X-CT成像原理課件

1、第七章第七章 現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)影像設(shè)備現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)影像設(shè)備 生物醫(yī)學(xué)電子及設(shè)備學(xué)生物醫(yī)學(xué)電子及設(shè)備學(xué)信息與通信工程學(xué)院姓名：姓名： 第三第三 X 射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像 (X-ray computed tomography, X-CT) X線計(jì)算機(jī)斷層攝影 X射線發(fā)現(xiàn)后的七八十年中技術(shù)有了許多進(jìn)步，但始終沒有解決兩個(gè)根本性的問題。 一是常規(guī)X射線攝影使人體的三維結(jié)構(gòu)通過投影后顯示在一個(gè)二維的平面上，造成器官重疊，讀片困難； 二是無論是熒光屏還是X射線膠片，其固有的分辨率都比較差?？偟膩碚f，投影X射線成像系統(tǒng)對(duì)軟組織的分辨能力是比較差的。 X射線計(jì)算機(jī)斷層成像（Xray com

2、puted tomography，簡(jiǎn)稱XCT）從根本上克服了上述困難，是80多年來X射線診斷學(xué)上的一次重大突破。X射線成像原理CT發(fā)展簡(jiǎn)史 1895年，倫琴發(fā)現(xiàn)X射線 （諾貝爾獎(jiǎng)） 1917年，奧地利數(shù)學(xué)家Radon提出圖像重建理論的數(shù)學(xué)方法 1961年，天文學(xué)家Oledendorf做了一個(gè)稱為“旋轉(zhuǎn)平移”的試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了最早的圖像重建 1963年，美國教授cormark進(jìn)一步發(fā)展了從X線投影重建圖像的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)方法（79年諾貝爾獎(jiǎng)） 19671970年，hounsfield提出了斷層的方法（79年諾貝爾獎(jiǎng)）19721972年年 CTCT正式應(yīng)用于臨床正式應(yīng)用于臨床 19741974年年 全身全身

3、CTCT應(yīng)用于臨床應(yīng)用于臨床 19781978年年 國內(nèi)開始引進(jìn)國內(nèi)開始引進(jìn)CTCT 1983 1983年年 電子束電子束CTCT（EBCTEBCT）研制成功）研制成功 19891989年年 螺旋螺旋CTCT應(yīng)用于臨床應(yīng)用于臨床 19931993年年 雙排雙排CTCT研制成功研制成功 19981998年年 多層螺旋多層螺旋CTCT應(yīng)用于臨床應(yīng)用于臨床 20002000年年 采集采集8 8層的螺旋層的螺旋CTCT問世問世 20022002年年 采集采集1616層的螺旋層的螺旋CTCT問世問世 20042004年年 采集采集6464層的螺旋層的螺旋CTCT問世問世CT發(fā)展簡(jiǎn)史 X射線被準(zhǔn)直后成為一

4、條很窄的射線束。當(dāng)X射線管沿一個(gè)方向平移時(shí)，與之相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器也跟著作平移運(yùn)動(dòng)。這樣，射線束就對(duì)整個(gè)感興趣的平面進(jìn)行了一次掃描，檢測(cè)器接收到了與臟器衰減系數(shù)直接相關(guān)的投影數(shù)據(jù)?；驹?一次掃描過程結(jié)束后，整個(gè)X射線源及檢測(cè)器系統(tǒng)將沿圓弧旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度（如每次旋轉(zhuǎn)1），然后再重復(fù)平移掃描過程，直至在整個(gè)180圓周上掃描一遍。當(dāng)把全部投影數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)后，就可以通過圖像重建算法來重構(gòu)關(guān)于探測(cè)平面的二維圖像，圖像的灰度值與組織的衰減系數(shù)相對(duì)應(yīng)。這就是X-CT的基本工作原理。 基本原理普通普通X X射線影像的缺點(diǎn)射線影像的缺點(diǎn)X X射線穿透不同密度和厚度組織結(jié)構(gòu)后的總和投影射線穿透不同密度和厚度組織結(jié)

5、構(gòu)后的總和投影 Computed tomography X XCTCT是運(yùn)用物理技術(shù)，以是運(yùn)用物理技術(shù)，以測(cè)定測(cè)定X X射線在人體內(nèi)的衰減系數(shù)射線在人體內(nèi)的衰減系數(shù)為基礎(chǔ)，采用為基礎(chǔ)，采用數(shù)學(xué)方法，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，求解出衰減系數(shù)值在人體某剖面上的二維分布數(shù)學(xué)方法，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，求解出衰減系數(shù)值在人體某剖面上的二維分布矩陣，轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像畫面上的灰度分布，從而實(shí)現(xiàn)重新建立斷面圖像的現(xiàn)代矩陣，轉(zhuǎn)變?yōu)閳D像畫面上的灰度分布，從而實(shí)現(xiàn)重新建立斷面圖像的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。X XCTCT像的像的本質(zhì)本質(zhì)是衰減系數(shù)成像是衰減系數(shù)成像指導(dǎo)思想指導(dǎo)思想：如何確定衰減系數(shù)值：如何確定衰減系數(shù)值在人體某剖面上

6、的二維分布在人體某剖面上的二維分布31 X-CT成像原理成像原理體層、體素體層、體素體層、體素、像素體層、體素、像素體層（斷層）體層（斷層）：受檢體中的一個(gè)薄層受檢體中的一個(gè)薄層像素像素(pixel)(pixel)：構(gòu)成圖像的基本單元：構(gòu)成圖像的基本單元, ,體素的平均密度決定其灰度值。體素的平均密度決定其灰度值。 像素越多，像素就越小，畫面越細(xì)膩像素越多，像素就越小，畫面越細(xì)膩 ，攜帶的生物信息量越多，攜帶的生物信息量越多體素體素（voxel)voxel)：成像的體層分成：成像的體層分成按矩陣排列的若干個(gè)小基本體元按矩陣排列的若干個(gè)小基本體元體積：長體積：長寬寬高高一般體素的大小：一般體素的

7、大?。洪L和寬：長和寬：1 12mm2mm高（體層厚）：高（體層厚）：3 310mm10mm體素劃分：體素劃分：256256256256（=65536=65536個(gè)體素）；個(gè)體素）；512512512512（=262144=262144）一、投影采集與圖象重建一、投影采集與圖象重建掃描掃描：用：用X X射線束以不同方式、按一定順序、沿不同方向?qū)w層進(jìn)行投照，射線束以不同方式、按一定順序、沿不同方向?qū)w層進(jìn)行投照，并用高靈敏度的探測(cè)器接受出射并用高靈敏度的探測(cè)器接受出射X X射線的強(qiáng)度射線的強(qiáng)度 。1 1、掃描與投影、掃描與投影投影投影：投照受檢體后出射：投照受檢體后出射X X線束的強(qiáng)度；投影值的

8、分布為投影函數(shù)線束的強(qiáng)度；投影值的分布為投影函數(shù)2 2、窄束、窄束X X射線的獲取射線的獲取準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器：允許：允許X X射線通過的細(xì)長狹窄通道射線通過的細(xì)長狹窄通道3 3、圖象重建、圖象重建美國物理學(xué)家科馬克美國物理學(xué)家科馬克(A.M Cormack,1963)(A.M Cormack,1963)通過模擬實(shí)驗(yàn)，提出用通過模擬實(shí)驗(yàn)，提出用X X射線射線投影數(shù)據(jù)重建人體斷層圖像投影數(shù)據(jù)重建人體斷層圖像的數(shù)學(xué)方法。的數(shù)學(xué)方法。像素像素二、二、CTCT成像的物理基礎(chǔ)成像的物理基礎(chǔ)IIlnx1eII0 x0注意：注意：X X為組織厚度，為組織厚度，是物體種類和是物體種類和X X射線能量的函數(shù)射線能量的

9、函數(shù)1 1、 均勻物質(zhì)對(duì)均勻物質(zhì)對(duì)X X射線的吸收規(guī)律：射線的吸收規(guī)律： 33)(hZ組織的線性衰減系數(shù)：2 2、 X X射線束通過非均勻物質(zhì)射線束通過非均勻物質(zhì)1 2 3 nxI0InI1 = I0e(1x)I 2= I1e(2x) In = I0e-(1 + 2+ n)xi 視為均勻視為均勻投影或PIIIIinn0n021lnx1lnx)(dx)x(P1 1、CTCT值值CTCT測(cè)量并計(jì)算測(cè)量并計(jì)算 ，獲取一定數(shù)目體素的，獲取一定數(shù)目體素的值重建圖像值重建圖像 用用CTCT值來作為表達(dá)組織密度的統(tǒng)一單位。值來作為表達(dá)組織密度的統(tǒng)一單位。 以水的吸收系數(shù)（以水的吸收系數(shù)（ w w = 1 =

10、 1 ）為標(biāo)準(zhǔn)，各組織對(duì)）為標(biāo)準(zhǔn)，各組織對(duì)X X射線的吸收系數(shù)射線的吸收系數(shù)與與水的吸收系數(shù)水的吸收系數(shù)w w的相對(duì)比值，稱為的相對(duì)比值，稱為CTCT值。值。CTCT可以識(shí)別可以識(shí)別吸收系數(shù)吸收系數(shù)千分之五的千分之五的差異。差異。3 3、CTCT值與灰度顯示值與灰度顯示ww KCT值K=1000 K=1000 為分度因數(shù)為分度因數(shù)CTCT值的單位是值的單位是 Hu Hu 或或H H（亨）（亨） 水 骨 空氣 1.0 2.0 0CT值 0 +1000 1000病變病變CTCT值值 可鑒別病變的性質(zhì)可鑒別病變的性質(zhì) 如肝囊腫如肝囊腫 0 015H15H2. 灰度顯示灰度顯示CTCT值與灰度對(duì)應(yīng)值與

11、灰度對(duì)應(yīng)腦內(nèi)出血區(qū)呈高密度影，腦內(nèi)出血區(qū)呈高密度影，CTCT值約值約454590Hu90Hu之間之間實(shí)質(zhì)性腫瘤實(shí)質(zhì)性腫瘤CTCT表現(xiàn)為表現(xiàn)為高密度影高密度影囊性腫瘤為低密度影囊性腫瘤為低密度影三、圖像重建的數(shù)學(xué)方法三、圖像重建的數(shù)學(xué)方法1、聯(lián)立方程式法聯(lián)立方程式法2、迭代法、迭代法2 2、反投影法、反投影法3、濾波反投影法、濾波反投影法（Filtered back projection) 也稱為卷積反投影法也稱為卷積反投影法(convolution back projection,CBP)反投影法反投影法得到的圖像四周伴有星得到的圖像四周伴有星狀偽像；狀偽像；濾波反投影濾波反投影在反投影之前，

12、用濾在反投影之前，用濾波函數(shù)與反投影信號(hào)相加（卷積波函數(shù)與反投影信號(hào)相加（卷積處理），消滅星狀偽影。處理），消滅星狀偽影。dttxxxx) t ()(u)()()(u表示卷積積分表示卷積積分卷積核卷積核卷積核卷積核：在：在CTCT圖像重建過程中用于濾波反投影的專用函數(shù)，圖像重建過程中用于濾波反投影的專用函數(shù)， 改善像素噪聲和幾何分辨率。改善像素噪聲和幾何分辨率。32 CT掃描機(jī)的結(jié)構(gòu)掃描機(jī)的結(jié)構(gòu):采樣系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng)采樣系統(tǒng)和圖像處理系統(tǒng) 掃描架掃描架控制臺(tái)（顯示）控制臺(tái)（顯示）高壓發(fā)生器高壓發(fā)生器電源控制電源控制 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成像系統(tǒng)的核心成像系統(tǒng)的核心掃描床掃描床一、采樣系統(tǒng)一、

13、采樣系統(tǒng)掃描架掃描架 X X線管線管 準(zhǔn)直器準(zhǔn)直器 探測(cè)器探測(cè)器（1 1）X X線管：線管：功率功率202060kW; 60kW; 高壓高壓8080140kVp140kVp 焦點(diǎn)焦點(diǎn)0.50.52.0mm2.0mm; ; 掃描持續(xù)時(shí)間掃描持續(xù)時(shí)間3030 60s 60s高壓氙氣探測(cè)器高壓氙氣探測(cè)器電離室在高壓下充入電離室在高壓下充入2020個(gè)大氣壓的個(gè)大氣壓的惰性氣體氙惰性氣體氙優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；單個(gè)探測(cè)器通道的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；單個(gè)探測(cè)器通道的靈敏度相同。靈敏度相同。缺點(diǎn)：量子效率低；相鄰探測(cè)器之間缺點(diǎn)：量子效率低；相鄰探測(cè)器之間存在縫隙。存在縫隙。閃爍晶體探測(cè)器閃爍晶體探測(cè)器(NaI)(NaI

14、)碘化鈉、碘化鈉、(CsI)(CsI)碘化銫、碘化銫、(CaF2)(CaF2)氟化鈣、氟化鈣、(BGO)(BGO)鍺酸鉍晶體等。鍺酸鉍晶體等。加入微量增光或減少余輝的物質(zhì)（鉈、加入微量增光或減少余輝的物質(zhì)（鉈、銪），與光電倍增管一起使用銪），與光電倍增管一起使用優(yōu)點(diǎn)：探測(cè)效率高優(yōu)點(diǎn)：探測(cè)效率高（2 2）探測(cè)器）探測(cè)器（3 3）準(zhǔn)直器）準(zhǔn)直器 X X線管一側(cè)的準(zhǔn)直器用于減少半影的作用；探測(cè)器一側(cè)線管一側(cè)的準(zhǔn)直器用于減少半影的作用；探測(cè)器一側(cè)的準(zhǔn)直器用于減少散亂射線，并限制斷層厚度。的準(zhǔn)直器用于減少散亂射線，并限制斷層厚度。 準(zhǔn)直器構(gòu)造簡(jiǎn)單，但要求準(zhǔn)確度很高。常見準(zhǔn)直器構(gòu)造簡(jiǎn)單，但要求準(zhǔn)確度很高。

15、常見 CTCT用的準(zhǔn)用的準(zhǔn)直器厚度是直器厚度是2mm2mm，3mm3mm，5mm5mm，8mm8mm，10mm10mm，13mm13mm，準(zhǔn)直器決定，準(zhǔn)直器決定像素的厚度，掃描矩陣決定像素的長度和寬度。像素的厚度，掃描矩陣決定像素的長度和寬度。二、圖像處理系統(tǒng)二、圖像處理系統(tǒng)計(jì)算機(jī)的功能有三個(gè)：計(jì)算機(jī)的功能有三個(gè)：1、根據(jù)掃描系統(tǒng)獲得的原始數(shù)據(jù)，按照建像的數(shù)學(xué)方程編制的軟件程序計(jì)算出圖像矩陣中的參數(shù)；2、將存儲(chǔ)器中的圖像矩陣編入電視掃描程序中，然后在屏幕上顯示出CT圖像；3、控制掃描系統(tǒng)的工作以及控制設(shè)備中的其他動(dòng)作。D/A3 33 CT3 CT掃描方式與設(shè)備掃描方式與設(shè)備平移采集平移采集16

16、0160個(gè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)據(jù)* *旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)180 180 每次掃描共采集每次掃描共采集2880028800個(gè)數(shù)據(jù)；個(gè)數(shù)據(jù)；計(jì)算計(jì)算80808080矩陣的圖像，矩陣的圖像，64006400個(gè)像素；個(gè)像素；一幅圖像約需一幅圖像約需5min5min一次檢查約需一次檢查約需35min 35min 。應(yīng)用范圍：腦應(yīng)用范圍：腦1 1、單束平移、單束平移旋轉(zhuǎn)方式旋轉(zhuǎn)方式 第第1 1代（代（19701970） 一、普通一、普通CT2 2、窄扇形束掃描平移、窄扇形束掃描平移旋轉(zhuǎn)方式旋轉(zhuǎn)方式 第第2 2代（代（19721972） 扇角：扇角：15152020 步幅：步幅：5 51010；X X球管球管1 1個(gè)，個(gè)，檢測(cè)器

17、檢測(cè)器20203030個(gè)個(gè)；一幅圖像需時(shí)一幅圖像需時(shí)202060 s60 s；應(yīng)用范圍：頭部應(yīng)用范圍：頭部一幅圖像需時(shí)約一幅圖像需時(shí)約 5s5s；應(yīng)用范圍：全身（心臟除外）應(yīng)用范圍：全身（心臟除外）3030606030030010001000個(gè)個(gè)3 3、廣角扇束形、廣角扇束形旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)（常用）（常用） 第第3 3代（代（19761976） ：一幅圖像約一幅圖像約需需 2s2s; ; 應(yīng)用范圍：全身。應(yīng)用范圍：全身。特點(diǎn)：掃描時(shí)間短，較好消除運(yùn)動(dòng)偽影。特點(diǎn)：掃描時(shí)間短，較好消除運(yùn)動(dòng)偽影。40040015001500個(gè)檢測(cè)器組成個(gè)檢測(cè)器組成 靜止環(huán)形檢測(cè)器環(huán)靜止環(huán)形檢測(cè)器環(huán)4 4、反扇束形靜

18、止、反扇束形靜止旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)（常用）（常用） 第第4 4代（代（19781978） 第三代與第四代比較第三代與第四代比較(From (From Siemens)Siemens) 傳統(tǒng)傳統(tǒng)CTCT的缺點(diǎn)：的缺點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)部分為往返旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，限制了掃描速度；旋轉(zhuǎn)部分為往返旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，限制了掃描速度；控制電路復(fù)雜；控制電路復(fù)雜；電纜長期作往返纏繞，易發(fā)生折斷，故障不易查找。電纜長期作往返纏繞，易發(fā)生折斷，故障不易查找。二、螺旋二、螺旋CT（1989）1 1、掃描方式與供電方式：、掃描方式與供電方式：掃描方式掃描方式：X X線管繞被查人體勻速單向旋轉(zhuǎn)，人體勻速前進(jìn)線管繞被查人體勻速單向旋轉(zhuǎn)，人體勻速前進(jìn)掃描軌跡

19、為螺旋曲線，故稱螺旋掃描軌跡為螺旋曲線，故稱螺旋CTCT優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：掃描速度高：掃描速度高： 減少運(yùn)動(dòng)偽影減少運(yùn)動(dòng)偽影無采集數(shù)據(jù)遺漏：無采集數(shù)據(jù)遺漏： 容積數(shù)據(jù)，任意位置、容積數(shù)據(jù)，任意位置、 任意方位重建圖像。任意方位重建圖像。供電方式供電方式：滑環(huán)（：滑環(huán)（slip ring) slip ring) ，碳刷在滑環(huán)上運(yùn)動(dòng)完成機(jī)架旋轉(zhuǎn)部，碳刷在滑環(huán)上運(yùn)動(dòng)完成機(jī)架旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分饋電和信號(hào)傳遞，無電纜的纏繞，機(jī)架單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)分與靜止部分饋電和信號(hào)傳遞，無電纜的纏繞，機(jī)架單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)2) 2) 低壓滑環(huán)低壓滑環(huán)：傳遞電壓為數(shù)百伏。：傳遞電壓為數(shù)百伏。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：傳遞電壓低，易處理；高壓電纜短，損耗

20、小。：傳遞電壓低，易處理；高壓電纜短，損耗小。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：高壓電源與：高壓電源與X X線管組合一起旋轉(zhuǎn)，增加旋轉(zhuǎn)部分重量。線管組合一起旋轉(zhuǎn)，增加旋轉(zhuǎn)部分重量。 高壓發(fā)生器高壓發(fā)生器X X線管線管高壓電纜高壓電纜低壓電纜低壓電纜1) 1) 高壓滑環(huán)高壓滑環(huán)：傳遞電壓萬伏以上：傳遞電壓萬伏以上優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：高壓電源放在掃描機(jī)架外部；：高壓電源放在掃描機(jī)架外部；缺點(diǎn)缺點(diǎn)：易發(fā)生高壓放電導(dǎo)致高壓噪聲。影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和圖像質(zhì)量：易發(fā)生高壓放電導(dǎo)致高壓噪聲。影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和圖像質(zhì)量高壓高壓電源電源X X線管線管高壓電纜高壓電纜單層探測(cè)器多層探測(cè)器X X 光管X X 光管2 2、多層面掃描螺旋、多層面掃描螺旋

21、CTCT（19981998）單層螺旋單層螺旋CTCT：線束寬度近似于層厚；線束寬度近似于層厚；多層螺旋多層螺旋CTCT：線束以線束以X X射線管為頂點(diǎn)，呈四棱錐形射線管為頂點(diǎn)，呈四棱錐形檢測(cè)器結(jié)構(gòu)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：?jiǎn)闻?、多排（：?jiǎn)闻?、多排?464）、等寬、不等寬）、等寬、不等寬1 1、動(dòng)態(tài)空間掃描、動(dòng)態(tài)空間掃描 2828個(gè)個(gè)X X線管（半圓），線管（半圓），2828個(gè)檢測(cè)器（半圓）；個(gè)檢測(cè)器（半圓）；電子開關(guān)控制輪流發(fā)射電子開關(guān)控制輪流發(fā)射X X射線脈沖束；射線脈沖束；時(shí)間時(shí)間1s1s 。應(yīng)用范圍：心、肺動(dòng)態(tài)器官應(yīng)用范圍：心、肺動(dòng)態(tài)器官三、超高速掃描三、超高速掃描 第第5 5代代（19871987

22、） 2 2、電子束掃描、電子束掃描鐘形鐘形X X射線管和靜止排列的檢測(cè)器環(huán)射線管和靜止排列的檢測(cè)器環(huán)時(shí)間約時(shí)間約 10ms10ms應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： 心、肺等動(dòng)態(tài)器官心、肺等動(dòng)態(tài)器官CTCT的優(yōu)缺點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1、真正斷面像：準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直，無層面外組織結(jié)構(gòu)干擾；、真正斷面像：準(zhǔn)直系統(tǒng)準(zhǔn)直，無層面外組織結(jié)構(gòu)干擾； 軟件處理重建，獲得診斷所需多方位像。軟件處理重建，獲得診斷所需多方位像。2 2、密度分辨力高：嚴(yán)格準(zhǔn)直，靈敏探測(cè)器；、密度分辨力高：嚴(yán)格準(zhǔn)直，靈敏探測(cè)器； 窗口技術(shù)，灰階可調(diào)節(jié)；窗口技術(shù)，灰階可調(diào)節(jié)； 無斷層外干擾。無斷層外干擾。3 3、可做定量分析：測(cè)量、可做定量分析：

23、測(cè)量值，定量分析。值，定量分析。局限性：局限性：1 1、空間分辨力仍低于常規(guī)、空間分辨力仍低于常規(guī)X X線檢查；線檢查；2 2、不是所有臟器都適合、不是所有臟器都適合CTCT檢查（如空腔性臟器、胃腸道）檢查（如空腔性臟器、胃腸道）3 3、CTCT定位、定性診斷的準(zhǔn)確性仍受各種因素的影響定位、定性診斷的準(zhǔn)確性仍受各種因素的影響 （病變部位、大小、性質(zhì)、病程長短）；（病變部位、大小、性質(zhì)、病程長短）；4 4、不能反映臟器的功能、生化信息、不能反映臟器的功能、生化信息 （基本上只反映解剖學(xué)方面的性質(zhì)）。（基本上只反映解剖學(xué)方面的性質(zhì)）。34 X-CT圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)用物理學(xué)、影像學(xué)原理用

24、物理學(xué)、影像學(xué)原理檢測(cè)、評(píng)價(jià)設(shè)備性能檢測(cè)、評(píng)價(jià)設(shè)備性能主要有：分辨率、噪聲、均勻性等參數(shù)主要有：分辨率、噪聲、均勻性等參數(shù)評(píng)價(jià)方法評(píng)價(jià)方法：在臨床應(yīng)用條件下對(duì)：在臨床應(yīng)用條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試體模標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試體模作斷層掃描，采集影像作斷層掃描，采集影像數(shù)據(jù)，用物理學(xué)方法做數(shù)據(jù)分析處理，根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，用物理學(xué)方法做數(shù)據(jù)分析處理，根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)量值相對(duì)于測(cè)量值相對(duì)于標(biāo)稱值的偏差標(biāo)稱值的偏差評(píng)定是否合格，并進(jìn)行校正、維修評(píng)定是否合格，并進(jìn)行校正、維修一、圖像的主要質(zhì)量參數(shù)一、圖像的主要質(zhì)量參數(shù)1 1、對(duì)比度及對(duì)比度分辨力、對(duì)比度及對(duì)比度分辨力對(duì)比度：對(duì)比度：不同物質(zhì)的密度差異不同物質(zhì)的密度差異X X射

25、線透射差異射線透射差異 像素灰度間的黑白程度的對(duì)比像素灰度間的黑白程度的對(duì)比%100bbbaCTa值為兩體素之間的、定義式：設(shè)對(duì)比度分辨力（密度分辨力）：對(duì)比度分辨力（密度分辨力）： 將一定大小的細(xì)節(jié)從背景中鑒別出來的能力。將一定大小的細(xì)節(jié)從背景中鑒別出來的能力。檢測(cè)方法：檢測(cè)方法：低密度體模（單位低密度體模（單位 mmmm） 影響因素：影響因素： 噪聲噪聲像顆粒度像顆粒度對(duì)比度分辨力對(duì)比度分辨力； 被照物細(xì)節(jié)被照物細(xì)節(jié)對(duì)比度分辨力對(duì)比度分辨力； X X射線劑量射線劑量信噪比信噪比對(duì)比度分辨力對(duì)比度分辨力 窗寬、窗位的選擇窗寬、窗位的選擇2 2、低對(duì)比度分辨力和高對(duì)比度分辨力、低對(duì)比度分辨力和

26、高對(duì)比度分辨力低對(duì)比度分辨力：低對(duì)比度分辨力：細(xì)節(jié)與背景之間具有低對(duì)比度時(shí)，能使細(xì)節(jié)從背景中鑒別出來的能力。細(xì)節(jié)與背景之間具有低對(duì)比度時(shí)，能使細(xì)節(jié)從背景中鑒別出來的能力。條件：物體（細(xì)節(jié)）與均質(zhì)環(huán)境的吸收系數(shù)差別的相對(duì)值條件：物體（細(xì)節(jié)）與均質(zhì)環(huán)境的吸收系數(shù)差別的相對(duì)值 1% 1% 或或 CTCT10Hu10HuX-CT: 0.5X-CT: 0.51% 1% 普通普通X X線片：線片：5% 5% 低對(duì)比度分辨力低對(duì)比度分辨力CTCT優(yōu)于優(yōu)于X X片片 低對(duì)比度分辨力高是低對(duì)比度分辨力高是X-CTX-CT的優(yōu)勢(shì)！的優(yōu)勢(shì)！原因：原因： CTCT與普通與普通x x線攝影比較線攝影比較 無重疊干擾；無

27、重疊干擾； 高度準(zhǔn)直，散射線少；高度準(zhǔn)直，散射線少； 探測(cè)器比膠片靈敏。探測(cè)器比膠片靈敏。影響因素：影響因素： 探測(cè)器孔徑（射線采樣寬度）探測(cè)器孔徑（射線采樣寬度）空間分辨力空間分辨力 間距（采樣間隔）間距（采樣間隔） 空間分辨力空間分辨力 圖像重建算法（濾波函數(shù)的選擇）。圖像重建算法（濾波函數(shù)的選擇）。高對(duì)比度分辨力：高對(duì)比度分辨力：在高對(duì)比度條件下，將一定大小的細(xì)節(jié)從背景中鑒別出來的能力。在高對(duì)比度條件下，將一定大小的細(xì)節(jié)從背景中鑒別出來的能力。條件：物體（細(xì)節(jié)）與均質(zhì)環(huán)境的吸收系數(shù)差別的相對(duì)值條件：物體（細(xì)節(jié)）與均質(zhì)環(huán)境的吸收系數(shù)差別的相對(duì)值 10%10%； 或或CTCT100Hu100

28、Hu 3 3、空間分辨力：、空間分辨力： 在高對(duì)比度條件下，鑒別兩個(gè)距離很近的微小組織或病灶的能力。在高對(duì)比度條件下，鑒別兩個(gè)距離很近的微小組織或病灶的能力。體素體素 （矩陣越大）（矩陣越大）空間分辨力空間分辨力空間分辨力取決于空間分辨力取決于檢測(cè)器有效受照檢測(cè)器有效受照寬寬度（與線束度（與線束寬寬度相對(duì)應(yīng)）度相對(duì)應(yīng)）檢測(cè)器有效受照檢測(cè)器有效受照高高度（與線束度（與線束高高度相對(duì)應(yīng)）度相對(duì)應(yīng)） 空間分辨力的檢測(cè)：高密度測(cè)試體?？臻g分辨力的檢測(cè)：高密度測(cè)試體模 線對(duì)數(shù)線對(duì)數(shù)LP/Cm; LP/Cm; 分辨最小圓孔的直徑（分辨最小圓孔的直徑（mm) mm) 普通普通X X光片光片：0.10.10.

29、2mm (0.2mm (膠片顆粒尺寸）；膠片顆粒尺寸）； X-CTX-CT： 1 12mm2mm核素成像核素成像： 5 510mm10mm對(duì)骨骼和胸腔等高對(duì)比度器官的檢查，對(duì)骨骼和胸腔等高對(duì)比度器官的檢查，X XCTCT尚不能代替普通尚不能代替普通X X光攝影光攝影圖像中可觀察到的光密度的隨機(jī)變化。圖像中可觀察到的光密度的隨機(jī)變化。X X光機(jī)噪聲主要由三個(gè)來源：光機(jī)噪聲主要由三個(gè)來源：量子統(tǒng)計(jì)噪聲量子統(tǒng)計(jì)噪聲(92%)(92%)：X X光量子統(tǒng)計(jì)漲光量子統(tǒng)計(jì)漲落在照片上記錄的反映；落在照片上記錄的反映；散射噪聲：主要是康普頓散射線；散射噪聲：主要是康普頓散射線；系統(tǒng)電子學(xué)的熱噪聲系統(tǒng)電子學(xué)的熱

30、噪聲圖像表現(xiàn)：斑點(diǎn)、細(xì)粒、網(wǎng)紋、雪花點(diǎn)圖像表現(xiàn)：斑點(diǎn)、細(xì)粒、網(wǎng)紋、雪花點(diǎn)信噪比信噪比(signal to noise ratio, SNR)(signal to noise ratio, SNR)評(píng)價(jià)指標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)NSSNR 圖像信號(hào)幅度圖像信號(hào)幅度噪聲幅度噪聲幅度噪聲對(duì)低對(duì)比度的結(jié)構(gòu)影響較明顯噪聲對(duì)低對(duì)比度的結(jié)構(gòu)影響較明顯 4、圖像噪聲與、圖像噪聲與X射線劑量射線劑量12nTCCTi（量子）噪聲表示給定區(qū)域的各（量子）噪聲表示給定區(qū)域的各CTCT值值對(duì)其平均值的變化量（由探測(cè)器檢測(cè)對(duì)其平均值的變化量（由探測(cè)器檢測(cè)到的到的X X線數(shù)量的波動(dòng)引起）。是一種線數(shù)量的波動(dòng)引起）。是一種隨機(jī)的干擾信號(hào)。

31、隨機(jī)的干擾信號(hào)。高劑量掃描高劑量掃描極低劑量掃描極低劑量掃描03/hDwBcw w：像素大??；：像素大?。籬 h：斷層厚度：斷層厚度：D D0 0：最大皮膚劑量：最大皮膚劑量( (只要診斷許可，盡量采用大劑量條件）只要診斷許可，盡量采用大劑量條件）C C：描述劑量效率的常數(shù)；：描述劑量效率的常數(shù)；B B：射線衰減（性能）因數(shù)：射線衰減（性能）因數(shù)噪聲標(biāo)準(zhǔn)差噪聲標(biāo)準(zhǔn)差在掃描野中，均質(zhì)體各局部在在掃描野中，均質(zhì)體各局部在CTCT圖像上顯示出圖像上顯示出CTCT值得一致性值得一致性勻質(zhì)體各局部區(qū)域平均勻質(zhì)體各局部區(qū)域平均CTCT值值 偏離程度偏離程度均勻性均勻性影響因素：圖像噪聲；影響因素：圖像噪聲；X X射線束硬化射線束硬化5 5、均勻性、均勻性測(cè)量中央和邊緣取五個(gè)面積相等的測(cè)量中央和邊緣取五個(gè)面積相等的ROIROI的的CTCT值；值；計(jì)算兩兩之間計(jì)算兩兩之間CTCT值的最大偏離值的最大偏離CTCTm m#本例本例 CTm#=3.7HU國際評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：國際評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)： CTm# 5HU- 1.0- 2.10.5- 1.3- 3.26 6、空間分辨力、對(duì)比度分辨力、噪聲、均勻度和、空間分辨力、對(duì)比度分辨力、噪聲、均勻度和X X射線劑量之間的關(guān)系射線劑量之間