X射線計(jì)算機(jī)斷層成像

1、X射線計(jì)算機(jī)斷層掃描成像主要內(nèi)容 發(fā)展歷史 硬件組成 掃描方法 基本原理 重建算法 圖像的質(zhì)量評(píng)價(jià)發(fā)展歷史 CT是英文“Computed Tomography”的縮寫(xiě)。詞根“tomo”含有斷層的意義，具體解釋為通過(guò)對(duì)一單個(gè)層面成像而形成的X線攝影技術(shù)。 從名字不難看出CT的技術(shù)基礎(chǔ)是計(jì)算機(jī)技術(shù)和X線斷層攝影技術(shù)。中文為計(jì)算機(jī)體層攝影成像，它代表一種圖像重建技術(shù)。發(fā)展歷史 1971年，波西米亞數(shù)學(xué)家Radon提出了圖像重建的數(shù)學(xué)方法； 1963年，美國(guó)物理學(xué)家Cormark提出投影數(shù)據(jù)重建圖像的數(shù)學(xué)方法； 1971年，英國(guó)科學(xué)家Hounsfield設(shè)計(jì)成功世界第一臺(tái)顱腦CT機(jī)； 1972年，第一

2、張臨床CT圖像在倫敦Atkinson Morley醫(yī)院拍攝； 1974年，美國(guó)工程師Ledley設(shè)計(jì)出全身CT機(jī)發(fā)展歷史G. N. HounsfieldA. M. Cormack Hounsfield和和Cormark獲得獲得1979年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。發(fā)展歷史中國(guó)東軟中國(guó)東軟 雙排螺旋雙排螺旋CT硬件組成硬件組成 掃描機(jī)架lX線管l探測(cè)器CT掃描系統(tǒng)的掃描機(jī)架與掃描床掃描系統(tǒng)的掃描機(jī)架與掃描床 掃描機(jī)架內(nèi)部結(jié)構(gòu)掃描機(jī)架內(nèi)部結(jié)構(gòu)硬件組成 X線管：功率2060kW 高壓80140kVp焦點(diǎn)0.52.0mm掃描持續(xù)時(shí)間30 60s硬件組成 探測(cè)器 高壓氙氣探測(cè)器電離室在

3、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。硬件組成 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)效率高硬件組成 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件組成計(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)(date acquisition systemDAS)、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(guò)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(guò)程，將掃描數(shù)據(jù)（投影值）

4、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。硬件組成 CT的結(jié)構(gòu)框圖掃描方式 普通普通CT 單細(xì)束平移單細(xì)束平移旋轉(zhuǎn)方式（第一代）旋轉(zhuǎn)方式（第一代）第 1 代 CT 機(jī)只有一個(gè)探測(cè)器，掃描角度為 1，掃描時(shí)間 270s/層。僅用于頭部的掃描, 圖像質(zhì)量差, 以平移加旋轉(zhuǎn)的掃描運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行,稱(chēng)為平移旋轉(zhuǎn)型。掃描方式 窄扇束平移窄扇束平移旋轉(zhuǎn)方式（第二代）旋轉(zhuǎn)方式（第二代）第 2 代 CT 機(jī)探測(cè)器的數(shù)目增加 520 個(gè)左右，X 線束呈扇型，掃描角度增加為 360,掃描時(shí)間仍較長(zhǎng),一般在20s1min /層，掃描方式為

5、窄扇束掃描平移旋轉(zhuǎn)方式 。掃描方式 寬扇束旋轉(zhuǎn)寬扇束旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方式（第三代）旋轉(zhuǎn)方式（第三代）第 3 代 CT 探測(cè)器數(shù)目一般多超過(guò) 100 個(gè)，有的接近1000 個(gè)，X 線扇形束擴(kuò)大到 4050，足以覆蓋人體的橫徑,這樣掃描就不需要再平移，而只需要旋轉(zhuǎn)就可以了,故稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn)型。掃描時(shí)間一般均在幾秒鐘,最快速度 0.5s，實(shí)現(xiàn)了亞秒級(jí)掃描。掃描方式 寬扇束旋轉(zhuǎn)寬扇束旋轉(zhuǎn)靜止方式（第四代）靜止方式（第四代）第 4 代 CT 機(jī)與早先產(chǎn)品不同，探測(cè)器呈 360 環(huán)狀固定排列在機(jī)架內(nèi)(目前有的機(jī)型多達(dá) 4800 個(gè)探測(cè)器)，X 線管則圍繞人體和機(jī)架作 360 旋轉(zhuǎn),把第 4 代稱(chēng)固定/旋轉(zhuǎn)型(螺旋

6、 CT 屬此型)。掃描方式 電子束方式（第五代）電子束方式（第五代）第 5 代 CT 機(jī)與第 1 到第 4 代 CT 機(jī)不同，在成像過(guò)程中 X線管不需環(huán)繞機(jī)架作機(jī)械運(yùn)動(dòng)，它是用電子束方法產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的 X線源,再穿透人體由探測(cè)器接受,這種 CT 機(jī)稱(chēng)為電子束 CT,也稱(chēng)超高速 CT，特點(diǎn)是掃描速度很快, 50100ms /層,每秒最多可掃34 層,就其掃描速度是普通 CT 的 40 倍，螺旋 CT 的 20 倍,可用于心臟一類(lèi)運(yùn)動(dòng)器官的掃描。掃描方式 電子束方式（第五代）電子束方式（第五代）掃描方式 螺旋螺旋CT 單層螺旋單層螺旋CT（SCT）X線管由往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改為向一個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)掃描，受檢體

7、（檢查床）同時(shí)向一個(gè)方向移動(dòng)，X線連續(xù)曝光并采集數(shù)據(jù)。X線管相對(duì)于受檢體的運(yùn)動(dòng)為劃過(guò)一柱面螺旋線形軌跡。沒(méi)有掃描間隔的暫停時(shí)間（死時(shí)間），可進(jìn)行連續(xù)掃描，解決了傳統(tǒng)掃描時(shí)的層隔問(wèn)題。單層螺旋CT的探測(cè)器數(shù)目和材料同第3代CT；掃描方式 多層螺旋多層螺旋CT（MSCT）MSCT和SCT掃描方式相同。是X線管和檢測(cè)器圍繞人體做360旋轉(zhuǎn)，受檢體向一個(gè)方向移動(dòng)。不同的是MSCT的檢測(cè)器為多排，目前的排數(shù)從幾排到幾十排；而單層SCT的檢測(cè)器只有一排。掃描方式 多層螺旋多層螺旋CT（MSCT）特點(diǎn)：（1）降低 X 射線球管損耗。（2）掃描覆蓋范圍更長(zhǎng)。（3）掃描時(shí)間更短。（4）掃描層厚更薄?；驹?掃

8、描和投影：l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 。l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)。基本原理基本原理 物理原理：利用高度準(zhǔn)直X線束環(huán)繞人體某一部位，并以一定層厚的層面進(jìn)行斷層掃描，部分X線光子被組織器官吸收，X線強(qiáng)度因而衰減，未被吸收的X線光子穿透人體后，由探測(cè)器接收，將其轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢?jiàn)光后，經(jīng)放大由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理。重建算法 數(shù)學(xué)原理：成像物理原理為通過(guò)CT掃描機(jī)構(gòu)掃描獲取求解的方程組；解方程組獲得人體某一體層面各個(gè)體素的值；再將值轉(zhuǎn)換為CT值；最后將CT值變換成能視覺(jué)識(shí)別的灰度圖像。 重建算法X射線束通過(guò)均勻物質(zhì)射線束通過(guò)均勻物質(zhì) x00II eI1lnxI重建算法I1 = I0e(1x)I 2= I1e(2x) In = I0e-(1 + 2+ n)xP(x)dx012n0n()xln1lnxniIIIPI或投影重建算法 wwCTK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）重建算法 CT值與灰度值對(duì)比值與灰度值對(duì)比重建算法 代數(shù)（迭代）重建法（聯(lián)立方程組）代數(shù)（迭代）重建法（聯(lián)