医学成像技术第一篇第5章（2）ppt课件

第1节节 投影数据的采集 X线CT成像与普通X线摄影主要区别之一 是要进行复杂的数据采集过程，其目的是获取重 建图象的原始数据。 X线CT成像的数据采集是依靠X线管和探 测器等的同步扫描运动来完成的，探测器是一种 将X线光子转换为电流信号的换能器。 一、X线在人体组织中的衰减 公式I=I0exp（x）仅适用于均匀物质的情况，而当X射线 穿过人体结构时，由于人体组织和器官是由多种物质成分和不同的 密度所构成，各点线性衰减系数均不相同，为了分析X射线通过这 样的物质的衰减过程，我们沿X射线传播的途径将物质分割成许多 小体积单元，每个单元的厚度为x，只要x足够小，我们便可认 为每个小单元内物质是均匀的，具有相同的线性衰减系数。 设第一个小体积单元入射的X射线强度为I0，透过第一个体积元的X 射线强度为I1，则有： I1=I0exp（-1 x ） 对于第二个体积元而言，I1是入射的X射线强度，透射的X射线强度 为I2， I2=I1exp（-2 x ）= I0exp（-1 x ）exp（-2 x ） =I0exp（1+2） x 以此类推： In=I=I0exp（1+2+3+4+ +n） x 得到： 1+2+3+ +n = 1/ x ln（I/I0）= 1/ x ln （I0/I） projections 三、投影数据的采集方式（扫描方式） （一）第一代CT扫描方式（T/R） 1、特点 （1）单束笔型（直线型）X射线束，单个X射线探测器（或两个沿 Z方向并列）。 （2）平移旋转 2、扫描过程 （1）X线管和探测器一同围绕人体断层进行等步长的直线平移运动 。 (2) 在完成一次平移运动后，X线管和探测器一同旋转1度角，然后 沿相反方向作等步长的平移运动。 （3）这些平移旋转重复180次就完成一次断层扫描。 3、优缺点 （1）扫描时间长，4.55.5分钟，只能进行头颅扫描。 （2）传动装置复杂。 （3）X射线利用率低。 （4）对检测器的漂移不敏感。 （二）第二代CT扫描方式（T/R） 1、特点 （1）窄扇型X射线束，多个X射线探测器呈直线（弧线）排布。 （2）平移旋转 2、扫描过程 (1)X线管和探测器一同围绕人体断层进行等步长的直线平移运动。 只是平移的步长较第一代要长。 (2)在完成一次平移运动后，X线管和探测器一同旋转度角，然后 沿相反方向作等步长的平移运动。 （3）这些平移旋转重复直到旋转完180度角就完成一次断层扫描 。 3、优缺点 （1）扫描时间较第一代短，根剧采用检测器的多少为12 至60秒钟，能进行全身扫描。 （2）传动装置复杂。 （3）对探测器的一致性要求高。 （4）当探测器直线排布时,扇型束的中心射线束和边缘 射线束的测量值不相等,需要较正。 （三）第三代CT扫描方式（R/R） 1、特点 （1）宽扇型X射线束，多个X射线探测器呈圆弧线状排布。 （2）旋转旋转 2、扫描过程 X线管和探测器一同围绕人体断层进行同步的360度圆周旋转运 动就完成一次断层扫描。 3、优缺点 （1）扫描时间较第二代缩短了很多，最快可在3秒钟内 完成一次断层扫描，能进行全身扫描。 （2）传动装置得到简化。 （3）对探测器的特性要求绝对均匀一致。0.02%的偏差 就会导致图像伪影。 （四）第四代CT扫描方式（T/R） 1、特点 （1）宽扇型X射线束，多个X射线探测器呈圆环状排布。 （2）静止旋转 2、扫描过程 探测器静止，X线管围绕人体断层进行360度圆周旋转运动就完成 一次断层扫描。 3、优缺点 （1）扫描时间进一步缩短，最快可在1秒钟内完成一次断层扫描， 能进行全身扫描。 （2）传动装置得到进一步简化。 （3）对探测器特性的一致性要求较第三代低，图像质量稳定。 （4）在单位弧长检测器数量相同的情况下，要求更多的检测器。 （5）几何失真加大。 四、X线滤过和准直 五、X射线的检测和数据采集系统 （一) X线探测器 1. X线探测器的功能 检测透过人体断层的X射线，呈比例地转换成电信号。 2、探测器的性能要求 具有良好的稳定性 对脉冲响应要好 具有良好的线性转换特性 动态变换范围大 检测效率高 对X线波长的依赖性小 尺寸小、空间配置容易 相互之间特性差异和相互干扰小 （二）探测器的类型 大体可分为： 气体电离探测器 闪烁晶体探测器 1、气体电离检测器 2、闪烁晶体探测器 闪烁晶体固体检测器是利用一些材料对高能光 子的吸收，产生与高能光子强度呈比例的荧光，将 荧光经光电转换元件变换成电流信号的器件。 （1）闪烁晶体 在高能光子的作用下能产生短暂荧光的晶体材 料。 （2）光电倍增管 （3）光电二级管 （三）、各种探测器的比较 （四）数据采集系统 数据采集系统简称为DAS，对探测器输出 的电流信号进行放大及一系列的处理，然后 输入到计算机。由I/V放大器、对数放大器、 积分放大器、模拟开关、模/数（A/D）转换 器及接口电路等组成。 第2节 图像重建 X线-CT图像重建问题实际上就是如何从投影数据中 解算出成像层面上各体素点的线性衰减系数(x,y)。 图图像重建的方法有很多种，如解联联立方程法、迭代法 、傅里叶变换法、反投影法、滤波反投影法、卷积反投影 法等。 由投影重建图像 投影 (已知) (未知) v解联立方程法; v迭代法; v付立叶变换 法; v反投影法; v滤波反投影法; v卷积反投影法 图像重建 （二）直接反投影法 直接反投影法也叫总和法.基本做法是：把每次测得 的投影数据“原路” 反投影到投影线的各个像素上. 投影 反投影 边缘模糊和星状伪影 边缘模糊和星状伪影 1 Angle 2 Angles 4 Angles 8 Angle 16Angles 32 Angles Original distribution 反投影的图示 （三）滤波反投