XCT成像原理課件

第三章X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像

(X-raycomputedtomography,X-CT)

.1第三章X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像.1普通X射線影像的缺點(diǎn)■X射線穿透不同密度和厚度組織結(jié)構(gòu)后的總和投影●影像重疊:深度方向上的信息重疊在一起，引起混淆●密度分辨率低:對(duì)軟組織分辨能力低●劑量大Computedtomography.2普通X射線影像的缺點(diǎn)■X射線穿透不同密度和厚度組織結(jié)構(gòu)后的總●X—CT是運(yùn)用物理技術(shù)，以測(cè)定X射線在人體內(nèi)的衰減系數(shù)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)。■X—CT像的本質(zhì)是衰減系數(shù)成像■指導(dǎo)思想：如何確定衰減系數(shù)值在人體某剖面上的二維分布§3—1X-CT成像原理體層、體素.3●X—CT是運(yùn)用物理技術(shù)，以測(cè)定X射線在人體內(nèi)的衰減系數(shù)為基●體層、體素、像素體層（斷層）：受檢體中的一個(gè)薄層像素(pixel)：構(gòu)成圖像的基本單元,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，攜帶的生物信息量越多體素（voxel)：成像的體層分成按矩陣排列的若干個(gè)小基本體元體積：長(zhǎng)×寬×高■一般體素的大?。洪L(zhǎng)和寬：1～2mm高（體層厚）：3～10mm體素劃分：256×256（=65536個(gè)體素）；512×512（=262144）.4●體層、體素、像素像素(pixel)：構(gòu)成圖像的基本單元,體一、投影采集與圖象重建掃描：用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，并用高靈敏度的探測(cè)器接受出射X射線的強(qiáng)度

。1、掃描與投影投影：投照受檢體后出射X線束的強(qiáng)度；投影值的分布為投影函數(shù).5一、投影采集與圖象重建掃描：用X射線束以不同方式、按一定順序2、窄束X射線的獲取準(zhǔn)直器：允許X射線通過的細(xì)長(zhǎng)狹窄通道3、圖象重建美國(guó)物理學(xué)家科馬克(A.MCormack,1963)通過模擬實(shí)驗(yàn)，提出用X射線投影數(shù)據(jù)重建人體斷層圖像的數(shù)學(xué)方法。像素.62、窄束X射線的獲取準(zhǔn)直器：允許X射線通過的細(xì)長(zhǎng)狹窄通道3、二、CT成像的物理基礎(chǔ)注意：μ是物體種類和X射線能量的函數(shù)1、均勻物質(zhì)對(duì)X射線的吸收規(guī)律：

.7二、CT成像的物理基礎(chǔ)注意：1、均勻物質(zhì)對(duì)X射線的吸收規(guī)律2、X射線束通過非均勻物質(zhì)μ1

μ2

μ3……μnxI0InI1=I0e(—μ1x)I

2=I1e(—μ2x)

……In

=I0e[-(μ1+μ2+…+μn)]xμi

視為均勻.82、X射線束通過非均勻物質(zhì)μ1μ2μ31、CT值●CT測(cè)量并計(jì)算μ，獲取一定數(shù)目體素的μ值重建圖像用CT值來作為表達(dá)組織密度的統(tǒng)一單位?！鲆运奈障禂?shù)（μw=1）為標(biāo)準(zhǔn)，各組織對(duì)X射線的吸收系數(shù)μ與水的吸收系數(shù)μw的相對(duì)比值，稱為CT值。3、CT值與灰度顯示K=1000為分度因數(shù)CT值的單位是Hu或H（亨）

水骨空氣μ1.02.00CT值0+1000—1000.91、CT值3、CT值與灰度顯示K=1000為分度因數(shù)病變——μ——CT值可鑒別病變的性質(zhì)如肝囊腫0—15H2.灰度顯示CT值與灰度對(duì)應(yīng).10病變——μ——CT值可鑒別病變的性質(zhì)如肝囊腫腦內(nèi)出血區(qū)呈高密度影，CT值約45～90Hu之間實(shí)質(zhì)性腫瘤CT表現(xiàn)為高密度影囊性腫瘤為低密度影.11腦內(nèi)出血區(qū)呈高密度影，CT值約45～90Hu之間實(shí)質(zhì)性腫瘤C三、圖像重建的數(shù)學(xué)方法1、代數(shù)（迭代）重建法（聯(lián)立方程組）.12三、圖像重建的數(shù)學(xué)方法1、代數(shù)（迭代）重建法（聯(lián)立方程組）.123446461554131619220045090033771350減基數(shù)10化簡(jiǎn)基數(shù)等于所有體素特征的總和52353691212342、反投影法.13123446461554131619220045090033.14.143、濾波反投影法（Filteredbackprojection)

也稱為卷積反投影法(convolutionbackprojection,CBP)反投影法得到的圖像四周伴有星狀偽像；濾波反投影在反投影之前，用濾波函數(shù)與反投影信號(hào)相加（卷積處理），消滅星狀偽影。.153、濾波反投影法（Filteredbackproject表示卷積積分卷積核卷積核：在CT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。.16表示卷積積分卷積核卷積核：在CT圖像重建過程中用于濾波反投影.17.17♂.18♂.18§3—2

CT掃描機(jī)的結(jié)構(gòu)掃描架控制臺(tái)（顯示）高壓發(fā)生器電源控制

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成像系統(tǒng)的核心掃描床.19§3—2CT掃描機(jī)的結(jié)構(gòu)掃描架控制臺(tái)（顯示）高壓一、掃描裝置●掃描架

X線管探測(cè)器.20一、掃描裝置●掃描架.20（1）X線管：功率20—60kW;高壓80—140kVp

焦點(diǎn)0.5—2.0mm;掃描持續(xù)時(shí)間30—60s.21（1）X線管：.21高壓氙氣探測(cè)器●電離室在高壓下充入惰性氣體氙優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；單個(gè)探測(cè)器通道的靈敏度相同。缺點(diǎn)：量子效率低；相鄰探測(cè)器之間存在縫隙。閃爍晶體探測(cè)器●(NaI)碘化鈉、(CsI)碘化銫、(CaF2)氟化鈣、(BGO)鍺酸鉍晶體等。加入微量增光或減少余輝的物質(zhì)（鉈、銪）優(yōu)點(diǎn)：探測(cè)效率高（2）探測(cè)器.22高壓氙氣探測(cè)器閃爍晶體探測(cè)器（2）探測(cè)器.22CT原理框圖二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng).23CT原理框圖二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng).23計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以控制計(jì)算機(jī)為中心控制和管理核心，它是中央處理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(dateacquisitionsystem,DAS)、陣列處理計(jì)算機(jī)等以及機(jī)架和高壓系統(tǒng)的微處理器間的輸入、輸出的連接，通過中央處理器(CPU)和存儲(chǔ)器(memory)完成執(zhí)行功能：1）控制和監(jiān)視掃描過程，將掃描數(shù)據(jù)（投影值）送入存儲(chǔ)器；2）CT值校正（插值處理）；3）控制CT掃描等信息的傳遞——數(shù)據(jù)管理；4）圖像重建的程序控制；5）故障診斷及分析等。.24計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以控制計(jì)算機(jī)為中心控制和管理核心，它是中央處理系§3—3CT掃描方式與設(shè)備平移采集160個(gè)數(shù)據(jù)*旋轉(zhuǎn)180°每次掃描共采集28800個(gè)數(shù)據(jù)；計(jì)算80×80矩陣的圖像，6400個(gè)像素；一幅圖像約需5min一次檢查約需35min。應(yīng)用范圍：腦1、單束平移—旋轉(zhuǎn)方式[第1代（1970）]一、普通CT.25§3—3CT掃描方式與設(shè)備平移采集160個(gè)數(shù)據(jù)*旋轉(zhuǎn)182、窄扇形束掃描平移—旋轉(zhuǎn)方式[第2代（1972）]扇角：15°～20°

步幅：5°～10°；X球管1個(gè)，檢測(cè)器20～30個(gè)；一幅圖像需時(shí)20～60s；應(yīng)用范圍：頭部.262、窄扇形束掃描平移—旋轉(zhuǎn)方式[第2代（1972）]扇一幅圖像需時(shí)約5s；應(yīng)用范圍：全身（心臟除外）30°～60°300～1000個(gè)3、廣角扇束形旋轉(zhuǎn)—旋轉(zhuǎn)（常用）

[第3代（1976）]：.27一幅圖像需時(shí)約5s；30°～60°300～1000個(gè)3、廣一幅圖像約需2s;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。400～1500個(gè)檢測(cè)器組成靜止環(huán)形檢測(cè)器環(huán)4、反扇束形靜止—旋轉(zhuǎn)（常用）[第4代（1978）].28一幅圖像約需2s;應(yīng)用范圍：全身。400～1500個(gè)第三代與第四代比較(FromSiemens)

●傳統(tǒng)CT的缺點(diǎn)：①旋轉(zhuǎn)部分為往返旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，限制了掃描速度；②控制電路復(fù)雜；③電纜長(zhǎng)期作往返纏繞，易發(fā)生折斷，故障不易查找。.29第三代與第四代比較(FromSiemens)●傳統(tǒng)CT的二、螺旋CT（1989）1、掃描方式與供電方式：①掃描方式：X線管繞被查人體勻速單向旋轉(zhuǎn)，人體勻速前進(jìn)掃描軌跡為螺旋曲線，故稱螺旋CT優(yōu)點(diǎn)：①掃描速度高：減少運(yùn)動(dòng)偽影②無采集數(shù)據(jù)遺漏：容積數(shù)據(jù)，任意位置、任意方位重建圖像。.30二、螺旋CT（1989）1、掃描方式與供電方式：掃描軌跡為螺②供電方式：滑環(huán)（slipring)，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).31②供電方式：滑環(huán)（slipring)，碳刷在滑環(huán)上運(yùn)動(dòng)完2)低壓滑環(huán)：傳遞電壓為數(shù)百伏。優(yōu)點(diǎn)：傳遞電壓低，易處理；高壓電纜短，損耗小。缺點(diǎn)：高壓電源與X線管組合一起旋轉(zhuǎn)，增加旋轉(zhuǎn)部分重量。高壓發(fā)生器X線管高壓電纜低壓電纜1)高壓滑環(huán)：傳遞電壓萬伏以上優(yōu)點(diǎn)：高壓電源放在掃描機(jī)架外部；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)量高壓電源X線管高壓電纜.322)低壓滑環(huán)：傳遞電壓為數(shù)百伏。高壓發(fā)生器X線管高壓電纜低單層探測(cè)器多層探測(cè)器X光管X光管2、多層面掃描螺旋CT（1998）單層螺旋CT：線束寬度近似于層厚；多層螺旋CT：線束以X射線管為頂點(diǎn)，呈四棱錐形.33單層探測(cè)器多層探測(cè)器X光管X光管2、多層面掃描螺旋CT（檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：?jiǎn)闻?、多排?4）、等寬、不等寬.34檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：?jiǎn)闻?、多排?4）、等寬、不等寬.341、動(dòng)態(tài)空間掃描28個(gè)X線管（半圓），28個(gè)檢測(cè)器（半圓）；電子開關(guān)控制輪流發(fā)射X射線脈沖束；時(shí)間＜1s

。應(yīng)用范圍：心、肺動(dòng)態(tài)器官三、超高速掃描[第5代（1987）].351、動(dòng)態(tài)空間掃描三、超高速掃描[第5代（1987）].32、電子束掃描鐘形X射線管和靜止排列的檢測(cè)器環(huán)時(shí)間約10ms應(yīng)用范圍：心、肺等動(dòng)態(tài)器官.362、電子束掃描.36CT的優(yōu)缺點(diǎn)●優(yōu)點(diǎn)：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；軟件處理重建，獲得診斷所需多方位像。2、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)；無斷層外干擾。3、可做定量分析：測(cè)量μ值，定量分析?！窬窒扌裕?、空間分辨力仍低于常規(guī)X線檢查；2、不是所有臟器都適合CT檢查（如空腔性臟器、胃腸道）3、CT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(zhǎng)短）；4、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)）。.37CT的優(yōu)缺點(diǎn)●優(yōu)點(diǎn)：●局限性：.37.38.38§3—4X-CT圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)用物理學(xué)、影像學(xué)原理→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)評(píng)價(jià)方法：在臨床應(yīng)用條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試體模作斷層掃描，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)的測(cè)量值相對(duì)于標(biāo)稱值的偏差評(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)1、對(duì)比度及對(duì)比度分辨力①對(duì)比度：不同物質(zhì)的密度差異→X射線透射差異→像素灰度間的黑白程度的對(duì)比.39§3—4X-CT圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)用物理學(xué)、影像學(xué)原理→檢②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?！鰴z測(cè)方法：低密度體模（單位mm）■

影響因素：噪聲↑→像顆粒度↑→對(duì)比度分辨力↓；被照物細(xì)節(jié)↑→對(duì)比度分辨力↑；

X射線劑量↑→信噪比↑→對(duì)比度分辨力↑窗寬、窗位的選擇.40②對(duì)比度分辨力（密度分辨力）：■檢測(cè)方法：低密度體模（單位2、低對(duì)比度分辨力和高對(duì)比度分辨力①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。■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

△μ

＜1%或△CT＜10HuX-CT:0.5—1%普通X線片：＞5%

低對(duì)比度分辨力CT優(yōu)于X片低對(duì)比度分辨力高是X-CT的優(yōu)勢(shì)！原因：CT與普通x線攝影比較無重疊干擾；高度準(zhǔn)直，散射線少；探測(cè)器比膠片靈敏。.412、低對(duì)比度分辨力和高對(duì)比度分辨力①低對(duì)比度分辨力：X-CT■影響因素：探測(cè)器孔徑（射線采樣寬度）↓→空間分辨力↑間距（采樣間隔）↓→空間分辨力↑圖像重建算法（濾波函數(shù)的選擇）。②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?！鰲l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

△μ＞10%；或△CT＞100Hu3、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。體素（矩陣越大）——空間分辨力↑.42■影響因素：②高對(duì)比度分辨力：3、空間分辨力：體素（矩陣空間分辨力取決于檢測(cè)器有效受照寬度（與線束寬度相對(duì)應(yīng)）檢測(cè)器有效受照高度（與線束高度相對(duì)應(yīng)）.43空間分辨力取決于.43

■空間分辨力的檢測(cè)：高密度測(cè)試體模線對(duì)數(shù)LP/Cm;分辨最小圓孔的直徑（mm)普通X光片：0.1～0.2mm(膠片顆粒尺寸）；

X-CT：1～2mm核素成像：5—10mm○對(duì)骨骼和胸腔等高對(duì)比度器官的檢查，X—CT尚不能代替普通X光攝影.44■空間分辨力的檢測(cè)：高密度測(cè)試體模普通X光片：0.圖像中可觀察到的光密度的隨機(jī)變化。X光機(jī)噪聲主要由三個(gè)來源：①量子統(tǒng)計(jì)噪聲(92%)：X光量子統(tǒng)計(jì)漲落在照片上記錄的反映；②散射噪聲：主要是康普頓散射線；③系統(tǒng)電子學(xué)的熱噪聲圖像表現(xiàn)：斑點(diǎn)、細(xì)粒、網(wǎng)紋、雪花點(diǎn)●信噪比(signaltonoiseratio,SNR)——評(píng)價(jià)指標(biāo)圖像信號(hào)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

4、圖像噪聲與X射線劑量.45圖像中可觀察到的光密度的隨機(jī)變化。X光機(jī)噪聲主要由三個(gè)來源：（量子）噪聲表示給定區(qū)域的各CT值對(duì)其平均值的變化量（由探測(cè)器檢測(cè)到的X線數(shù)量的波動(dòng)引起）。是一種隨機(jī)的干擾信號(hào)。高劑量掃描極低劑量掃描w：像素大?。籬：斷層厚度：D0：最大皮膚劑量(只要診斷許可，盡量采用大劑量條件）C：描述劑量效率的常數(shù)；B：射線衰減（性能）因數(shù)●噪聲標(biāo)準(zhǔn)差.46（量子）噪聲表示給定區(qū)域的各CT值對(duì)其平均值的變化量（由探測(cè)●在掃描野中，均質(zhì)體各局部在CT圖像上顯示出CT值得一致性■勻質(zhì)體各局部區(qū)域平均CT值偏離程度↑→均勻性↓★影響因素：圖像噪聲；X射線束硬化5、均勻性測(cè)量中央和邊緣取五個(gè)面積相等的ROI的CT值；計(jì)算兩兩之間CT值的最大偏離△CTm#本例△CTm#=3.7HU國(guó)際評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：△CTm#≤5HU-1.0-2.10.5-1.3-3.2.47●在掃描野中，均質(zhì)體各局部在CT圖像上顯示出CT值得一致性56、空間分辨力、對(duì)比度分辨力、噪聲、均勻度和X射線劑量之間的關(guān)系●X射線劑量一定：體素↓→空間分辨力↑

→光子數(shù)↓→信噪比、均勻性↓→對(duì)比度分辨力↓w：像素大小(↑→空間分辨率↓）；h：斷層厚度（↑→σ↓空間分辨率↓，大層厚圖像較細(xì)膩，小層厚圖像分辨率較高。二者相互制約）：D0：最大皮膚劑量(只要診斷許可，盡量采用大劑量條件）C：描述劑量效率的常數(shù)；B：射線衰減（性能）因數(shù)●噪聲標(biāo)準(zhǔn)差.486、空間分辨力、對(duì)比度分辨力、噪聲、均勻度和X射線劑量之間的●偽影：掃描中不存在而出現(xiàn)在重建圖像中的干擾圖樣。■產(chǎn)生偽影的原因1、成像系統(tǒng)的測(cè)量誤差電器故障二、X-CT圖像的偽像人體超出測(cè)量范圍定期做系統(tǒng)維護(hù).49●偽影：掃描中不存在而出現(xiàn)在重建圖像中的干擾圖樣。電器故障部分容積效應(yīng)抑制方法：減小切層厚度，采用薄層掃描周圍間隙現(xiàn)象.50部分容積效應(yīng)抑制方法：減小切層厚度，采用薄層掃描周圍間隙現(xiàn)象條紋偽影.51條紋偽影.51金屬植入物條紋狀偽影.52金屬植入物條紋狀偽影.52線束硬化2、X射線的原因（硬化效應(yīng)等）CT值隨厚度而異（條狀或環(huán)狀偽影）骨性結(jié)構(gòu)X射線平均能量增高.53線束硬化2、X射線的原因（硬化效應(yīng)等）CT值隨厚度而異（條狀3、受檢體的原因體位移動(dòng)、體內(nèi)器官心、肺、腸等非自主運(yùn)動(dòng)等抑制方法：縮短掃描時(shí)間訓(xùn)練呼吸.543、受檢體的原因抑制方法：.544、成像裝置原因掃描及數(shù)據(jù)處理不當(dāng)圖像重建算法不完善掃描系統(tǒng)狀態(tài)不穩(wěn)定檢測(cè)器性能不一致采集數(shù)據(jù)重復(fù)性不好（旋轉(zhuǎn)中心不重合）X射線高壓不穩(wěn)定（電壓波動(dòng)）■偽像的識(shí)別已成為影像診斷水平的主要標(biāo)志之一環(huán)中一個(gè)探測(cè)器損壞后出現(xiàn)的環(huán)狀偽影示意圖.554、成像裝置原因掃描及數(shù)據(jù)處理不當(dāng)■偽像的識(shí)別已成為影像診斷第三章X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像

(X-raycomputedtomography,X-CT)

.56第三章X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像.1普通X射線影像的缺點(diǎn)■X射線穿透不同密度和厚度組織結(jié)構(gòu)后的總和投影●影像重疊:深度方向上的信息重疊在一起，引起混淆●密度分辨率低:對(duì)軟組織分辨能力低●劑量大Computedtomography.57普通X射線影像的缺點(diǎn)■X射線穿透不同密度和厚度組織結(jié)構(gòu)后的總●X—CT是運(yùn)用物理技術(shù)，以測(cè)定X射線在人體內(nèi)的衰減系數(shù)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)?！鯴—CT像的本質(zhì)是衰減系數(shù)成像■指導(dǎo)思想：如何確定衰減系數(shù)值在人體某剖面上的二維分布§3—1X-CT成像原理體層、體素.58●X—CT是運(yùn)用物理技術(shù)，以測(cè)定X射線在人體內(nèi)的衰減系數(shù)為基●體層、體素、像素體層（斷層）：受檢體中的一個(gè)薄層像素(pixel)：構(gòu)成圖像的基本單元,體素的平均密度決定其灰度值?！鱿袼卦蕉?，像素就越小，畫面越細(xì)膩，攜帶的生物信息量越多體素（voxel)：成像的體層分成按矩陣排列的若干個(gè)小基本體元體積：長(zhǎng)×寬×高■一般體素的大?。洪L(zhǎng)和寬：1～2mm高（體層厚）：3～10mm體素劃分：256×256（=65536個(gè)體素）；512×512（=262144）.59●體層、體素、像素像素(pixel)：構(gòu)成圖像的基本單元,體一、投影采集與圖象重建掃描：用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，并用高靈敏度的探測(cè)器接受出射X射線的強(qiáng)度

。1、掃描與投影投影：投照受檢體后出射X線束的強(qiáng)度；投影值的分布為投影函數(shù).60一、投影采集與圖象重建掃描：用X射線束以不同方式、按一定順序2、窄束X射線的獲取準(zhǔn)直器：允許X射線通過的細(xì)長(zhǎng)狹窄通道3、圖象重建美國(guó)物理學(xué)家科馬克(A.MCormack,1963)通過模擬實(shí)驗(yàn)，提出用X射線投影數(shù)據(jù)重建人體斷層圖像的數(shù)學(xué)方法。像素.612、窄束X射線的獲取準(zhǔn)直器：允許X射線通過的細(xì)長(zhǎng)狹窄通道3、二、CT成像的物理基礎(chǔ)注意：μ是物體種類和X射線能量的函數(shù)1、均勻物質(zhì)對(duì)X射線的吸收規(guī)律：

.62二、CT成像的物理基礎(chǔ)注意：1、均勻物質(zhì)對(duì)X射線的吸收規(guī)律2、X射線束通過非均勻物質(zhì)μ1

μ2

μ3……μnxI0InI1=I0e(—μ1x)I

2=I1e(—μ2x)

……In

=I0e[-(μ1+μ2+…+μn)]xμi

視為均勻.632、X射線束通過非均勻物質(zhì)μ1μ2μ31、CT值●CT測(cè)量并計(jì)算μ，獲取一定數(shù)目體素的μ值重建圖像用CT值來作為表達(dá)組織密度的統(tǒng)一單位?！鲆运奈障禂?shù)（μw=1）為標(biāo)準(zhǔn)，各組織對(duì)X射線的吸收系數(shù)μ與水的吸收系數(shù)μw的相對(duì)比值，稱為CT值。3、CT值與灰度顯示K=1000為分度因數(shù)CT值的單位是Hu或H（亨）

水骨空氣μ1.02.00CT值0+1000—1000.641、CT值3、CT值與灰度顯示K=1000為分度因數(shù)病變——μ——CT值可鑒別病變的性質(zhì)如肝囊腫0—15H2.灰度顯示CT值與灰度對(duì)應(yīng).65病變——μ——CT值可鑒別病變的性質(zhì)如肝囊腫腦內(nèi)出血區(qū)呈高密度影，CT值約45～90Hu之間實(shí)質(zhì)性腫瘤CT表現(xiàn)為高密度影囊性腫瘤為低密度影.66腦內(nèi)出血區(qū)呈高密度影，CT值約45～90Hu之間實(shí)質(zhì)性腫瘤C三、圖像重建的數(shù)學(xué)方法1、代數(shù)（迭代）重建法（聯(lián)立方程組）.67三、圖像重建的數(shù)學(xué)方法1、代數(shù)（迭代）重建法（聯(lián)立方程組）.123446461554131619220045090033771350減基數(shù)10化簡(jiǎn)基數(shù)等于所有體素特征的總和52353691212342、反投影法.68123446461554131619220045090033.69.143、濾波反投影法（Filteredbackprojection)

也稱為卷積反投影法(convolutionbackprojection,CBP)反投影法得到的圖像四周伴有星狀偽像；濾波反投影在反投影之前，用濾波函數(shù)與反投影信號(hào)相加（卷積處理），消滅星狀偽影。.703、濾波反投影法（Filteredbackproject表示卷積積分卷積核卷積核：在CT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。.71表示卷積積分卷積核卷積核：在CT圖像重建過程中用于濾波反投影.72.17♂.73♂.18§3—2

CT掃描機(jī)的結(jié)構(gòu)掃描架控制臺(tái)（顯示）高壓發(fā)生器電源控制

計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成像系統(tǒng)的核心掃描床.74§3—2CT掃描機(jī)的結(jié)構(gòu)掃描架控制臺(tái)（顯示）高壓一、掃描裝置●掃描架

X線管探測(cè)器.75一、掃描裝置●掃描架.20（1）X線管：功率20—60kW;高壓80—140kVp

焦點(diǎn)0.5—2.0mm;掃描持續(xù)時(shí)間30—60s.76（1）X線管：.21高壓氙氣探測(cè)器●電離室在高壓下充入惰性氣體氙優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；單個(gè)探測(cè)器通道的靈敏度相同。缺點(diǎn)：量子效率低；相鄰探測(cè)器之間存在縫隙。閃爍晶體探測(cè)器●(NaI)碘化鈉、(CsI)碘化銫、(CaF2)氟化鈣、(BGO)鍺酸鉍晶體等。加入微量增光或減少余輝的物質(zhì)（鉈、銪）優(yōu)點(diǎn)：探測(cè)效率高（2）探測(cè)器.77高壓氙氣探測(cè)器閃爍晶體探測(cè)器（2）探測(cè)器.22CT原理框圖二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng).78CT原理框圖二、計(jì)算機(jī)系統(tǒng).23計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以控制計(jì)算機(jī)為中心控制和管理核心，它是中央處理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(dateacquisitionsystem,DAS)、陣列處理計(jì)算機(jī)等以及機(jī)架和高壓系統(tǒng)的微處理器間的輸入、輸出的連接，通過中央處理器(CPU)和存儲(chǔ)器(memory)完成執(zhí)行功能：1）控制和監(jiān)視掃描過程，將掃描數(shù)據(jù)（投影值）送入存儲(chǔ)器；2）CT值校正（插值處理）；3）控制CT掃描等信息的傳遞——數(shù)據(jù)管理；4）圖像重建的程序控制；5）故障診斷及分析等。.79計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以控制計(jì)算機(jī)為中心控制和管理核心，它是中央處理系§3—3CT掃描方式與設(shè)備平移采集160個(gè)數(shù)據(jù)*旋轉(zhuǎn)180°每次掃描共采集28800個(gè)數(shù)據(jù)；計(jì)算80×80矩陣的圖像，6400個(gè)像素；一幅圖像約需5min一次檢查約需35min。應(yīng)用范圍：腦1、單束平移—旋轉(zhuǎn)方式[第1代（1970）]一、普通CT.80§3—3CT掃描方式與設(shè)備平移采集160個(gè)數(shù)據(jù)*旋轉(zhuǎn)182、窄扇形束掃描平移—旋轉(zhuǎn)方式[第2代（1972）]扇角：15°～20°

步幅：5°～10°；X球管1個(gè)，檢測(cè)器20～30個(gè)；一幅圖像需時(shí)20～60s；應(yīng)用范圍：頭部.812、窄扇形束掃描平移—旋轉(zhuǎn)方式[第2代（1972）]扇一幅圖像需時(shí)約5s；應(yīng)用范圍：全身（心臟除外）30°～60°300～1000個(gè)3、廣角扇束形旋轉(zhuǎn)—旋轉(zhuǎn)（常用）

[第3代（1976）]：.82一幅圖像需時(shí)約5s；30°～60°300～1000個(gè)3、廣一幅圖像約需2s;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。400～1500個(gè)檢測(cè)器組成靜止環(huán)形檢測(cè)器環(huán)4、反扇束形靜止—旋轉(zhuǎn)（常用）[第4代（1978）].83一幅圖像約需2s;應(yīng)用范圍：全身。400～1500個(gè)第三代與第四代比較(FromSiemens)

●傳統(tǒng)CT的缺點(diǎn)：①旋轉(zhuǎn)部分為往返旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，限制了掃描速度；②控制電路復(fù)雜；③電纜長(zhǎng)期作往返纏繞，易發(fā)生折斷，故障不易查找。.84第三代與第四代比較(FromSiemens)●傳統(tǒng)CT的二、螺旋CT（1989）1、掃描方式與供電方式：①掃描方式：X線管繞被查人體勻速單向旋轉(zhuǎn)，人體勻速前進(jìn)掃描軌跡為螺旋曲線，故稱螺旋CT優(yōu)點(diǎn)：①掃描速度高：減少運(yùn)動(dòng)偽影②無采集數(shù)據(jù)遺漏：容積數(shù)據(jù)，任意位置、任意方位重建圖像。.85二、螺旋CT（1989）1、掃描方式與供電方式：掃描軌跡為螺②供電方式：滑環(huán)（slipring)，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).86②供電方式：滑環(huán)（slipring)，碳刷在滑環(huán)上運(yùn)動(dòng)完2)低壓滑環(huán)：傳遞電壓為數(shù)百伏。優(yōu)點(diǎn)：傳遞電壓低，易處理；高壓電纜短，損耗小。缺點(diǎn)：高壓電源與X線管組合一起旋轉(zhuǎn)，增加旋轉(zhuǎn)部分重量。高壓發(fā)生器X線管高壓電纜低壓電纜1)高壓滑環(huán)：傳遞電壓萬伏以上優(yōu)點(diǎn)：高壓電源放在掃描機(jī)架外部；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)量高壓電源X線管高壓電纜.872)低壓滑環(huán)：傳遞電壓為數(shù)百伏。高壓發(fā)生器X線管高壓電纜低單層探測(cè)器多層探測(cè)器X光管X光管2、多層面掃描螺旋CT（1998）單層螺旋CT：線束寬度近似于層厚；多層螺旋CT：線束以X射線管為頂點(diǎn)，呈四棱錐形.88單層探測(cè)器多層探測(cè)器X光管X光管2、多層面掃描螺旋CT（檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：?jiǎn)闻?、多排?4）、等寬、不等寬.89檢測(cè)器結(jié)構(gòu)：?jiǎn)闻拧⒍嗯牛?4）、等寬、不等寬.341、動(dòng)態(tài)空間掃描28個(gè)X線管（半圓），28個(gè)檢測(cè)器（半圓）；電子開關(guān)控制輪流發(fā)射X射線脈沖束；時(shí)間＜1s

。應(yīng)用范圍：心、肺動(dòng)態(tài)器官三、超高速掃描[第5代（1987）].901、動(dòng)態(tài)空間掃描三、超高速掃描[第5代（1987）].32、電子束掃描鐘形X射線管和靜止排列的檢測(cè)器環(huán)時(shí)間約10ms應(yīng)用范圍：心、肺等動(dòng)態(tài)器官.912、電子束掃描.36CT的優(yōu)缺點(diǎn)●優(yōu)點(diǎn)：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；軟件處理重建，獲得診斷所需多方位像。2、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)；無斷層外干擾。3、可做定量分析：測(cè)量μ值，定量分析?！窬窒扌裕?、空間分辨力仍低于常規(guī)X線檢查；2、不是所有臟器都適合CT檢查（如空腔性臟器、胃腸道）3、CT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(zhǎng)短）；4、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)）。.92CT的優(yōu)缺點(diǎn)●優(yōu)點(diǎn)：●局限性：.37.93.38§3—4X-CT圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)用物理學(xué)、影像學(xué)原理→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)評(píng)價(jià)方法：在臨床應(yīng)用條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試體模作斷層掃描，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)的測(cè)量值相對(duì)于標(biāo)稱值的偏差評(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)1、對(duì)比度及對(duì)比度分辨力①對(duì)比度：不同物質(zhì)的密度差異→X射線透射差異→像素灰度間的黑白程度的對(duì)比.94§3—4X-CT圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)用物理學(xué)、影像學(xué)原理→檢②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。■檢測(cè)方法：低密度體模（單位mm）■

影響因素：噪聲↑→像顆粒度↑→對(duì)比度分辨力↓；被照物細(xì)節(jié)↑→對(duì)比度分辨力↑；

X射線劑量↑→信噪比↑→對(duì)比度分辨力↑窗寬、窗位的選擇.95②對(duì)比度分辨力（密度分辨力）：■檢測(cè)方法：低密度體模（單位2、低對(duì)比度分辨力和高對(duì)比度分辨力①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?！鰲l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

△μ

＜1%或△CT＜10HuX-CT:0.5—1%普通X線片：＞5%

低對(duì)比度分辨力CT優(yōu)于X片低對(duì)比度分辨力高是X-CT的優(yōu)勢(shì)！原因：CT與普通x線攝影比較無重疊干擾；高度準(zhǔn)直，散射線少；探測(cè)器比膠片靈敏。.962、低對(duì)比度分辨力和高對(duì)比度分辨力①低對(duì)比度分辨力：X-CT■影響因素：探測(cè)器孔徑（射線采樣寬度）↓→空間分辨力↑間距（采樣間隔）↓→空間分辨力↑圖像重建算法（濾波函數(shù)的選擇）。②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?！鰲l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

△μ＞10%；或△CT＞100Hu3、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。體素（矩陣越大）——空間分辨力↑.97■影響因素：②高對(duì)比度分辨力：3、空間分辨力：體素（矩陣空間分辨力取決于檢測(cè)器有效受照寬度（與線束寬度相對(duì)應(yīng)）檢測(cè)器有效受照高度（與線束高度相對(duì)應(yīng)）.98空間分辨力取決于.43

■空間分辨力的檢測(cè)：高密度測(cè)試體模線對(duì)數(shù)LP/Cm;分辨最小圓孔的直徑（mm)普通X光片：0.1～0.2mm(膠片顆粒尺寸）；

X-CT：1～2mm核素成像：5—10mm○