输入参数的数目不足_图文分析CT探测器的参数

最新推荐文章于 2024-08-06 14:46:59 发布

weixin_39766071

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文章标签：输入参数的数目不足

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_39766071/article/details/111280974

本文深入浅出地介绍了CT探测器的结构与参数，包括探测器的排与层的区别，以及如何实现不同层数的图像采集。

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本文得到医工研习社授权转载，原作者医工研习社，特此申请，文章观点代表原作者观点，为了尊重原文，转载的时候我全文转载，未作修改。

以下是原文：

导

语

前几天看了李懋老师的“CT中的"层"与"排"的区别”，从大处着手，总结的很好。

前文链接：CT中的"层"与"排"的区别

但，该文是写给“老手”看的。对于CT整体架构没有概念的CT技师、入门工程师、以及医院采购人员来说，是很难理解的。遂决定换个角度重写！

本文继续用我所擅长的设备拆解的角度，结合小学数学，从CT整体，到探测器结构、参数，缓慢推进，讲述探测器的“排”与“层”。

全文通俗易懂，保证对探测器的所有参数一遍过！

CT探测器的整体认识

以经典的飞利浦Brilliance64 CT，出了名的稳定、皮实。感慨一句：飞利浦的球管太XX耐操了，后面专门开一篇好好说道说道！

CT整体结构就机架和床两大块，所有CT都这样。

图1 飞利浦CT(来自互联网)

打开机架前盖，最亮眼是球管和探测器，如下图。

今天的主角是探测器，CT最重要最神奇的部件。

图2 打开机架前盖

继续，拆探测器的外壳，中间那一长条就是探测器，明显可以看出是一块一块拼起来的。其他厂家也是一样，都是拼起来的，有42块的、52块的、56块的。放大上图红色椭圆部分，可清晰可见每块探测器。

注意：如不是维修需要，尽量不要拆探测器外壳，探测器是好好呵护的，另外探测器特别特别特别贵！

图3 探测器前面及细节

肯定特别想拆1块，研究探测器长啥样吧，满足你！

下图就是1块探测器的，正脸和侧脸。探测器正面是探测器材料，X线从这进入探测器，后面跟着的是X光信号数据处理单元。

记住右边那张图，很重要。

以上是对探测器的整体认识，下面进入正题。

图4 单块探测器侧面及正面

探测器参数图文解读

厂家每次宣传CT时，机架转速和探测器总是要大书特书，毕竟这俩参数是CT一直在努力追求的极限，简直就是CT届的摩尔定律！

探测器的功能是可将入射的不可见X光转换为可见光的闪烁晶体或荧光物质，以完成后续成像。

探测器参数包括探测器材料、探测器排列、每排探测器个数，探测器通道数等。

探测器材料有好几种，有高速稀土陶瓷、人造宝石、固体钨酸铬，闪烁晶体GOS等。四大CT厂家的探测器材料都不太一样，材料就见仁见智，这个离工程师太远。咱们详细分析下面三个参数。

图5 探测器材料(来自互联网)

为便于理解，一般人为定义探测器有三个方向，即X、Y、Z，如下图所示:

X轴，探测器长度，体现每排探测器的采集单元数；

Z轴，探测器宽度，体现探测的排数；

Y轴，是X线方向，其实没啥意义。

图6 探测器的三个方向

很不好理解对吧，继续用图说话。

以单块64排探测器为例分析，从图中(图7上)能清楚看到探测器上有竖直的条纹。实际上，探测器物理结构像田字格(图7下)，不仅有竖直条纹，还有水平条纹。每一格是一个探测器的物理单元。

图7 探测器正面及物理结构

到这，单个探测器的基本结构算是清楚了，开始讲探测器的参数。

探测器排列(宽度)

继续用上图，64排探测器，Z轴就代表探测器宽度，64排就是64个单元，每个单元是宽度0.625mm，也是探测器的纵向分辨率。

因此探测器总宽64*0.625=4cm。至于为什么是0.625mm，这是每家工艺决定，佳能是0.5mm，西门子是0.6mm，GE和飞利浦是0.625mm。

越薄，图像的细节越多。

再举个栗子，比如同样16cm探测，GE Revolution是16cm=256*0.625，Canon Aquilion ONE是16cm=320*0.5mm。这么薄，也不知道人眼能不能看出来。

肯定有人好奇双源CT探测是怎么计算的，一样：Force，探测器参数是96*0.6*2mm = 5.76cm*2，即2块一模一样的5.76cm的探测器。

补充：虽然现在主流基本上都是64排以上，探测器排列也都是等宽的。但有些老款CT的探测器排列是不等宽的，具体每家不太一样。一般定义探测器排数的规则：以Z轴上最小宽度探测器的数目作为探测器的排数。比如，

16排CT，宽度2.4cm，实际是16+8=24排，宽度是16*0.75；

40排CT：宽度4cm，实际是40+10=50排，宽度是40*0.625；

图8 16排、40排、64排探测器Z轴

每排探测器的采集单元数

1块探测器的X轴是16个单元。16是个好数字，好像其他家探测器也是这样的，主要的是探测器的块数。

上面说，X轴是探测器长度，体现每排探测器的采集单元数。那怎么体现呢？

咱们看整体探测器的正面(图9)，整体是由42块探测器拼起来的。因此每排探测器的采集单元数：42*16=672。

再举个栗子，

Revolution CT每排探测器的采集单元数：52*16=832；

Aquilion ONE每排探测器的采集单元数：56*16=896。

图9 探测器正面

探测器的总物理单元数

探测器的总物理单元数，也就是CT像素。CT的空间分辨率与像素大小有密切关系，一般为像素宽度的1.5 倍。像素越小、数目越多，空间分辨率提高，图像越清晰。

CT像素 = X*Z = 64*672= 43008。

同样，其他CT也是这么算的，感兴趣可以看看谁的空间分辨率高。

探测器的“层”是如何实现的

先引用李懋老师的原文：

“排”是指CT探测器在Z轴方向的物理排列数目，简单来讲就是有多少排(个)探测器，就是多少排CT，这个指标主要是反映CT硬件结构。目前的CT都是多排CT(MDCT)，即Multi-detector CT或者可以写成Multi-row CT或者Multiple detector row CT。

“层”是指CT数据采集系统(Data Acquisition System, DAS)同步获得图像的能力，这个指标主要是反映CT扫描的功能，是一个功能性参数。所谓功能性参数是指要通过图像性能来反映的，不能直接通过实体显示。有多少层CT就代表扫描一圈能够同步获得多少幅图像。比如，我们常说的16层CT、64层CT，就是表示扫描一圈能够获得16层图像、64层图像。目前的CT基本上都是多层CT(MSCT)，即Multi-Slice CT或Multi-slice spiral CT或Multislice CT。

通过第三章，“排”已经足够清楚了吧，下面是层。

层，是CT扫描一圈能够获得的图像数。

图10 GPS探测器排与层CT(来自互联网)

上图各家CT的探测器排数和层数的对比，可以看出，就两种情况：

第一种，探测器层数=探测器排数，即探测器排数和DAS通道数一样。通常来说，64排CT，后面正好跟64通道DAS，扫描一圈获得64幅图(图11)。即，图像数=DAS数=探测器排数。这很好理解对吧。

图11 常规64排64层技术(来自互联网)

第二种，探测器层数=探测器排数*2，即DAS通道数是探测器排数的2倍，图像数=DAS数=探测器排数*2。

那后一种怎么实现的呢，两种方法：

飞焦点技术

普通X线成像是X线轰击到阳极靶面的一个点上，反射到探测器上；而飞焦点成像(图12)是在X线产生的过程中，电子束在磁偏转线圈的作用下，轰击在阳极靶面的不同位置上，从而使焦点在靶面两个不同的位置快速变换。

图12 飞焦点

比如，西门子的飞焦点(Z-sharp)技术，通过X线焦点在Z轴上运动，两个焦点位置的X线信号先后到达64排探测器，由64排探测器的“分时读取”并分别传递给128个DAS通道，相当于两个64排探测器在工作，实现每圈64层数据的采集，不仅获得图像加倍，同时也提高了Z轴分辨率，从0.6mm提高到0.33mm。