ct原理及應(yīng)用課件

1、CT成像基本原理一、CT成像基本原理 CT是用X線束對人體檢查部位一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測器接收透過該層面的X線，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢姽夂?，由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（analog/digital converter）轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，輸入計(jì)算機(jī)處理。CT原理圖原理： 在CT成像中物體對X線的吸收起主要作用，在一均勻物體中，X線的衰減服從指數(shù)規(guī)律。 在X線穿透人體器官或組織時(shí)，由于人體器官或組織是由多種物質(zhì)成分和不同的密度構(gòu)成的，所以各點(diǎn)對X線的吸收系數(shù)是不同的。將沿著X線束通過的物體分割成許多小單元體（體素），令每個(gè)體素的厚度相等(l)。 CT圖像的本質(zhì)是衰減系數(shù)成像。通過計(jì)算機(jī)

2、對獲取的投影值進(jìn)行一定的算法處理，可求解出各個(gè)體素的衰減系數(shù)值，獲得衰減系數(shù)值的二維分布（衰減系數(shù)矩陣）。再按CT值的定義，把各個(gè)體素的衰減系數(shù)值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)像素的CT值，得到CT值的二維分布（CT值矩陣）。然后，圖像面上各像素的CT值轉(zhuǎn)換為灰度，就得到圖像面上的灰度分布，此灰度分布就是CT影像。CT值CT測量并計(jì)算 ，獲取一定數(shù)目體素的值重建圖像 用CT值來作為表達(dá)組織密度的統(tǒng)一單位。 以水的吸收系數(shù)（ w = 1 ）為標(biāo)準(zhǔn)，各組織對X射線的吸收系數(shù)與水的吸收系數(shù)w的相對比值，稱為CT值。K=1000 為分度因數(shù)CT值的單位是 Hu 或H（亨） 水 骨 空氣 1.0 2.0 0CT值 0 +1

3、000 1000CT圖像重建若用P5=u2+u4 式代替式聯(lián)立方程組， 可由+ -得到由、 、組成的方程組只有三個(gè)獨(dú)立方程，方程數(shù)少于未知數(shù)，方程組無唯一解。假如把物質(zhì)的掃描面分成NN矩陣，只要投影數(shù)據(jù)即方程數(shù)量足夠多，同樣可解得每一像素的X線衰減系數(shù)。在求解方程組時(shí)有多種方法，其中之一是直接矩陣變換法。 P1=u1+u2 P2=u3+u4 P3=u1+u3 P4=u1+u4 CT圖像重建聯(lián)立方程組法的局限性：當(dāng)方程組的規(guī)模越來越大時(shí)，即便在計(jì)算機(jī)上編程實(shí)現(xiàn)，其工作量也很大。需采集遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于N2個(gè)投影數(shù)據(jù)，因?yàn)樵S多方程是相關(guān)的。當(dāng)方程的數(shù)量超過未知數(shù)數(shù)量時(shí)，方程組的解未必收斂，因?yàn)橥队爸档臏y量存

4、在誤差。CT圖像重建第一次運(yùn)算：水平照射后，將射線和放入圖像單元第二次運(yùn)算：垂直照射后，再將射線和加到圖像單元中CT圖像重建第三次運(yùn)算：取對角線方向（右上）的照射，將射線和再加到圖像單元中第四次運(yùn)算：取左上方向的對角線照射，并將射線和加到前面的圖像單元中CT圖像重建最后的運(yùn)算：從每個(gè)圖像單元中減去背景值（背景強(qiáng)度等于某投射角情況下各投影值之和），再將各吸收系數(shù)除以最大公約數(shù)，得到最后結(jié)果。其他資料的最后運(yùn)算：在求出累加值后，再給累加得到的各個(gè)像素除以反投影的次數(shù)，也就是除以經(jīng)過像素的射線數(shù)。CT圖像重建掃描系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度后，進(jìn)行第二次線性掃描，將測到的脈沖信號再反投影到矩陣中去，得到第二次反

5、投影。系統(tǒng)每旋轉(zhuǎn)一次，便構(gòu)成一次新的反投影。所有反投影的疊加形成了一個(gè)帶有星形偽影的圖像，即一個(gè)擴(kuò)散的圓形區(qū)域。CT圖像重建直接反投影法的局限：容易產(chǎn)生星形偽影產(chǎn)生原因：反投影法把取自有限物體空間的投影均勻地回抹（反投影）到了射線所及的無限空間的各個(gè)像素上，包括原來像素值為0的點(diǎn)。CT圖像重建根據(jù)中心切片定理，投影圖像的重建問題理論上可按如下方法（傅里葉變換重建法）求解：對某物體斷層采集不同角度下的投影函數(shù)，理論上應(yīng)采集0-180范圍內(nèi)連續(xù)取值的無窮個(gè)投影；求出各個(gè)投影的一維傅里葉變換，根據(jù)中心切片定理，每個(gè)變換都是待重建圖像二維傅里葉變換的一個(gè)過0切片；將上述理論上無窮個(gè)切片“匯集”成圖像的

6、二維傅里葉變換；對上述二維傅里葉變換求逆變換得到待重建圖像。CT圖像重建濾波反投影法的思想人為設(shè)計(jì)一種一維濾波函數(shù)，利用卷積的方法，先對獲得的投影函數(shù)進(jìn)行修正，然后把修正過的投影函數(shù)反投影來重建圖像。濾波反投影法可一定程度上消除星形偽影。濾波反投影法CT圖像重建將每個(gè)投影信號在反投影前先進(jìn)行濾波，其功能是消除邊緣模糊干擾。仍以釘子的掃描為例：由掃描產(chǎn)生的脈沖信號，經(jīng)濾波后在脈沖的兩側(cè)出現(xiàn)了負(fù)的和正的脈沖突起。濾波反投影法圖示CT圖像重建分布在主信號脈沖兩側(cè)的正負(fù)交替脈沖，在與其他濾波投影信號疊加時(shí)，具有正負(fù)抵消的作用。如果濾波器設(shè)計(jì)得恰當(dāng)，“輻射”狀的正值與負(fù)值正好相互抵消，從而獲得邊緣清晰的

7、圖像。CT圖像重建理論上濾波反投影重建法的步驟：在某角度 下對成像斷層進(jìn)行投射，得到投影p（t， ）將投影p（t， ）經(jīng)過傳遞函數(shù)H（w）=w的濾波器濾波后得到濾波投影g（t， ）將t=m0（m0取任何實(shí)數(shù)）時(shí)的濾波投影采樣均勻反投射（回抹）到t=m0決定的射線上。對圖像的各個(gè)像素，在所有投射角度（ 0-180）對以上步驟的反投影值進(jìn)行累加，得到重建圖像每個(gè)像素的值。OCT技術(shù)：OCT 是一種新的成像技術(shù)，它利用弱相干光干涉儀的基本原理，檢測生物組織不同深度層面對入射弱相干光的背向反射或幾次散射信號，通過掃描，可得到生物組織二維或三維結(jié)構(gòu)圖像，滲透深度為 23mm,分辨范圍為 320m，而高頻率的超聲范圍為 110m。OCT 深度剖析是基于相干光干涉測量的原理。在低相干光干涉測量法中，寬帶光被分開沿著兩個(gè)方向傳輸，一束射往樣品(眼球)，另一束則射在參考反射鏡上，參考鏡的位置為已知的。參考鏡的反射光(參照光)和從眼球各界面反射回來的光(信號光)脈沖序列在光電探測器上會合。當(dāng)參考光脈沖和信號光脈沖序列中的某一個(gè)脈沖同時(shí)到達(dá)探測器表面，則會產(chǎn)生光學(xué)干涉現(xiàn)象。這