X射線計算機斷層成像講解

醫(yī)用物理學(xué)醫(yī)用物理學(xué)X射線計算機斷層成像一、X-CT基礎(chǔ)知識二、螺旋CT三、CT影像質(zhì)量

X射線計算機斷層成像（X-CT）

X射線計算機斷層成像（X-CT）X射線計算機體層攝影（X-raycomputedtomography，X-CT）普通X射線攝影示意圖X-CT斷層攝影示意圖X射線斷面重疊像非重疊像X射線底片檢測器X射線管TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1979forthedevelopmentofcomputerassistedtomographyGodfreyN.Hounsfield1/2oftheprizeUnitedKingdomCentralResearchLaboratories,EMILondon,UnitedKingdomb.1919AllanM.Cormack1/2oftheprizeUSATuftsUniversityMedford,MA,USAb.1924

(inJohannesburg,SouthAfrica)

d.1998

X射線計算機斷層成像（X-CT）一、X-CT基礎(chǔ)知識1.斷層與解剖斷面2.掃描與投影3.CT圖像重建的數(shù)理基礎(chǔ)4.CT值與灰度顯示5.X-CT后處理技術(shù)1.斷層與解剖斷面（1）斷層：指在受檢體內(nèi)接受檢查并欲建立圖像的薄層一、X-CT基礎(chǔ)知識頭部斷層一、X-CT基礎(chǔ)知識（2）解剖斷面：解剖斷面是指斷層標(biāo)本的表面（3）體素：是指在受檢體內(nèi)欲成像的斷層表面上，按一定大小和一定坐標(biāo)人為地劃分的很小的體積元腦斷層體素體素空間位置編碼體素體素陣列一、X-CT基礎(chǔ)知識2.掃描與投影掃描：是用X射線束以不同的方式、按一定的順序、沿不同的方向?qū)澐趾皿w素編號的受檢體斷層進行投照，并用高靈敏度的檢測器接收透射體素陣后的出射X線束強度投影：投照受檢體后出射X線束的強度I稱為投影，投影的數(shù)值稱為投影值，投影值的分布，稱為投影函數(shù)（1）掃描與投影（2）CT掃描用X射線束它是有一定能譜寬度的連續(xù)X射線一、X-CT基礎(chǔ)知識（3）窄束X射線的獲取獲取窄束X射線的裝置或準直器的示意圖

散射光子散射光子Δx鉛準直器鉛準直器源人體組織檢測器?y薄扇形X射線束掃描一、X-CT基礎(chǔ)知識一、X-CT基礎(chǔ)知識3.CT圖像重建的數(shù)理基礎(chǔ)朗伯(Lambert)定律

是均勻介質(zhì)的線性衰減系數(shù)重建CT像的重要環(huán)節(jié)就是從這一基本關(guān)系出發(fā)，通過對受檢體的掃描，測出足夠的投影值，再運用一定算法對投影值進行處理，確定各體素衰減系數(shù)

的數(shù)值，從而獲取衰減系數(shù)

值的二維分布矩陣一、X-CT基礎(chǔ)知識X射線通過第一個體素的衰減為通過第二個體素的衰減為通過第

n個體素的衰減為μ2μ1μ3μnI0II1I2I3Ind（1）X射線束通過非均勻介質(zhì)

值不連續(xù)變化令X射線按不同路徑對受檢體進行投照，即對受檢體進行掃描，就會得到一系列的投影值，而獲得若干個以衰減系數(shù)

為未知數(shù)的線性方程只要獨立方程的數(shù)目足夠多，則從方程的聯(lián)立中可求出所有體素的衰減系數(shù)

的數(shù)值，由此得到

值的二維分布矩陣，由此就可重建圖像，這種圖像重建的數(shù)學(xué)方法稱方程法一、X-CT基礎(chǔ)知識

值連續(xù)變化（1）X射線束通過非均勻介質(zhì)一、X-CT基礎(chǔ)知識（2）圖像重建的反投影法沿掃描路徑的反方向，把所得投影的數(shù)值反投回各體素中去，并用計算機進行運算，求出各體素

值而實現(xiàn)圖像的重建反投影法示意圖一、X-CT基礎(chǔ)知識基數(shù)：等于任一方向上投影值的總和四體素矩陣的反投影法圖像重建一、X-CT基礎(chǔ)知識反投影法圖像的邊緣失銳示意圖一、X-CT基礎(chǔ)知識

濾波反投影法：此方法是把獲得的投影函數(shù)作卷積處理，就可以達到消除星狀偽影的目的濾波反投影法示意圖一、X-CT基礎(chǔ)知識4.CT值與灰度顯示（1）CT值CT值的標(biāo)尺按空氣的CT值=-1000HU和水的CT值=0HU作為兩個固定值標(biāo)定CT值的單位為亨氏單位（Hounsfieldunit，HU）人體各組織(包括空氣)CT值約為-1000～1000HU，即約有2000個CT值水的CT值為0HU，空氣的CT值接近于-1000HU，致密骨約為+1000HU左右。凝固血為56～76HU，腦灰質(zhì)為36～46HU，腦白質(zhì)為22～32HU，血液約為12HU，脂肪約為-80～-100HU等一、X-CT基礎(chǔ)知識（2）灰度顯示灰度是指黑白或明暗的程度，它是在圖像畫面上，表現(xiàn)各像素黑白或明暗程度的量。CT像的本質(zhì)是衰減系數(shù)

成像。通過計算機，對獲取的投影數(shù)值進行一定的算法處理，可求解出各個體素的衰減系數(shù)值，從而獲取衰減系數(shù)值的二維分布。把各個體素的衰減系數(shù)值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的CT值，于是就得到CT值的二維分布。CT值轉(zhuǎn)換圖像畫面上對應(yīng)像素的灰度，就得到圖像畫面上的灰度分布。一、X-CT基礎(chǔ)知識5.X-CT后處理技術(shù)（1）圖像后處理技術(shù)的種類窗口技術(shù)；在圖像的任何位置上測量或顯示該位置的CT值；隨意選擇感興趣區(qū)域；在感興趣區(qū)域內(nèi)進行統(tǒng)計學(xué)評價；測量距離、角度、計算面積和體積，同時存儲幾個測量區(qū)；圖像畫面中以某一基線做出鏡面像；圖像位移、旋轉(zhuǎn)；圖像的放大和縮小，多幅圖像畫面顯示；圖像相加和相減；圖像過濾；圖像重建等。（2）幾個典型圖像處理技術(shù)1）窗口技術(shù)一、X-CT基礎(chǔ)知識窗口技術(shù)：CT機放大或增強某段范圍內(nèi)灰度的技術(shù)。被確定為放大或增強的灰度范圍叫做窗口，放大的灰度范圍上下限之差叫窗寬(windowwidth，WW)，放大灰度范圍的中心灰度值叫窗位(windowlevel，WL)。窗寬=CTmax-CTmin窗寬、窗位及顯示灰階一、X-CT基礎(chǔ)知識（a）軟組織窗W=350，L=40；（b）肺窗W=1500，L=-600雙窗一、X-CT基礎(chǔ)知識2）圖像的再加工處理圖像的過濾平滑濾波平均平滑濾波輪廓濾波邊緣增強濾波陰影濾波3×3圖像矩陣濾波處理一、X-CT基礎(chǔ)知識圖像的放大和縮小圖像數(shù)據(jù)矩陣與顯示圖像矩陣對應(yīng)關(guān)系兩點平均插值示意圖二、螺旋CT準直器檢測器X射線管掃描床掃描架高壓發(fā)生器數(shù)據(jù)采集器數(shù)據(jù)受檢體掃描裝置示意圖1.單源螺旋CT（1）單層螺旋CT二、螺旋CT滑環(huán)的結(jié)構(gòu)螺旋掃描與螺旋線形軌跡二、螺旋CT對于任一層面，螺旋掃描軌跡僅有一點與該平面相交，其余各點均落在該平面之外，這就需要對原始螺旋投影數(shù)據(jù)進行插值處理，才能得到足夠多的重建平面投影數(shù)據(jù)。螺旋CT數(shù)據(jù)內(nèi)插二、螺旋CT螺距d為掃描架旋轉(zhuǎn)一周進床距離，S為透過檢測器的X射線厚度（2）多層面螺旋CT（a）16排檢測器，檢測器寬度1.25mm（b）34排檢測器，靠中央四排寬度為0.5mm，其他30排均為1mm（c）8排檢測器，從中央向兩邊寬度分別為1mm、1.5mm、2.5mm、5mm等寬型與非等寬型檢測器二、螺旋CT多排結(jié)構(gòu)的檢測器可通過不同的組合方式，獲得不同層厚的多層掃描圖像。（a）4層1.25mm（b）4層5mm對稱型檢測器組合方式二、螺旋CT多層面CT的螺距為d為掃描架旋轉(zhuǎn)360

進床距離；S表示層厚；M表示掃描一周獲得圖像的層數(shù)MSCT顯示腹主動脈二、螺旋CT2.雙源螺旋CT雙源CT示意圖三、CT影像質(zhì)量1.圖像的主要質(zhì)量參數(shù)（1）對比度及對比度分辨力對比度：是CT圖像表示不同物質(zhì)密度差異、或?qū)射線透射度微小差異的量。表現(xiàn)在圖像上像素間的對比度，是它們灰度間的黑白程度的對比對比度相對對比度三、CT影像質(zhì)量低密度模體檢測CT機的對比度分辨力方法通常給低密度體模做CT，然后對試模的CT像進行主觀的視覺評價三、CT影像質(zhì)量（2）高對比度分辨力和低對比度分辨力高對比度分辨力的定義是：物體與勻質(zhì)環(huán)境的X射線線性衰減系數(shù)差別的相對值大于10%時，CT機（從而也是CT圖像）能分辨該物體的能力，高對比度分辨力的單位是mm或LP·cm-1。低對比度分辨力的定義是：物體與勻質(zhì)環(huán)境的X射線線性衰減系數(shù)差別的相對值小于1%時，CT機（從而也是CT圖像）能分辨該物體的能力，低對比度分辨力的單位是mm。三、CT影像質(zhì)量（3）空間分辨力空間分辨力系指CT像分辨兩個距離很近的微小組織結(jié)構(gòu)的能力，抽象地說就是CT圖像分辨斷層上兩鄰近點的能力。高密度體模三、CT影像質(zhì)量（4）圖像噪聲與X射線劑量噪聲：在均勻物質(zhì)的影像中，表示給定區(qū)域的各CT值對其平均值變化的量。其量值用給定區(qū)域CT值的標(biāo)準偏差表示。X射線劑量：系指在用X射線的掃描中，投照受檢體所使用的X射線的量。三、CT影像質(zhì)量掃描某一水模所得各體素CT值的典型隨機分布三、CT影像質(zhì)量（5）均勻性均勻性：是描述在斷面不同位置上的同一種組織成像時，是否具有同一個平均CT值的量（6）空間分辨力、對比度分辨力、噪聲、均勻度以及X射線劑量之間的相互制約關(guān)系2.X-CT圖像的偽像在重建圖像過程中，所有不同類型的圖像干擾和各種其他非隨機干擾在圖像上的表現(xiàn)，它對應(yīng)的是受檢體中根本不存在的組織或病灶的影像（1）產(chǎn)生偽像的原因三、CT影像質(zhì)量1）成像系統(tǒng)的測量誤差探測器失調(diào)引起環(huán)形偽影如果成像系統(tǒng)劃分的體素包含有不同的組織成分，即在沿體層軸線方向上的層厚內(nèi)、且小于層厚的病變組織雖可顯影，但所測CT值并不等于病變組織的真實CT值。若病變組織的密度小于周圍組織的密度，則所測CT值比實際大；若病變組織的密度大于周圍組織的密度，則所測CT值比實際小。測量值與實際值的偏差(即容積效應(yīng))在圖像上的表現(xiàn)，是使