滤光片在医用CT扫描仪的应用

2024-06-04 林树鑫

我们都知道,滤光片在医学设备上的应用非常广泛,几乎覆盖了医学上多种医学影像设备上,尤其在医用CT扫描仪中,滤光片的作用更加不容忽视。它通过过滤X射线中的特定波长,改善图像质量,确保医生能够准确诊断病情。


 滤光片在医用CT扫描仪的应用

(图源网络,仅供参考,侵删)


CT扫描仪介绍

CT扫描仪是一种利用X射线束对人体某部位进行断层扫描,获得该部位横截面或冠状面图像的设备。CT扫描仪主要由X射线管、探测器、准直器、过滤器(滤光片)、扫描架及计算机系统组成。通过X射线穿透人体,由探测器接收透射后的X射线,并转换为可见光后,由光电转换器转变为电信号,再经模拟/数字转换器转为数字信号,输入计算机处理。


CT扫描仪成像原理 

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CT扫描原理

CT扫描的原理是利用X射线的穿透性、荧光性和摄影效应,通过计算机对X射线进行接收处理并还原出断层或三维的X射线图像信息。在扫描过程中,X射线管发出X射线,经过滤光片去除低能X射线,形成更“单色”的光束,然后通过准直器缩小光束以产生更薄的切片。这些X射线穿透人体后,被探测器接收并转换为电信号,经过计算机处理后形成清晰的医学图像。


 CT结构原理

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滤光片在CT扫描仪上的应用

在医用CT扫描仪中,滤光片主要放置在X射线源和患者之间,其主要作用包括:

1.去除低能X射线:这些X射线不会有助于图像形成,但会增加患者剂量。通过去除这些低能X射线,可以减少患者接受的辐射剂量。

2.产生更“单色”的光束:随着低能X射线的去除,X射线能量的光谱会变窄,从而产生更“单色”的光束。这有助于图像重建基于单个能量单色光束的假设,提高图像质量。

3.成形光束:在某些扫描仪中,滤光片的形状可以使光束成形,以补偿人体不同部位对X射线的衰减差异。这有助于提高图像的均匀性和清晰度。


CT扫描仪滤光片

CT扫描仪滤光片的选择主要依赖于其应用需求,包括所需的图像分辨率、扫描速度和诊断目标等。一般来说,CT扫描仪中可能会用到多种类型的滤光片,但最常见的是与X射线光谱特性相关的滤光片,具体可以简单分为截止滤光片、带通滤光片和中性密度滤光片。


根据透过的X射线波段,截止滤光片可分为长波通滤光片(短波截止)和短波通滤光片(长波截止)。

长波通滤光片(高通滤光片):允许长波段的X射线通过,通常用于需要较高能量X射线的应用,如骨密度测量。

短波通滤光片(低通滤光片):允许短波段的X射线通过,常用于软组织成像,因为软组织对低能量X射线的吸收较低。

如:截止波长为40 keV的短波通滤光片,用于软组织成像,以减少对骨骼的高吸收和高散射。

备注:keV(千电子伏特)是能量的一个单位,常用描述物理学中用于描述粒子(如电子、光子等)的能量。在CT扫描(Computed Tomography,计算机断层扫描)中,keV 通常用于表示X射线的能量,它直接影响X射线的穿透能力和图像质量。


在下面带通滤光片中,中心能量和半高宽FWHM也都以keV为单位,中心能量表示滤光片在哪个X射线能量处具有最高的透过率,而半带宽则描述了滤光片透过率降低至一半时对应的能量范围。


带通滤光片:只允许特定波段的X射线通过,同时阻止该波段以外的X射线,具体波段取决于应用需求,但常见的范围可能在几十到几百keV之间。示例:一个中心波长为60 keV,半带宽为20 keV的带通滤光片,适用于特定组织或结构的成像。


CT扫描仪滤光片


中性密度滤光片:用于均匀降低X射线的强度,而不改变其光谱分布。通常不是基于特定的X射线波段,而是用于整个X射线光谱。示例:用于调整X射线源的输出强度,以适应不同患者的体型和扫描需求。

 

光学指标

中心波长:中心波长是滤光片在实际应用中所使用的波长,即带通或窄带滤光片的峰值透射波长。为了确保X射线光束的特定波长能够穿透并达到探测器,以获取准确的图像信息。如果CT扫描仪使用850nm的X射线,那么所需的滤光片中心波长也应接近850nm。

半带宽:半带宽是最高透过率的1/2处所对应的波长范围,用于表示滤光片对光线的选择透过能力。较窄的半带宽意味着滤光片能够更精确地选择特定波长的X射线,提高图像质量。

如滤光片的峰值透过率是90%,那半带宽透过率为45%时对应的波长范围如果左右波长是800nm和850nm,则半带宽为50nm。

透过率:透过率是指光线通过滤光片后的剩余强度与原始强度的比值,通常以百分比表示。

高透过率意味着滤光片对X射线的吸收较少,能够确保更多的X射线到达探测器,从而提高图像质量。

截止率或截止深度:指滤光片对不需要的X射线波长的阻挡能力,也称截止深度。良好的截止率能够确保只有特定波长的X射线能够通过,减少图像噪声和伪影。

注意:由于完全阻挡所有非目标波长的X射线非常困难,因此通常选择截止率尽可能低(即透过率尽可能接近0%)的滤光片。

截止波段:指滤光片开始显著阻挡X射线的波长范围。确保在所需波长范围外的X射线被有效阻挡,从而提高图像质量。

产品材质:滤光片通常由对X射线有特定吸收和透过特性的材料制成,如玻璃、金属或陶瓷等。不同材质对X射线的吸收和透过性能不同,因此选择合适的材质对于滤光片的光学性能至关重要。

 

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