CT原理(上)PPT課件

1,CT原理及維修診斷技術(shù)高級(jí)培訓(xùn)班,CT原理（上）,CT作為一種公認(rèn)的成熟、快速、可靠的影像設(shè)備,正在各級(jí)醫(yī)院的診斷和治療中發(fā)揮著日益重要的作用,并得到廣泛的應(yīng)用。近八年來,多層螺旋CT的推出和新的應(yīng)用軟件的開發(fā),使CT進(jìn)入又一個(gè)快速發(fā)展期,各種類型的CT機(jī)大量推出。,CT（ComputedTomography）,.,3,1895年11月8日,德國物學(xué)家倫琴(WRaontgen)發(fā)現(xiàn)了X射線。,三天以后，偶然看到了倫琴的夫人手的X射線造影。從此就開創(chuàng)了用X射線進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷的放射學(xué)X射線攝影術(shù)，奠定了醫(yī)學(xué)影像攝影的基礎(chǔ)。,X射線的發(fā)現(xiàn),一、X線影像攝影基礎(chǔ),.,4,低氣壓放電現(xiàn)象：1836年，英國科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)，稀薄氣體放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種絢麗的輝光。因?yàn)樗怯申帢O發(fā)出的，后來物理學(xué)家把這種輝光稱為“陰極射線”（cathoderay）。為探明陰極射線，許多科學(xué)家進(jìn)行了艱巨的研究。,一、X線影像攝影基礎(chǔ),.,5,傳統(tǒng)的X射線機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)：1.價(jià)格低;2.易操作;3.應(yīng)用面廣;但也有以下一些缺陷：1影像重疊;2密度分辨力低;3中心投影效應(yīng)(也叫幾何放大效應(yīng)）;4膠片存儲(chǔ)，檢索困難;,一、X線影像攝影基礎(chǔ),密度分辨力低,一、X線影像攝影基礎(chǔ),中心投影效應(yīng),一、X線影像攝影基礎(chǔ),二、CT的發(fā)展回顧,1917年，雷登(JRadon)提出了圖象重顯理論的數(shù)學(xué)方法研究，他指出對(duì)二維或三維的物體可以從各個(gè)不同的方向上進(jìn)行投影，稱為雷登變換；然后用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出一張重建的圖像中，也稱為雷登逆變換。,1956年，天文學(xué)家Bracewell用這種方法處理了從太陽發(fā)射來的微波信息，Bracewell第一次將一系列由不同方向測得的太陽微波發(fā)射數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖像重建方法，繪制了太陽微波發(fā)射圖像。,二、CT的發(fā)展回顧,.,10,對(duì)CT的研究可追溯到1967年,那年，CT的發(fā)明人、英國工程師GodfreyHounsfield制成了第一臺(tái)可用于臨床的計(jì)算機(jī)X射線斷層攝影機(jī)。,CT的發(fā)明,二、CT的發(fā)展回顧,.,11,1971年10月，Hounsfield設(shè)計(jì)并掃描出第一幅具有診斷價(jià)值的頭部CT圖像，從而宣告世界上第一臺(tái)CT掃描機(jī)的研制成功，因?yàn)槭怯鳨MI公司生產(chǎn)，又稱EMICT掃描機(jī)。1971年9月第一臺(tái)頭掃描CT機(jī)安裝在英國的一所醫(yī)院中。每一幅圖像的處理時(shí)間為20分鐘左右。,二、CT的發(fā)展回顧,第一臺(tái)CT機(jī)的頭部圖像,二、CT的發(fā)展回顧,.,13,1979年,Hounsfield和Cormack,CT發(fā)明者，一位工程師和一位物理學(xué)家，兩位沒有專門醫(yī)學(xué)經(jīng)歷的科學(xué)家,榮獲了諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他們的突出成就。,Hounsfield于2004年8月12日在英國逝世，享年84歲。Cormack于1998年5月23日在美國逝世，享年74歲。,二、CT的發(fā)展回顧,.,14,1974年，美國GeorgeTown醫(yī)學(xué)中心的工程師萊德雷（Ledley）設(shè)計(jì)出了全身CT掃描儀，使CT不僅可用于顱腦，而且還可用于全身各個(gè)部位的影像學(xué)檢查。,二、CT的發(fā)展回顧,圖a、b是1974年SIRETOM拍攝的80X80圖像,矢狀面圖像是由每層厚為1.3CM斷面重建的。圖c、d是容積掃描拍攝的1024X1024圖像,矢狀面圖像可以說是連續(xù)的。,CT圖像對(duì)比,二、CT的發(fā)展回顧,.,16,三、CT技術(shù)發(fā)展趨勢,CT的優(yōu)點(diǎn)(1)真正的斷面圖像(2)密度分辨率高(3)可作定量分析(4)數(shù)字圖像CT的局限性和不足(1)空間分辨率仍未超過常規(guī)的X線檢查。(2)不是所有臟器都以CT檢查作為首選。(3)以X射線作為信息載體,仍對(duì)人體存在傷害。(4)CT的圖像是形態(tài)學(xué)影像。,.,17,多層螺旋CT是主要代表,1998年推出的多層CT使得CT在掃描速度；圖像質(zhì)量、掃描范圍、適用器官等方面取得新的突破,是CT技術(shù)進(jìn)入新階段的標(biāo)志。,三、CT技術(shù)發(fā)展趨勢,.,18,1.更低的射線劑量全球各主要CT制造商均把更低CT的劑量水平作為CT發(fā)展的研究目標(biāo)，并通過各種方法及措施來降低劑量。限制掃描容積：增加輻射光譜的預(yù)過濾;調(diào)整掃描參數(shù);對(duì)連續(xù)CT和螺旋CT掃描采用自動(dòng)曝光控制;選擇適當(dāng)圖像重建參數(shù)降低圖像重建噪聲；,三、CT技術(shù)發(fā)展趨勢,.,19,2.更快的采集和重建速度a.可以減少運(yùn)動(dòng)偽影，提高圖像質(zhì)量。b.從經(jīng)濟(jì)和成本回收的角度來考慮，縮短了機(jī)器的成本回收期,提高醫(yī)院的經(jīng)濟(jì)效益。c.能充分發(fā)揮造影劑的作用,減少造影劑用量和病人費(fèi)用。d.螺旋掃描具有速度快、運(yùn)動(dòng)偽影少。e.從病人接受角度來看,有益于危重病人的診查。,三、CT技術(shù)發(fā)展趨勢,3.CT的應(yīng)用已拓展到一些新的范圍,CT血管造影(CTA)CT三維圖像重建CT介入CT仿真內(nèi)鏡CT灌注成像CT立體定向技術(shù)CT心臟檢查,CT血管造影(CTA),三、CT技術(shù)發(fā)展趨勢,.,21,四、X射線的產(chǎn)生,高速運(yùn)動(dòng)的電子轟擊金屬靶時(shí)，靶就放出X射線，這就是X射線管的工作原理。從陰極發(fā)射的熱電子，經(jīng)陰、陽兩極間的電場加速后，電子的速度已非常高。如在100kV管電壓，當(dāng)電子抵達(dá)靶時(shí)，速度可達(dá)0.55c(c為光速)。此高速電子與靶物質(zhì)相互作用造成能量轉(zhuǎn)移,或能量損失，速度驟減。能量損失分為碰撞損失和輻射損失。,.,22,碰撞損失的能量將全部轉(zhuǎn)化為熱能。輻射損失是由于高速運(yùn)動(dòng)的電子與靶的內(nèi)層電子和原子核的作用。通過輻射損失的能量，大部分是以X射線的形式輻射出去，它不足電子總能量的1。根據(jù)作用情況的不同,輻射損失又可分為連續(xù)輻射和特征輻射。,四、X射線的產(chǎn)生,.,23,連續(xù)輻射(韌致輻射)：如果被靶阻擋的電子的能量，不越過一定限度時(shí)，只發(fā)射連續(xù)光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射。連續(xù)光譜的性質(zhì)和靶材料無關(guān)。特征輻射(標(biāo)識(shí)輻射)：當(dāng)電子的能量超過一定的限度時(shí)，可以發(fā)射一種不連續(xù)的，它只有幾條特殊的線狀光譜，這種發(fā)射線狀光譜的輻射叫做特征輻射。特征光譜和靶材料有關(guān)，不同的材料有不同的特征光譜這就是為什么稱之為“特征”的原因。,四、X射線的產(chǎn)生,.,24,X射線的光譜圖X射線其波長約為10nm到102nm之間W:鎢Mo：鉬Cr：鉻,四、X射線的產(chǎn)生,X射線的特性X射線之所以能夠用于醫(yī)學(xué)診斷，是由于它還具有普通光所設(shè)有的特點(diǎn)和作用:1.穿透作用穿透作用是指X射線通過物質(zhì)時(shí)不被吸收的本領(lǐng)。2.電離作用：是X射線損傷和治療的基礎(chǔ)。物質(zhì)受X射線照射時(shí)，核外電子會(huì)脫離原子軌道，這種作用稱為電離作用。3.熒光作用有些物質(zhì)受X射線照射后，可以輻射出可見光或紫外。它是X線照相的基礎(chǔ)。,四、X射線的產(chǎn)生,當(dāng)X射線穿過物體時(shí)，X射線與物體之間主要存在著三種的相互作用過程，影響X射線的衰減,它們是干涉散射光電效應(yīng)康普頓效應(yīng),四、X射線的產(chǎn)生,1、干涉散射CT的X射線能量大，干涉散射對(duì)CTX射線的衰減影響不大。,四、X射線的產(chǎn)生,2、光電效應(yīng)用光（包括X射線）照射一些金屬，觀察到金屬表面有電子逸出的現(xiàn)象醫(yī)用X射線能量在10-150KeV之間，產(chǎn)生光電效應(yīng)幾率較大。X射線能量增大光電效應(yīng)幾率減小。由于光電效應(yīng)過程中生物組織將X線光子完全或部分吸收，所以X射線產(chǎn)生生物損傷主要源于光電效應(yīng)。,四、X射線的產(chǎn)生,3、康普頓效應(yīng),四、X射線的產(chǎn)生,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)波長很短的光（電磁波），如X射線、射線等通過不含雜質(zhì)的均勻媒質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象，這現(xiàn)象首先由美國物理學(xué)家康普頓于1922年發(fā)現(xiàn)，并作出理論解釋，故稱康普頓效應(yīng)?？灯疹D效應(yīng)產(chǎn)生較多散射線，在X線成像過程中會(huì)降低成像質(zhì)量。,.,30,五、X線的吸收定律,由物理學(xué)的吸收定律(朗伯定律)可知，當(dāng)一單色線束通過一密度均勻的小物體時(shí)，其能量因與物質(zhì)的原子相互作用而減弱，減弱的程度與物質(zhì)的厚度和組成成分或吸收系數(shù)有關(guān)，可用下式表達(dá)：I=IOe-dIO：入射的X射線強(qiáng)度；I：穿過均勻密度物體后的X射線強(qiáng)度；：物質(zhì)對(duì)該波長的線性衰減系數(shù)；d：穿過均勻密度物體的路徑長度；e：自然對(duì)數(shù)底,X線方向上衰減系數(shù)值總和的測量,CT影像的像素計(jì)算,In=In-1e-nd,在X射線穿過的路徑上，如果已知d、IO、In，則物體的衰減系數(shù)總和是可以計(jì)算出來的。這必須作出多方向投影,建立多個(gè)聯(lián)立方程式，才能算出所有的衰減系數(shù)值來。CT圖像的重建過程，就是求每個(gè)小單元衰減系數(shù)的過程。因而上述方程是CT圖像重建的基本方程之一。,五、X線的吸收定律,六、CT圖像的形成過程,圖像掃描階段高壓發(fā)生器供給球管電壓和燈絲電流，使X射線管產(chǎn)生X射線。X線束圍繞人體旋轉(zhuǎn)，以便從多個(gè)角度采集數(shù)據(jù)。,在掃描階段的主要任務(wù)是采集數(shù)據(jù)。,.,33,CT中我們怎樣測量一個(gè)物體？通過多角度用筆形X線束來測量物體的吸收值。,六、CT圖像的形成過程,圖像形成的重建階段CT圖像產(chǎn)生的第二個(gè)階段就是圖像重建階段，這主要由陣列處理機(jī)進(jìn)行處理。,人體的每個(gè)體積元用一個(gè)象素來表示。每個(gè)象素用一個(gè)CT值來表示。,六、CT圖像的形成過程,七、CT圖像的顯示,圖像顯示階段圖像顯示階段的主要任務(wù)是把數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成視頻顯示，以便直接觀測或記錄在膠片上。,人眼最多能分辨64級(jí)灰度。通過使用窗口技術(shù)將圖像在顯示器上顯示。,.,36,CT值是用來表示與CT圖像上單元面積有關(guān)的平均X射線衰減數(shù),CT值用豪斯菲爾德單位HU來表示。使用CT值后，它既表示了某物質(zhì)的吸收衰減系數(shù)本身，也表示了各種不同密度組織的相對(duì)關(guān)系。,七、CT圖像的顯示,.,37,窗口技術(shù)數(shù)字圖像所特有的顯示技術(shù)方法稱為窗口技術(shù)。它包括窗位和窗寬的控制、調(diào)整。CT窗寬：windowwidth監(jiān)示器中最亮和最暗灰階所代表的CT值的跨度。CT窗位：windowlevel窗寬上下限灰階所代表的CT值的中心值。窗寬決定圖像CT值的變化跨度，窗位則決定觀察變化的的區(qū)域。,七、CT圖像的顯示,.,38,不同的窗口條件下，顯示人體的不同部位圖像的效果。,八、各代CT,第一代(平移+旋轉(zhuǎn))這類掃描機(jī)多屬于頭部專用機(jī)由一個(gè)X射線管和兩個(gè)或三個(gè)晶體探測器組成由于X射線束被準(zhǔn)直成像鉛筆芯粗細(xì)的線束，故又稱為筆形掃描束裝置。掃描時(shí)間為35分鐘,第二代(平移+旋轉(zhuǎn)方式)把第一代單一筆形,X射線束改為扇形線束探測器數(shù)目也增加到330個(gè)。每次掃描后的旋轉(zhuǎn)角由10提高至30300。掃描時(shí)間為2090秒,八、各代CT,第三代CT機(jī)有較寬的扇形角(300450)，可包括整個(gè)被掃描體截面，探測器數(shù)目極大地增加了。扇形角寬(扇角為300450),X射線管必須環(huán)繞其中心線轉(zhuǎn)過900。掃描時(shí)間為29秒，有些可達(dá)到0.5秒以內(nèi)。技術(shù)性較高，成本和圖像質(zhì)量方面具有較大優(yōu)勢，是目前臨床上應(yīng)用最為廣泛的一種CT機(jī)。,第三代(旋轉(zhuǎn)一旋轉(zhuǎn)方式),八、各代CT,第四代(旋轉(zhuǎn)一靜止)掃描方式是探測器靜止而只有X射線管旋轉(zhuǎn)。扇形線束角度也較大，單幅的數(shù)據(jù)獲取時(shí)間縮短到15秒。檢測器達(dá)到6001500個(gè)，多排螺旋CT多達(dá)4800個(gè)。第四