第四章 計(jì)算機(jī)X線體層成像

第四章計(jì)算機(jī)X線體層成像第一節(jié)概述第二節(jié)CT成像原理第三節(jié)CT數(shù)據(jù)采集與掃描方式第四節(jié)CT圖像重建第五節(jié)CT圖像處理第六節(jié)CT圖像質(zhì)量學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握

CT圖像特點(diǎn)、CT成像原理（物理原理、數(shù)據(jù)采集原理與CT圖像重建原理方法）、普通CT與螺旋CT成像理論的區(qū)別；2.熟悉影響CT圖像質(zhì)量的因素及CT圖像處理技術(shù)；3.了解CT簡(jiǎn)史、雙源CT與能譜CT。

第一節(jié)概述一、

CT成像的特點(diǎn)

（一）CT成像優(yōu)勢(shì)1．?dāng)嗝鎴D像2．密度分辨率高

CT的密度分辨率比常規(guī)X線檢查高20倍3．可做定量分析

CT能夠準(zhǔn)確地測(cè)量各組織的X線吸收衰減值，通過(guò)各種計(jì)算，做定量分析4．可進(jìn)行各種后處理

（二）CT局限性和不足1．空間分辨率不如常規(guī)的X線成像2．并非對(duì)所有臟器都適合3．目前不能進(jìn)行功能成像二、CT成像的基本參數(shù)

1．體層

2．層厚

3．圖像矩陣4．像素5.體素

6．CT值

以吸收系數(shù)為依據(jù)，用CT值來(lái)表達(dá)人體組織密度的量值。CT值可用公式表示為：

式中，K是分度因數(shù)，常取為1000。CT值的單位為“HU”1000-100007．灰度

8．灰階

CT影像形成

9．窗口技術(shù)

是將全范圍CT值分時(shí)分段進(jìn)行顯示技術(shù)。被顯示灰階的范圍稱為窗寬（W），其中間值稱為窗位（C），窗寬以外的CT值不顯示。顯示CT值范圍：C-W/2（下限）~C+W/2（上限）SinogramIdealImageProjectionProjection10．部分容積現(xiàn)象11．投影

12．掃描13．掃描方式

三、CT的臨床應(yīng)用

CT機(jī)發(fā)展到今天，已經(jīng)可以廣泛應(yīng)用到全身的任何一個(gè)部位的檢查上。第二節(jié)CT成像原理控制臺(tái)計(jì)算機(jī)床機(jī)架高壓發(fā)生器一、CT機(jī)的基本硬件CT機(jī)的基本硬件，主要包括掃描機(jī)架系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外圍設(shè)備

球管探測(cè)器DAS（一）掃描機(jī)架系統(tǒng)

掃描機(jī)架系統(tǒng)內(nèi)部包括X線球管高壓發(fā)生器探測(cè)器準(zhǔn)直器A/D轉(zhuǎn)換器準(zhǔn)直器（二）檢查床（三）高壓發(fā)生器（四）中央控制臺(tái)

（五）輔助設(shè)備

（六）計(jì)算機(jī)及軟件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般由主控計(jì)算機(jī)和陣列計(jì)算機(jī)兩部分組成。主控計(jì)算機(jī)的作用是：①控制和監(jiān)視掃描過(guò)程，并將掃描數(shù)據(jù)送入存儲(chǔ)器；②CT值的校正和輸入數(shù)據(jù)的擴(kuò)展；③與操作者對(duì)話并控制掃描等信息的傳送；④圖像重建的程序控制；⑤故障診斷及分析。列陣處理機(jī)主要的任務(wù)是在主控計(jì)算機(jī)的控制下，進(jìn)行圖像重建等處理。

二、CT成像過(guò)程（二）CT成像原理三、CT成像原理吸收系數(shù)μ受X線波長(zhǎng)、物質(zhì)原子序數(shù)Z和密度ρ的影響。因此，必須對(duì)CT圖像重建過(guò)程中的X線硬化效應(yīng)要進(jìn)行校正，減小由X線束硬化效應(yīng)造成的CT圖像不均勻性。線束硬化效應(yīng)第三節(jié)CT數(shù)據(jù)采集與掃描方式一、CT數(shù)據(jù)采集的基本原理

（1）CT數(shù)據(jù)采集基本原理CT數(shù)據(jù)采集目的是獲取重建圖像的原始數(shù)據(jù)。CT成像的數(shù)據(jù)采集是利用X線管和檢測(cè)器等的同步掃描來(lái)完成的。目前使用的CT機(jī)，有兩種不同的數(shù)據(jù)采集方法①逐層采集法（非螺旋掃描）②容積數(shù)據(jù)采集法（螺旋掃描）

在理解數(shù)據(jù)采樣過(guò)程中，還必須注意：①X線管與探測(cè)器是一個(gè)精確的準(zhǔn)直系統(tǒng)；②X線管與探測(cè)器圍繞人體旋轉(zhuǎn)是為了采樣；③X線管產(chǎn)生的射線是經(jīng)過(guò)有效濾過(guò)的；④射線束的寬度是根據(jù)層厚大小設(shè)置嚴(yán)格準(zhǔn)直的；⑤探測(cè)器接收的是透過(guò)人體后的衰減射線；⑥探測(cè)器接收的衰減射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。掃描方式靜止-旋轉(zhuǎn)（S/R）單束平移-旋轉(zhuǎn)（T/R）窄扇形平移-旋轉(zhuǎn)（T/R）旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)（R/R）二.傳統(tǒng)X-CT的掃描方式二、常規(guī)CT掃描方式

1.單束平移-旋轉(zhuǎn)（T/R）方式第一代CT特點(diǎn)：直線筆形掃描束單一探測(cè)器一次平移獲得240個(gè)數(shù)據(jù)每次旋轉(zhuǎn)1度共重復(fù)180次檢測(cè)一個(gè)層面4-5min

2.窄扇形束掃描平移-旋轉(zhuǎn)（T/R）方式特點(diǎn)：直線多路筆形掃描束探測(cè)器3-52個(gè)每次旋轉(zhuǎn)3-30度檢測(cè)一個(gè)層面20-120S第二代CT

3.旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)（R/R）方式特點(diǎn)：扇形掃描束連續(xù)或脈沖方式的X射線弧形陣列探測(cè)器300-800個(gè)每次旋轉(zhuǎn)360度檢測(cè)一個(gè)層面3-5S第三代CT靜止-旋轉(zhuǎn)（S/R）方式特點(diǎn)：扇形掃描束連續(xù)或脈沖方式的X射線環(huán)形整圈探測(cè)器探測(cè)器共600-1500個(gè)球管每次旋轉(zhuǎn)360度檢測(cè)一個(gè)層面1-5S第四代CT4.寬扇形束靜止-旋轉(zhuǎn)方式

5.電子束CT第五代CT－超高速CT4個(gè)緊挨的環(huán)狀鎢靶，半徑90CM，圍成210度兩排環(huán)形探測(cè)器陣列，半徑67.5CM，圍成210度第一個(gè)環(huán)864個(gè)探測(cè)器，第二個(gè)環(huán)432個(gè)探測(cè)器電子束掃描示意圖CT真好!但仍然存在很多問(wèn)題...普通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。緩慢呼吸由于不同層次呼吸而導(dǎo)致的漏診。常規(guī)CT存在的問(wèn)題...深呼吸不能準(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...

因?yàn)椴辉趯雍窭锩嫠砸鸩∽兊倪z漏...一只老鼠...2D層厚3D容積

常規(guī)vs.螺旋

CT...

三、螺旋CT1．單層螺旋CT螺旋CT掃描方式產(chǎn)生于1989年，是在滑環(huán)掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型掃描技術(shù)。

供電方式采用滑環(huán)技術(shù)不使用電纜供電螺旋CT優(yōu)勢(shì)掃描方式X線管能連續(xù)地沿著一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)滑環(huán)技術(shù)?螺距（pitch）定義為床速與掃描層厚的比值，一個(gè)無(wú)量綱的量。單層螺旋CT掃描層厚由準(zhǔn)直寬度決定，和準(zhǔn)直寬度一致。如果用d表示床速，S表示掃描層厚，則螺距可用下式表示：

螺旋插值

線性內(nèi)插全掃描內(nèi)插法

360°線性內(nèi)插半掃描內(nèi)插法

180°線性內(nèi)插兩圈螺旋數(shù)據(jù)內(nèi)插一圈螺旋數(shù)據(jù)內(nèi)插-0.500.51圈02圈-11

2．多層面螺旋CT多層面CT同單層螺旋CT相比在Z軸方向的探測(cè)器排大于２數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大于把２圖像重建算法、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有較大改進(jìn)

單層螺旋CT與多層螺旋CT的比較

目前探測(cè)器的排列方式有兩種類型：一種是均等分配的等寬型（對(duì)稱型排列），即在Z軸方向的多排探測(cè)器寬度是一致的另一類是探測(cè)器的寬度不均等分配的非等寬型（非對(duì)稱型排列），這些組合是由探測(cè)器后面的電子開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)電子開(kāi)關(guān)再將信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）

以四層螺旋CT為例，說(shuō)明多層面CT的特點(diǎn)（1）探測(cè)器陣列四層螺旋CT具有四組通道的多排探測(cè)器陣列，分為對(duì)稱型和非對(duì)稱型兩種。探測(cè)器的排列方式主要有以下三種：第一種：

它在Z軸方向有16排探測(cè)器，每排探測(cè)器是等寬的。探測(cè)器的寬度相當(dāng)于層厚為1.25mm。材料為稀土陶瓷。

東芝公司的探測(cè)器沿Z軸方向有3４排，基本上也是等寬型的，只是靠近中央的4排為寬度0.5mm，其他的30排均為1mm等寬的探測(cè)器。

第二種第三種

Z軸方向有8排探測(cè)器，每排探測(cè)器的寬度不等，從中間向兩邊，其寬度分別相當(dāng)于層厚為1、1.5、2.5、5mm。材料為超速陶瓷材料。

（2）數(shù)據(jù)采集通道（3）X線束（4）層厚的選擇（5）螺距多層面CT的螺距定義為床速與整個(gè)準(zhǔn)直寬度的比值。用公式表示為：

ｄ：床速Ｍ：層數(shù)

S：準(zhǔn)直器寬度

（6）圖像重建算法主要采用兩種方法：優(yōu)化采樣掃描和濾過(guò)內(nèi)插法優(yōu)化采樣掃描：是通過(guò)調(diào)整采樣軌跡的方法來(lái)獲得補(bǔ)償信息、縮短采樣間隔、增加Z軸上的采樣密度來(lái)獲得圖像質(zhì)量的改善。濾過(guò)內(nèi)插法：基于多點(diǎn)加權(quán)非線性內(nèi)插法，即通過(guò)改變?yōu)V過(guò)波形和寬度來(lái)自由調(diào)整切層輪廓外形的有效層厚及圖像噪聲，實(shí)現(xiàn)Z軸方向的多層重建。（7）智能掃描

多層面CT與單層螺旋CT相比有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）提高了X線利用率

（2）掃描速度更快（3）提高時(shí)間分辨力（4）提高Z軸空間分辨力，有利實(shí)現(xiàn)各向同性成像

四、雙源CT2005年在北美放射學(xué)會(huì)上推出的，它通過(guò)兩個(gè)X線源和兩套探測(cè)器來(lái)采集數(shù)據(jù)，全面拓展CT的臨床應(yīng)用。優(yōu)勢(shì)：雙能量成像技術(shù)利于分離血管、骨性結(jié)構(gòu)、血管硬性斑塊利于顯示肺動(dòng)脈栓塞所致肺段的灌注減少或缺失及肺血管栓子顯示心肌的灌注情況利于區(qū)分肌腱和韌帶結(jié)構(gòu)辨別腦出血中的新鮮或陳舊性出血心臟掃描技術(shù)大范圍掃描技術(shù)第四節(jié)CT圖像重建CT圖像重建方法（一）迭代法(二）傅里葉變換法

（三）反投影法

反投影法應(yīng)用：若層面中間有一固定CT值的像素單元，圖中分別沿0°、45°、90°、135°投射X線，獲得投影數(shù)值而后疊加回矩陣重建出圖像。但反投影圖像重建的邊緣失銳。反投影法的缺點(diǎn)：會(huì)造成圖像邊緣的不清晰。如果在一均勻組織密度內(nèi)，存在吸收系數(shù)特異的部分時(shí)，反投影圖像與真實(shí)圖會(huì)出現(xiàn)偽差，而使重建圓圖像的邊緣部分模糊不清，如下圖所示。

（四）濾波反投影法采用卷積計(jì)算的濾波反投影法是當(dāng)前CT成像中應(yīng)用最為廣泛，也稱卷積反投影法。成像的過(guò)程可分成三步：預(yù)處理卷積反投影第五節(jié)CT圖像處理

一、圖像處理功能（一）顯示功能處理1.定位片

為了對(duì)某一橫斷面定位，常采用X線管和檢測(cè)器相對(duì)靜止、使被檢體縱向隨掃描床均勻移動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)中曝光，進(jìn)行多幅單方向掃描，然后將這些線條數(shù)據(jù)合成全貌定位片。

2．窗口技術(shù)將層面某局部范圍內(nèi)CT值分布用相對(duì)應(yīng)的16灰階顯示。CT值分布與16灰階一一對(duì)應(yīng)，把局部范圍內(nèi)CT值的上限增強(qiáng)為全白（灰度為0），把CT值的下限壓縮為全黑（灰度為16），灰階對(duì)應(yīng)的CT值數(shù)目減小，灰階間的CT值相差變小，人眼能分辨出這細(xì)微差異，這相當(dāng)于放大或增強(qiáng)了局部CT值范圍內(nèi)灰度顯示的黑白對(duì)比，更容易區(qū)分出CT值分布的細(xì)微差異。

窗口：被放大或增強(qiáng)的CT值灰度顯示范圍；窗寬（WW）：上限CT值和下限CT值之差，也就是顯示器所顯示的CT值范圍。窗位（WL）：CT值范圍的中心CT值：下圖所示的是某一選定的窗寬、窗位及顯示灰階，圖中所示CT值〝＋〞的方向是顯示亮的方向；〝－〞的方向顯示暗的方向。

窗寬選擇注意事項(xiàng)窗位通常以欲觀察組織的CT平均值為參考；選擇窗寬要考慮窗口中組織結(jié)構(gòu)密度差異窄窗顯示的CT值范圍小，每級(jí)灰階代表的CT值跨度小，有