醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理3 CT_第1頁
醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理3 CT_第2頁
醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理3 CT_第3頁
醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理3 CT_第4頁
醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理3 CT_第5頁
已閱讀5頁,還剩50頁未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡介

醫(yī)學(xué)影像系統(tǒng)原理:

普通CT成像技術(shù)丁明躍華中科技大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系“圖像信息處理與智能控制”教育部重點(diǎn)實驗室2023/10/72

一、CT的產(chǎn)生與發(fā)展二、CT的基本構(gòu)造三、CT工作流程四、CT掃描技術(shù)五、電子束CT目錄

3什么是CT?CT(ComputedTomography)又稱為計算機(jī)X線體層攝影。是計算機(jī)控制、X線成像、電子機(jī)械技術(shù)和數(shù)學(xué)科學(xué)相結(jié)合的產(chǎn)物。CT檢查簡便、安全、無創(chuàng)傷,能獲得質(zhì)量好、診斷價值高的圖像。隨相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展,CT機(jī)的性能越來越好,功能也越來越多,臨床應(yīng)用范圍也越來越廣,已成為臨床成熟、必不可少的檢查手段。4CT的產(chǎn)生CT的基礎(chǔ)思路基于1917年波希米亞數(shù)學(xué)家J.H.Radon用數(shù)學(xué)原理證實了可通過物體的投影集合來重建圖像。1963年美國物理學(xué)家A.M.Cormack探索出了用X線投影數(shù)據(jù)重建圖像的數(shù)學(xué)方法。他們共同奠定了產(chǎn)生CT的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。1971年10月,英國工程師G.N.Hounsfield設(shè)計并掃描出第一幅具有診斷價值的頭部CT圖像,從而宣告世界第一臺CT掃描機(jī)的研制成功。該機(jī)因由英國EMI公司生產(chǎn),又稱EMI掃描機(jī)。5CT的意義CT機(jī)的誕生是X線影像技術(shù)發(fā)展史上的一個里程碑。它很好地解決了X線攝影的影像重疊問題,獲得了真正的人體橫斷面圖像,而且圖像密度分辨率高,尤其對軟組織器官,能清楚顯示其解剖結(jié)構(gòu)。CT機(jī)的應(yīng)用開辟了醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域的新時代,以致Hounsfield同Cormack一起,獲得了1979年的諾貝爾醫(yī)學(xué)獎。CT一經(jīng)問世,便進(jìn)入了迅速發(fā)展的快車道。圍繞縮短掃描時間、提高圖像質(zhì)量兩個焦點(diǎn)問題,相關(guān)技術(shù)不斷更新和改進(jìn),CT的臨床應(yīng)用不斷擴(kuò)大,使用價值也越來越大。6CT的發(fā)展階段下面將CT的發(fā)展過程大致分為以下幾個階段。

第一階段:從CT的產(chǎn)生開始,到二十世紀(jì)70年代中期扇形束掃描技術(shù)的應(yīng)用,實現(xiàn)了CT從單純頭顱掃描到全身掃描的跨越。

第二階段:上世紀(jì)80年代中期“滑環(huán)技術(shù)”的應(yīng)用,實現(xiàn)了單層CT的快速掃描即螺旋CT。

第三階段:多排探測器的應(yīng)用實現(xiàn)了快速容積掃描即多層掃描,即多排CT。7CT的基本構(gòu)造CT成像過程是通過控制臺指令,使高壓發(fā)生器工作而產(chǎn)生高壓,高壓使X線球管發(fā)射X線;X線束被準(zhǔn)直后對被檢體某一層面進(jìn)行透射,經(jīng)探測器測得透過層面X線量衰減值,經(jīng)計算機(jī)處理獲得一組完整數(shù)據(jù)投影,再將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,傳輸?shù)街饔嬎銠C(jī);由主計算機(jī)計算出該層面組織各單位容積的吸收系數(shù),并排列成數(shù)字矩陣,而后轉(zhuǎn)換成模擬信號;最后,在顯示器上以不同灰階形式顯示該層面的斷面圖像。這一過程需要構(gòu)成CT的各個系統(tǒng)來共同完成。CT基本構(gòu)造主要包括掃描系統(tǒng),計算機(jī)系統(tǒng),其他附屬設(shè)備和應(yīng)用軟件。8CT掃描系統(tǒng)掃描系統(tǒng)主要由掃描機(jī)架、檢查床、X線管球、高壓發(fā)生器、探測器陣列、準(zhǔn)直器及濾過器等組成。(一)掃描機(jī)架(gantry)

掃描機(jī)架是X線球管、準(zhǔn)直器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、機(jī)械傳動裝置,以及控制電路的載體,是CT數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵部分。機(jī)架掃描孔徑?jīng)Q定成像的掃描幾何,常規(guī)多為70cm。機(jī)架機(jī)械精度一定要精確,以保證采樣處理所需要的精度,并且穩(wěn)定性能要好,以克服高速旋轉(zhuǎn)所致離心力的影響。另外,為滿足成角度掃描的需要,掃描機(jī)架可傾斜20o或30o。機(jī)架內(nèi),通過滑環(huán)給管球供電,通過光電轉(zhuǎn)換實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。9檢查床與X線高壓發(fā)生器

(二)檢查床

檢查床是病人的承載體,作用是將患者送進(jìn)掃描機(jī)架內(nèi),并將被檢部位準(zhǔn)確地定位到掃描的位置上。因此,檢查床定位和移動速度的精度必須很高,其絕對誤差不能超過0.2mm。床面能降低到最低位置,方便患者上下床。為配合定位,CT常配有投光器,托架、腰墊以及綁帶等附設(shè)裝備。(三)X線高壓發(fā)生器

高壓值的變化直接影響X線能量變化,X線能量又直接影響人體各組織的吸收系數(shù)。決定掃描持續(xù)時間長短是管球的熱容量及發(fā)生器的容量,高壓發(fā)生器的穩(wěn)定性要好,功率要高。一般為30-60KW,并附加穩(wěn)壓裝置。1011X射線球管(四)X線球管

X線球管的結(jié)構(gòu)與普通X線機(jī)球管基本相同,分固定陽極球管和旋轉(zhuǎn)陽極球管。早期CT機(jī)都配備固定陽極球管,但不能滿足高毫安和連續(xù)掃描的需求,目前已被旋轉(zhuǎn)陽極球管所取代。旋轉(zhuǎn)陽極X線球管的功率較大,管電流可以達(dá)到100-600mA。管電流大,短時間內(nèi)就可以提供足夠的X線劑量,滿足CT快速、連續(xù)掃描的需求。管球的熱容量也要大,目前最大達(dá)7.5MHU,散熱率較高。管球的焦點(diǎn)通常為0.5-1.2mm。管球散熱通常采用油冷和風(fēng)冷方式。12準(zhǔn)直器與濾過器(五)準(zhǔn)直器

CT常規(guī)配有二個準(zhǔn)直器,一個設(shè)置在管球的X射線出口處,稱為前準(zhǔn)直。作用是對X線束的寬度進(jìn)行調(diào)節(jié),并決定被檢體的切層厚度,即層厚;降低被檢患者的輻射劑量;限制焦點(diǎn)幾何投影所致的半影,提高CT圖像質(zhì)量。另一個設(shè)置在探測器前,稱為后準(zhǔn)直。作用是減少散射線的干擾。(六)濾過器

從管球發(fā)射出的X線束能量并非均勻一致,包括低能射線(軟射線)和高能射線(硬射線)。低能X線直接影響CT圖像質(zhì)量。濾過器一般由低原子序數(shù)的物質(zhì)組成。它既能吸收低能X線,使X線束變成能量均勻的硬射線束,又能減少散射線,降低輻射劑量,提高圖像的質(zhì)量。13(七)探測器探測器是接收透射X線光子,并將其轉(zhuǎn)換成相同強(qiáng)度比例的電信號的裝置,是采集數(shù)據(jù)的主要部件。探測器必須具備如下性能:①良好的X線接收和轉(zhuǎn)換能力,檢測效率高。②對于能量范圍在40-100kev之間的不同強(qiáng)度的X線都能均勻接收,線性好。③穩(wěn)定性好,受理化因素影響小,使用壽命長。④余輝短,恢復(fù)能力強(qiáng)。⑤體積小,空間配置容易,幾何效率高。

探測器的種類很多。常用的有閃爍晶體探測器,如碘化銫、鎢酸鈣及陶瓷材料和氙氣電離室探測器兩種。目前普遍采用固態(tài)稀土陶瓷探測器。它集合了上述兩種探測器的優(yōu)點(diǎn)。一方面對X線的吸收率高達(dá)99%以上,檢測效率極高;另一方面余輝少,穩(wěn)定性高,適用于快速連續(xù)的螺旋掃描。14模數(shù)轉(zhuǎn)換器(八)模數(shù)轉(zhuǎn)換器

探測器將X線信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺咴趶?qiáng)度上成正比,可將電信號作為X線信號的模擬物理量。計算機(jī)只能對數(shù)字信號進(jìn)行運(yùn)算,而不能直接對電信號等模擬量進(jìn)行處理。將電信號等模擬量轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以處理的數(shù)字信號的裝置就是模數(shù)轉(zhuǎn)換器。模數(shù)轉(zhuǎn)換器是CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分。15計算機(jī)系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)是CT運(yùn)行的控制中樞,主要由主控計算機(jī)和陣列處理計算機(jī)兩部分組成。主控計算機(jī)是中央處理系統(tǒng)。一方面對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、陣列處理計算機(jī)、磁盤等裝置,以及機(jī)架和高壓系統(tǒng)的微處理器間的輸入和輸出進(jìn)行連接和處理;另一方面,通過中央處理器和存儲器執(zhí)行以下功能:①監(jiān)控掃描,并將掃描數(shù)據(jù)(投影值)送入存儲器。②CT值的校正和輸入數(shù)據(jù)的擴(kuò)充,即進(jìn)行插值處理。③控制信息的傳遞和數(shù)據(jù)管理;④圖像程序控制。⑤字符顯示的處理。⑥機(jī)器故障分析等。陣列處理機(jī)由主控計算機(jī)控制接收從數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和磁盤獲得的數(shù)據(jù),進(jìn)行運(yùn)算后,再返回主控計算機(jī)進(jìn)行終端顯示,它與主控計算機(jī)并行工作。16其他設(shè)備1.磁盤機(jī)和相關(guān)存儲媒介磁盤機(jī)是計算機(jī)運(yùn)行的重要部件。它既是用來存儲支持計算機(jī)運(yùn)行的操作系統(tǒng)軟件和CT工作軟件,也可以對采集的原始數(shù)據(jù)和重建后的圖像進(jìn)行儲存,同時還起著從磁帶或光盤中存取圖像的中介作用。

存儲病人的圖像、計算機(jī)原始數(shù)據(jù)以及相關(guān)病人資料的媒介很多,如各種磁帶、光盤、磁光盤和軟盤等。隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展,這些媒介的存貯容量越來越大,存取速度也越來越快。2.操作臺通過操作臺控制CT機(jī)的工作,包括輸入掃描參數(shù)、監(jiān)控掃描情況、調(diào)節(jié)圖像灰度、打印圖像、儲存圖像和機(jī)器故障分析等。操作臺一般由視頻顯示系統(tǒng)、電視組件系統(tǒng)和軟盤系統(tǒng)三部分構(gòu)成。3.其它附屬設(shè)備CT機(jī)通常配備一些附屬設(shè)備,以協(xié)助完成檢查工作。例如,激光打印機(jī)、洗片機(jī)、高壓注射器等。應(yīng)用軟件應(yīng)用軟件包括基本功能軟件和特殊功能軟件?;竟δ苘浖⊕呙?、照相、圖像儲存和清盤(從硬盤中清除圖像)等軟件。作用是完成圖像處理和機(jī)器故障分析等。CT基本功能是在同一個管理程序控制下,幾個彼此獨(dú)立的基本功能軟件,相互協(xié)調(diào),共同執(zhí)行的結(jié)果。特殊功能軟件種類繁多,并且在不斷的開發(fā)和改進(jìn)。常用的軟件有:動態(tài)掃描、快速連續(xù)掃描、定位掃描、目標(biāo)掃描、圖像過濾、高分辨率掃描、圖像三維重建、圖像多平面重組、虛擬內(nèi)窺鏡、自動mA掃描、CT心臟成像、智能血管分析軟件等等。17CT成像原理電子束CT掃描時首先啟動掃描序列,計算機(jī)發(fā)出指令使電子槍發(fā)射電子束,并使之加速,產(chǎn)生高能量電子脈沖。電子束由聚焦線圈和偏轉(zhuǎn)線圈控制通過真空偏移管,聚焦線圈使電子束聚集。偏轉(zhuǎn)線圈的磁場變化使得聚焦電子束旋轉(zhuǎn)轟擊掃描機(jī)架下方的四個靶環(huán)中的一個,并產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的X線,實現(xiàn)CT掃描。18CT成像原理電子束掃描速度和整個掃描序列中掃描的靶環(huán)數(shù),以及被掃次數(shù)都由計算機(jī)控制。準(zhǔn)直器則控制X線束的形狀,使X線呈扇形在直徑47.4cm掃描區(qū)域內(nèi)穿過病人。在掃描機(jī)架上方平行排列著兩組固定探測器,接收掃描體衰減后的X線信號,經(jīng)光電轉(zhuǎn)換,由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)處理后經(jīng)光纜送至掃描存儲器,再傳輸?shù)娇焖僦亟ㄏ到y(tǒng)進(jìn)行層面圖像重建。19CT工作流程20CT圖像投影重建21CT掃描技術(shù)闡述了CT的基本概念、常見術(shù)語和掃描方式。基本概念和常見術(shù)語是CT掃描技術(shù)的基礎(chǔ),理解CT基本概念和常見術(shù)語是掌握CT掃描方式的前提和保證。CT掃描方式是CT掃描技術(shù)的具體應(yīng)用,它分為普通掃描、增強(qiáng)掃描、造影掃描和特殊掃描。

22基本概念和術(shù)語密度分辨率(ContrastResolution)指在低對比度情況下,圖像對兩種組織之間最小密度差別的分辨能力,常以百分?jǐn)?shù)表示。例如:0.2%,5mm,0.45Gy,表示物體的直徑為5mm,病人的接受劑量為0.45Gy時,CT的密度分辨率為0.2%,即表示相鄰兩種組織密度值差大于或等于0.2時,CT即可分辨,小于此值則無法分辨。CT圖像密度值用不同級的灰階表示?;译A等級由2N決定,N是二進(jìn)制的位數(shù),被稱為比特,比特值大,表示信息量大,量化的精度高,反之則低。影響密度分辨率的主要因素有層厚、X線劑量和噪聲等。23空間分辨率(SpatialResolution)

指在高對比度的情況下,密度分辨率大于10%時,圖像對組織結(jié)構(gòu)空間大小的鑒別能力。常以每厘米內(nèi)的線對數(shù)(Lp/cm)表示。其換算關(guān)系為:5÷Lp/cm=可辨最小物體直徑(mm)。線對數(shù)越多,空間分辨率越高。影響空間分辨率的主要因素有像素、探測器孔徑、相鄰探測器間距、圖像重建的卷積濾波函數(shù)、數(shù)據(jù)取樣、矩陣、X線管焦點(diǎn)尺寸和機(jī)器精度等。其中像素是最主要的因素,掃描圖像矩陣中像素越多,空間分辨率就越高。24部分容積效應(yīng)(PartialVolumePhenomena)又稱體積平均值效應(yīng)。即在同體像素中,存在有不同衰減系數(shù)的物質(zhì)時,對這些衰減系數(shù)的平均值。也就是在同一掃描層面內(nèi),含有兩種或兩種以上的不同密度的組織時,其所測得的CT值是它們的平均值,因而不能真實地反映其中任何一種組織的CT值。當(dāng)病變組織小于層厚時,所測得的CT值不能反映該病變組織的CT值。如果病變組織的密度高于周圍其它組織,所測得病變組織的CT值低于其本身真實的CT;反之,如果病變組織的密度低于周圍其它組織,所測得病變組織的CT值高于其本身真實的CT。因此,在臨床掃描工作中,對小病變的掃描,力求使用薄層掃描或部分重疊掃描,以減輕部分容積效應(yīng)的干擾。25周圍間隙現(xiàn)象(AroundClearancePhenomenon)在同一掃描層面上,與該層面垂直的兩種相鄰且密度不同的組織,其邊緣部分所測得的CT值也不能真實地反映其本身組織的CT值。掃描線束在兩種組織交界處相互重疊,邊緣分辨不清。密度高的,其邊緣CT值比本身組織的CT值小。反之,密度低的,其邊緣CT值比本身組織的CT值大。26CT值(CTValue)CT值是用于測量CT圖像密度值的統(tǒng)一計量單位,單位是亨氏單位(Hounsfieldunit,Hu)。X線穿透人體后的衰減特性都遵從指數(shù)衰減規(guī)律,數(shù)學(xué)表達(dá)公式為:

I=I0e-μd其中I表示通過物質(zhì)衰減后的X線強(qiáng)度,IO表示入射X線強(qiáng)度,μ表示物質(zhì)的吸收系數(shù),d表示物質(zhì)的厚度。當(dāng)X線穿過人體不同組織后,由于X線的波長、組織的原子序數(shù)和組織的密度不同,因而組織的吸收系數(shù)不同。衰減系數(shù)μ值表示的通常是物質(zhì)的相對密度。27CT值(CTValue)在CT圖像的分析中,著重于組織結(jié)構(gòu)的密度差異即相對密度,而不是密度的絕對值。CT值表示的是一種相對密度,它以某種物質(zhì)的衰減系數(shù)與一種參考材料的衰減系數(shù)作比較。若以水作參考,軟組織的μ軟接近于μ水,肌肉的μ肌比水高約5%,脂肪的μ脂約比水低10%,腦白質(zhì)與腦灰質(zhì)的μ值差約0.5%,而它們與水差3.5%,骨的μ骨大約是水的μ水兩倍。,Hounsfie在醫(yī)學(xué)研究中,靠衰減系數(shù)的比較和計算方法很不方便ld以水的μ水作為標(biāo)準(zhǔn),定義了一個稱作CT值的標(biāo)度,即CT值,單位為Hu(Hounsfieldunit)。28CT值計算公式某物質(zhì)的CT值等于該物質(zhì)的衰減系數(shù)μ物與水的衰減系數(shù)μ水之差,再除水的衰減系數(shù)μ水的商,乘以分度系數(shù)1000。其公式如下:

CT值=(μ物-μ水)/μ水*100029不同人體組織的CT值把人體組織的CT值界限劃分為2000個單位,水的CT值為0,空氣和密質(zhì)骨的CT值分別為-1000和+1000。密質(zhì)骨的CT值為上限,空氣CT值為下限。已知人體各組織的衰減系數(shù),根據(jù)上述公式,即可得到各組織的CT值(見表16-1)。從表中可以看出,組織密度越大,CT值越高,密度越小,CT值越低。CT值的應(yīng)用在于CT值的絕對值可以大致確定某些組織的存在,如出血、鈣化、脂肪和液體等;CT值的相對值計算可以估計組織結(jié)構(gòu)類型和密度,對病變的定性分析有很大的幫助。但CT值會受很多因素的干擾,如X線硬化、掃描參數(shù)、溫度和鄰近組織等。因此,在CT圖片的分析中,CT值僅作為參考因素,不能作為診斷依據(jù)。3031偽影(Artifacts)在CT圖像形成中,因機(jī)器或人體本身等因素的影響而產(chǎn)生被檢體不存在而圖像顯示出來的假象,即是偽影。偽影影響圖像質(zhì)量,在工作中應(yīng)盡量避免和減少偽影。常見偽影有:1.運(yùn)動條紋偽影

在CT掃描過程中,由于病人的自主和不自主運(yùn)動(如呼吸、心跳和胃腸運(yùn)動等)使檢測不一致,圖像上表現(xiàn)

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論