醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)課件

醫(yī)學(xué)影像物理學(xué)課件第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二X-CT1917Radon提出三維圖像重建理論1972英國研制成功第一臺頭部X-CT此后→

全身CT

→

心臟CT

→

螺旋CT（X-raycomputedtomography）普通X射線攝影多器官重疊影像X-CT清晰的斷層影像第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)體層像素體素體層受檢體中一個薄層像素圖像中的基本單元體素受檢體中小體積元第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)掃描投影為采集影像數(shù)據(jù)須用單能窄X射線束對受檢體進(jìn)行掃描

掃描中透過某點(diǎn)的射線束強(qiáng)度稱為投影掃描即按一定順序?qū)κ軝z體體層進(jìn)行投照并檢測投影值第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)標(biāo)識X射線源鉛準(zhǔn)直器鉛準(zhǔn)直器散射光子探測器單能窄X射線束的獲取第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)標(biāo)識X射線源鉛準(zhǔn)直器鉛準(zhǔn)直器探測器陣列單能扇面窄X射線束的獲取第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)圖像重建的數(shù)學(xué)原理dI0Iμ對于均勻介質(zhì)I

＝I0exp(-μd)第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)對于非均勻介質(zhì)dI0Iμ1μ2μnI

＝I0exp[-(μ1+μ2

+???+μn)d]

即μ1+μ2

+???+μn＝(1/d)ln(I0/I)第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)當(dāng)X射線沿不同路徑掃描時就會得到一系列的線性方程只要獨(dú)立方程數(shù)等于體素數(shù)目就可聯(lián)立求出所有體素的

μi

值第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)μi

值的二維分布矩陣μi

值的數(shù)字圖像除方程法外還有多種算法目前CT機(jī)普遍采用濾波反投影法這種重建圖像的算法稱為方程法方程法因運(yùn)算量太大而不實(shí)用第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)反投影法示意圖投影反投影利用所獲投影數(shù)值反向投回各體素中求出各體素的μ值實(shí)現(xiàn)圖像的重建第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)反投影法圖像重建過程123446461554337752353691213161922004509001350等效－10投影相加（體素格中數(shù)字表示該體素μ值）1234第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)CT值CT

＝[

(μ-μw)/μw]

?1000H

CT值表示CT影像中每個像素所對應(yīng)的物質(zhì)X射線線性平均衰減量的大小式中μw為能量73keV的X射線在水中的線性衰減系數(shù)第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的數(shù)理基礎(chǔ)人體中幾種主要物質(zhì)的CT值水0空氣-1000致密骨+1000凝固血56～76腦灰質(zhì)36～46腦白質(zhì)22～32血液12脂肪-100第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的掃描方式單束平移-旋轉(zhuǎn)(T/R)方式檢測器X線管第一代射線利用率低掃描速度很慢完成一個體層掃描約需5min第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的掃描方式窄扇形束平移-旋轉(zhuǎn)方式X線管陣列檢測器X線管和列陣檢測器仍須同步平移/旋轉(zhuǎn)掃描掃描速度提高到10s/層第二代第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的掃描方式寬扇形旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)(R/R)方式陣列檢測器X線管檢測器軌道X線管軌道X射線管和列陣檢測器同步旋轉(zhuǎn)掃描掃描速度達(dá)1s/層第三代第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的掃描方式靜止-旋轉(zhuǎn)掃描方式X線管（旋轉(zhuǎn)）檢測器環(huán)（靜止）X線管旋轉(zhuǎn)軌跡檢測器環(huán)靜止不動X射線管旋轉(zhuǎn)掃描掃描速度達(dá)1s/層第四代第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的掃描方式該方式也稱反扇形束掃描X線管檢測器環(huán)（靜止）X線管旋轉(zhuǎn)軌跡對于檢測器環(huán)上某一個單元相當(dāng)于射線管繞受檢體旋轉(zhuǎn)一個扇面特定檢測元第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的掃描方式螺旋掃描方式受檢體移動方向掃描路徑第三代改進(jìn)提高掃描速度減少運(yùn)動偽像可以薄層掃描第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的掃描方式超高速掃描方式多射線管/多探測器電子驅(qū)動/100ms級第五代第六代動態(tài)空間掃描電子束掃描電子束掃描獲X線電子驅(qū)動/10ms級第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的后處理技術(shù)圖像的后處理選擇圖像興趣區(qū)放大灰度范圍窗口技術(shù)窗寬＝CTmax－CTmin窗位＝（CTmax－CTmin）/2合理應(yīng)用有利于提高局部圖像對比度和定量估值第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT的后處理技術(shù)修飾相鄰像素之間的關(guān)系圖像過濾平滑濾波/輪廓濾波/邊緣增強(qiáng)濾波/陰影濾波以不產(chǎn)生明顯失真為原則圖像縮放第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT圖像的質(zhì)量控制評價圖像質(zhì)量的參數(shù)對比度Δ＝(a-b)/(a+b)×100％相對對比度Δ＝(a-b)/b×100％對比度式中a和b為兩體素的CT值第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT圖像的質(zhì)量控制對比度分辯力通常用能分辨的最小對比度值表示典型的CT對比度分辯力為0.1~1%

影響因素有射線能量/探測器噪聲/窗口選擇第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT圖像的質(zhì)量控制CT圖像分辨體層上兩鄰近點(diǎn)的能力空間分辯力用可分辨最小距離表示空間分辯力影響因素有射線能量/探測器噪聲/窗口選擇第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT圖像的質(zhì)量控制圖像噪聲指給定均質(zhì)區(qū)CT值的的標(biāo)準(zhǔn)差圖像噪聲主要來源有量子噪聲/熱噪聲/重建算法決定于X射線的硬度和強(qiáng)度X射線劑量第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT圖像的質(zhì)量控制均勻度指均質(zhì)體各局部CT值的一致性均勻度影響因素有圖像噪聲/射線硬化/超界測量密切關(guān)聯(lián)相互制約優(yōu)化可調(diào)各參數(shù)間關(guān)系第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期二第三章X射線計(jì)算機(jī)體層成像X-CT圖像的質(zhì)量控制X-CT的偽像重建圖像中所受各種干擾的圖像表現(xiàn)偽像是受檢體上的非真實(shí)存在產(chǎn)生原因有系統(tǒng)測量誤差/射線質(zhì)量/金屬異物/受檢體移動/系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置第