第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像

1、1CT ( Computed Tomography ) 計(jì)算機(jī)斷層攝影計(jì)算機(jī)斷層攝影23456 X-Rays的發(fā)現(xiàn). 107 年前年前, Wilhelm Conrad Roentgen, 德國科學(xué)家德國科學(xué)家, 發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了x-rays. 7看到人體內(nèi)部結(jié)構(gòu). 但解剖結(jié)構(gòu)是重疊的。但解剖結(jié)構(gòu)是重疊的。 而且軟組織是不能區(qū)分的。而且軟組織是不能區(qū)分的。人們破天荒頭一次能無損傷看人們破天荒頭一次能無損傷看到人體內(nèi)部的解剖結(jié)構(gòu)！到人體內(nèi)部的解剖結(jié)構(gòu)！8在在 1972, 兩位科學(xué)家兩位科學(xué)家 - Hounsfield and Ambrose- 推出第一推出第一幅臨床幅臨床CT圖像圖像 . CT 消除了

2、消除了 這些障礙這些障礙.9CT 的歷史的歷史v1917年奧地利數(shù)學(xué)家雷當(dāng)（年奧地利數(shù)學(xué)家雷當(dāng)（Radon）：根據(jù)面投影到線并重建圖像的計(jì)）：根據(jù)面投影到線并重建圖像的計(jì)算公式。算公式。 v1963年美國物理學(xué)家柯馬克（年美國物理學(xué)家柯馬克（A.M.Cormack）：在）：在“應(yīng)用物理雜志應(yīng)用物理雜志”（Journal of Applied Physics）上發(fā)表了二篇題為）上發(fā)表了二篇題為“用線積分表示一函用線積分表示一函數(shù)的方法及其在放射學(xué)上的應(yīng)用數(shù)的方法及其在放射學(xué)上的應(yīng)用”的系列文章。的系列文章。 v1967年至年至1970年間英國年間英國EMI公司的工程師豪斯菲爾德公司的工程師豪斯菲

3、爾德（G.N.Hounsfield）研制成功世界上第一臺(tái)用于醫(yī)學(xué)臨床的）研制成功世界上第一臺(tái)用于醫(yī)學(xué)臨床的X線線CT掃描掃描機(jī)，于機(jī)，于1971年年9月被安裝在倫敦的月被安裝在倫敦的Atkinson-Morleys醫(yī)院。醫(yī)院。 v1972年利用這臺(tái)年利用這臺(tái)X線線CT首次為一名婦女診斷出腦部的囊腫，并取得了世首次為一名婦女診斷出腦部的囊腫，并取得了世界上第一張界上第一張CT照片。照片。 v1974年美國年美國George-town大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的Ledly研制成第一臺(tái)全身研制成第一臺(tái)全身CT掃掃描機(jī)。描機(jī)。 v為此為此Hounsfield和和Cormack共同獲得了共同獲得了197

4、9年的年的諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。諾貝爾生理和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 v 10CT會(huì)是什么樣會(huì)是什么樣?1112 但耗時(shí)太長但耗時(shí)太長(10 分分 / 幅幅)。 且分辨率尚需提高。且分辨率尚需提高。所以我們能看到所以我們能看到 斷層解剖結(jié)構(gòu)斷層解剖結(jié)構(gòu) & 且?guī)в胁煌芏惹規(guī)в胁煌芏热梭w被人體被“切成切成”一層、一層一層、一層. 13CT影像質(zhì)量的進(jìn)步影像質(zhì)量的進(jìn)步.SIRETOM (1974)SOMATOM Plus 4 UFC (1996)143D Face (threshold: -400 HU)3D Head (threshold: 150 HU)3D圖像的合成圖像的合成1516CT 如何工作如何工作

5、?重建重建 & 后處理后處理數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 獲取獲取X-ray 發(fā)生發(fā)生171819CT掃描形成 - “slice(體層)” 20把體層分成很小的體積單位稱把體層分成很小的體積單位稱 “voxels(體素體素)” 通常體素長和通常體素長和寬都為寬都為1mm, 與體積相對(duì)應(yīng)；與體積相對(duì)應(yīng)； 體素的大小在體素的大小在CT圖像上的表現(xiàn)圖像上的表現(xiàn)即為即為 “pixels(像素像素)”。CT影像形成 “Voxel(體素)” 21掃描掃描22掃描掃描232425262728數(shù)字矩陣以相應(yīng)灰階轉(zhuǎn)換成黑白影像。數(shù)字矩陣以相應(yīng)灰階轉(zhuǎn)換成黑白影像。CT影像形成 - A/D/A* 29為穿過某一物質(zhì)后的為穿過某一物質(zhì)后

6、的X射射線強(qiáng)度；線強(qiáng)度； 為射入該物質(zhì)之前的為射入該物質(zhì)之前的X射線強(qiáng)度；射線強(qiáng)度； 為該物質(zhì)的吸收系數(shù)為該物質(zhì)的吸收系數(shù)（不同物質(zhì)的（不同物質(zhì)的值不同，值不同，由物質(zhì)的物理特性決定）；由物質(zhì)的物理特性決定）； 為該物質(zhì)的厚度；為該物質(zhì)的厚度； I I0 XdxIdIxoeIICT影像的像素值由什么來決定影像的像素值由什么來決定？30測(cè)試到衰減后的測(cè)試到衰減后的X線值線值, 轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成CT值并傳送到計(jì)算機(jī)。值并傳送到計(jì)算機(jī)。CT影像形成 - “Matrix(矩陣)” 35 3639343331 34 33 35 323180 85 907831 N1 N2 N3 Nn 1 1 2 2 3 3

7、 n n xxxm m xI I0 0 I In n I Im-1m-1 I Im m xCT影像的像素值如何計(jì)算出來？影像的像素值如何計(jì)算出來？(1)ln(01nniiIIdP32CT影像的像素如何計(jì)算出來？影像的像素如何計(jì)算出來？(2)3746253154 直接矩陣求解法直接矩陣求解法 逐次近似法逐次近似法(迭代法迭代法) 總和法總和法(反投影法反投影法) 卷積反投影法卷積反投影法33反投影法反投影法(總和法總和法) 343522222222224222222222222262222222222222222 22282222222222222222 2222222反投影法會(huì)產(chǎn)生暈狀效應(yīng)反投

8、影法會(huì)產(chǎn)生暈狀效應(yīng)36373821.5-0.53-1剖面數(shù)據(jù)濾波函數(shù)濾波后， 剖面數(shù)據(jù)nxnnyz濾波反投影法濾波反投影法濾波后的剖面數(shù)據(jù)濾波后的剖面數(shù)據(jù)由下列公式得出：由下列公式得出： 39333-1-1-1-1-1-16-2-222-2-2229-31111-3111200000000濾波反投影法消除了暈狀偽影濾波反投影法消除了暈狀偽影40414243第一代第一代CT運(yùn)動(dòng)方式：平移運(yùn)動(dòng)方式：平移+旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 直線筆形掃描束直線筆形掃描束 單一探測(cè)器單一探測(cè)器 一次平移獲得一次平移獲得240個(gè)數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)據(jù) 每次旋轉(zhuǎn)每次旋轉(zhuǎn)1度度 共重復(fù)共重復(fù)180次次 檢測(cè)一個(gè)層面檢測(cè)一個(gè)層面4-5

9、min射線利用率低，掃描速度慢，只適用于無運(yùn)動(dòng)器官的掃描射線利用率低，掃描速度慢，只適用于無運(yùn)動(dòng)器官的掃描44第二代第二代CT運(yùn)動(dòng)方式：平移運(yùn)動(dòng)方式：平移+旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 直線多路筆形掃描束直線多路筆形掃描束 探測(cè)器探測(cè)器6-30個(gè)個(gè) 張角張角3-30度度 檢測(cè)一個(gè)層面檢測(cè)一個(gè)層面10-120S一次掃描可獲得多個(gè)掃描數(shù)據(jù)，采樣速度加快，可增大平移掃描的步長，一次掃描可獲得多個(gè)掃描數(shù)據(jù)，采樣速度加快，可增大平移掃描的步長，增大旋轉(zhuǎn)的角度，使重建速度加快。增大旋轉(zhuǎn)的角度，使重建速度加快。檢測(cè)器排列成直線，對(duì)于檢測(cè)器排列成直線，對(duì)于X射線管發(fā)出的扇形束來說，中心射束和邊緣射束射線管發(fā)出的扇形束

10、來說，中心射束和邊緣射束的測(cè)量值不等，需校正，否則會(huì)產(chǎn)生偽影。的測(cè)量值不等，需校正，否則會(huì)產(chǎn)生偽影。45第三代第三代CT運(yùn)動(dòng)方式：旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方式：旋轉(zhuǎn)+旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 扇形掃描束扇形掃描束 環(huán)形陣列探測(cè)器環(huán)形陣列探測(cè)器250-700個(gè)個(gè) 張角張角3045度度 無需直線平移無需直線平移檢測(cè)一個(gè)層面檢測(cè)一個(gè)層面1S左右左右射線利用率提高射線利用率提高可靠性提高可靠性提高需要對(duì)檢測(cè)器靈敏度差異進(jìn)行校正，否則由于同步旋轉(zhuǎn)掃描運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生環(huán)形偽影46第四代第四代CT運(yùn)動(dòng)方式：靜止運(yùn)動(dòng)方式：靜止+旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)特點(diǎn)：特點(diǎn)： 扇形掃描束扇形掃描束 環(huán)形整圈探測(cè)器環(huán)形整圈探測(cè)器 探測(cè)器共探測(cè)器共600-1500個(gè)

11、個(gè) 球管每次旋轉(zhuǎn)球管每次旋轉(zhuǎn)360度度 檢測(cè)一個(gè)層面檢測(cè)一個(gè)層面1S左右左右每個(gè)檢測(cè)器相繼完成多個(gè)方向上投影的檢測(cè)，即一個(gè)檢測(cè)器上每個(gè)檢測(cè)器相繼完成多個(gè)方向上投影的檢測(cè)，即一個(gè)檢測(cè)器上獲得多個(gè)方向上的投影數(shù)據(jù)，能較好地克服旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)掃描方獲得多個(gè)方向上的投影數(shù)據(jù)，能較好地克服旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)掃描方式中由于檢測(cè)器差異帶來的偽影。式中由于檢測(cè)器差異帶來的偽影。4748第五代第五代CT實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)器官的掃描實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)器官的掃描采用電子控制的非機(jī)械式同步掃描采用電子控制的非機(jī)械式同步掃描動(dòng)態(tài)空間重現(xiàn)機(jī)動(dòng)態(tài)空間重現(xiàn)機(jī)DSR特點(diǎn)：特點(diǎn)： 28個(gè)球管排成半圓形個(gè)球管排成半圓形160度度 相對(duì)的有相對(duì)的有28個(gè)視頻成像系

12、統(tǒng)個(gè)視頻成像系統(tǒng) 熒光屏熒光屏+電視攝像系統(tǒng)電視攝像系統(tǒng) 使用電掃描方式控制球管依使用電掃描方式控制球管依次曝光次曝光 每每10毫秒可采集毫秒可采集14幅圖像幅圖像 1S內(nèi)重復(fù)內(nèi)重復(fù)60次，可達(dá)次，可達(dá)840幅幅圖像圖像Dynamic Spatial Reconstructor 49第五代第五代CT超高速超高速CT掃描機(jī)掃描機(jī) (電子速電子速CT)UFCT: Ultrafast CT Scanner EBIS: Electronic Beam Imaging System504個(gè)緊挨的環(huán)狀鎢靶，半徑個(gè)緊挨的環(huán)狀鎢靶，半徑90CM，圍成，圍成210度度 兩排環(huán)形探測(cè)器陣列，半徑兩排環(huán)形探測(cè)器陣列

13、，半徑67.5CM，圍成，圍成210度度 第一個(gè)環(huán)第一個(gè)環(huán)864個(gè)探測(cè)器，第二個(gè)環(huán)個(gè)探測(cè)器，第二個(gè)環(huán)432個(gè)探測(cè)器個(gè)探測(cè)器特點(diǎn)：特點(diǎn)：電子束掃描示意圖電子束掃描示意圖511. CT值值(Hounsfield值值)Water 水水Mamma 乳腺乳腺Air 空氣空氣Bone 骨骨Spleen脾脾Fat脂肪脂肪Pancreas 胰腺胰腺Lung肺肺Kidneys腎腎Adrenal Gland 腎上腺腎上腺Blood血血Heart心臟心臟Liver肝臟肝臟Intestine 腸腸Tumor瘤瘤Bladder膀胱膀胱100060400-100-200-900-1000以上是相關(guān)組織的以上是相關(guān)組織的C

14、T值，值， 單位為單位為 Hounsfield unit (HU)從公式得知從公式得知: 水的水的CT值為值為0 空氣為空氣為1000 其他組織的值其他組織的值是根據(jù)水的相是根據(jù)水的相對(duì)值計(jì)算出來對(duì)值計(jì)算出來的。的。52 CT圖像是灰度圖像，所以圖像是灰度圖像，所以 ，單位為，單位為HU。 若圖像的寬度若圖像的寬度X，圖像的高度，圖像的高度Y，XY即為像素總和。即為像素總和。2. CT圖像的像素表示圖像的像素表示像素和像素值像素和像素值),(),(),(),(321yxfzyxfzyxfzyxfzBGR),(yxfzCT 數(shù)字圖像是用點(diǎn)陣來表示的，點(diǎn)稱為像素，點(diǎn)的亮度數(shù)字圖像是用點(diǎn)陣來表示的，

15、點(diǎn)稱為像素，點(diǎn)的亮度(灰灰度圖像度圖像)或顏色或顏色(彩色圖像彩色圖像)用像素值來表示：用像素值來表示： 灰度圖像的像素表示灰度圖像的像素表示彩色圖像的像素表示，彩色圖像的像素表示，RGB三元色三元色53CT值的定義范圍從值的定義范圍從 -1000 到到 +1000, 但人眼僅能分辨但人眼僅能分辨30 - 40 級(jí)灰階級(jí)灰階。 所以，窗口必須根據(jù)所以，窗口必須根據(jù) 相關(guān)顯象組織相關(guān)顯象組織 來設(shè)置。來設(shè)置。Lung Window肺窗Mediastinum Window (縱隔窗/軟組織窗)3. 窗口技術(shù)窗口技術(shù)窗位和窗寬窗位和窗寬54Window width窗寬窗寬 (W):選擇窗位的灰階范圍

16、。選擇窗位的灰階范圍。Window center窗位窗位 (C):整個(gè)整個(gè)CT值范圍內(nèi)某一所選定的位置，值范圍內(nèi)某一所選定的位置， 確定的圖像顯示則以該確定的圖像顯示則以該CT值為中心。值為中心。 Hounsfieldunit+1000-10000Window width W 窗寬窗寬Window center C窗位窗位灰階顯示灰階顯示W(wǎng)hiteBlackCT 窗口技術(shù)窗口技術(shù)55Narrow Window Width窄窗寬Broad Window Width寬窗寬窄窄 窗寬窗寬: 適用于軟組織部位適用于軟組織部位,如腦和腹部。如腦和腹部。但窗寬以外的結(jié)構(gòu)就不能正確的但窗寬以外的結(jié)構(gòu)就不能正

17、確的被反映出來。被反映出來。 寬寬 窗寬窗寬: 適用于對(duì)比度較大的部位，適用于對(duì)比度較大的部位，如肺和骨骼。密度差別較小如肺和骨骼。密度差別較小的組織不易顯示。的組織不易顯示。56Hounsfieldunit+1000-10000Window 1 窗位窗位Gray scale displayWhiteBlackCT WindowingWindow 2雙窗技術(shù)雙窗技術(shù)把兩種把兩種CT值相差較大的組織在同一窗口中顯示值相差較大的組織在同一窗口中顯示, 例如例如肺和縱隔肺和縱隔(軟組織軟組織)。57雙窗技術(shù)雙窗技術(shù)*一幅圖像上同時(shí)觀一幅圖像上同時(shí)觀測(cè)肺和縱隔。測(cè)肺和縱隔。*雙窗不推薦用于診斷。雙窗不

18、推薦用于診斷。58Lung Window 肺窗Mediastinum Window 縱隔窗Double Window 雙窗Image 2: 僅觀察肺僅觀察肺Image 1: 同時(shí)觀察肺、同時(shí)觀察肺、胸腔和縱隔。胸腔和縱隔。Image 3: 僅觀察縱隔和僅觀察縱隔和 胸腔胸腔594.分辨率分辨率 顯示分辨率：包括顯示器分辯率和膠片分辨率顯示分辨率：包括顯示器分辯率和膠片分辨率 對(duì)比度對(duì)比度/密度分辨率密度分辨率(contrast/Density Resolution) 空間分辨率空間分辨率(Spatial Resolution) 60對(duì)比度對(duì)比度 表示不同物質(zhì)密度差異、或?qū)射線透射度微小差異

19、的量。表現(xiàn)在圖像上，是灰度間黑白程度的對(duì)比。%100baba%100bba相對(duì)對(duì)比度61對(duì)比度對(duì)比度/密度分辨率密度分辨率CT像表現(xiàn)不同物質(zhì)的密度差異的能力，常用能分辨的最小對(duì)比的數(shù)值表示。典型CT對(duì)比度分辨率為0.1%1%影響因素：X射線能量噪聲窗寬窗位的選擇CT機(jī)檢測(cè)對(duì)比度分辨力的方法：給低密度體膜做CT，然后對(duì)其CT像做主觀的視覺評(píng)價(jià)62線度與對(duì)比度： 高對(duì)比度下，即物體與周圍環(huán)境的線形衰減系數(shù)差別較大時(shí)，物體線度不是很大時(shí)，就可能被識(shí)別和分辨出來。 低對(duì)比度下，即物體與周圍環(huán)境的線形衰減系數(shù)差別較小時(shí)，物體線度需較大時(shí)，才可能被識(shí)別和分辨出來。63高對(duì)比度分辨力高對(duì)比度分辨力.在在 H

20、igh Contrast情況下區(qū)分相鄰情況下區(qū)分相鄰最小物體的能力最小物體的能力, (又稱又稱 “High Contrast Resolution”)常用多少線對(duì)常用多少線對(duì)/厘米，即厘米，即LP/CM來表示來表示高對(duì)比度：物體與周圍環(huán)境的高對(duì)比度：物體與周圍環(huán)境的X射線線形衰減系數(shù)差別的射線線形衰減系數(shù)差別的相對(duì)值大于相對(duì)值大于1064低對(duì)比度情況低對(duì)比度情況下分辨物體微小差別的能力下分辨物體微小差別的能力 (又稱又稱 “Low Contrast Resolution”)受影像受影像清晰度清晰度 & 噪聲噪聲影響。影響。低對(duì)比度分辨力低對(duì)比度分辨力.低對(duì)比度：物體與周圍環(huán)境的低對(duì)比度：物體與

21、周圍環(huán)境的X射線線形衰減系數(shù)差別射線線形衰減系數(shù)差別的相對(duì)值小于的相對(duì)值小于165空間分辨率空間分辨率CT像分辨兩個(gè)距離很近的微小組織結(jié)構(gòu)的能力，是從空間分布上表征圖像分辨物體細(xì)節(jié)的能力。軸向分辨率：由層厚決定，傳統(tǒng)CT:315mm; 多層CT：0.6mm左右橫向分辨率：由束高、束寬（準(zhǔn)直器孔徑）決定， 0.5mm左右檢測(cè)空間分辨率的方法：用高密度模體做CT，然后對(duì)其CT像做主觀視覺評(píng)價(jià)66清晰度清晰度掃描時(shí)間掃描時(shí)間重建算法重建算法球管焦點(diǎn)尺寸球管焦點(diǎn)尺寸層厚層厚采樣頻率采樣頻率清晰度清晰度(空間分辨率空間分辨率).影像清晰度即物體周圍相關(guān)組織的影像清晰度即物體周圍相關(guān)組織的銳利度銳利度，

22、它受它受以下一些因素的影響以下一些因素的影響：67噪聲噪聲. 在均勻物質(zhì)的影像中，表示給定區(qū)域的各在均勻物質(zhì)的影像中，表示給定區(qū)域的各CT值對(duì)其平值對(duì)其平均值變化的量。均值變化的量。可用象素可用象素CT值的標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示：值的標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示：1)(2nCTCTi68噪聲噪聲.噪聲噪聲mAskV重建算法重建算法層厚層厚像素大小像素大小操作方式操作方式顯示矩陣顯示矩陣 “噪聲噪聲” 受到達(dá)探測(cè)器并貢獻(xiàn)給圖像的受到達(dá)探測(cè)器并貢獻(xiàn)給圖像的x-ray線光子線光子量影響，量影響， 它取決于：它取決于：69 我們?cè)谫|(zhì)量較差的電視機(jī)上可以看到重疊于圖像上、有規(guī)律分布、小顆粒的現(xiàn)我們?cè)谫|(zhì)量較差的電視機(jī)上可以看到

23、重疊于圖像上、有規(guī)律分布、小顆粒的現(xiàn)象即為噪聲。象即為噪聲。CT圖像中噪聲的產(chǎn)生與射線的劑量，也就是到達(dá)探測(cè)器上光子數(shù)量的圖像中噪聲的產(chǎn)生與射線的劑量，也就是到達(dá)探測(cè)器上光子數(shù)量的大小有關(guān)，射線劑量越大或光子數(shù)越多，噪聲越小。均勻物體的影像中各象素的大小有關(guān)，射線劑量越大或光子數(shù)越多，噪聲越小。均勻物體的影像中各象素的CT值參差不齊，使圖像呈顆粒性，直接影響其密度分辨率，尤以低密度的可見度為甚值參差不齊，使圖像呈顆粒性，直接影響其密度分辨率，尤以低密度的可見度為甚，增加，增加X線量可降低噪聲線量可降低噪聲。噪聲噪聲：可影響圖像質(zhì)量！可影響圖像質(zhì)量！206 mA60 mA70在在軟組織研究軟組織

24、研究病例中病例中, 用高用高mAs來保持低噪聲來保持低噪聲是非常重要的。越小的噪聲越容易識(shí)別微小密度差是非常重要的。越小的噪聲越容易識(shí)別微小密度差別的組織結(jié)構(gòu)。如在軟組織為主的肝臟部位，需要?jiǎng)e的組織結(jié)構(gòu)。如在軟組織為主的肝臟部位，需要提高掃描劑量，以能分辨肝臟內(nèi)微小的病變；而在提高掃描劑量，以能分辨肝臟內(nèi)微小的病變；而在肺或內(nèi)耳的檢查中，可適當(dāng)降低掃描條件，因?yàn)檫@肺或內(nèi)耳的檢查中，可適當(dāng)降低掃描條件，因?yàn)檫@些部位本身具有較高的對(duì)比度，少量的噪聲不會(huì)影些部位本身具有較高的對(duì)比度，少量的噪聲不會(huì)影響診斷。響診斷。 mAs(劑量)建議 .71管電壓管電壓- kV越高的電壓越多的射線頻譜轉(zhuǎn)移到越高的電

25、壓越多的射線頻譜轉(zhuǎn)移到 高能量水平，高能量水平，最最終減少輻射衰減。終減少輻射衰減。 這在骨和造影劑中是顯而易見的。這在骨和造影劑中是顯而易見的。140 kV80 kV72邊緣增強(qiáng)邊緣增強(qiáng)(HighRes-快速重建快速重建) 重建算法能產(chǎn)重建算法能產(chǎn)生好的生好的邊緣銳利度邊緣銳利度(空間分辨率空間分辨率)， 同樣也會(huì)同樣也會(huì)產(chǎn)生高的產(chǎn)生高的 噪聲水平，噪聲水平， 而用平滑重建算法則產(chǎn)而用平滑重建算法則產(chǎn)生低的噪聲水平，生低的噪聲水平， 但邊緣銳利度較差。作為但邊緣銳利度較差。作為常規(guī)診斷推薦用標(biāo)準(zhǔn)算法。常規(guī)診斷推薦用標(biāo)準(zhǔn)算法。重建算法重建算法733 mm Slice10 mm Slice層厚層

26、厚.對(duì)于軟組織來講厚的層厚能提供低噪聲、高密度對(duì)于軟組織來講厚的層厚能提供低噪聲、高密度分辨率的圖像。分辨率的圖像。745 mm Slice1 mm Slice對(duì)于骨組織來講薄層厚能提供更好的空間分辨率。對(duì)于骨組織來講薄層厚能提供更好的空間分辨率。層厚層厚.75層厚選擇層厚選擇層厚厚，意味層厚厚，意味:層厚薄，意味層厚薄，意味: 選擇適當(dāng)層厚是選擇適當(dāng)層厚是邊緣銳利度邊緣銳利度(空間分辨率空間分辨率)和噪聲的平和噪聲的平衡，衡，因?yàn)樗麄兿嗷ブ萍s。因?yàn)樗麄兿嗷ブ萍s。低噪聲低噪聲 更好的密度分辨率更好的密度分辨率 邊緣銳利度邊緣銳利度(空間分辨率空間分辨率)較差較差 部分容積效應(yīng)部分容積效應(yīng)高噪聲

27、高噪聲 密度分辨率差密度分辨率差 更好的邊緣銳利度更好的邊緣銳利度(空間分辨率空間分辨率) 無部分容積效應(yīng)無部分容積效應(yīng)7677n檢測(cè)方法：配置勻質(zhì)圓柱形試模（水模），模體圓柱軸線與掃描層面垂直，并處于掃描野的中心；采用頭部和體部掃描條件分別進(jìn)行掃描，獲取模體CT像。在圖像中心處取一大于100個(gè)象素點(diǎn) 且小于圖像面積10的區(qū)域，測(cè)出此區(qū)域的CT均值和噪聲，然后在圖像0、90、180、270方向距模體邊緣1cm處的四個(gè)位置上取面積同于前述規(guī)定的面積區(qū)域，分別測(cè)出四個(gè)區(qū)域的CT均值，其中與中心區(qū)域CT均值的最大差值表示圖像的均勻性。78圖像偽影圖像偽影 - 為什么會(huì)產(chǎn)生？為什么會(huì)產(chǎn)生？5. 偽影：

28、偽影：由于設(shè)備或病人所造成的、由于設(shè)備或病人所造成的、 原來物體中并不存在的影像原來物體中并不存在的影像。 圖像偽影圖像偽影 運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)掃描系統(tǒng)誤差掃描系統(tǒng)誤差 部分容積效應(yīng)部分容積效應(yīng)線束硬化線束硬化 金屬金屬誤操作誤操作.79圖像偽影圖像偽影 - - 什么樣？什么樣？ 圖像偽影圖像偽影 紋狀紋狀直線狀直線狀 條狀條狀環(huán)狀環(huán)狀80運(yùn)動(dòng)偽影運(yùn)動(dòng)偽影 & 掃描時(shí)間掃描時(shí)間運(yùn)動(dòng)偽影運(yùn)動(dòng)偽影嚴(yán)重嚴(yán)重適中適中短短長長掃描時(shí)間掃描時(shí)間 (s)經(jīng)驗(yàn)得知經(jīng)驗(yàn)得知: 越短的掃描時(shí)間，發(fā)生運(yùn)動(dòng)偽影的越短的掃描時(shí)間，發(fā)生運(yùn)動(dòng)偽影的概率越小概率越小.81運(yùn)動(dòng)偽影運(yùn)動(dòng)偽影 & 校正校正運(yùn)動(dòng)偽影可以用運(yùn)動(dòng)偽影重建算法運(yùn)動(dòng)

29、偽影可以用運(yùn)動(dòng)偽影重建算法 (MCA)進(jìn)行補(bǔ)償進(jìn)行補(bǔ)償82金屬偽影金屬偽影金屬，金屬， 例如黃金，例如黃金， 幾乎完全吸收幾乎完全吸收X線輻射，線輻射， 應(yīng)此產(chǎn)生應(yīng)此產(chǎn)生 “放射狀的陰影放射狀的陰影”， 從而在整個(gè)重建圖像上導(dǎo)致顯著的從而在整個(gè)重建圖像上導(dǎo)致顯著的條狀偽影。條狀偽影?？捎脙A斜機(jī)架角度避開或掃描前去除病人體外隨帶的金屬可用傾斜機(jī)架角度避開或掃描前去除病人體外隨帶的金屬 物質(zhì)，以及使掃描層面避開金屬性物體。物質(zhì)，以及使掃描層面避開金屬性物體。83部分容積效應(yīng)部分容積效應(yīng)5 mm 條紋狀偽影，條紋狀偽影， 也稱部分容積偽影，也稱部分容積偽影， 經(jīng)常發(fā)生在多骨組織結(jié)構(gòu)。經(jīng)常發(fā)生在多骨組

30、織結(jié)構(gòu)。 這是因?yàn)楦咴有驍?shù)或吸這是因?yàn)楦咴有驍?shù)或吸收系數(shù)大的物體收系數(shù)大的物體 (骨骼骨骼) 僅僅部分在被斷層面里僅僅部分在被斷層面里, resulting in high contrast errors.123123845 mm 2 mm選擇薄的層厚能預(yù)防偽影的發(fā)生選擇薄的層厚能預(yù)防偽影的發(fā)生, 因?yàn)楦邔?duì)比度組織結(jié)構(gòu)因?yàn)楦邔?duì)比度組織結(jié)構(gòu)只有一小部分被包括；但同時(shí)卻增加了噪聲水平，等于只有一小部分被包括；但同時(shí)卻增加了噪聲水平，等于損失了密度分辨率。損失了密度分辨率。部分容積效應(yīng)部分容積效應(yīng)85VAR - 容積偽影減少容積偽影減少2 x 2 mm結(jié)合幾個(gè)薄的層厚結(jié)合幾個(gè)薄的層厚 (減少部分

31、容積偽影減少部分容積偽影) 來形成厚來形成厚的層厚的層厚(減少像素噪聲減少像素噪聲 并提供最佳密度分辨率并提供最佳密度分辨率)。5 mm86射線束硬化效應(yīng)射線束硬化效應(yīng)由由X線球管發(fā)出的線球管發(fā)出的X射線束是具有不同能量的、連續(xù)的射線束是具有不同能量的、連續(xù)的光譜，通過物體后光子能量的改變由該物質(zhì)的衰減系光譜，通過物體后光子能量的改變由該物質(zhì)的衰減系數(shù)決定，而有效能轉(zhuǎn)移到高端一值這一現(xiàn)象，稱為數(shù)決定，而有效能轉(zhuǎn)移到高端一值這一現(xiàn)象，稱為 “線束硬化線束硬化”. 在所看到的圖像中表現(xiàn)為在所看到的圖像中表現(xiàn)為 條狀條狀 或或 環(huán)狀環(huán)狀 偽影。偽影。 87線束硬化線束硬化 & 校正校正 “環(huán)狀環(huán)狀”

32、 偽影可以用偽影可以用“線束硬化校正線束硬化校正”補(bǔ)償。補(bǔ)償。嚴(yán)重的環(huán)狀偽影嚴(yán)重的環(huán)狀偽影homogeneous CT values88掃描系統(tǒng)誤差掃描系統(tǒng)誤差由于環(huán)境、系統(tǒng)本身等種種原因，對(duì)相同強(qiáng)度的入射由于環(huán)境、系統(tǒng)本身等種種原因，對(duì)相同強(qiáng)度的入射X線，探測(cè)器不可能始終輸出同樣的掃描信號(hào)。線，探測(cè)器不可能始終輸出同樣的掃描信號(hào)。當(dāng)探測(cè)器輸出錯(cuò)誤信號(hào)甚至無當(dāng)探測(cè)器輸出錯(cuò)誤信號(hào)甚至無信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致圖像中的信號(hào)，會(huì)導(dǎo)致圖像中的“環(huán)狀環(huán)狀偽影偽影”?？赏ㄟ^每天開機(jī)或連續(xù)幾小時(shí)可通過每天開機(jī)或連續(xù)幾小時(shí)不工作后，作系統(tǒng)校正測(cè)量及不工作后，作系統(tǒng)校正測(cè)量及其定期地作系統(tǒng)維護(hù)來防止，其定期地作系統(tǒng)維護(hù)來防

33、止，而一旦排除不了，須由維修工而一旦排除不了，須由維修工程師來解決程師來解決 !89偽影偽影 & 校正校正偽影的原因各式各樣，偽影的原因各式各樣， 我們所能做的是以相應(yīng)的校正技我們所能做的是以相應(yīng)的校正技術(shù)來防止偽影。術(shù)來防止偽影。 但有時(shí)偽影不能完全被補(bǔ)償。但有時(shí)偽影不能完全被補(bǔ)償。沒有十全十美的東西沒有十全十美的東西.But we keep on working to reduce them as much as possible!90CT 影像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)影像質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)CT 影像質(zhì)量影像質(zhì)量空間分辨率空間分辨率密度分辨率密度分辨率偽影偽影91影響影響CT圖像質(zhì)量圖像質(zhì)量? 926.裝置參數(shù)裝置

34、參數(shù)93q 機(jī)架機(jī)架 q 床床 q 高壓發(fā)生器高壓發(fā)生器 q 控制臺(tái)控制臺(tái) q 計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)從外表來看從外表來看.控制臺(tái)控制臺(tái)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)床床機(jī)架機(jī)架高壓發(fā)生器高壓發(fā)生器94第一臺(tái)Siemens CT 掃描儀.圖像獲取時(shí)間圖像獲取時(shí)間 7 分鐘分鐘, 圖像矩陣圖像矩陣80 x80 像素像素, 掃描野掃描野 25 cm , 空間分辨率空間分辨率 1.3 mm (4LP/cm)。SIRETOM (in 1974)95CT機(jī)架?從內(nèi)部看從內(nèi)部看.v 球管球管 v 探測(cè)器探測(cè)器 v DAS*球管探測(cè)器DAS* Data Acquisition System(數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng))96X線管線管與與

35、X線機(jī)的線機(jī)的X線球管相線球管相比比1 1、額定功率、熱容量要大得多、額定功率、熱容量要大得多 2 2、冷卻裝置采用高速旋轉(zhuǎn)陽極、冷卻裝置采用高速旋轉(zhuǎn)陽極( (轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速10000rpm10000rpm以上以上) )，以及油，以及油 循環(huán)技術(shù)循環(huán)技術(shù) 3 3、目前、目前CTCT中使用中使用X X線管的最大功率為線管的最大功率為100kW100kW。 4 4、柵控式、柵控式X X線管使掃描時(shí)線管使掃描時(shí)X X線管間斷的發(fā)射線管間斷的發(fā)射X X射線，稱為脈沖工射線，稱為脈沖工 作方式。柵控式柵控陽極作方式。柵控式柵控陽極X X線管線管( (即在即在X X線管靠近燈絲附近做線管靠近燈絲附近做 一個(gè)專門

36、的控制柵極一個(gè)專門的控制柵極) ) 5 5、管電壓和管電流必須有足夠的穩(wěn)定度。、管電壓和管電流必須有足夠的穩(wěn)定度。CTCT掃描機(jī)中一般采掃描機(jī)中一般采 用閉環(huán)反饋方法穩(wěn)定用閉環(huán)反饋方法穩(wěn)定X X線管的電壓和電流，使其誤差控制在線管的電壓和電流，使其誤差控制在 0.010.010.050.05范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。 97 它具有靈敏度高、噪聲小、線性好、工作頻率范圍寬、放大倍它具有靈敏度高、噪聲小、線性好、工作頻率范圍寬、放大倍數(shù)高、光譜響應(yīng)范圍寬、穩(wěn)定性好和工作電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)高、光譜響應(yīng)范圍寬、穩(wěn)定性好和工作電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。 材料：早期的材料：早期的CT掃描機(jī)使用掃描機(jī)使用 NaI（Tl）晶

37、體耦合光電倍增管。由）晶體耦合光電倍增管。由于余輝問題和于余輝問題和NaI(Tl)晶體的動(dòng)態(tài)范圍有限，其它一些晶體如氟化晶體的動(dòng)態(tài)范圍有限，其它一些晶體如氟化鈣（鈣（CaF2）、鍺酸鉍（）、鍺酸鉍（Bi4Ge3O12 , BGO）得到了應(yīng)用?，F(xiàn)在使用）得到了應(yīng)用。現(xiàn)在使用帶有固態(tài)光電二極管放大器的閃爍晶體探測(cè)器。帶有固態(tài)光電二極管放大器的閃爍晶體探測(cè)器。探測(cè)器探測(cè)器-閃爍探測(cè)器閃爍探測(cè)器98 氙探測(cè)器有很好的穩(wěn)定性和短的響應(yīng)時(shí)間，而且氙探測(cè)器有很好的穩(wěn)定性和短的響應(yīng)時(shí)間，而且沒有余輝問題。然而它們的轉(zhuǎn)換效率要低于固態(tài)探測(cè)沒有余輝問題。然而它們的轉(zhuǎn)換效率要低于固態(tài)探測(cè)器，僅為器，僅為35%45%

38、。探測(cè)器探測(cè)器-氣體電離室探測(cè)器氣體電離室探測(cè)器99DAS(Data Acquisition System)100CT床及控制?101高壓控制器主要包括：主要包括： KV控制板控制板 MA控制板控制板 顯示面板顯示面板 MA調(diào)整板調(diào)整板 曝光控制板曝光控制板 旋轉(zhuǎn)陽極啟動(dòng)板旋轉(zhuǎn)陽極啟動(dòng)板 高壓油箱高壓油箱(變壓器變壓器) 整流濾波電路整流濾波電路 變頻電路變頻電路102操作控制臺(tái)與計(jì)算機(jī)操作控制臺(tái)與計(jì)算機(jī)103操作控制臺(tái)與計(jì)算機(jī)操作控制臺(tái)與計(jì)算機(jī)104CT真好真好!但仍然存在很多問題但仍然存在很多問題.105常規(guī)常規(guī)CT.常規(guī)掃描方式的缺點(diǎn)：常規(guī)掃描方式的缺點(diǎn)： 1、需要較長的掃描時(shí)間需要較長

39、的掃描時(shí)間 2、成像中會(huì)產(chǎn)生遺漏人體某些組織的情況、成像中會(huì)產(chǎn)生遺漏人體某些組織的情況 3、不能準(zhǔn)確地重建三維圖像和多方位圖像、不能準(zhǔn)確地重建三維圖像和多方位圖像 4、使用造影劑掃描時(shí)，在造影劑的有效時(shí)間、使用造影劑掃描時(shí)，在造影劑的有效時(shí)間 里，只掃描了有限的幾個(gè)層面。里，只掃描了有限的幾個(gè)層面。 106緩慢呼吸緩慢呼吸由于不同層次呼吸而導(dǎo)致的漏診。由于不同層次呼吸而導(dǎo)致的漏診。常規(guī)常規(guī)CT存在的問題存在的問題.深呼吸深呼吸107不能準(zhǔn)確地重建三維圖像和多方位圖像不能準(zhǔn)確地重建三維圖像和多方位圖像。108層厚定位選擇所引起的問題層厚定位選擇所引起的問題.對(duì)不起對(duì)不起, 因?yàn)椴辉趯雍窭锩嫠驗(yàn)?/p>

40、不在層厚里面所以引起病變的遺漏以引起病變的遺漏.一只老鼠一只老鼠.1092D 層厚層厚3D 容積容積 常規(guī)常規(guī) vs. 螺旋螺旋 CT . 在掃描過程中，在掃描過程中，X線管連續(xù)地圍繞受檢者旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)承線管連續(xù)地圍繞受檢者旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)承托著受檢者的病床勻速的向機(jī)架的掃描孔內(nèi)推進(jìn)托著受檢者的病床勻速的向機(jī)架的掃描孔內(nèi)推進(jìn)(或勻速地或勻速地離開掃描孔離開掃描孔)，這樣，這樣X射線束在受檢者身上勾畫出一條螺旋射線束在受檢者身上勾畫出一條螺旋線軌跡，因此稱之為線軌跡，因此稱之為螺旋螺旋CT。 螺旋線限定了人體組織的一段容積，所以這一技術(shù)也叫作螺旋線限定了人體組織的一段容積，所以這一技術(shù)也叫作容積

41、掃描。容積掃描。 110 Continuously rotating tube/detector system -球管球管/探測(cè)器連續(xù)旋轉(zhuǎn)。探測(cè)器連續(xù)旋轉(zhuǎn)。 Continuous radiation-連續(xù)投照。連續(xù)投照。 Continuous data acquisition-連續(xù)數(shù)據(jù)獲取。連續(xù)數(shù)據(jù)獲取。 Continuous table feed-連續(xù)進(jìn)床。連續(xù)進(jìn)床。螺旋螺旋 CT = 容積掃描容積掃描何謂何謂 4 “C”?111 要實(shí)現(xiàn)螺旋掃描，完成連續(xù)的容積式數(shù)據(jù)采集，必要實(shí)現(xiàn)螺旋掃描，完成連續(xù)的容積式數(shù)據(jù)采集，必須滿足下列要求：須滿足下列要求： 1. 依靠依靠滑環(huán)技術(shù)滑環(huán)技術(shù)使使X線管

42、能連續(xù)地沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；線管能連續(xù)地沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)； 2. 病床病床能做同步勻速直線運(yùn)動(dòng)；能做同步勻速直線運(yùn)動(dòng)； 3. 使用大功率、高熱容量和散熱率的使用大功率、高熱容量和散熱率的X線管線管； 4. 具有具有螺旋加權(quán)算法螺旋加權(quán)算法軟件；軟件； 5. 選用計(jì)算速度快、存儲(chǔ)容量大的選用計(jì)算速度快、存儲(chǔ)容量大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 實(shí)現(xiàn)螺旋實(shí)現(xiàn)螺旋 CT掃描的技術(shù)要求掃描的技術(shù)要求 112滑環(huán)技術(shù)滑環(huán)技術(shù)?113螺旋CT的機(jī)架?114病床能做同步勻速直線運(yùn)動(dòng)病床能做同步勻速直線運(yùn)動(dòng)115大功率、高熱容量和散熱率的大功率、高熱容量和散熱率的X線管線管GE的球管的球管TOSHIBA的球管的球管116成像參數(shù)成像參數(shù)螺距螺距: 機(jī)架旋轉(zhuǎn)一