CT成像技術概述

CT成像技術概述

西安市中心醫(yī)院放射科齊武剛X-CTcomputedtomography

tomo:Greektomos[section]希臘語tomos[切面]graphy:Latin-graphia,fromGreek,fromgraphein.writingorrepresentationina(specified)mannerorbya(specified)meansorofa(specified)object.1972年英國EMI公司工程師Housfield發(fā)明了用于頭顱診斷的X射線計算機斷層攝影裝置1975年EMI公司又成功研制出全身用的CT裝置，獲得了人體各個部位鮮明清晰的斷層圖像。Hounsfield和Cormack因發(fā)明CT獲得1979年諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。CentralResearchLaboratories,EMI

LondonG.N.Hounsfield

A.M.Cormack

TuftsUniversity

Medford,MA,USAElectricandMusicalIndustries

百代唱片公司盡管許多人提出了CT的思想，但是只有Hounsfield首先把這個思想概念發(fā)展為CT掃描機。1971年英國AtdinsonMorley醫(yī)院安裝了世界上第一臺原形設備。并于1971年10月4日檢查了第一個病人。傳統(tǒng)的X射線裝置的缺點影像重疊。深度方向上的信息至疊在一起，引起混淆。密度分辨率低，對軟組織分辨能力低。所用劑量大。CT優(yōu)點：斷層成像密度分辨率高，對軟組織分辨能力高。（相對于X射線成像術）投影劑量?。ㄏ鄬τ赬射線成像術）動態(tài)范圍大（相對于X光片）存儲方便X線醫(yī)學圖像是反映受照體內(nèi)部結構及組織或器官之間的關系。從研究醫(yī)學圖像與人體內(nèi)部結構關系角度分為：人體結構

醫(yī)學圖像醫(yī)學圖像

人體結構正解問題

反解問題

X線-CT成像裝置主要由X線管、準直器、掃描機構、檢測器、計算機、監(jiān)視器等部分組成。(FromPicker)(FromSiemens)控制臺（controlconsole）掃描裝置（gantrystand）病人床（patienttable）激光圖像打印機（laserimager）X線-CT成像裝置兩個主要裝置是數(shù)據(jù)采集和計算機圖像重建部分。各代CT掃描機1971年安裝在Wimbledon醫(yī)院。多屬頭部專用，有一個X線管和幾個NaI晶體探測器組成，由于X線束被準直成筆形掃描束裝置，又稱為筆形掃描束裝置。掃描時間3~5min，重建一幅圖像需要5min。一個病人做6層CT，需要35min的時間。是基本能夠滿足人體頭部的掃描圖像，但腹部偽影嚴重。第一代（平移+旋轉掃描方式）與第一代明顯區(qū)別是筆形X線束改成扇形X線束，探測器數(shù)目也增加到3~30個。每次掃描后的轉角由1度提高到3~30度，這樣180的掃描時間縮短到20~90s。第二代（平移+旋轉掃描方式）缺點：仍然不能避免腹部器官的運動偽影產(chǎn)生散射線沒有分別被準直，結果使投向病人的部分射線照射在探測器的間隔中沒有得到有效利用平移+旋轉的方式限制了掃描速度。為減少運動時間而取消平移運動，使得X射線管和探測器作為整體指圍繞病人作旋轉運動進一步縮短了掃描時間。1975年GE首先推出這種方式的CT機第三代（旋轉+旋轉掃描方式）扇形角30~45度。1~5s是目前臨床上應用最為廣泛的一種CT機1976年，美國科學工程公司首先推出了第四代CT掃描機。用600個探測器排成圓周。掃描方式是探測器靜止，只有X線管旋轉。扇形線束角度也較大，單幅數(shù)據(jù)獲取時間縮短。第四代（旋轉+靜止掃描方式）缺點：對散射線極其敏感，因此在每只探測器旁加一小塊翼片作準直器。但這卻浪費了空間，增加了病人所受的輻射劑量。探測器數(shù)量72000個，加大了成本，并且在掃描過程中并沒有充分利用。只有極少量廠家生產(chǎn)掃描時間在毫秒級，可作心臟掃描。目前全世界生產(chǎn)的廠家只有美國的Imatron公司。兩個固定環(huán)，每個固定環(huán)上有432個探測器，共864個。優(yōu)點：時間分辨率高

減少運動偽影增加造影劑使用率第五代（靜止+靜止掃描方式）各代CT比較第一代第二代第三代第四代第五代掃描方式筆束掃描扇束掃描運動方式平移/旋轉方式連續(xù)掃描方式掃描時間3min10s~2min2.8s~10s1s~10s更快主要用途頭顱掃描全身掃描，觀察除心臟外的臟器可用于血管造影和心臟造影使用散熱性能好的大容量X線管和高效率的檢測器優(yōu)點：掃描時間短掃描范圍在20~30s內(nèi)達到24~30cm，避免漏掃和重掃，提高了掃描的準確性。缺點：處理需要長時間，大容量存儲容量噪聲大診視床運動產(chǎn)生的偽影螺旋掃描方式——螺旋CTCT新技術的應用CT血管造影術（CTA）三維圖象重建介入CTCT仿真內(nèi)窺鏡CT在放射治療的應用X線-CT成像的數(shù)據(jù)采集

X線-CT成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是利用X線管和檢測器的同步掃描，由檢測器檢測到的X線光子轉換為電流信號，經(jīng)A/D轉換成數(shù)字值，送入到圖像計算機進行圖像重建。X線與物質(zhì)的相互作用干涉散射光電效應：入射X光子消失，全部能量傳給原子的內(nèi)層電子?？灯疹D效應：X線與原子外層電子相互作用。在CT中起主導作用入射線透射線散射線ComptonScatteringX線-CT成像中，物體對X線的吸收占主要的作用，忽略對X線的散射作用。物質(zhì)對X線的吸收規(guī)律衰減系數(shù)u值既是物體種類的函數(shù)，又是X射線能量的函數(shù)。也就是說不同物質(zhì)對單能X線而言u值的大小不同；對同一種物質(zhì)而言，不同能量的X射線對應衰減系數(shù)的大小也互不相同。可見，只有單一單能窄束X射線束透射物體衰減時才有唯一準確對應的衰減系數(shù)值。然而，CT使用的是具有一定能譜寬度的連續(xù)X射線，而不同能量的X射線對應的衰減系數(shù)值大小不同，所以，在重建CT像過程中要確定每一體素的衰減系數(shù)值。線性吸收系數(shù)小，X線不易吸收。線性吸收系數(shù)大，X線容易吸收。X線-CT成像掃描裝置要從不同方向上進行多次觀測，即所謂的掃描（scanning），來獲取足夠的數(shù)據(jù)建立求解吸收系數(shù)的方程。由此，經(jīng)X線-CT掃描裝置獲取足夠的掃描數(shù)據(jù)后，X線-CT圖像成像過程就轉換求解數(shù)學方程解的過程。研究圖像重建方法要求即能求出方程解，又能快速求解，這就需要計算機的計算。CT值吸收系數(shù)是一個物理量，可以賦予它代表具有生理含義的量值。在醫(yī)學上，以吸收系數(shù)為依據(jù)，用CT值統(tǒng)一表達人體組織密度的量值。如選用X線能量約為73KeV時，設定水的吸收系數(shù)為1，可得骨骼的吸收系數(shù)為1.9~2.0，近似為2，空氣為0.0013，近似為0。人體組織CT值人體組織CT值骨密質(zhì)1000脂肪-100鈣質(zhì)60水0腦白質(zhì)36血液16腦灰質(zhì)24凝固的血56~70螺旋掃描的優(yōu)點：（1）可連續(xù)掃描，使掃描范圍在24～30s內(nèi)達到24～30cm，可滿足絕大部分不同部位的CT檢查，可在一次屏氣中完成掃描，避免了漏掃和重掃；（2）由于避免了呼吸運動引起的掃描遺漏以及在選定位置及距離上進行回顧性重建的能力，所以提高了病灶檢出率；（3）無層間隔掃描使掃描時間縮短，不但有益于危重病人的檢查，而且在注射造影劑增強掃描時，可使全部掃描幾乎在全部掃描都在增強高峰期內(nèi)完成，不但能獲得最佳增強效果，還可減少造影劑的用量；（4）提高了病灶密度測量的準確性；（5）任何部位均可進行多斷面或三維圖像重建；（6）掃描時間短，短時間內(nèi)對危重病人進行快速功能性診斷。螺旋掃描的缺點：（1）診視床運動產(chǎn)生偽影；（2）螺旋掃描圖像噪聲較傳統(tǒng)CT標準掃描圖像噪聲高；（3）螺旋CT圖像處理時間較長及需要大容量的存儲能力；（4）仍受到最大掃描容積的限制（大多部位一次屏氣完成掃描）；（5）需要病人很好地屏氣配合。

X線-CT圖像質(zhì)量評價描述CT圖像質(zhì)量的參數(shù)及影響因素1．空間分辨力2．時間分辨力（temporalresolution）3．噪聲與X線劑量4．對比度和對比度分辨力CT圖像與傳統(tǒng)X線照片評價的比較1.CT圖像沒有嚴重的散射線的影響。2.CT圖像沒有影像重疊。3.CT圖像中出現(xiàn)的偽影或干擾源的影響較嚴重。4.CT圖像的空間分辨力在某種情