濾光片在醫(yī)用CT掃描儀的應(yīng)用

我們都知道，濾光片在醫(yī)學(xué)設(shè)備上的應(yīng)用非常廣泛，幾乎覆蓋了醫(yī)學(xué)上多種醫(yī)學(xué)影像設(shè)備上，尤其在醫(yī)用CT掃描儀中，濾光片的作用更加不容忽視。它通過(guò)過(guò)濾X射線(xiàn)中的特定波長(zhǎng)，改善圖像質(zhì)量，確保醫(yī)生能夠準(zhǔn)確診斷病情。

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CT掃描儀介紹

CT掃描儀是一種利用X射線(xiàn)束對(duì)人體某部位進(jìn)行斷層掃描，獲得該部位橫截面或冠狀面圖像的設(shè)備。CT掃描儀主要由X射線(xiàn)管、探測(cè)器、準(zhǔn)直器、過(guò)濾器（濾光片）、掃描架及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。通過(guò)X射線(xiàn)穿透人體，由探測(cè)器接收透射后的X射線(xiàn)，并轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)光后，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)處理。

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CT掃描原理

CT掃描的原理是利用X射線(xiàn)的穿透性、熒光性和攝影效應(yīng)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)X射線(xiàn)進(jìn)行接收處理并還原出斷層或三維的X射線(xiàn)圖像信息。在掃描過(guò)程中，X射線(xiàn)管發(fā)出X射線(xiàn)，經(jīng)過(guò)濾光片去除低能X射線(xiàn)，形成更“單色”的光束，然后通過(guò)準(zhǔn)直器縮小光束以產(chǎn)生更薄的切片。這些X射線(xiàn)穿透人體后，被探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理后形成清晰的醫(yī)學(xué)圖像。

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濾光片在CT掃描儀上的應(yīng)用

在醫(yī)用CT掃描儀中，濾光片主要放置在X射線(xiàn)源和患者之間，其主要作用包括：

1.去除低能X射線(xiàn)：這些X射線(xiàn)不會(huì)有助于圖像形成，但會(huì)增加患者劑量。通過(guò)去除這些低能X射線(xiàn)，可以減少患者接受的輻射劑量。

2.產(chǎn)生更“單色”的光束：隨著低能X射線(xiàn)的去除，X射線(xiàn)能量的光譜會(huì)變窄，從而產(chǎn)生更“單色”的光束。這有助于圖像重建基于單個(gè)能量單色光束的假設(shè)，提高圖像質(zhì)量。

3.成形光束：在某些掃描儀中，濾光片的形狀可以使光束成形，以補(bǔ)償人體不同部位對(duì)X射線(xiàn)的衰減差異。這有助于提高圖像的均勻性和清晰度。

CT掃描儀濾光片

CT掃描儀濾光片的選擇主要依賴(lài)于其應(yīng)用需求，包括所需的圖像分辨率、掃描速度和診斷目標(biāo)等。一般來(lái)說(shuō)，CT掃描儀中可能會(huì)用到多種類(lèi)型的濾光片，但最常見(jiàn)的是與X射線(xiàn)光譜特性相關(guān)的濾光片，具體可以簡(jiǎn)單分為截止濾光片、帶通濾光片和中性密度濾光片。

根據(jù)透過(guò)的X射線(xiàn)波段，截止濾光片可分為長(zhǎng)波通濾光片（短波截止）和短波通濾光片（長(zhǎng)波截止）。

長(zhǎng)波通濾光片（高通濾光片）：允許長(zhǎng)波段的X射線(xiàn)通過(guò)，通常用于需要較高能量X射線(xiàn)的應(yīng)用，如骨密度測(cè)量。

短波通濾光片（低通濾光片）：允許短波段的X射線(xiàn)通過(guò)，常用于軟組織成像，因?yàn)檐浗M織對(duì)低能量X射線(xiàn)的吸收較低。

如：截止波長(zhǎng)為40 keV的短波通濾光片，用于軟組織成像，以減少對(duì)骨骼的高吸收和高散射。

備注：keV（千電子伏特）是能量的一個(gè)單位，常用描述物理學(xué)中用于描述粒子（如電子、光子等）的能量。在CT掃描（Computed Tomography，計(jì)算機(jī)斷層掃描）中，keV 通常用于表示X射線(xiàn)的能量，它直接影響X射線(xiàn)的穿透能力和圖像質(zhì)量。

在下面帶通濾光片中，中心能量和半高寬FWHM也都以keV為單位，中心能量表示濾光片在哪個(gè)X射線(xiàn)能量處具有最高的透過(guò)率，而半帶寬則描述了濾光片透過(guò)率降低至一半時(shí)對(duì)應(yīng)的能量范圍。

帶通濾光片：只允許特定波段的X射線(xiàn)通過(guò)，同時(shí)阻止該波段以外的X射線(xiàn)，具體波段取決于應(yīng)用需求，但常見(jiàn)的范圍可能在幾十到幾百keV之間。示例：一個(gè)中心波長(zhǎng)為60 keV，半帶寬為20 keV的帶通濾光片，適用于特定組織或結(jié)構(gòu)的成像。

中性密度濾光片：用于均勻降低X射線(xiàn)的強(qiáng)度，而不改變其光譜分布。通常不是基于特定的X射線(xiàn)波段，而是用于整個(gè)X射線(xiàn)光譜。示例：用于調(diào)整X射線(xiàn)源的輸出強(qiáng)度，以適應(yīng)不同患者的體型和掃描需求。

光學(xué)指標(biāo)

中心波長(zhǎng)：中心波長(zhǎng)是濾光片在實(shí)際應(yīng)用中所使用的波長(zhǎng)，即帶通或窄帶濾光片的峰值透射波長(zhǎng)。為了確保X射線(xiàn)光束的特定波長(zhǎng)能夠穿透并達(dá)到探測(cè)器，以獲取準(zhǔn)確的圖像信息。如果CT掃描儀使用850nm的X射線(xiàn)，那么所需的濾光片中心波長(zhǎng)也應(yīng)接近850nm。

半帶寬：半帶寬是最高透過(guò)率的1/2處所對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍，用于表示濾光片對(duì)光線(xiàn)的選擇透過(guò)能力。較窄的半帶寬意味著濾光片能夠更精確地選擇特定波長(zhǎng)的X射線(xiàn)，提高圖像質(zhì)量。

如濾光片的峰值透過(guò)率是90%，那半帶寬透過(guò)率為45%時(shí)對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)范圍如果左右波長(zhǎng)是800nm和850nm，則半帶寬為50nm。

透過(guò)率：透過(guò)率是指光線(xiàn)通過(guò)濾光片后的剩余強(qiáng)度與原始強(qiáng)度的比值，通常以百分比表示。

高透過(guò)率意味著濾光片對(duì)X射線(xiàn)的吸收較少，能夠確保更多的X射線(xiàn)到達(dá)探測(cè)器，從而提高圖像質(zhì)量。

截止率或截止深度：指濾光片對(duì)不需要的X射線(xiàn)波長(zhǎng)的阻擋能力，也稱(chēng)截止深度。良好的截止率能夠確保只有特定波長(zhǎng)的X射線(xiàn)能夠通過(guò)，減少圖像噪聲和偽影。

注意：由于完全阻擋所有非目標(biāo)波長(zhǎng)的X射線(xiàn)非常困難，因此通常選擇截止率盡可能低（即透過(guò)率盡可能接近0%）的濾光片。

截止波段：指濾光片開(kāi)始顯著阻擋X射線(xiàn)的波長(zhǎng)范圍。確保在所需波長(zhǎng)范圍外的X射線(xiàn)被有效阻擋，從而提高圖像質(zhì)量。

產(chǎn)品材質(zhì)：濾光片通常由對(duì)X射線(xiàn)有特定吸收和透過(guò)特性的材料制成，如玻璃、金屬或陶瓷等。不同材質(zhì)對(duì)X射線(xiàn)的吸收和透過(guò)性能不同，因此選擇合適的材質(zhì)對(duì)于濾光片的光學(xué)性能至關(guān)重要。