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1、1 第三章X线CT技术 CT ComputedTomography 计算机断层摄影 要点 一 X线 CT的历史二 X线 CT成像原理三 X线 CT的扫描方式四 X线 CT的一些基本参数五 X线 CT的组成六 螺旋X线 CT介绍七 多层螺旋X线 CT介绍 X Rays的发现 107年前 WilhelmConradRoentgen 一 X线 CT的历史 看到人体内部结构 解剖结构是重叠的 软组织是不能区分的 人们破天荒头一次能无损伤看到人体内部的解剖结构 一 X线 CT的历史 在1972年 两位科学家 HounsfieldandAmbrose 推出第一幅临床CT图像 CT消除了这些障碍 一 X线
2、CT的历史 一 X线 CT的历史 1917年奥地利数学家雷当 Radon 根据面投影到线并重建图像的计算公式 1963年美国物理学家柯马克 A M Cormack 在 应用物理杂志 JournalofAppliedPhysics 上发表了二篇题为 用线积分表示一函数的方法及其在放射学上的应用 的系列文章 9 一 X线 CT的历史 1967年至1970年间英国EMI公司的工程师豪斯菲尔德 G N Hounsfield 研制成功世界上第一台用于医学临床的X线CT扫描机 于1971年9月被安装在伦敦的Atkinson Morley s医院 10 一 X线 CT的历史 1972年利用这台X线CT首次为
3、一名妇女诊断出脑部的囊肿 并取得了世界上第一张CT照片 1974年美国George town大学医学中心的Ledly研制成第一台全身CT扫描机 为此Hounsfield和Cormack共同获得了1979年的诺贝尔生理和医学奖 CT会是什么样 耗时太长 10分 幅 分辨率尚需提高 所以我们能看到断层解剖结构 且带有不同密度 人体被 切成 一层 一层 一 X线 CT的历史 CT影像质量的进步 SIRETOM 1974 SOMATOMPlus4UFC 1996 3DFace threshold 400HU 3DHead threshold 150HU 3D图像的合成 CT成像特点 1具有较高的X射线
4、检测能力 2能显示人体某一断层平面上的器官或组织的解剖结构 3能分辨人体内器官或组织密度微小的变化 二 X线 CT成像原理 CT如何工作 重建 后处理 数据获取 X ray发生 体层 进行扫描时 通过受检体的X射线束是一个薄层 即体层 slice 层厚与束高相对应 决定了体素的高度 层厚在扫描野的中心处 X射线扫描层的有效高度 层厚和在体层厚度内沿轴向的X射线能量分布情况将影像图像的质量 二 X线 CT成像原理 21 把体层分成很小的体积单位称 voxels 体素 通常体素长和宽都为1mm 与体积相对应 体素的大小在CT图像上的表现即为 pixels 像素 体素 二 X线 CT成像原理 23
5、扫描的方式 平移扫描旋转扫描平移加旋转扫描 投影 Projection 投照受检体后出射X射线束的强度I称为投影 投影的数值称为投影值 投影值的空间分布 称为投影函数 获取的投影就是运用扫描技术而采集到的数据 Example Projection Sinogram IdealImage Projection Projection 近似单能窄束的X射线束 cont 获取方法是配准直器 准直器可理解为允许X射线通过的细长狭窄通道 通过准直器后的X射线称为窄束X射线 根据X射线通过介质时衰减的物理规律 通过对受检体扫描 测出足够多的投影值 运用一定的数学方法求解成像剖面上衰减系数的分布 从而得到CT
6、图像 二 X线 CT成像原理 28 朗勃 比尔 Lambert Beer 定律 单能窄束X射线强度透射均匀介质时强度衰减的规律符合朗勃 比尔 Lambert Beer 定律 CT影像形成 A D A 二 X线 CT成像原理 I为穿过某一物质后的X射线强度 I0为射入该物质之前的X射线强度 为该物质的吸收系数 不同物质的 值不同 由物质的物理特性决定 X为该物质的厚度 二 X线 CT成像原理 测试到衰减后的X线值 转换成CT值并传送到计算机 CT影像形成 Matrix 矩阵 二 X线 CT成像原理 CT影像的像素值如何计算出来 1 二 X线 CT成像原理 通过射线方向上的投影值 来计算各像素的衰
7、减系数值 CT影像的像素如何计算出来 2 直接矩阵求解法逐次近似法 迭代法 总和法 反投影法 卷积反投影法 二 X线 CT成像原理 反投影法 总和法 backprojection 二 X线 CT成像原理 反投影法又称总和法 累加法 此法是利用投影数值法近似的复制出 的二维分布 定性地说明反投影法的原理就是 沿投影路径的反方向 把所得投影的数值反投回投影路径上的各体素中去 求出各体素的 值而实现图像重建的方法 反投影重建原理 反投影法会产生晕状效应 二 X线 CT成像原理 滤波反投影法 卷积反投影法 filteredbackprojection 为了消除反投影法重建图像中的边缘失锐 在实际中采用
8、是滤波反投影法 或卷积反投影法 此方法是把获得的投影函数做卷积处理 即人为设计一种滤波函数 用它对所得投影函数进行改造 而后用这些经改造过的投影函数进行重建 以达到消除伪影的目的 二 X线 CT成像原理 滤波反投影重建 滤波反投影法 二 X线 CT成像原理 滤波后的剖面数据由下列公式得出 滤波反投影法消除了晕状伪影 CT中最常用的成像计算方法就是 滤波反投影法 二 X线 CT成像原理 CT值与灰度显示 1 CT机中的X射线强度测量是相对测量 也就是测得的是 值的相对值 或者说是 值的对比度 CT值是把 值对比度加以标准化而引入的量 二 X线 CT成像原理 二 X线 CT成像原理 CT值CT影像
9、中每个像素所对应的物质X射线线性平均衰减量大小的表示 实际中 均以水的衰减系数 水作为标准 若某种物质的衰减系数为 则与其对应的CT值由下式给出 CT值与灰度显示 2 CT值的单位为 Hu Hounsfieldunit 或H 规定 水为能量为73keV的X射线在水中的线性衰减系数 水 19m 1 定义式中的k称为分度因数 实际中取k 1000 按此定义 水的CT值为0 空气的CT值为 1000 致密骨的CT值约为1000 二 X线 CT成像原理 44 二 X CT成像原理 灰度显示 在图像上 表现各像素黑白或明暗程度的量 1000 0 1000 45 扫描方式 传统CT扫描方式 三 传统X C
10、T的扫描方式 46 单束平移 旋转 T R 方式 第一代CT 特点 直线笔形扫描束单一探测器一次平移获得240个数据每次旋转1度共重复180次检测一个层面4 5min 47 窄扇形束扫描平移 旋转 T R 方式 特点 直线多路笔形扫描束探测器3 52个每次旋转3 30度检测一个层面20 120S 第二代CT 48 旋转 旋转 R R 方式 特点 扇形扫描束连续或脉冲方式的X射线环形阵列探测器300 800个每次旋转360度检测一个层面3 5S 第三代CT 49 静止 旋转 S R 方式 特点 扇形扫描束连续或脉冲方式的X射线环形整圈探测器探测器共600 1500个球管每次旋转360度检测一个层
11、面1 5S 第四代CT 50 传统CT扫描的缺撼 三 X线 CT的扫描方式 第五代CT 实现对动态器官的扫描采用电子控制的非机械式同步扫描 动态空间重现机DSR 特点 28个球管排成半圆形160度相对的有28个视频成像系统荧光屏 电视摄像系统使用电扫描方式控制球管依次曝光每10毫秒可采集14幅图像1S内重复60次 可达840幅图像 DynamicSpatialReconstructor 三 X线 CT的扫描方式 第五代CT 超高速CT扫描机 电子速CT UFCT UltrafastCTScannerEBIS ElectronicBeamImagingSystem 4个紧挨的环状钨靶 半径90C
12、M 围成210度两排环形探测器阵列 半径67 5CM 围成210度第一个环864个探测器 第二个环432个探测器 电子束扫描示意图 四 X线 CT的一些基本参数 CT值 Hounsfield值 以上是相关组织的CT值 单位为Hounsfieldunit HU 从公式得知 水的CT值为0空气为 1000其他组织的值是根据水的相对值计算出来的 CT图像是灰度图像 所以 单位为HU 若图像的宽度X 图像的高度Y X Y即为像素总和 四 X线 CT的一些基本参数 CT图像的像素表示 像素和像素值 数字图像是用点阵来表示的 点称为像素 点的亮度 灰度图像 或颜色 彩色图像 用像素值来表示 灰度图像的像素
13、表示 彩色图像的像素表示 RGB三元色 CT值的定义范围从 1000到 1000 但人眼仅能分辨30 40级灰阶 窗口必须根据相关显象组织来设置 LungWindow肺窗 MediastinumWindow 纵隔窗 软组织窗 窗口技术 窗位和窗宽 四 X线 CT的一些基本参数 Windowwidth窗宽 W 选择窗位的灰阶范围 Windowcenter窗位 C 整个CT值范围内某一所选定的位置 确定的图像显示则以该CT值为中心 四 X线 CT的一些基本参数 NarrowWindowWidth窄窗宽 BroadWindowWidth宽窗宽 窄窗宽 适用于软组织部位 如脑和腹部 但窗宽以外的结构就
14、不能正确的被反映出来 宽窗宽 适用于对比度较大的部位 如肺和骨骼 密度差别较小的组织不易显示 四 X线 CT的一些基本参数 双窗技术 把两种CT值相差较大的组织在同一窗口中显示 例如肺和纵隔 软组织 四 X线 CT的一些基本参数 双窗技术 一幅图像上同时观测肺和纵隔 双窗不推荐用于诊断 四 X线 CT的一些基本参数 LungWindow肺窗 MediastinumWindow纵隔窗 DoubleWindow双窗 Image2 仅观察肺 Image1 同时观察肺 胸腔和纵隔 Image3 仅观察纵隔和胸腔 四 X线 CT的一些基本参数 四 X线 CT的一些基本参数 分辨率 显示分辨率 包括显示器
15、分辩率和胶片分辨率对比度 密度分辨 contrast DensityResolution 空间分辨率 SpatialResolution 四 X线 CT的一些基本参数 对比度 表示不同物质密度差异 或对X射线透射度微小差异的量 表现在图像上 是灰度间黑白程度的对比 相对对比度 四 X线 CT的一些基本参数 对比度 密度分辨率 CT像表现不同物质的密度差异的能力 常用能分辨的最小对比的数值表示 典型CT对比度分辨率为0 1 1 影响因素 X射线能量噪声窗宽窗位的选择 CT机检测对比度分辨力的方法 给低密度体膜做CT 然后对其CT像做主观的视觉评价 四 X线 CT的一些基本参数 线度与对比度 高对
16、比度下 即物体与周围环境的线形衰减系数差别较大时 物体线度不是很大时 就可能被识别和分辨出来 低对比度下 即物体与周围环境的线形衰减系数差别较小时 物体线度需较大时 才可能被识别和分辨出来 高对比度分辨力 在HighContrast情况下区分相邻最小物体的能力 又称 HighContrastResolution 常用多少线对 厘米 即LP CM来表示 四 X线 CT的一些基本参数 高对比度 物体与周围环境的X射线线形衰减系数差别的相对值大于10 低对比度情况下分辨物体微小差别的能力 又称 LowContrastResolution 受影像清晰度 噪声影响 低对比度分辨力 四 X线 CT的一些基本参数 低对比度 物体与周围环境的X射线线形衰减系数差别的相对值小于1 空间分辨率 CT像分辨两个距离很近的微小组织结构的能力 是空间分布上表征图像分辨物体细节的能力 轴向分辨率 由层厚决定 传统CT 3 15mm 多层CT 0 6mm左右 横向分辨率 由束高 束宽 准直器孔径 决定 0 5mm左右 检测空间分辨率的方法 用高密度模体做CT 然后对其CT像做主观视觉评价 69 空间分辨率 清晰度
