉和側臉。

探測器正面是探測器材料,X線從這進入探測器,後面跟著的是X光訊號資料處理單元。

記住右邊那張圖,很重要。

以上是對探測器的整體認識,下面進入正題。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

二、探測器引數圖文解讀

廠家每次宣傳CT時,

機架轉速和探測器

總是要大書特書,畢竟這倆引數是CT一直在努力追求的極限,簡直就是CT屆的摩爾定律!

探測器的功能是可將入射的不可見X光轉換為可見光的閃爍晶體或熒光物質,以完成後續成像。

探測器引數包括探測器材料、探測器排列、每排探測器個數,探測器通道數等。

探測器材料有好幾種,有

高速稀土陶瓷、人造寶石、固體鎢酸鉻,閃爍晶體GOS

等。四大CT廠家的探測器材料都不太一樣,材料就見仁見智,這個離工程師太遠。咱們詳細分析下面三個引數。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

為便於理解,一般人為定義探測器有三個方向,即X、Y、Z,如下圖所示:

X軸,探測器長度,體現每排探測器的採集單元數;

Z軸,探測器寬度,體現探測的排數;

Y軸,是X線方向,其實沒啥意義。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

很不好理解對吧,繼續用圖說話。

以單塊64排探測器為例分析,從圖中(圖7上)能清楚看到探測器上有豎直的條紋。

實際上,探測器物理結構像田字格(圖7下),不僅有豎直條紋,還有水平條紋。每一格是一個探測器的物理單元。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

到這,單個探測器的基本結構算是清楚了,開始講探測器的引數。

1、探測器排列(寬度)

繼續用上圖,64排探測器,

Z軸就代表探測器寬度,64排就是64個單元,每個單元是寬度0.625mm,也是探測器的縱向解析度。

因此

探測器總寬64*0.625=4cm。至於為什麼是0.625mm,這是每家工藝決定,佳能是0.5mm,西門子是0.6mm,GE和飛利浦是0.625mm。

越薄,影象的細節越多。

再舉個栗子,比如同樣16cm探測,GE Revolution是16cm=256*0。625,Canon Aquilion ONE是16cm=320*0。5mm。這麼薄,也不知道人眼能不能看出來。

肯定有人好奇雙源CT探測是怎麼計算的,一樣:Force,探測器引數是96*0。6*2mm = 5。76cm*2,即2塊一模一樣的5。76cm的探測器。

補充:雖然現在主流基本上都是64排以上,

探測器排列也都是等寬的。

但有些老款CT的探測器排列是不等寬的,具體每家不太一樣。

一般定義探測器排數的規則:以Z軸上最小寬度探測器的數目作為探測器的排數。

比如,

16排CT,寬度2。4cm,實際是16+8=24排,寬度是16*0。75;

40排CT:寬度4cm,實際是40+12=52排,寬度是40*0。625;

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

2、每排探測器的採集單元數

1塊探測器的X軸是16個單元。16是個好數字,好像其他家探測器也是這樣的,主要的是探測器的塊數。

上面說,X軸是探測器長度,體現每排探測器的採集單元數。那怎麼體現呢?

咱們看整體探測器的正面(圖9),

整體是由42塊探測器拼起來的。因此每排探測器的採集單元數:42*16=672。

再舉個栗子,

Revolution CT每排探測器的採集單元數:52*16=832;

Aquilion ONE每排探測器的採集單元數:56*16=896。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

3、探測器的總物理單元數

探測器的總物理單元數,也就是CT畫素。CT的空間解析度與畫素大小有密切關係,一般為畫素寬度的1.5 倍。畫素越小、數目越多,空間解析度提高,影象越清晰。

CT畫素 = X*Z = 64*672= 43008。

同樣,其他CT也是這麼算的,感興趣可以看看誰的空間解析度高。

三、探測器的“層”是如何實現的

先引用李懋老師的原文:

“排”是指CT探測器在Z軸方向的物理排列數目,簡單來講就是有多少排(個)探測器,就是多少排CT,這個指標主要是反映CT硬體結構。目前的CT都是多排CT(MDCT),即Multi-detector CT或者可以寫成Multi-row CT或者Multiple detector row CT。

“層”是指CT資料採集系統(Data Acquisition System, DAS)同步獲得影象的能力,這個指標主要是反映CT掃描的功能,是一個功能性引數。所謂功能性引數是指要透過影象效能來反映的,不能直接透過實體顯示。有多少層CT就代表掃描一圈能夠同步獲得多少幅影象。比如,我們常說的16層CT、64層CT,就是表示掃描一圈能夠獲得16層影象、64層影象。目前的CT基本上都是多層CT(MSCT),即Multi-Slice CT或Multi-slice spiral CT或Multislice CT。

透過第三章,“排”已經足夠清楚了吧,下面是層。

層,是CT掃描一圈能夠獲得的影象數。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

上圖各家CT的探測器排數和層數的對比,可以看出,就兩種情況:

第一種,探測器層數=探測器排數,即探測器排數和DAS通道數一樣。通常來說,64排CT,後面正好跟64通道DAS,掃描一圈獲得64幅圖(圖11)。即,影象數=DAS數=探測器排數。這很好理解對吧。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

第二種,探測器層數=探測器排數*2,即DAS通道數是探測器排數的2倍,影象數=DAS數=探測器排數*2。

那後一種怎麼實現的呢,兩種方法:

1、飛焦點技術

普通X線成像是X線轟擊到陽極靶面的一個點上,反射到探測器上;而

飛焦點成像(圖12)是在X線產生的過程中,電子束在磁偏轉線圈的作用下,轟擊在陽極靶面的不同位置上,從而使焦點在靶面兩個不同的位置快速變換。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

比如,

西門子的飛焦點(Z-sharp)技術,透過X線焦點在Z軸上運動,兩個焦點位置的X線訊號先後到達64排探測器,由64排探測器的“分時讀取”並分別傳遞給128個DAS通道,相當於兩個64排探測器在工作,實現每圈64層資料的採集,不僅獲得影象加倍,同時也提高了Z軸解析度,從0.6mm提高到0.33mm。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

2、共軛採集技術

X線在機架內旋轉180°(即,球管和探測器交換位置)後,可以獲得相反方向的X線,即為共軛射線。

GE和飛利浦都採用共軛採集技術,該技術是對連續X線訊號進行不同時相上的採集,透過兩組DAS系統將對相位相差180°的資料分別進行捕獲即轉換,可重建出雙倍於探測排數的影象數,比如飛利浦Ingenuity Core128,是64排128層CT。

同樣,

使用共軛採集技術後,可將取樣率提高1倍,同時也提高Z軸解析度,從0.625mm提高到0.3mm。

圖文分析CT探測器的引數,以及“層”的實現

飛焦點和共軛採集本質上都是透過提高1倍資料取樣率,實現獲得雙倍影象數,同時也提高了Z軸解析度。

以上是探測器的全部內容。作圖比碼字兒還費勁。如文中有不足及錯誤之處,請大家斧正,感謝同行支援!

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