第四章 CT成像系統(tǒng)D

4.6X射線(xiàn)衰減系數(shù)的重建及X-CT的后處理技術(shù)重建圖像是人體斷面X射線(xiàn)衰減系數(shù)的分布函數(shù)X射線(xiàn)投射強(qiáng)度（投影值）并沒(méi)有與衰減系數(shù)的線(xiàn)積分成正比，而是衰減系數(shù)線(xiàn)積分的指數(shù)函數(shù)。X射線(xiàn)管放出的射線(xiàn)包含各種不同能量成分，表現(xiàn)為一個(gè)能量譜的分布。所測(cè)得投射強(qiáng)度應(yīng)為：

射線(xiàn)“硬化”現(xiàn)象：低能量的射線(xiàn)成分首先被吸收；高能量的射線(xiàn)成分較易穿過(guò)人體。X射線(xiàn)在傳播過(guò)程中平均能量變高，射線(xiàn)束逐漸變硬。硬射線(xiàn)能量高，穿透力強(qiáng)，物體表現(xiàn)出低衰減性能。校正射線(xiàn)硬化效應(yīng)的措施：（1）提高管電壓，增加濾過(guò)板厚度，濾除低能量射線(xiàn)。（2）通過(guò)算法補(bǔ)償校正。為了鑒別組織線(xiàn)性衰減系數(shù)的微小差別，并使組織特性定量化，定義CT值：其中μt、μwater分別為組織及水的線(xiàn)性衰減系數(shù)，單位為Hounsfield，簡(jiǎn)稱(chēng)Hu。由上式顯見(jiàn)，水的CT值為0。實(shí)驗(yàn)得知：μ骨≈2μwater，μ空氣≈0。因此，骨的CT值為1000，空氣的CT值為0。CT值（Hu單位）01000-1000

空氣脂肪水軟組織致密骨骼窗口技術(shù)人體組織的CT值范圍是2000個(gè)單位。CT圖像實(shí)際上是用2000個(gè)灰度值表示、層次非常豐富，而人眼一般僅能分辨出30-40個(gè)灰度等級(jí)。若將2000個(gè)灰度等級(jí)劃分為40個(gè)灰階，則每個(gè)灰階所能分辨的CT值為2000／40=50HU，也就是說(shuō)，當(dāng)相鄰的兩種組織的CT值相差50HU時(shí)，人眼才能將兩者區(qū)分出來(lái)。為了顯示組織結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)和反映準(zhǔn)確的密度差值，就必須使用窗口技術(shù)。窗口技術(shù)(windowtechnology)：CT設(shè)備放大某段范圍內(nèi)灰度的技術(shù)。即把被觀測(cè)組織的CT值范圍（灰度范圍）定為放大的灰度范圍，放大灰度范圍的上限增強(qiáng)為全白，下限壓縮為全黑，這樣放大或增強(qiáng)了局部灰度范圍內(nèi)不同灰度之間黑白對(duì)比的程度。窗寬（windowwidth）是指顯示圖像所包含的CT值范圍，在此范圍內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)按密度的高低從白到黑分為灰度等級(jí)進(jìn)行觀察分析。窗位（windowlevel）是指觀察某一組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)時(shí)，以該組織的CT值為中心進(jìn)行觀察。如腦組織的CT值大約為35HU，則窗位選擇為35HU，窗寬常用100HU。

窗口：被放大或增強(qiáng)的灰度范圍。

窗寬(windowwidth，WW)：放大的灰度范圍上下限之差。窗寬＝CTmax－CTmin

窗位(windowlevel，WL)：放大的灰度范圍的平均值(灰度中心值，即顯示器所顯示的中心CT值)。窗位＝例：觀察腦部的血液(CT值為12H)及凝血(CT值為56～76H)時(shí)，把上限灰度CTmax定為80H，下限灰度CTmin定為0H，窗寬＝CTmax－CTmin=80HU－0HU

＝80HU

窗位=

如：某被測(cè)人體組織的CT值范圍為320HU或160HU，若采用16級(jí)顯示灰階時(shí)，CT值范圍內(nèi)每一顯示灰階代表的CT值跨度為20HU和10HU。

窄WW的CT值的分級(jí)細(xì)（10HU），顯示的CT值范圍小，對(duì)組織在密度差異間顯示的黑白對(duì)比度大，有利于對(duì)低密度組織或結(jié)構(gòu)(腦組織)的顯示；

寬WW的每級(jí)灰階代表的CT值跨度大，對(duì)組織在密度差異間顯示的黑白對(duì)比度小，適用于密度差別大的組織或結(jié)構(gòu)（肺、骨質(zhì)等）的顯示。肺窗：－700、1200

縱隔窗：＋30、300

骨窗：+300、1000腦窗：+35、100窗口必須根據(jù)相關(guān)顯象組織來(lái)設(shè)置NarrowWindowWidth窄窗寬BroadWindowWidth寬窗寬窄窗寬:適用于軟組織部位,如腦和腹部。但窗寬以外的結(jié)構(gòu)就不能正確的被反映出來(lái)。寬窗寬:適用于對(duì)比度較大的部位，如肺和骨骼。密度差別較小的組織不易顯示。Hounsfield

unit+1000-10000Window1窗位GrayscaledisplayWhiteBlackCTWindowingWindow

2雙窗技術(shù)把兩種CT值相差較大的組織在同一窗口中顯示,例如肺和縱隔(軟組織)。雙窗技術(shù)*一幅圖像上同時(shí)觀測(cè)肺和縱隔。LungWindow肺窗MediastinumWindow縱隔窗DoubleWindow雙窗Image2:僅觀察肺Image1:同時(shí)觀察肺、胸腔和縱隔。Image3:僅觀察縱隔和胸腔常規(guī)CT真好!但仍然存在很多問(wèn)題...4.7螺旋X-CT常規(guī)CT...常規(guī)掃描方式的缺點(diǎn)：1、需要較長(zhǎng)的掃描時(shí)間2、成像中會(huì)產(chǎn)生遺漏人體某些組織的情況3、不能準(zhǔn)確地重建三維圖像和多方位圖像4、使用造影劑掃描時(shí)，在造影劑的有效時(shí)間里，只掃描了有限的幾個(gè)層面。不能準(zhǔn)確地重建三維圖像和多方位圖像。層厚定位選擇所引起的問(wèn)題...對(duì)不起,因?yàn)椴辉趯雍窭锩嫠砸鸩∽兊倪z漏...一只老鼠...螺旋錐形束CT螺旋CT（spiralCT，SCT）掃描方式產(chǎn)生于1989年，是在滑環(huán)掃描技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展，屬于R-R掃描方式的發(fā)展。

SCT機(jī)使用散熱性能好的大容量X線(xiàn)管和高效率的探測(cè)器。X線(xiàn)束仍為大扇形束，與傳統(tǒng)的掃描方式不同。

滑環(huán)技術(shù)：常規(guī)CT機(jī)X線(xiàn)管供電及信號(hào)的傳遞由電纜完成，近年來(lái)以銅制的滑環(huán)和導(dǎo)電的碳刷電纜，通過(guò)碳刷和滑環(huán)的接觸導(dǎo)電使機(jī)架作單向的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

螺旋CT工作原理

螺旋掃描是指在掃描期間，X線(xiàn)管連續(xù)旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生X線(xiàn)束，同時(shí)掃描床在縱軸方向連續(xù)移動(dòng)，這樣，掃描區(qū)域X線(xiàn)束進(jìn)行的軌跡相對(duì)被檢查者而言呈螺旋運(yùn)動(dòng)，掃描軌跡為螺旋形曲線(xiàn)，這樣可以一次收集到掃描范圍內(nèi)全部容積的數(shù)據(jù)，所以也稱(chēng)為螺旋容積掃描。

螺旋CT掃描裝置包括探測(cè)器、X線(xiàn)管滑環(huán)、機(jī)架與檢查床、控制臺(tái)與計(jì)算機(jī)。其中滑環(huán)技術(shù)是螺旋掃描的基礎(chǔ)，螺旋掃描是通過(guò)滑環(huán)技術(shù)與掃描床的連續(xù)移動(dòng)相結(jié)合而實(shí)現(xiàn)的。單層螺旋CT掃描

是X線(xiàn)管由往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)改為向一個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)掃描，受檢體（檢查床）同時(shí)向一個(gè)方向移動(dòng)，X線(xiàn)連續(xù)曝光并采集數(shù)據(jù)。X線(xiàn)管相對(duì)于受檢體的運(yùn)動(dòng)為劃過(guò)一柱面螺旋線(xiàn)形軌跡。沒(méi)有掃描間隔的暫停時(shí)間（死時(shí)間），可進(jìn)行連續(xù)掃描，解決了傳統(tǒng)掃描時(shí)的層隔問(wèn)題。單層螺旋CT的探測(cè)器數(shù)目和材料同第3代CT；單層螺旋CT掃描

單層

旋轉(zhuǎn)一周一幅圖像多層

旋轉(zhuǎn)一周多幅圖像2D層厚3D容積

常規(guī)vs.螺旋CT...

在掃描過(guò)程中，X線(xiàn)管連續(xù)地圍繞受檢者旋轉(zhuǎn)，與此同時(shí)承托著受檢者的病床勻速的向機(jī)架的掃描孔內(nèi)推進(jìn)(或勻速地離開(kāi)掃描孔)，這樣X(jué)射線(xiàn)束在受檢者身上勾畫(huà)出一條螺旋線(xiàn)軌跡，因此稱(chēng)之為螺旋CT。螺旋線(xiàn)限定了人體組織的一段容積，所以這一技術(shù)也叫作容積掃描。非螺旋CT與螺旋CT掃描方式的比較

螺旋CT掃描采用的滑環(huán)技術(shù)，去除了X線(xiàn)球管與機(jī)架之間的電纜連接的束縛，使得球管、探測(cè)器系統(tǒng)可以單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)360°的掃描時(shí)間可以縮短到1秒或亞秒，明顯提高了掃描速度和檢查效率。更主要的是在連續(xù)掃描的同時(shí)，檢查床也單向勻速移動(dòng)，使得整個(gè)掃描的軌跡類(lèi)似螺旋管，它所采集的數(shù)據(jù)是某一檢查器官或部位連續(xù)的掃描數(shù)據(jù)，即容積數(shù)據(jù)，因此也稱(chēng)這種掃描方式為容積掃描。

Continuouslyrotatingtube/detectorsystem -球管/探測(cè)器連續(xù)旋轉(zhuǎn)。Continuousradiation-連續(xù)投照。Continuousdataacquisition-連續(xù)數(shù)據(jù)獲取。Continuoustablefeed-連續(xù)進(jìn)床。螺旋CT=容積掃描何謂4“C”?

要實(shí)現(xiàn)螺旋掃描，完成連續(xù)的容積式數(shù)據(jù)采集，必須滿(mǎn)足下列要求：1.依靠滑環(huán)技術(shù)使X線(xiàn)管能連續(xù)地沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；2.病床能做同步勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)；3.使用大功率、高熱容量和散熱率的X線(xiàn)管；4.具有螺旋加權(quán)算法軟件；5.選用計(jì)算速度快、存儲(chǔ)容量大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

實(shí)現(xiàn)螺旋CT掃描的技術(shù)要求…滑環(huán)技術(shù)滑環(huán)技術(shù)是螺旋掃描的基礎(chǔ)，它的發(fā)明問(wèn)世標(biāo)志著CT成像技術(shù)進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的新時(shí)代。滑環(huán)技術(shù)的重大貢獻(xiàn)是解決了CT機(jī)架旋轉(zhuǎn)部分與靜止部分的饋電和信號(hào)傳遞方式問(wèn)題，可以實(shí)現(xiàn)X線(xiàn)球管連續(xù)旋轉(zhuǎn)和曝光。它是用一個(gè)滑環(huán)和一個(gè)碳刷代替了電纜，當(dāng)碳刷沿著滑環(huán)滑動(dòng)時(shí)，則經(jīng)滑環(huán)與碳刷向X線(xiàn)球管供電。由于擺脫了各種電纜的纏繞限制，而且X線(xiàn)發(fā)生器和探測(cè)器均安裝在一個(gè)滑環(huán)上，因此滑環(huán)可單方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。低壓滑環(huán)技術(shù)示意圖高壓滑環(huán)技術(shù)示意圖螺旋CT用于臨床造影劑應(yīng)用。螺旋CT適用于身體所有部位檢查。對(duì)于小兒和外傷病人,能快速完成掃描。適用于大范圍的解剖結(jié)構(gòu)檢查。 如果你打算進(jìn)行3D后處理(e.g.CTA)可常用螺旋!什么時(shí)候使用螺旋CT?螺旋CT影像設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：①螺旋CT連續(xù)掃描的能力，使得整個(gè)器官或一個(gè)部位可以在一次屏氣中完成掃描，從而避免漏掃或重掃。②由于沒(méi)有層與層面之間的停頓，使得一次掃描檢查的時(shí)間明顯縮短，有益于危重病人和不配合病人的檢查。③對(duì)于肺臟、肝臟等受呼吸影響的臟器，由于在屏氣情況下一次完成掃描，可以避免小病灶的遺漏。④病人運(yùn)動(dòng)形成的偽影，由于掃描速度的提高而得以減少或避免。⑤可進(jìn)行任意回顧性重建，沒(méi)有層面間隔大小和重建次數(shù)的限制。⑥單位時(shí)間內(nèi)掃描速度的提高，使CT增強(qiáng)掃描時(shí)對(duì)比劑的利用率提高和增強(qiáng)效果改善。⑦由于螺旋CT掃描得到的是容積掃描數(shù)據(jù)，因此使得多平面和三維重建圖像的質(zhì)量有了明顯改善。

螺旋CT影像設(shè)備的不足①由于掃描時(shí)檢查床的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生一定的偽影，在Z軸上的空間分辨率有所降低。②螺旋CT掃描圖像的噪聲較傳統(tǒng)CT有所增高（內(nèi)插法的一個(gè)缺陷就是使噪聲增加）。③螺旋CT圖像處理的時(shí)間較長(zhǎng)，并需要計(jì)算機(jī)大容量的存儲(chǔ)能力和運(yùn)算能力。④螺旋CT仍受到最大掃描容積的限制。采集的是數(shù)據(jù)是人體的一個(gè)層面采集的是數(shù)據(jù)是人體的一個(gè)區(qū)段(容積掃描)區(qū)別多層螺旋X-CT介紹

多層螺旋掃描技術(shù)中，使用多排探測(cè)器陣列（其排數(shù)可以從幾排到幾十排）掃描軌跡是多根螺旋線(xiàn)。

X線(xiàn)管旋轉(zhuǎn)一周可以同時(shí)獲得四層數(shù)據(jù)，而且可以選擇較薄的層厚，使獲得的三維數(shù)據(jù)有更高的精度。

1998年推出多層螺旋CT（MSCT）提高了螺旋CT的性能。MSCT和SCT掃描方式相同，X線(xiàn)管和檢測(cè)器圍繞人體做360o旋轉(zhuǎn)，受檢體向一個(gè)方向移動(dòng)。不同的是MSCT的檢測(cè)器為多排，目前的排數(shù)從幾排到幾十排；而單層SCT的檢測(cè)器只有一排。

傳統(tǒng)CT機(jī)是X線(xiàn)管和檢測(cè)器圍繞人體旋轉(zhuǎn)一圈獲得一幅斷面圖像，MSCT機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈則可以同時(shí)獲得2～n幅圖像。

MSCT的線(xiàn)束寬度在Z軸方向從1cm左右增加到幾厘米，今后將會(huì)更寬，屬于錐形線(xiàn)束CT（conebeamCT）的范疇。

X-Raycollimation

X-rayTubeZaxis單層螺旋CT2.5mm2.5mm2.5mm2.5mmX-Raycollimation

X-rayTubeZaxis

層螺旋CT4探測(cè)器陣列寬度24mm28.8mm16層CT與64層CT的區(qū)別更高的空間分辨率是在高對(duì)比度情況下，區(qū)分相鄰最小物體的能力，是測(cè)試圖像質(zhì)量（清晰度）的量化指標(biāo)。16層CT與64層CT的區(qū)別多層螺旋CT掃描特點(diǎn)

：（1）降低X射線(xiàn)球管損耗（2）掃描覆蓋范圍更長(zhǎng)（3）掃描時(shí)間更短（4）掃描層厚更薄

AB

螺旋CT由于掃描的方式不同，產(chǎn)生了兩個(gè)新的成像參數(shù)：即螺距和重建間隔。1、螺距（Pitch）為球管旋轉(zhuǎn)一周進(jìn)床距離與準(zhǔn)直寬度之比，即床速和層厚的比值。

螺距（P）=d/W

意義：增加螺距使探測(cè)器接收的射線(xiàn)量減少，并使圖像的質(zhì)量下降。2、重建間隔

多排螺旋CT的成像特點(diǎn)：

MSCT與單層螺旋CT主要的區(qū)別是探測(cè)器的結(jié)構(gòu)不同。單層螺旋CT的層厚由準(zhǔn)直器決定，而多層螺旋CT的層厚由探測(cè)器的寬度及其組合而決定。在非螺旋CT掃描中，X