关于CT中的高分辨率AD问题

ebook128

CT上为什么需要20bit甚至更高分辨率的AD？这是什么需求决定的？

hukelong

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corball

虽然作为产品标准，CT图像的信噪比也就在60dB，但是，CT的球管热稳定/机械稳定/高压激发、固态的X光-可见光传感器、光电传感器的信号检测，Gantry的机械旋转形变(平衡不可能实现0应力，需要进行SIN/COS校准)，等等，这些都需要ADC采样信号作校准，不同的人体部位、人体重影响，扫描的kV和电流范围很大，做反演计算成像也是很消耗原始数据精度，因此需要可能高达24Bit的ADC。

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回复 3# corball

这个解释有一定道理，但是还无法解释清楚为什么需要24bit AD。我感觉更应该从信号的动态范围和信噪比来考虑。CT探测器需要更高的密度分辨率，因此对信噪比要求更高，从而需要更大的输入电荷量信号。前级信噪比需求增大，则就需要更高精度的AD来满足信噪比要求。同时加上您说的那些重建过程中的精度损失，因此需要高达20或24bit的高精度AD。

lxtx603

应该是为了准确检测微弱信号

corball

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传感器的密度对应空间分辨率。目前的固体探测器（硅光电二极管阵列）的尺寸基本在毫米量级，但是前置平行光管的深度/截面尺度的比值是不一样的，据我所知，这里Philips的比值最大，因此杂散小（随机信号小），可以使用小功率的球管（Philips的CT球管功率小）；GEHC的探测器前置准直器比也在3~5以上，原则上，也算是平行光束了，但是杂散明显要大得多，因此，球管的功率大是免不了的。考虑到信号转换的对数效应，最后从系统的角度看，是优点，但是不如平行光管的尺寸比例差别那么明显。可不可以用更小分辨率的ADC呢？要是从满足CT图像标准来说，没有什么不可以的（不是所有CT都使用24bit ADC）。实际上，CT旋转速度高的时候，ADC采样速度要提升。ADC实现顶级转换速度的时候，ADC的垂直分辨能力要下降2个Bit或以上。我觉得用24Bit还有一个因素是CT应用的扫描范围很宽，除了程控增益，ADC的垂直分辨能力也是很重要的（80kV5mA到140kV650mA）。
此外，提高传感器的转换效率，比如采用X光-电直接转换的陶瓷（以色列）就要比当前的X光-可见光闪烁剂材料（http://www.cas.cn/kxcb/kpwz/201305/t20130528_3852035.shtml）效率高很多。我记得08年的水平是：达到当前CT图像标准的前提下，CT的X光剂量至少可以降低2/3（同等kV下，1/3的mA就可以）。当时试验的时候，采用CT的标准扫描协议（剂量），电路的输出是饱和的，工程师内心是崩溃的。现在看来这个材料还是没有能够进入商用。产品中效率最高的是GEHC的宝石级X光-可见光转换材料。

corball

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   要详细解释为什么需要24Bit，需要就具体的设计，从X光源（焦斑大小、稳定性）、准直器特性、闪烁剂X光转换效率/光谱分布、可见光电探测器结构/响应率、前置放大器特性（一般电荷类）、ADC速度/分辨能力、几何校准、成像算法等完整的分子影像链来模拟考虑。网络上有一些简单的CT原理演示的程序，但不足够。比较有名的模拟器是GE的在FreeMat上开发的CatSim模拟器。FreeMat是一个GE研究人员开发的，兼容Matlab语法的数值分析工具，这个是开源项目，可以从opensource.net上搜索到下载。那个FreeMat项目负责人，是一个比利时人，GE纽约研究中心的大牛。