CT的基本原理

摘要

1. X-CT的理论基础

CT的理论基础是单能窄束γ射线束穿过物质薄层时，其减弱规律严格按指数衰减，衰减指数等于物质薄层厚度d、密度ρ及质量减弱系数μ_m之积。

为求解人体横截面上各点线减弱系数，将横截面划出1个薄层，再将薄层划分成n个小立方体，当X射线束穿过n个立方体时，测量出X射线入射束和出射束的强度。由于X射线束穿过各小立分体厚度可以计算出，再根据X射线束穿过每个小立方体的减弱规律，就可以建立起一个具有n个线减弱系数的线性方程。线减弱系数μ=μ_mρ。

改变X射线入射束的角度，并使得X射线束都穿过这n个小立方体，就会得到第二个具有n个线减弱系数的线性方程。若以同样方式改变n次入射束的角度，就得到具有n个线减弱系数的线性方程。若小立分体内密度是均匀的，就形成了具有n个线减弱系数的线性方程组，就可以解出这n个小立方体的线减弱系数。            

2.X-CT射线束

CT使用的X射线管为球管，将电子能量加速到E_e=（80～140）KeV轰击钨靶，电子受到钨核电场的滞动，产生大量轫致辐射；同时钨原子还会被电子电离，发生在钨原子内壳层的电离会产生一些特征X射线。轫致辐射和特征X射线经钨靶的吸收和散射，使得轫致辐射能谱很复杂，能量从E_e至零都有。所以要加适当厚度的钨片作为过滤器，滤掉不需要的本底辐射；同时高能轫致辐射也会与钨原子发生光电效应，将高能轫致辐射转化为钨的特征X射线。经过滤后的X射线变成平均为60.682KeV的单能X射线。

经过滤与准直的X射线束成为单能窄束。球管和探测器分别布置在扫描机架两侧。钨靶靶点、过滤器、前后准直器和探测器呈扇形分布，并构成一个可围绕扫描机架轴心转动的整体。X-CT探测器多采用闪烁探测器或充氙电离室。 

3.计算机断层扫描图像

在X射线能区质量减弱系数μ_m∝Z³，Z为小立方体中元素的原子序数。因此μ_m对人体组织的元素或成分变化非常敏感。μ既反映了人体组织的成分变化又反映了密度变化。尽管线减弱系数能够敏感的反映人体组织成分与密度变化，但用μ制作出的数字图像却达不到人眼可识别的分辨率。

1969年英国工程师Hounsfield通过将μ变换成CT数H，解决了人眼分辨问题。用CT数做出的图像就是计算机断层扫描图像。

4.人体器官的断层扫描图像

将人体平移1个b距离，测量1个图像，多次平移，只要使平移覆盖整个器官。就可以制作出许多张计算机断层扫描图像，得到覆盖整个器官在空间均匀分布的CT数。将这些CT数用计算机重构，就可以得到该器官任意切面上的计算机断层扫描图像。

这就是X-CT的基本原理和测量与计算方法。从以上介绍可以看出X-CT图像与X射线透视图像不同，前者是以测量数据为基础通过计算得到的二维数字图像，后者是投影像片。

详细的设计、计算及CT的转换