目前平板探测器 CT 系统已经逐步进入实用阶段 , 可以达到比传统的 C T 系统更高的空间分辨率 , 而密度分辨率也接近传统 CT 的水平 , 成为一项很有发展前景的技术 。进一步提高平板探测器C T 的密度分辨率是下一步亟需解决的问题 。平板探测器 CT 系统的射线利用效率高 , 这一点有着很重要的现实意义 。在医学 CT 中这意味着可以减小患者检查时接受的剂量 , 在工业 CT 中则可以加快检测速度 、 提高检测效率 。特别是新兴的用于乳腺检查的半锥束 CT 系统 , 它的目标是取代X 射线照相检查技术 , 因此如何在一次照相受到的剂量范围内达到能够反映病变的分辨率是一个非常有意义的研究方向 。平板探测器 CT 系统中散射的影响非常严重 ,目前在 X 射线能量较低时可以通过安装准直设备达到较好的散射抑制 , 但使用高能 X 射线时如何抑制散射还是个有待解决的问题 。平板探测器 CT 系统的性能分析沿用了传统C T 的分析方法 , 原有的用于二维的分析方法也有了扩展到三维情况的工作 。在重建算法中对散射 、噪声等因素的影响进行校正对提高系统的性能有巨大的影响 , 算法中的校正工作还需进一步完善 。正如扇形束扫描方式取代了平行束一样 , 锥束扫描方式取代多层螺旋扫描将会是 CT 发展的必然结果 , 而平板探测器 CT 系统正是锥束 CT 的最佳候选者 。我们相信平板探测器锥束 CT 系统必将有着广阔的前景 。

目前的平板探测器 CT 系统主要有两种几何结构 :锥束系统和半锥束系统 。

锥束系统

锥束系统的应用比较广泛 , 主要用于两个方向 :医学检查和工业无损检测 。由这两个应用方向的特点不同 , 通常它们分别使用两种不同的机械结构 :机架式结构和立式结构 。但这不是绝对的 , 立式结构在医学检查中也有少量应用 。

机架式平板探测器C T 系统

机架式平板探测器 CT 系统是在普通医用 C T系统的基础上改造而成的。这种系统使用现有医用 CT 机的机械设备 、 X光源和控制系统 , 仅将原有的探测器更换为平板探测器 , 修改了控制软件和重建软件 。由于目前医用C T 机已经有成熟的产品 , 架构这样的系统比较方便 。另外 , 由于 CT 最广泛的应用还是在医学中 ,而机架式的几何结构最适合于医学检查使用 , 因此这种几何结构的平板探测器 C T 系统在目前研究中的使用也比较多 。

立式平板探测器 CT 系统

立式平板探测器 C T 系统的几何结构, 这种系统的射线源和探测器都是固定的 , 而将待测物置于一个可旋转的转台上由于这种几何结构需要旋转被测物 , 所以不大适合用于医学检查 , 但在工件的无损检测中则非常适用 , 立式结构可以检查质量很大的工件且有着很好的几何位置稳定性 。

锥束系统中散射射线的影响

CT 系统中不可避免地会有散射射线的影响 ,锥束系统的应用通常要求较高的成像质量 , 因此必须设法消除散射的影响 。散射包括背散射和来自物体的散射 , 背散射的影响通常可以通过安装吸收屏基本消除 , 来自待测物的散射通常是使用探测器前加准直器的方法抑制 , 本文中提到的 "散射" 如无特殊说明则指来自待测物的散射 。线阵探测器仅受一维的散射影响 , 安装准直器就能达到较好的散射抑制 , 但平板探测器的散射是二维的 , 影响比线阵探测器要大得多 。目前对散射的影响已经有了许多研究工作 , 主要研究问题有两个:如何评估探测器接受到的数据中散射射线的多少如何在重建的图像中尽量减小散射射线的影响 。

锥形束噪声的影响

经验和理论上平板锥束 CT 系统的噪声性能的研究应包括体素噪声 、 噪声功率谱 ( NPS)、 探测量子效率 ( DQE)。J . H . Siewerdsen 和 D . A . Jaffray 提出将表现 2 维图像特征的 NPS 分析方法完全扩展到 3 维的情况[ 20] , 并提出了 n 维时 NPS 分析的通用框架 , 包括了在系统线性性和稳定性限制下NPS 收敛性和归一化的重要考虑。系统的噪声导致了最终重建图像质量的下降 ,如何减小图像中噪声的影响是一个很有意义的问题 。N . Nakamo ri 等人使用小波分析的方法去除噪声影响取得了很好的效果。他们的初步实验结果表明使用小波分析去除噪声的方法在不降低 CT图像质量的情况下可以将剂量降至 1/10 以下 。

半锥束平板探测器CT 系统

半锥束平板探测器 CT 系统用于乳腺成像检查 , 这是一项新兴的技术。待检查的患者俯卧在平台上, 而 X射线源和平板探测器在平台下方旋转。来自射线源的 X 射线经过准直产生半锥形的射线束, 因此不能直接使用锥束重建算法, B .Chen 等人对此提出了修正的公式。半锥束型系统中同样存在着散射和噪声的影响 , 但是由于这种系统的用途是进行乳腺检查 , 目前的试验结果表明在没有进行散射和噪声影响校正时成像质量已经可以满足要求, 在这种系统中一个很重要的考虑是如何在保证图像质量的前提下减少射线剂量 。

锥束 CT 系统使用的面阵探测器可以分成两大类 : ( 1)基于电荷耦合器件 ( CCD)的探测器 ;(2)基于薄膜晶体管 ( TFT)的探测器 ( 平板探测器)。平板探测器按将 X 射线转换成电信号的方式不同又可以分为直接转换型和间接转换型, 而CCD 探测器则都是间接转换型的 。

目前的锥束 CT 系统主要有两种几何结构 :一种的扫描射线束是完整的锥束, 采用标准的锥束重建算法 ;另一种的扫描射线束为半个锥束 , 使用修改过的重建算法 , 这种结构主要用于新兴的乳腺检查系统中 。

随着螺旋多层面 C T 的出现 , 医用 C T 正在向着螺旋锥束 C T 转变。 从螺旋锥束数据来重建图像有许多优点 , 但是这种成像方式在数学上比较复杂 , 技术实现也有相当的难度 。当前 x 一射线计算机断层摄影术是一个非常活跃的学术领域 . 19 9 8 年出现的多层 面螺旋 C T被认为是 e T 发展历史上的一个里程碑 。 随着螺旋 M sc T 的迅速发展 , 螺旋锥束 c T 将是医用 X 射线 C T 的未来 。 因为锥束方法可 以快速采集数据 , 获得较高的图像分辨率 , 更好地利用辐射 , 并有硬件实现基础 。 因此在材料 、 生物和医学研究中引起越来越多的注意。 多层面螺旋 CT 与螺旋锥束 CT的主要区别是在前者中锥角不是很重要的 , 而后者由于要使用相当多排的探测器 , 必须考虑锥角效应 。 因为在当前的多层面螺旋 C T 中锥角只是一个很小角度 , 在图像重建中可 以被忽略 。 在不久的将来 , 小锥角可扩展到中等锥角 。 因此 , 我们应 当考虑锥束修正 。 最后 , 对于颇大的锥角 , 重建算法必须对锥角效应做出有效的补偿 。

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概率。

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:

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。

CT自诞生后很快就被应用于临床检查，尤其是螺旋 CT 出现后被广泛应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，空间分辨率也是一个重要参数，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，所以其时间分辨率达到了 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。