第一章　CT扫描技术

CT是计算机断层扫描（computed tomography，CT）的简称，是最早使用数字化图像的医学成像设备，具有数字化图像的属性和基本功能。CT与普通X线摄影一样，也是使用X线作为成像源，不同之处在于CT使用人体断面成像。CT引入CT值的概念，在疾病诊断中增加了定量的尺度。目前使用的CT多属于容积成像，所采集的图像具有三维信息，因而可进行各种三维形式的后处理成像。

CT的发明人是亨斯菲尔德教授（Godfrey. N. Hounsfield），于1969年在英国首先设计成功。

1972年4月，亨斯菲尔德（Hounsfield）和安普鲁斯（Ambrose）一起，在英国放射学研究院年会上宣读了关于CT的第一篇论文。同年11月，在芝加哥北美放射年会（RSNA）上也宣读了他们的论文，向全世界宣布CT的诞生。

1973年，《英国放射学杂志》作了正式报道。

1974年美国George Town医学中心的工程师莱德雷（Ledley）设计出了全身CT扫描机，使CT不仅可用于颅脑，而且还可用于全身各个部位的影像学检查，进一步扩大了CT的检查范围，取得了更大的效益。

Hounsfield因发明CT，于1979年获得诺贝尔生理学或医学奖，而美国塔夫脱大学物理学教授A.M.Cormack也因发表了CT技术可行性的论文而同获该年度的生理学或医学奖。

20世纪80年代末螺旋CT发明之前，CT的发展通常以代称呼，而螺旋CT出现后，CT的改进和发展则不再以代称呼。以下是各代CT和螺旋CT的基本特点概述。第一至四代CT特点（图1-1、表1-1）。

第一代CT机为旋转-平移扫描方式，多属头颅专用机。X线球管是油冷固定阳极，扫描X线束为笔形束，探测器一般是2~3个。扫描时，机架环绕病人作旋转和同步直线平移运动，X线球管每次旋转1°，同时沿旋转反方向作直线运动扫描。下一次扫描，再旋转1°并重复前述扫描动作，直至完成180°以内的180个平行投影值。这种CT机结构的缺点是射线利用率很低，扫描时间长，一个断面需3~5min。

第二代CT机仍为旋转-平移扫描方式。扫描X线束改为5°~20°的小扇形束，探测器增加到3~30个，平移扫描后的旋转角度由1°提高到扇形射线束夹角的度数，扫描的时间缩短到20~90s。另外，第二代CT缩小了探测器的孔径、加大了矩阵、提高了采样的精确性等，改善了图像质量。这种扫描方式的主要缺点是：由于探测器排列成直线，对于扇形的射线束而言，中心和边缘部分的测量值不相等，需要作扫描后的校正，以避免伪影的出现而影响图像的质量。

第三代CT机改变了扫描方式，为旋转-旋转方式。X线束是30°~45°宽扇形束，探测器数目增加到300~800个，扫描时间缩短到2~9s或更短。探测器阵列排列成彼此无空隙的弧形，数据的采集以X线球管为焦点，随着X线球管的旋转得到不同方位的投影，由于排列方式使扇形束的中心和边缘与探测器的距离相等，无需作距离测量差的校正。该扫描方式的缺点是：扫描时需要对每一个相邻探测器的灵敏度差异进行校正，这是因为一个角度的投影由不同的相邻探测器进行测量，相邻探测器的性能差异将产生同心环形伪影。

第四代CT机的扫描方式只有球管的旋转。X线束的扇形角达50°~90°，因此减少了X线球管的负载，使扫描速度可达1~5s。探测器更多达600~1 500个，全部分布在360°的圆周上。扫描时，没有探测器运动，只有球管围绕病人作360°的旋转。与第三代CT机扫描不同，在第四代扫描方式中，对于每一个探测器来说所得的投影值，相当于以该探测器为焦点，由X线球管旋转扫描一个扇形面而获得，故此种扫描方式也被称为反扇束扫描。

第五代CT机又称电子束CT，它的结构明显不同于前几代CT机。它由一个电子束X线球管、一组由864个固定探测器构成的阵列和一个数据采样、图像处理、数据显示的计算机系统构成。最大的差别是X线发射部分，包括一个电子枪、偏转线圈和处于真空中的半圆形钨靶。扫描时，电子束沿X线球管轴向加速，电磁线圈将电子束聚焦，并利用磁场使电子束瞬时偏转，分别轰击四个钨靶。扫描时间为30ms、50ms和100ms。由于探测器是排成两排216°的环形，一次扫描可得两层图像；还由于一次扫描分别轰击四个靶面，故总计一次扫描可得八个层面（图1-2）。

螺旋CT（spiral或helical CT）机改变了以往扫描方式，扫描机架是连续、单向的旋转（图 1-3）。

螺旋扫描是在球管-探测器系统连续旋转的基础上，病人随床一起以一定的速度纵向连续运动，同时X线球管连续曝光，探测器实时采集数据，扫描完毕，可根据需要进行不同层厚和层间距的图像重建。螺旋CT扫描时检查床连续单向运动，球管-探测器围绕病人旋转的轨迹类似一个螺旋管形，螺旋CT在设备结构上主要是利用了滑环技术，球管-探测器系统可连续旋转，并改变了以往非螺旋CT的馈电和数据传输方式，使CT扫描摆脱了逐层扫描的模式，从而提高了CT扫描的速度和检查的效率。

单排螺旋CT探测器只有一个数据采集通道，CT扫描机架一次旋转只能获得一层图像，故也称单层螺旋CT扫描。多排螺旋CT，包括最初的双排、四排探测器的螺旋CT，及更加先进的16排、64排、128排等探测器的螺旋CT。多排螺旋CT是一种在单排螺旋CT基础上的较大的改进。经过多年来的临床使用，其优点和发展前景已被国际公认。

单排螺旋CT机X线球管和探测器围绕人体旋转一圈获得一幅人体断面图像，而多排螺旋CT机则旋转一圈同时可以获得多幅图像，有时也被称为多层螺旋CT。多排螺旋CT机的核心之一是探测器和数据采集系统（data acquisition system，DAS）。探测器在 z轴方向的数目已从一排增加到了几排直至几十上百排，也称多排CT（multirow detector CT，MDCT）。

CT是X线成像，具有X线源成像的基本特征，同时CT成像方式又不同于其他X线成像设备。X线的基本特征之一是具有穿透性。在医学的应用中，X线在穿透人体与人体的相互作用过程中，遵循了X线在物体中的衰减规律，即衰减的强度变化与根据物质的原子序数、密度、每克电子数和源射线能量的大小有关。

CT是用X线束对人体某部位一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字，输入计算机处理。体素指受检体内欲成像的层面上按一定的大小和一定的坐标人为划分的小体积元。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵。数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器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，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。

早期的CT机一般采用三相X线发生器。CT对高压电源的稳定性要求很高，三相发生器大都采用高精度的稳压反馈措施。三相高压发生器分为连续式和脉冲式，连续式主要用于第二代CT机；脉冲式主要用于第三代CT机。

现代CT机都采用体积小、效率高的高频发生器。由于体积小，发生器可被装入机架内的一个角落，有的CT机将发生器直接安装在旋转的机架上，与球管和机架同步旋转。

高频发生器于80年代起开始用于CT机、乳腺摄影机和移动式X线机等。它的工作原理是将低频、低压的交流电源转换成高频、高压电源，可产生500~25 000赫兹的高频，经整流和平滑后，其电压波动范围小于1%，而常规三相、十二脉冲发生器的波动范围为4%。

目前使用的高频发生器最大功率为50kW/h，管电压（kVp）的范围为80~140kV，球管电流（mA）的范围是100~700mA。

CT扫描X线射线源的要求是：①射线衰减，根据射线强度的不同，X线能依据物体的原子序数、密度和厚度作不同的衰减；②穿透一个物体所需的足够射线量，X线球管满足了上述两个基本要求。

X线球管由电子阴极、阳极和真空管套组成，其基本结构与常规X线机的X线球管相同，但额定功率较常规X线球管稍大。

CT用X线球管也可分为固定阳极和旋转阳极两种。固定阳极X线球管主要用于第一、第二代CT机中。

旋转阳极X线球管主要用于扇束扫描方式的第三、第四代CT机中，焦点大小约为1.0mm×1.0mm；高速旋转阳极管焦点约为0.6mm×0.6mm，阳极靶面材质多为钨、铼合金，转速为3 600r/min，或10 000r/min。

现在螺旋CT扫描机的X线球管，一般都采用大功率的X线球管。球管的管套采用金属和陶瓷作为绝缘材料，阳极靶面的直径可达到200mm，球管整体质量的增加，使球管的热容量和散热率也得到提高。阴极由一根或数根灯丝组成，吸气剂采用钡，吸收使用过程中产生的气体分子，确保了球管的真空状态。

螺旋CT机X线球管靶面的厚度也有所增加，并且使用了不同的材料，目的是提高球管的热容量。以前的阳极使用全金属制造，现在则采用黄铜石墨靶面和化学汽化沉淀石墨靶面。由于石墨有很好的储热性能，使球管的热容量提高。而最新的CT机X线球管开始采用液体轴承来替代过去的滚轴轴承，其主要成分是液态镓基金属合金，采用液体轴承后，一方面能增加球管的散热率，另一方面还能减少噪声和振动。

CT用X线球管的产热量计算公式是：1.4×1kVp×1mA×1s。式中1.4是常数。将实际应用的参数分别代入上述公式并乘以常数1.4，即等于一次检查球管产生的热量。该公式适用于三相和高频发生器，其中的时间是一次检查的总计扫描时间。单位是HU，1HU=1J（焦耳）。

此外，现代X线球管为了提高热容量，还采用了所谓的“飞焦点”设计，即X线球管阴极发出的电子束，曝光时交替使用，其变换速率约1.0ms，利用锯齿形电压波形的偏转，导致电子束的瞬时偏转，使高压发生时电子的撞击分别落在不同的阳极靶面上，从而提高了阳极的使用效率，使球管的热容量增加。

由西门子公司推出的球管称为电子束控球管，即所谓的“零兆球管”，英文名称写作“Straton tube”。该球管的最主要改进是将阳极靶面从真空管中分离出来，使阳极靶的背面完全浸在循环散热的冷却油中，改以往阳极靶面的间接散热为直接散热，大大地提高了球管的散热效率（与普通CT球管相比，散热率提高了5~10倍，为5MHU/min）。由于散热效率的提高，阳极靶面的直径也可减小。电子束控球管阳极靶的直径为120mm，普通CT球管阳极靶的直径通常为200~300mm，阳极靶直径的减小，使球管的体积减小、分量减轻。其次是旋转轴的改进，即以前所有的球管只有阳极旋转，阴极部分是固定的。而“零兆球管”的阴极部分也增加了一个轴承，与阳极靶面一起在真空管中同时旋转，这个改进也避免了球管机械设计上的弱点，使阳极的机械旋转性能更稳定，有利于阳极旋转速度的提高。电子束控球管的阴极结构类似于电子束CT的球管，它产生的电子束需由偏转线圈聚焦和偏转一定的角度射向阳极靶面产生X线。

CT的冷却系统一般有水冷却、空气冷却和水、气冷三种，三种系统各有优缺点，各个公在不同型号的CT机中分别采用其中的一种。

水冷效果最好，但是装置复杂、结构庞大，需一定的安装空间并经常维护；气冷效果最差；而水、气冷则介于两者之间，目前新型的CT机多采用水、气的冷却方式。

在CT扫描中，准直器有两个作用。①调节CT扫描的层厚；②减少病人的辐射剂量和改善CT图像的质量。

CT射线的辐射防护第一关是含铅的球管外壳，通过球管窗口出来的射线束初步形成了扇形束或锥形束。CT机中的准直器（collimator）一般有两套：一套是X线球管端的准直器（或称病人前准直器），由固定的和可调节的几组叶片组成，是由高密度金属制成，用以遮挡无用射线，形成扇形X线束。在多层螺旋CT扫描机中，可调节的准直器叶片用以减少焦点半影现象；另一套是探测器端的准直器（或称病人后准直器），位于探测器前方，同样由固定的和可调节的几组叶片组成，固定部分叶片的开口一般都等于或大于扫描中使用的最大层厚。它严格限制了探测器接受照射的实际宽度。

从X线球管发出的射线是一束包含不同能量的辐射，其中有不同数量的长波和短波。

在实际使用中，CT机所产生的X线也是多能谱的。现在CT机中所使用的楔形补偿器（或称滤过器/板）的作用是：吸收对CT成像无用的低能量X线，优化射线的能谱，减少病人的X线剂量，并且使滤过后的X线束，变成能量分布相对均匀的硬射线束。

对于CT而言，滤过可以去除长波X线，吸收低能量X线，优化射线能谱，并使得滤过后的X线束能量分布均匀，也可以减少病人X线剂量。由于长波X线于成像无益，仅增加病人的射线剂量，经滤过后射线平均能增加、线质变硬和均一，通过物体后的射线硬化现象也趋于一致。

圆形物体（CT检查病人的横断面近似圆形）。由于形状的原因，X线衰减吸收不一样，射线硬化的产生也有所差别，但这些变化探测器无法检测到，为了纠正射线硬化不一致的现象，CT扫描仪中使用了专用的滤过器。

第一代CT扫描机的楔形滤过器是一个方形、中间呈弧形凹陷的水箱。目前CT机的滤过器/板主要有：①球管的固有滤过，通常为3mm厚的铝板，有时也使用0.1~0.4mm厚的铜板；②“盆形”滤过器，形状为两面凹陷类似于盆状的高密度物质，目的是为了适应人体形状射线衰减的需要。“盆形”滤过器常采用特氟纶（聚四氟乙烯）材料，原因是这种物质原子序数低、密度高，非常适合作为“盆形”滤过器的材料。球管的固有滤过和“盆形”滤过器通常都置于X线球管的窗口前。

CT机中通常必须使用滤过器/板，但同时也使X线的输出量有所增加。

探测器的作用是接收X线辐射并将其转换为可供记录的电信号。探测器作为一种成像介质，必须要具有转换效率、响应时间、动态范围和稳定性等特性。转换效率指探测器将X线光子俘获、吸收和转换成电信号的能力；响应时间指两次X线照射之间探测器能够工作的间隔时间长度；动态范围指在线性范围内接收到的最大信号与能探测到的最小信号的比值；稳定性指探测器响应的前后一致性，如果探测器的稳定性较差，则CT机必须频繁校准以保证信号输出的稳定。

目前临床应用CT机的探测器可分为固体和气体两大类。固体和气体的作用原理分别是：固体探测器利用闪烁晶体将X线转换成可见光，再把可见光转换成电子能；气体探测器利用气体电离室直接将X线转换成电子能。

固体探测器多采用闪烁晶体耦合一个光电倍增管组成，由闪烁晶体把X线转换为光信号，再用光电倍增管或高灵敏度荧电二极管接收，变成电信号送至信号采集处理器。通过探测器后的电信号实现了辐射能到电能之间的转换，其中闪烁晶体将辐射能转换为光能，光电倍增管中的光电阴极又将光能转换为电能。

早期的固体探测器采用碘化钠（NaI），使碘化纳晶体材料和光电倍增管耦合在一起，起到光电转换作用，但由于碘化纳有余辉，且动态范围有限，后又被锗酸铋（BGO）和钨酸镉（CdWO ₄）等取代，而光电倍增管则被固态的、光两极管闪烁晶体探测器所取代。20世纪70年代末至80年代初的CT机大都使用钨酸镉探测器，80年代至90年代初则改用闪烁晶体和高压氙气探测器。光两极管探测器的主要部件是一个半导体，它有一个P-N结点，曝光时该结点允许电流通过，其前端有一光学镜片，用来聚焦从闪烁晶体到P-N结点的入射射线。当入射射线到达结点后，产生电子空穴对，电子移动到结点的N极，空穴则相应移动到P极，产生的电流量和入射线量成正比，由于两极管的输出量很小，通常光两极管探测器中还有一个放大器，此外，光两极管的响应速度也相当快，一般在0.5~250ns之间。

固体探测器优点是灵敏度较高，有较高的光子转换效率。缺点：首先是相邻的探测器之间存在缝隙，X线辐射的利用率相对较低；其次是晶体发光后余辉较长影响响应函数，使高低密度交界处的图像会产生拖尾伪影；最后是整个探测器阵列中的各个探测器不易做得完全一致，造成误差影响成像质量。

多层螺旋CT中最新的固体探测器是由两种新型的闪烁晶体材料耦合光两极管做成，它们分别是钨酸钙和高纯度稀土氧化物陶瓷。稀土氧化陶瓷实际上是掺杂了一些像钇、钆之类金属元素的超快速氧化陶瓷，采用光学方法使这些材料和光两极管结合在一起。钨酸钙的转换效率和光子俘获能力是99%，动态范围为1 000 000：1；而氧化稀土陶瓷的吸收效率也是99%，闪烁晶体的发光率却是钨酸钙的三倍。

第三代CT扫描机的气体探测器多采用高压氙气，利用气体电离的原理，入射的X线使气体产生电离，然后测量电流的大小，进而得到入射X线的强度。气体探测器通常为一个密封的电离室，密封的气室内气体被升高到约30个大气压，以增加气体分子的电离。电离室的上下夹面由陶瓷拼成，每个电离室两侧用薄钨片构成，中心收集电极也由钨片构成，X线入射面由薄铝片构成，所有的分隔相互联通。电离室内充满氙气，当入射X线进入电离室后使氙气电离，其正电离子由中心收集电极接收，通过前置放大器放大后送入数据采集系统。电离室侧面的钨片对X线有准直作用，可防止被检测物体产生的散射线进入电离室。

气体探测器的优点是：稳定性好、响应时间快、几何利用率高、无余辉产生。气体探测器的主要缺点是吸收效率较低。其次是在制作工艺上只能做成单排的探测器阵列，无法做成多排的探测器阵列。故在多层螺旋CT中已不采用高压氙气探测器阵列。

一般而言，固体探测器的转换效率约95%，几何效率约40%~50%；气体探测器的几何效率约95%，转换效率约45%。总检测效率的计算公式是：总检测效率=几何效率×固有（转换）效率。

模数转换器是CT数据采集系统（data acquisition system，DAS）的主要组成部分。CT最初探测到的模拟信号是连续的，并且随时间变化而变化，它可由电压表读取或由示波器显示，但无法被计算机识别。

模数转换器的作用是将来自探测器的输出信号放大、积分后多路混合变为数字信号送入计算机处理。模数转换器由一个频率发生器和比较积分器组成，后者是一组固态电路，被称为“时钟”，它的作用是把模拟信号通过比较积分后转变成数字信号。同样数模转化器是上述的逆向运算，它的“时钟”电路根据输入的数字信号转换成相应的模拟信号。

模数和数模转换器有两个重要的参数——精度和速度。精度是指信号采样的精确程度，精度与分辨力有关，分辨力用量化级数或比特描述。速度是指信号的采集速度，也就是数字化一个模拟信号的时间。在模数和数模转换器中，信号采集速度与精确性始终是一对矛盾，即采样信号数字化的精确性越高，采集时间越长，反之，采集速度越快，采样的精确性则越低。

数据采集系统主要由模数转换器和信号放大器、数据传送器等共同组成，在CT成像系统中作用特殊，尤其在多排螺旋CT机中，故往往被列为一个系统。数据采集系统是位于探测器与计算机之间电子器件，和探测器一起负责扫描后数据的采集和转换。

DAS的主要部件是模数转换器，主要作用为：首先是射线束测量，包括通过人体后的衰减射线和未通过人体的参考射线；然后将这些数据编码成二进制数据；随后将这些二进制数据送往计算机。

机架是一个与检查床相垂直安装的框架，里面安装有各种成像部件，包括滑环、X线球管、高压发生器、准直器、探测器和数据采集系统等。

机架的孔径和倾斜范围两项性能指标在应用中较为重要，孔径指机架的开口大小，多数CT机的机架孔径为70cm。有的机架能够倾斜，以适应不同病人的扫描基线，倾斜角度通常为±12°~±30°。

根据结构形状，滑环可有两种类型，即盘状滑环和筒状滑环。盘状滑环的形状类似一个圆盘，导通部分设在盘面上，而筒状滑环呈圆筒状，导通部分位于圆筒的侧面。

导电刷通常有两种类型，金属导电刷和混合导电刷。金属导电刷采用导电的金属和滑环接触，每一道滑环有两个金属导电刷游离端与其接触，目的是增加可靠性和导电性。混合导电刷采用导电材料银石墨合金（又称碳刷）与滑环接触，同样，有两个导电刷游离端与滑环接触。

滑环的传导方式：根据X线产生部分接受电压的高低，可分为高压滑环和低压滑环。高压滑环将上万伏高压电馈入机架内以供给X线球管产生X线，机架外的高压发生器将产生的高电压（120kV和140kV）经高压电缆和碳刷输入至高压滑环上，再经碳刷和高压电缆输入给X线球管。低压滑环传递给X线发生器的电压为数百伏，外部将数百伏的直流电输入到扫描机架内，电压较低，由滑环经碳刷输送给逆变器和高频高压发生器，再用一小段高压电缆将产生X线需要的电能供给X线球管或将逆变器电压直接输入X线球管，低压滑环的X线发生器、球管和控制单元全部都安装在机架的旋转部件上。

在高压滑环供电方式中，交流电源直接供电给高压发生器，由高压发生器将高电压送入滑环，然后再输送给X线球管。高压滑环一般采用小型的、高频发生器，并且高压发生器不安装在旋转的机架上。高压滑环易发生高压放电导致高压噪音，影响数据采集系统并影响图像质量。低压滑环的X线发生器需装入扫描机架内，要求体积小、功率大的高频发生器。

目前，大多数厂家都采用低压滑环。

检查床的作用是准确地把病人送入预定或适当的位置上。根据CT检查的需要，检查床有两个方面的要求——承重和床面材质。承重是确保特殊体型病人的检查需要；另外，床面材料必须由易被X线穿透、能承重和易清洗的碳素纤维组成。检查床应能够上下运动，以方便病人上下，同时检查床还能够纵向移动，移动的范围应该能够作头部至大腿的CT扫描，床纵向的移动要相当平滑，精度要求也很高，绝对误差不允许超过±0.5mm，一些高档CT机可达±0.25mm。为适应CT检查的需要，与X线束射出同方向的位置上有定位光源，以利于准确定位。

以往的CT计算机系统属于通用小型计算机，但随着计算机技术飞速发展，小型计算机与微型计算机之间的差别已经很小，现在很多CT机包括多层螺旋CT都采用微型计算机作为CT的主计算机。CT的计算机系统一般都具有运算速度快和存储量大这两个特点。CT计算机的硬件通常包括输入输出设备、中央处理器（CPU）、阵列处理器、接口装置、反投影处理器、储存设备和通讯硬件。CT的计算机还包括软件，并通过硬件执行指定的指令和任务。CT计算机的作用主要是接受数据采集系统（DAS）的数字信号，并将接收到的数据处理重建成一幅横断面图像。CT的主计算机都具有协同处理的能力。协同处理的方式是两个或两个以上大致相同的处理器各自执行一个或几个处理任务，协同处理的主要目的是加快处理速度或提高计算机的处理能力。根据CT机和CT机制造厂商的不同，CT成像的处理方式有并行处理、分布式处理和管线样处理。

阵列处理器是CT计算机中一个很重要的部分。阵列处理器一般与主计算机相连，其本身不能独立工作，其主要任务是在主计算机的控制下，进行图像重建等处理。图像重建时，阵列处理器接收由数据采集系统或磁盘送来的数据，进行运算后再送给主计算机，然后在监视器上显示。它与主计算机是并行工作的，阵列处理器工作时，主机可执行自己的运算，而当阵列处理器把数据运算的结果送给主机时，主机暂停自己的运算，处理阵列处理器交给的工作。

作用是通过键盘与计算机对话（其包括病人资料的输入、扫描过程的监控等）和扫描结果图像的显示。监视器有黑白和彩色两种，通常显示图像都采用高分辨力的黑白显示器，文字部分的显示有时采用彩色的监视器。

监视器的性能指标主要是显示分辨力，一般以点阵和线表示。另外与显示分辨力有关的是重建后图像的显示矩阵、像素大小和灰阶位深等。

CT的图像存储设备分别由硬磁盘、磁带、软盘和光盘等组成，它们的功能是存储图像、保存操作系统及故障诊断软件等。

在硬件的设置上，硬盘、磁带和光盘等是分列的。通常一次扫描后，由数据采集系统采集的原始数据先存储于硬盘的缓冲区，待扫描完成后，经重建处理后的图像，再存入硬盘的图像存储区，从磁带、光盘等存取的图像往往也以硬盘作中介。由于CT属于数字成像设备，为保证图像的动态范围，存储都采取数字二维像素阵列方式，每个像素点由若干与图像灰阶有关的比特组成。

多数情况下，CT图像的矩阵大小是512×512，深度是8~12个比特，灰阶范围是512 （2 ⁸） ~4 096（2 ¹²）。

一般，一幅512×512×2字节的CT图像约需0.52MB的存储空间。

1983年，美国Douglas boyd博士开发出超高速扫描的第五代CT——电子束CT （electron beam CT，EBCT）并应用于临床。用电子束的扫描替代了机械运动扫描，使扫描速度提高到毫秒级，使心脏、大血管及冠状动脉疾病的影像检查成为现实。

1985年，滑环技术应用于CT设备，使CT的扫描实现了单方向连续旋转扫描。

1989年，在滑环技术的基础上螺旋扫描方式问世，缩短了病人检查时间，而且使各种三维后处理图像（如CT血管造影、仿真内镜技术等）更为精确。

1992年，ELSCINT公司研制成功双层螺旋CT（CT TWIN），开创了多层螺旋扫描的先河。

1998年，Philips、Siemens、GE、Toshiba四家公司同时推出多（4层）螺旋CT，扫描速度提高到每一次旋转0.5s。

2001年，16层螺旋CT研制成功，扫描1周能同时获得16幅0.75mm层厚的图像。

2003年，64层螺旋CT在北美放射学年会上正式发布和投入临床使用。

2005年，西门子推出首台双源和双探测器系统的CT扫描仪。

2007年，东芝、飞利浦和西门子公司在北美放射年会上分别同时推出320、256和128层多层螺旋CT扫描仪。

2008年，GE公司推出Discovery CT 750 HD，可实现能量成像。

由于近10年来CT技术的飞速发展，使CT从检查方法到诊断模式都发生了巨大的改变。具体表现有以下几个方面：

1.扫描快、层数多、层厚薄，使CT的检查范围进一步扩大。

（1） CT的扫描速度在非螺旋CT时最短是1s/周。单层螺旋CT的层/s时间虽未缩短，但由于扫描方式的改变，缩短了扫描周期，使单位时间内的病人检查数量提高。

（2）至4层螺旋CT，扫描时间缩短到0.5s/周，单位扫描时间的图像获得率又有所提高。16层CT的扫描时间则缩短为0.42s/周。而目前的64层CT的扫描时间更是缩短到了0.33s/周，更高端的CT可达0.27s/周。

（3）由于扫描时间缩短，使CT能进行一些运动器官的检查，如心脏检查。旋转一周图像获得率增加，更使CT的检查范围扩大，如大面积创伤病人，可以在短时间内获得从胸腔至盆腔的大范围扫描。

（4）扫描速度提高，也改变了某些部位、器官的检查方法，如肝脏增强CT扫描。现在的多层螺旋CT扫描，一次检查可以进行肝脏的三至四期的扫描，使影像检查对某些疾病的诊断准确性又提高了一步。

（5） 8层、16层、64层、256层等高端CT由于扫描层厚更薄，旋转一周覆盖的范围进一步增加。因而一个部位或器官的检查往往可获数百幅图像。因为图像数量急剧增加，产生了一种新的诊断模式——CT图像后处理诊断模式。

2.分辨力高、运算速度快，促进了图像后处理技术的发展。

（1）目前4层螺旋扫描的横向分辨力已达到0.5mm，纵向分辨力达到了1.0mm；16层螺旋CT的横向分辨力也是0.5mm，纵向分辨力达到了0.6mm，基本达到了各向同性；高端CT的横向和纵向分辨力分别达到了0.3mm和0.4mm。

（2） CT计算机图像处理的速度越来越快。目前16层CT横断面的图像重建可达6幅/s，高端CT可超过40幅/s。

（3）由于CT的扫描层厚更薄以及纵向分辨力的改善，使后处理各种方法图像的质量更高，其中多平面重组已可作为横断面图像的补充，甚至可完全替代横断面的图像。

（4）计算机软、硬件技术的发展和普及，对CT图像后处理技术的发展起了推动作用。

CT装置是由X线、电子计算机、自动控制部分等组成。是一种先进、精密的大型医疗设备，它给医学影像诊断学注入了新的生命。因此，正确使用CT机，精心维护与保养，提高机器的运转效率，是极其重要的。CT机对电源供应、环境温度、湿度、防尘净化等均有较高的要求，这些因素的好坏，是关系到机器寿命的重要因素。

CT机房应建在周围振动小、无严重电磁场干扰、噪声低、空气净度较高的环境中，各大部件在机房的安放位置要兼顾机器运行安全、维修留有空间、病员进出通畅、医生操作方便和通风换气良好等几个方面，并要尽可能地减少各个工作区域的相互干扰。电缆的铺设应避开交流电磁场，信号线和电源线应屏蔽、分路铺设。CT机的电源最好用专线、专用变压器，避免与电源电压变化大的负载共用，否则可能会给机器带来不可估量的损害。系统计算机最好配置不间断电源（uninterruptible power system/uninterruptible power supply，UPS），以保证计算机系统正常工作。

螺旋CT的扫描系统和其他附属设备要一点接地。因为现在的螺旋CT所有的附属设备都是用网络进行连接的，如果不对设备进行一点接地，很有可能在不同设备之间的网口产生电位差，这样就很容易造成网络接口的损坏，有时还会损坏主机的接口电路板，特别是对一些远离主机的设备，一定要把地线和系统的地线进行一点接地。

CT机对环境温度、湿度的要求，特别是计算机房的要求有严格规定。温度要保持在18~22℃，湿度控制在60%左右，不超过70%。湿度过小，会导致某些材料及结构的几何变形和性能变化，特别是磁盘机，会导致盘面变形；过大又会使磁胶变质，磁层脱落，影响其使用寿命。因此，作为一名CT工作人员，一定要懂得正确、合理控制温度、湿度。

CT机处于过高湿度的环境时，空气中的水分因达临界湿度即凝结并附着于电气元件上，导致电气性能改变，一旦精密机械表面因长期受潮而生锈会降低精密度，甚至引起X线高压放电或击穿。

防尘是电气设备的共同要求。由于静电感应可使灰尘附着于器件表面，影响散热而改变电气设备性能。CT机对防尘要求更高，例如磁盘机是CT装置中贮存操作软件和图像数据的大容量贮存设备，每个盘片存放较多信息，贮存密度也较高。磁盘读写工作时，盘片较高速度旋转，当磁盘或磁头附着灰尘时，不但会影响正常读写信息，而且可能发生盘面与磁头磨擦，导致盘面划伤，损坏磁头。因此，CT机必须要有一个良好的清洁环境，并经常保持清洁。

机器在每次通电后准备扫描第一个病人之前，一定要将机器充分预热，理由是让球管的灯丝充分加热，防止球管在灯丝加热不足的状态下进入扫描状态，否则极易损坏球管，同时影响图像质量。

定期进行水模校准及空气校准。

每天清洁机房环境卫生，保持环境清洁和定期清洁机器内部灰尘，这样可以使灰尘尽可能少的污染机器内的电器装置和散热通风口，降低电路的故障率，减少灰尘对滑环的污染和滑环与碳刷之间的摩擦率，保持系统良好的通风散热。

通常情况下，螺旋扫描时，机架扫描系统进入均匀快速旋转状态，球管灯丝也进入满负荷加热状态，操作界面和扫描控制盒上按钮指示灯都会有提示，此时操作人员要及时开始曝光扫描。扫描结束后，应及时退出扫描状态。

高档机器的软件功能强大，扫描和重建速度快，操作起来得心应手，扫描一周重建的图像也多，对于一般的病例检查很容易满足，操作技巧的要求相对较低。而对于低档机器，尤其注意扫描方法和扫描技巧的使用，操作时尽量把扫描程序设计在一个或多个连续扫描序列里完成。

管电流决定灯丝电子的发射量，即X线量的多少。工作中，在不影响图像质量的情况下，应尽量减少毫安量。新CT机在安装调试时，工程技术人员应将毫安量控制在厂家所规定的标称值之内约3%，这样CT值的标准误差尽可能小。

管电压决定X线的质，即X线穿透能力的大小。工作中，应根据不同部位、不同年龄、不同的病情合理选择管电压，不可为了节省时间而千篇一律。因为，有时合理地提高管电压的同时，可以相应降低管电流，从而保护灯丝。

机器的扫描时间，是指X线球管连续发射X线的时间。在扫描定位像时，不可范围过大，在定位像上确定上下范围时，起始界限要适当，否则病人不但增加了不必要的辐射剂量，也增加了球管的额外负荷。

螺旋扫描中，螺距（pitch）等于球管旋转一周时扫描床所移动的长度除以层厚。扫描中的层厚、螺距、床速三者之间要合理配置参数，方可使球管的效能发挥到最佳状态，得到满意图像质量。

当系统提示球管需要预热时，操作人员在扫描病人之前必须进行球管预热操作。预热的目的，是使灯丝逐步加温到工作状态。

有些CT机（如西门子SOMATOM CRX CT机），球管的散热油泵具有自动或人工排气装置，当散热油泵内的气体达到一定量时，需及时排气，否则在扫描时，油泵内的油温升高，压力增大，影响球管的散热效果，甚至使扫描停止。

目的是为了避免病人重扫、避免球管做无效的曝光、提高图像质量、提高诊断正确率的准备工作。如头颅扫描去除头部的发卡、别针、装饰品等金属异物；腹部扫描，可根据需要口服阴性对比剂或一定浓度的碘对比剂和水的混合液，如之前做过消化道造影则需排尽残留的对比剂；不配合的小儿扫描最好等睡熟后扫描等。

工作人员要有强烈的责任心，扫描时不可离开控制台，对扫描申请单要详细阅读，不可错扫病人、错扫部位、多扫等，并且要让病人做好呼吸训练，取得病人的密切配合；尽量最优化的设置扫描参数及重建参数。

机架孔径：一般要求>70cm，满足大部分体型病人的需求。

机架倾角：一般要求>25°。

滑环类型：分低压滑环和高压滑环，低压滑环技术好于高压滑环。

探测器类型：最新探测器技术有固体陶瓷探测器和宝石探测器等。

探测器排数：单排、4排、16排，最新有64排、128排探测器等。

机架驱动方式：有皮带驱动或磁悬浮驱动。

旋转方式：螺旋扫描技术和逐层轴扫技术。

床面水平移动范围：一般决定了连续最大扫描长度。

床面最大水平移动速度和精度：需与螺距匹配。

床面最大承重：一般要求>200kg。

有效球管热容量：决定了连续曝光能力。

球管焦点大小尺寸：最新IEC标准60336规定，小焦点≤0.4mm ²，大焦点≤0.56mm ²。

最大管电压和管电流：决定了X线的最大能量和最大剂量。

有效最快机架旋转时间：决定了时间分辨率，最新技术有≤0.27s/360°。

探测器最薄扫描层厚：≤0.6mm。

图像重建矩阵和显示矩阵：常见512×512和1 024×1 024。

螺旋扫描螺距范围：常见0.18~1.5，任意可调或特定选项。

CT值的范围和扩展CT值范围：常见-1 000~+3 000Hu，可扩展到-10 000~+30 000Hu。

空间分辨率（ x， y轴）：一般≥17LP/cm。

密度分辨率：一般≤5mm@0.3%或3HU。

CT检查与常规的影像学检查手段相比，主要有以下四个方面的优点。

CT检查通过X线准直系统的准直，可得到无层面外组织结构干扰的横断面图像。与常规X线体层摄影比较，CT得到的横断面图像层厚准确，图像清晰，密度分辨率高，无层面以外结构的干扰。另外，CT扫描得到的横断面图像，还可通过计算机软件的处理重组，获得诊断所需的多平面（如冠状面、矢状面）断面图像。

除了磁共振检查外，CT检查与常规影像学检查相比，它的密度分辨率最高。其原因是 ①CT检查的X线束透过物体到达探测器经过严格的准直，散射线少；②CT机采用了高灵敏度、高效率的接收器；③CT利用计算机软件对灰阶的控制，可根据诊断需要，随意调节适合人眼视觉的观察范围。一般，CT检查的密度分辨率要比常规X线检查高约20倍。

CT检查能够准确地测量各组织的X线吸收衰减值，通过各种计算，作定量分析。

借助于计算机和某些图像处理软件，可作病灶的形状和结构分析。

CT检查虽然极大地改善了诊断图像的密度分辨率，但由于各种因素的影响，也有其局限性和不足。

第一，极限分辨率仍未超过常规的X线检查。目前，中档的CT机极限分辨率约10LP/cm，而高档的CT机极限分辨率约14LP/cm或以上。常规X线摄影的增感屏摄影分辨率可达7~10LP/cm，无屏单面药膜摄影，极限分辨率最高可达30LP/cm以上。

第二，CT检查虽然有很广的应用范围，但并非所有脏器都适合CT检查。如空腔性脏器胃肠道的CT扫描，还不能替代常规X线检查，更不如内镜。CT血管造影（CT angiography，CTA），图像质量仍不能超越常规的血管造影。目前，由于多层螺旋CT的出现和一些新的成像方法的应用，已使两者的差距逐渐缩小。

第三，CT检查的定位、定性诊断只能相对比较而言，准确性受各种因素的影响。在定性方面，也常受病变的部位、大小、性质、病程的长短、病人的体型和配合检查等诸多因素的影响。

第四，CT检查的图像主要反映解剖学方面的情况，对于脏器功能和生化方面显示相对欠缺。当体内的某些病理改变的X线吸收特性与周围正常组织接近时，或病理变化不大，不足以对整个器官产生影响时，常规CT图像不易显示。目前，双能量CT成像可以对化学成分进行分析，该技术的基本原理是利用各种化学物质在不同能量扫描下的能量吸收系数的不同进行物质分离，通过相关的后处理软件将感兴趣的物质标记出来，因此双能量CT的应用已经能提供一些功能方面的信息。