CT基礎(chǔ)-計算機(jī)體層成像-課件

第二章

計算機(jī)體層成像

COMPUTEDTOMOGRAPHYComputedTomography

計算機(jī)控制的X線體層成像

1、通過X線球管環(huán)繞人體一定厚度某一層面進(jìn)行掃描

2、由探測器接受X線，經(jīng)摸/數(shù)轉(zhuǎn)換輸入計算機(jī)

3、經(jīng)計算機(jī)處理后得到獲得該層面圖像4、真正的數(shù)字?jǐn)鄬咏馄蕡D像，無斷層以外組織結(jié)構(gòu)干擾CT的發(fā)展史：

1972年Hounsfield第一臺頭部CT1975年全身CT問世

1985年滑環(huán)（slipring)問世，單向連續(xù)掃描實現(xiàn)。

1989年螺旋掃描CT問世

1992年雙層螺旋CT推出

1998年四家公司同時推出4層螺旋CT2001年8、10、12、16層螺旋CT2003年32層、40層螺旋CT2004年64層螺旋CT投入臨床應(yīng)用2006年以后，256、320多層CT開始臨床應(yīng)用Hounsfield一基本概念1.1X線衰減attenuation

Iout=Iin

e-μd

μ組織衰減系數(shù)（決定于原子序數(shù)和電子密度，宏觀上看決定于物質(zhì)的密度）

d組織厚度

衰減系數(shù)是物質(zhì)的固有屬性●CT是運用物理技術(shù)，以測定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，從而實現(xiàn)重新建立斷面圖像的現(xiàn)代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)?！鯟T像的本質(zhì)是衰減系數(shù)成像■如何確定衰減系數(shù)值在人體某剖面上的二維分布?CT的本質(zhì)重建（Reconstruction）X1+X2=5X3+X4=12X2+X4=9X1+X3=8X1(3)X2(2)X3(5)X4(7)51289

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

視為均勻因此μ1+μ2+μ3+……μn=1/X（In）I0/In就是建立CT圖象的基本方程。1.2像素、體素及矩陣體素：將選定的層面分成若干體積相同的立方體數(shù)字矩陣：每個體素X線衰減系數(shù)排列成矩陣像素：每個數(shù)字矩陣中的每個數(shù)字轉(zhuǎn)化為由黑到白的不同灰度像素和體素1.3CT值HU(HounsfieldUnit)某物質(zhì)CT值=(某物質(zhì)-H2O)/H2O1000=衰減系數(shù)以水的衰減系數(shù)（μw

）為標(biāo)準(zhǔn)，各組織的衰減系數(shù)μ與水的衰減系數(shù)μw的相對比值，稱為CT值。水的CT值是0CT值CT值：用于測量CT圖像中密度值的統(tǒng)一計量單位，表示體素的相對X線衰減度。（Hounsfieldunit,Hu)常用正常值：水0Hu

骨皮質(zhì)1000Hu

空氣-1000Hu

腦內(nèi)出血區(qū)呈高密度影，CT值約45～90Hu之間實質(zhì)性腫瘤CT表現(xiàn)為高密度影囊性腫瘤為低密度影CT值的作用：代表物質(zhì)的密度，可以幫助確認(rèn)病變性質(zhì)。1.4窗口技術(shù)窗口技術(shù)定義：利用數(shù)字圖像特點，改變亮度與CT值之間的關(guān)系，顯示不同組織變化的技術(shù)。人體組織CT值范圍有2000個分度，人眼僅能分辨16個灰階，圖像即有16個分度窗寬

windowwidth圖像上16個灰階所包括的CT值范圍，最亮灰階所代表的CT值與最暗灰階所代表CT值的跨度例：窗寬2000，可分辨的CT值為125Hu（2000／16）窗寬160，可分辨的CT值為10Hu（160／16）為提高組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的顯示，使CT值差別小的兩種組織能夠分辨，需采用不同的窗寬觀察圖像6.25Hu（100／16）100Hu（1600／16）窗寬越寬，可觀察組織CT值的變化范圍越大，但灰階差值亦大，適合觀察CT值變化范圍較大的組織。如骨、肺等。窗寬越窄，灰階差值越小，適合觀察CT值變化范圍較小的組織，如顱腦、眼眶等。窗位Windowlevel(central)指觀察某種組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)時，以該組織的CT值為中心觀察,這樣既能顯示比該組織密度高的病變，也能觀察比該組織密度低的病變。腦CT值：35HuW100C3516個灰階CT值范圍-15～85Hu,在此CT值范圍內(nèi)的組織均以不同的模擬灰度顯示，但超出上下限值的組織無法分辨，CT值高于此范圍的組織均顯示為白色，低于此范圍的組織均顯示為黑色。窗口技術(shù)增加窗寬，圖像層次增多，組織對比減少，細(xì)節(jié)顯示差提高窗位，顯示的圖像變黑，降低窗位，圖像變白1.5空間分辨力及密度分辨力空間分辨力空間分辨力（高對比分辨力）是指對于物體空間大小（幾何尺寸）的鑒別能力。

CT圖象的空間分辨力指某一物體與其周圍介質(zhì)的X線吸收差異較大時，CT裝置對該物體影像識別能力。

CT圖像的空間分辨力是由層厚及像素的大小（尺寸）決定的。

像素越小、層厚越薄，空間分辨力越高

密度分辨力密度分辨力（低對比度分辨力）當(dāng)某一物體與其周圍介質(zhì)的X線吸收差異較小時，CT裝置對該物體的影像識別能力。CT:0.5—1%普通X線片：＞5%

低對比度分辨力CT優(yōu)于X片低對比度分辨力高是CT的優(yōu)勢！像素越大、層厚越厚,密度分辨力越高在X線源總能量不變的條件下，像素小、數(shù)目多、空間分辨率提高。同時，每個體素內(nèi)經(jīng)過的光子數(shù)量減少。密度分辨率降低。像素、層厚與空間分辨力、密度分辨力的相互關(guān)系1.6部分容積效應(yīng)

部分容積效應(yīng)（partialvolumephenomenon）同一層面中,垂直厚度內(nèi)如果有兩種以上不同密度組織相互重疊時,所獲得的密度不能如實反映其中的任何一種組織，所測CT值是它們的平均值。這種現(xiàn)象就是部分容積效應(yīng)。部分容積效應(yīng)會導(dǎo)致診斷困難或引起誤診。層厚越薄，部分容積效應(yīng)越不明顯。所以可以通過減少層厚來避免部分容積效應(yīng)。S=6.5mmS=3.2mmS=6.5mm錯構(gòu)瘤1.7偽影偽影（artifact）被掃描物體中并不存在而圖像中卻顯示出來的各種不同類型的影像呼吸、心跳、躁動可形成運動偽影體內(nèi)高密度結(jié)構(gòu)和異物可形成硬化偽影機(jī)器故障可形成偽影二、CT成像基本原理

1.CT圖像是數(shù)字圖像a.將圖像分割成若干像素b.通過掃描或曝光測定每一像素的數(shù)字值c.形成數(shù)字矩陣d.重建成灰階圖像2、CT掃描的特點a.X線束：CT為有一定厚度的扇型束，厚度由準(zhǔn)直器決定。準(zhǔn)直器探測器扇形X線束b.接收介質(zhì)：CT為探測器，接收X線后轉(zhuǎn)換成電能并量化。c.掃描方式：CT為管球繞被掃描物體旋轉(zhuǎn)運動。3、CT成像過程X線束環(huán)繞人體具有一定厚度的檢查部位旋轉(zhuǎn)一周（360o）進(jìn)行掃描，探測器接受透過該層面的X線，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸?shù)接嬎銠C(jī)，計算出數(shù)字距陣，數(shù)模轉(zhuǎn)換成為斷層圖像三、CT設(shè)備1.掃描部分X線球管探測器掃描架對檢查部位進(jìn)行掃描2.計算機(jī)系統(tǒng)對掃描收集的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲運算3.圖像顯示和存儲系統(tǒng)將計算機(jī)處理、重建的顯示在影屏上并用照相機(jī)將圖像攝于膠片上或存儲到光盤、硬盤上四、CT的分代普通CT（常規(guī)CT）、螺旋CT第一代第二代第三代第四代第五代螺旋CT第一代：平移－旋轉(zhuǎn)式；線形束

CT的初級階段，筆形X線束，對側(cè)僅有一個探測器，以人體為中心作同步平行移動，轉(zhuǎn)換Ⅰ0掃描角度，作第二次掃描，完成一個層面采集需旋轉(zhuǎn)1800。掃描孔徑小，掃描時間長，僅可做頭顱掃描。第二代：平移－旋轉(zhuǎn)式；扇形束

掃描方法與一代相同，但X線束改為扇形，覆蓋范圍增大，探測器增至數(shù)十個，旋轉(zhuǎn)角由Ⅰ0提高到扇面夾角度數(shù)，掃描時間縮短至數(shù)十秒，用于顱腦。第三代：旋轉(zhuǎn)－旋轉(zhuǎn)式；扇形束

旋轉(zhuǎn)移動，X線為寬扇形，包括整個掃描視野，探測器數(shù)百或上千個排列成孤形，與管球相對固定于掃描架上，掃描與旋轉(zhuǎn)同步進(jìn)行，掃描速度提高至5秒內(nèi)，可用于全身檢查。第四代：旋轉(zhuǎn)－固定式

扇形束旋轉(zhuǎn)掃描，但探測器圓周排列，固定于掃描架上不運動，管球旋轉(zhuǎn)運動，掃描速度縮短至2～5秒。第五代：電子束CT

electronbeamCT,EBCT;ultrafastCT,UFCT不用X線管，用電子槍發(fā)射電子束轟擊環(huán)靶產(chǎn)生X線進(jìn)行掃描。最快掃描速度達(dá)50ms，可行冠狀動脈造影和心臟造影,缺點是造價昂貴。螺旋CT

spiralCT,SCT;helicalCTX線管球向一個方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)并曝光，被掃描物體同時勻速向前（或后）運動。掃描軌跡成螺旋狀，故稱螺旋掃描。三維采集數(shù)據(jù)，又稱容積掃描。常規(guī)CT與螺旋CT常規(guī)CT

球管為往返式掃描（順時針3600，逆時針3600）掃描時球管旋轉(zhuǎn)，病人靜止不動數(shù)據(jù)采集為二維采樣難以進(jìn)行高質(zhì)量圖像后處理常規(guī)掃描模式螺旋掃描模式多層螺旋CT多排探測器旋轉(zhuǎn)一周獲得多層CT圖像掃描時間更短、掃描層厚更薄、掃描范圍更大有利于運動器官成像及動態(tài)觀察增強(qiáng)掃描時，可獲得感興趣器官、結(jié)構(gòu)的各期相表現(xiàn)特征獲得連續(xù)層面圖像，避免小病灶漏診完成不合作或難于制動患者的檢查無間隔掃描，容積數(shù)據(jù)，可進(jìn)行多種后處理重組圖像MultisliceCTscanner五、CT圖像特點1、CT圖像：由一定數(shù)目、不同灰度的像素按矩陣排列構(gòu)成的灰階圖像。

像素大小：1.0mm×1.0mm0.5mm×0.5mm

像素數(shù)目：512×5121024×1024

像素越小，圖像越細(xì)致---空間分辨率越高2、CT圖像反映器官和組織對X線的吸收程度

黑影代表低吸收區(qū)---低密度區(qū)----肺部

白影代表高吸收區(qū)---高密度區(qū)----骨骼CT圖像以不同灰度顯示密度的高低，并有量化標(biāo)準(zhǔn)-------CT值

水：0HU氣體：-1000骨皮質(zhì)：1000五、CT圖像特點3、CT具有很高的密度分辨率，人體軟組織密度差別很小，在CT上也能形成對比4、CT掃描：常規(guī)橫軸位

后處理可形成冠狀位、矢狀位六、CT檢查技術(shù)普通CT掃描平掃、對比增強(qiáng)、造影掃描高分辨力掃描CT新技術(shù)6.1普通CT掃描1、平掃（plainscan）：不應(yīng)用對比增強(qiáng)或造影的掃描6.1普通CT掃描2、增強(qiáng)掃描(contrastenhancement,CE)：經(jīng)靜脈注入碘對比劑后的掃描（常采用團(tuán)注法：在幾秒內(nèi)將全部對比劑迅速注入）

提高正常組織與病變組織間的密度差，顯示平掃未被顯示或顯示不清的病變常規(guī)增強(qiáng)掃描動態(tài)增強(qiáng)掃描注射對比劑后連續(xù)掃描6.1普通CT掃描3、造影掃描：先行器官或結(jié)構(gòu)造影后再行掃描

可獲得高空間分辨率的掃描技術(shù)薄層厚(0.5-1.5毫米)、大矩陣(512×512至1024×1024)主要用于⑴觀察骨的細(xì)微結(jié)構(gòu),如顯示顳骨巖部內(nèi)半規(guī)管、耳蝸、聽小骨等結(jié)構(gòu);⑵觀察肺內(nèi)微細(xì)結(jié)構(gòu)及微小病灶結(jié)構(gòu),如早期肺間質(zhì)改變或各種小氣道病變?nèi)缰夤軘U(kuò)張。6.2高分辨力掃描

(highresolutionscanning,HRCT):HRCT6.3圖像后處理利用螺旋CT容積掃描數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機(jī)后處理，重組其他顯示形式的圖像1.多方位重組MRP2.表面遮蓋顯示SSD3.最大密度投影MIP4.仿真內(nèi)窺鏡CTVE5.容積演示VR1.多方位重組

Multiplannerreformation,MPR在任意平面對容積數(shù)據(jù)進(jìn)行多個平面分層重組，獲得冠、矢、斜和曲面等任意平面圖像。圖像后處理主動脈夾層

P=2.0胸及軀干MPR圖像后處理CPR曲面重建2.CT三維圖像重建

Surfaceshadeddisplay,SSD表面遮蓋顯示Volumerenderingtechinique

容積演示將螺旋CT掃描的容積資料在工作站3D軟件支持下重建三維圖像。圖像可任意旋轉(zhuǎn)，可加入偽彩，從任意角度觀察病灶。圖像后處理肺腫塊與周圍結(jié)構(gòu)的三維關(guān)系3.CTangiography,CTACT血管成像（CTA）：靜脈內(nèi)注入對比劑后行血管造影CT掃描的圖像重組技術(shù)，可立體顯示人體血管影像常用的后處理技術(shù)：最大密度投影（MIP）、容積演示（VR）、表面遮蓋顯示（SSD）。最大密度投影

MIP圖像后處理4.仿真內(nèi)窺鏡

Virtualendoscopy,VE三維重建技術(shù)，模擬內(nèi)鏡檢查的過程，可從任意方向觀察管腔內(nèi)部。用來顯示氣管、血管、胃腸道、喉、咽、