CT沈巖莉?qū)W習(xí)課程

1、CT 原理與算法原理與算法 CT: - computed tomography - computerized tomography 計算機(jī)體層照相術(shù) 計算機(jī)斷層照相術(shù) 計算機(jī)控制斷層掃描術(shù) CAT : - computerized axial tomography 計算機(jī)控制橫軸向X線斷層掃描術(shù)第1頁/共49頁第一頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。辭源辭源 computed compute:源自 后期拉丁語 computus Greek tomos section 希臘語 tomos 切面 Latin -graphia, from Greek, from graphein. writing

2、or representation in a (specified) manner or by a (specified) means or of a (specified) object. 第2頁/共49頁第二頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT要點： CT的地位、作用 CT發(fā)展的歷史、現(xiàn)狀、趨勢 投影 螺旋CT 成像原理 常用概念第3頁/共49頁第三頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT種類 X射線CT : X-CT 核磁共振CT : NMR-CT 單光子發(fā)射CT : SPECT原理 ： 反投影重建算法第4頁/共49頁第四頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。第5頁/共49頁第五頁，編

3、輯于星期五：十五點 三十五分。榮獲1946年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎發(fā)現(xiàn)X線照射引起基因突變繆勒Hermann Joseph Muller美國印地安那大學(xué)1890年-1967年 第6頁/共49頁第六頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。The Nobel Prize in Physiology or Medicine 1962for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material.

4、 F. H. C. CrickMRC Laboratory of Molecular Biology CambridgeJ. D. WatsonM. H. F. Wilkins Harvard University London University第7頁/共49頁第七頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。Portrait of a DNA Sequence by Roger Berry (1998) at the Life Sciences Addition building, University of California, Davis. 第8頁/共49頁第八頁，編輯于星期五：十五點 三十

5、五分。在法國名城Chambord有一座由達(dá)芬奇設(shè)計以及由法國的Franois一世于由16世紀(jì)(1519年)建造的建筑物中包含兩個不相交的螺旋形組成的階梯第9頁/共49頁第九頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT 基本結(jié)構(gòu)u掃描部分：x線管、 探測器和掃描架，u計算機(jī)系統(tǒng)：將掃描收集到的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存和運算，u圖像顯示和存儲系統(tǒng)：經(jīng)計算機(jī)處理，重建的圖像顯示在電視屏上或用多幅照相機(jī)或激光相機(jī)將圖像攝下。第10頁/共49頁第十頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。同X射線有關(guān)的諾貝爾獎 第11頁/共49頁第十一頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的X射線裝置的缺點射線裝置的缺點 影像重

6、疊。深度方向上的信息重疊在 起，引起混淆。 密度分辨率低，對軟組織分辨能力低。 所用劑量大。第12頁/共49頁第十二頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT優(yōu)點： 斷層成像 密度分辨率高，對軟組織分辨能力高。（相對于X射線成像術(shù)） 投影劑量?。ㄏ鄬τ赬射線成像術(shù)） 動態(tài)范圍大（相對于X光片） 無損檢測 存儲方便第13頁/共49頁第十三頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT密度分辨率高密度分辨率高第14頁/共49頁第十四頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT原理：平移+旋轉(zhuǎn) 射線入射強(qiáng)度I0 出射強(qiáng)度I 線性衰減系數(shù) 第15頁/共49頁第十五頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。第一代CT第1

7、6頁/共49頁第十六頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。多檢測器 小扇束 平移/旋轉(zhuǎn)第二代CT第17頁/共49頁第十七頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。第三代CT大扇束 多檢測器 旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)第18頁/共49頁第十八頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。第四代CT大扇束固定環(huán)形檢測器固定/旋轉(zhuǎn)第19頁/共49頁第十九頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。History of CT (4 generations)第20頁/共49頁第二十頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。第21頁/共49頁第二十一頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。Advanced application Cardiac imagi

8、ng做增強(qiáng)掃描后，即可進(jìn)行分割和重建，獲得冠狀動脈血管系統(tǒng)，并基于此開發(fā)CAD軟件，進(jìn)行血管拉直，直徑測量和分支命名等。 第22頁/共49頁第二十二頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT perfusion imaging 在靜脈中注射照影劑后，通過對特定組織和器官進(jìn)行連續(xù)多層掃描，獲得該組平面內(nèi)的時間密度函數(shù)（Time density curve, TDC)，以便用不同的數(shù)學(xué)模型血流量（Blood flow, BF)、血容量(Blood volume, BV)、平均通過時間（Mean transmit time, MTT)、峰值時間（Time to peak, TTP)等參數(shù)，并利用這些參

9、數(shù)對該層面的組織和器官功能進(jìn)行評價。 常規(guī)和增強(qiáng)掃描上不易鑒別的腫瘤、感染、炎癥和梗塞等，在灌注成像參數(shù)上均有表現(xiàn)。 還可對癡呆、精神疾病和偏頭痛等進(jìn)行評價。 腦部血流CBV（Cerebral BV）第23頁/共49頁第二十三頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT angiography（血管造影術(shù)）先進(jìn)行普通平掃，獲得高密度骨骼，進(jìn)行標(biāo)記，如圖1和3。注入照影劑達(dá)到完全充盈時進(jìn)行增強(qiáng)掃描，高密度區(qū)域包括骨骼和含有造影劑的血液，減去第一步標(biāo)記的骨骼，即可獲得血管形態(tài)，如圖2和4。第24頁/共49頁第二十四頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT圖像優(yōu)點1. 無重疊2. 較高的密度分辨率 常規(guī)

10、X線 5% CT 0.5%3. 無創(chuàng)4. 較高的空間分辨率5.增強(qiáng)掃描第25頁/共49頁第二十五頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT的臨床應(yīng)用1. 顱腦：腦血管疾病、腫瘤、膿腫、寄生蟲、先天及外傷疾患2. 胸部：肺、縱隔、胸壁、大血管疾患3. 腹部：肝、脾、胰、腎、腎上腺疾患4. 其他：五官、椎管、骨骼等病變第26頁/共49頁第二十六頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。螺旋CTCT掃描 80年代末90年代初，對CT 機(jī)又作了改進(jìn)，值得一提的是螺旋CT掃描（spiral CT SCAN ）,它是在螺旋式掃描的基礎(chǔ)上，通過滑環(huán)技術(shù)與掃描床平直勻速移動而實現(xiàn)的?；h(huán)技術(shù)使得X線管的供電系統(tǒng)只經(jīng)電

11、刷和短的電纜，這樣就可使X線管連續(xù)旋轉(zhuǎn)并進(jìn)行連續(xù)掃描。 在掃描期間，管球旋轉(zhuǎn)和連續(xù)動床同時進(jìn)行，使X線掃描軌跡成螺旋形，并且是連續(xù)的，沒有間隔時間。結(jié)果使掃描時間大大縮短。第27頁/共49頁第二十七頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。普通CT與螺旋CT的比較常規(guī)常規(guī)CT間隔式掃描間隔式掃描螺旋螺旋CT：連續(xù)容積掃描，連續(xù)容積掃描，軌跡呈螺旋形軌跡呈螺旋形第28頁/共49頁第二十八頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。第29頁/共49頁第二十九頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。（Spiral CT 第30頁/共49頁第三十頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。31滑環(huán)技術(shù)與螺旋CT 傳統(tǒng)CT機(jī):X

12、線管高壓電纜高壓發(fā)生器 1985年，滑環(huán)技術(shù)(Toshiba) 高壓滑環(huán)易發(fā)生放電導(dǎo)致高壓噪聲，影響采集的數(shù)據(jù)而降低圖像質(zhì)量，同時安全性差； 低壓滑環(huán)的高壓發(fā)生器采用體積小、功率大的高頻結(jié)構(gòu)，與X線管同裝于掃描架內(nèi)，同時旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定性好，危險性小。第31頁/共49頁第三十一頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。螺旋CT螺距螺距=每圈移床距離每圈移床距離/層厚層厚螺距越大，床速越快螺距越大，床速越快第32頁/共49頁第三十二頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。單層探測器多層探測器X X 光管X X 光管多層面掃描螺旋多層面掃描螺旋CTCT（19981998）單層螺旋單層螺旋CTCT：線束寬度近似于層

13、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，呈四棱錐形射線管為頂點，呈四棱錐形第33頁/共49頁第三十三頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT的成像原理uCT是以X線束對人體某部一定厚度的層面進(jìn)行橫斷掃描；u探測器接受該層面X線的衰減信號，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，?jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，輸入計算機(jī)進(jìn)行處理。u經(jīng)計算機(jī)重建程序，排列成矩陣，經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，在顯示器上重建出CT圖像。第34頁/共49頁第三十四頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT成像原理u沿著x射線束通過的路徑上，物質(zhì)的密度和組成等都是不均勻的。u將目標(biāo)分割成許多像素，每個像素的長度為w，w應(yīng)足

14、夠小，使得每一個小單元均可假定為單質(zhì)均勻密度體，因而每個小單元衰減系數(shù)可以假定為常值。u設(shè)第一個單元入射的X線強(qiáng)度為I0時，第一單元的I1=I0e-1W（1為第一單元的衰減系數(shù)）第35頁/共49頁第三十五頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。CT成像原理 為了建立CT圖象，就必須求出每個小單元的衰減系數(shù)。 因此 1+2+3+n=1/w（In）I0/In就是建立CT圖象的基本方程。 n個未知的衰減系數(shù)不可能由一次穿射二獲得，因為一個方程式不可能解出多個未知數(shù)。 從不同方向進(jìn)行多次的穿射，就可以收集足夠多的數(shù)據(jù)，從而建立起足夠數(shù)量的方程式。第36頁/共49頁第三十六頁，編輯于星期五：十五點 三十五分

15、。 如果把斷面等分成nn個單元，X線在每個角度上投影n次，這樣每一角度上可建立nn個方程式，求得nn單元所對應(yīng)的衰減系數(shù)。然后電子計算機(jī)求解這些方程式，從而得出每一小單元的衰減系數(shù)。CT成像原理第37頁/共49頁第三十七頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。常用概念-窗口技術(shù) 窗口技術(shù)是CT檢查中用以觀察不同密度的正常組織結(jié)構(gòu)或病變組織的一種顯示技術(shù)，包括窗寬（window width）和窗位 (window level )。由于各種組織結(jié)構(gòu)或病變的CT值各不相同，因此，欲顯示某一組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)時，應(yīng)當(dāng)選擇合適的窗寬和窗位來顯示該組織結(jié)構(gòu)或病變，以獲得最佳的圖像。 第38頁/共49頁第三十八頁，編

16、輯于星期五：十五點 三十五分。常用概念-窗口技術(shù) 窗寬 (window width) ： 就是顯示圖象上所包括的個灰階值的范圍。在此CT 值范圍內(nèi)的組織和病變均以不同的模擬的灰度顯示。 數(shù)字成像方式的圖像顯示中，根據(jù)人眼視覺分辨力的需要，對興趣結(jié)構(gòu)所占據(jù)的灰階范圍作選擇性顯示的技術(shù)。 第39頁/共49頁第三十九頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。 窗位 (window level) 又稱窗中心，是指CT圖象上黑白刻度中心點CT值范圍。數(shù)字成像方式的圖像顯示中；以某一灰階為中心點，選擇性顯示該中心上、下一定范圍內(nèi)的灰階，該中心點即為窗位。 同樣的窗寬，由 于窗位不同，其所包括CT值范圍的CT值也

17、有差異。常用概念-窗口技術(shù)第40頁/共49頁第四十頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。不同窗寬、窗位的CT圖象 WW1000 WL-650WW500 WL35第41頁/共49頁第四十一頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。窗寬與窗位 窗寬：圖像上所包括的CT值的范圍 窗位：圖像上所選的CT值中心的位置第42頁/共49頁第四十二頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。常用概念- 噪聲 噪聲 ：從字面解釋系指不同頻率和不同強(qiáng)度的聲音無規(guī)律的組合在一起即成噪聲。 在X線成像中的定義：影象上觀察到的亮度水平中隨機(jī)出現(xiàn)的波動。 第43頁/共49頁第四十三頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。第44頁/共49頁第四十四頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。常用概念-部分容積效應(yīng) 在同一掃描層面內(nèi)有含有兩種以上不同密度橫行走行而又相互重疊的組織時，所測得的CT值不能如實反映其中任何一種組織的真實CT值，而是這些組織的平均CT值，這種現(xiàn)象稱為部分容積效應(yīng)（partial volume effect）或部分容積現(xiàn)象(partial volume phenomenon)。 第45頁/共49頁第四十五頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。部分容積效應(yīng)第46頁/共49頁第四十六頁，編輯于星期五：十五點 三十五分。常用概念-偽影 偽影：系指在成像過程中產(chǎn)生的錯誤圖象特征，即CT圖像中