CT原理(上).ppt

,CT原理及维修诊断技术高级培训班,CT原理（上）,CT作为一种公认的成熟、快速、可靠的影像设备, 正在各级医院的诊断和治疗中发挥着日益重要的作用,并得到广泛的应用。 近八年来,多层螺旋CT的推出和新的应用软件的开发,使CT进入又一个快速发展期,各种类型的CT机大量推出。,CT（Computed Tomography）,1895年11月8日,德国物学家伦琴 (WRaontgen) 发现了X射线。,三天以后，偶然看到了伦琴的夫人手的X射线造影。从此就开创了用X射线进行医学诊断的放射学X射线摄影术，奠定了医学影像摄影的基础。,X射线的发现,一、 X线影像摄影基础,低气压放电现象： 1836年，英国科学家法拉第发现，稀薄气体放电时，会产生一种绚丽的辉光。因为它是由阴极发出的，后来物理学家把这种辉光称为“阴极射线”（cathode ray） 。为探明阴极射线，许多科学家进行了艰巨的研究。,一、 X线影像摄影基础,传统的X射线机具有的优点： 1. 价格低; 2. 易操作; 3. 应用面广; 但也有以下一些缺陷： 1影像重叠; 2密度分辨力低; 3中心投影效应 (也叫几何放大效应） ; 4胶片存储，检索困难;,一、 X线影像摄影基础,密度分辨力低,一、 X线影像摄影基础,中心投影效应,一、 X线影像摄影基础,二、 CT的发展回顾,1917年，雷登(JRadon)提出了图象重显理论的数学方法研究，他指出对二维或三维的物体可以从各个不同的方向上进行投影，称为雷登变换； 然后用数学方法计算出一张重建的图像中，也称为雷登逆变换。,1956年，天文学家Bracewell用这种方法处理了从太阳发射来的微波信息，Bracewell第一次将一系列由不同方向测得的太阳微波发射数据，运用图像重建方法，绘制了太阳微波发射图像。,二、 CT的发展回顾,对CT的研究可追溯到1967年,那年，CT的发明人、英国工程师Godfrey Hounsfield 制成了第一台可用于临床的计算机X 射线断层摄影机。,CT的发明,二、 CT的发展回顾,1971年10月，Hounsfield设计并扫描出第一幅具有诊断价值的头部CT图像，从而宣告世界上第一台CT扫描机的研制成功，因为是英国EMI公司生产，又称EMI CT扫描机。1971年9月第一台头扫描CT机安装在英国的一所医院中。每一幅图像的处理时间为20分钟左右。,二、 CT的发展回顾,第一台CT机的头部图像,二、 CT的发展回顾,1979年,Hounsfield和Cormack, CT发明者，一位工程师和一位物理学家，两位没有专门医学经历的科学家, 荣获了诺贝尔医学奖，以表彰他们的突出成就。,Hounsfield于2004年8月12日 在英国逝世，享年84岁。 Cormack于1998年5月23日 在美国逝世，享年74岁。,二、 CT的发展回顾,1974年，美国George Town医学中心的工程师莱德雷（Ledley）设计出了全身CT扫描仪，使CT不仅可用于颅脑，而且还可用于全身各个部位的影像学检查。,二、 CT的发展回顾,图a、b是1974年 SIRETOM拍摄的 80X80图像,矢状面图像是由每层厚为1.3CM 断面重建的。 图c、d是容积扫描 拍摄的1024X1024 图像,矢状面图像可以 说是连续的 。,CT图像对比,二、 CT的发展回顾,三、 CT技术发展趋势,CT的优点 (1) 真正的断面图像 (2) 密度分辨率高 (3) 可作定量分析 (4) 数字图像 CT的局限性和不足 (1) 空间分辨率仍未超过常规的X线检查。 (2) 不是所有脏器都以CT检查作为首选。 (3) 以X射线作为信息载体,仍对人体存在伤害。 (4) CT的图像是形态学影像。,多层螺旋CT是主要代表,1998年推出的多层CT使得CT在扫描速度；图像质量、扫描范围、适用器官等方面取得新的突破,是CT技术进入新阶段的标志。,三、 CT技术发展趋势,1.更低的射线剂量 全球各主要CT制造商均把更低CT的剂量水平作为CT 发展的研究目标，并通过各种方法及措施来降低剂量。 限制扫描容积： 增加辐射光谱的预过滤; 调整扫描参数; 对连续CT和螺旋CT扫描采用自动曝光控制; 选择适当图像重建参数降低图像重建噪声；,三、 CT技术发展趋势,2.更快的采集和重建速度 a. 可以减少运动伪影，提高图像质量。 b. 从经济和成本回收的角度来考虑，缩短了机器的成本回收期,提高医院的经济效益。 c. 能充分发挥造影剂的作用,减少造影剂用量和病人费用。 d. 螺旋扫描具有速度快、运动伪影少。 e. 从病人接受角度来看,有益于危重病人的诊查 。,三、 CT技术发展趋势,3. CT的应用已拓展到一些新的范围,CT血管造影(CTA) CT三维图像重建 CT介入 CT仿真内镜 CT灌注成像 CT立体定向技术 CT心脏检查,CT血管造影(CTA),三、 CT技术发展趋势,四、X射线的产生,高速运动的电子轰击金属靶时，靶就放出X射线，这就是X射线管的工作原理。 从阴极发射的热电子，经阴、阳两极间的电场加速后，电子的速度已非常高。如在100kV管电压，当电子抵达靶时，速度可达0.55c(c为光速)。此高速电子与靶物质相互作用造成能量转移, 或能量损失，速度骤减。 能量损失分为碰撞损失和辐射损失。,碰撞损失的能量将全部转化为热能。 辐射损失是由于高速运动的电子与靶的内层电子和原 子核的作用。 通过辐射损失的能量，大部分是以X射线的形式辐射 出去，它不足电子总能量的1。 根据作用情况的不同,辐射损失又可分为连续辐射和 特征辐射。,四、X射线的产生,连续辐射(韧致辐射)：如果被靶阻挡的电子的能量，不越过一定限度时，只发射连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射。 连续光谱的性质和靶材料无关。 特征辐射(标识辐射)：当电子的能量超过一定的限度时，可以发射一种不连续的，它只有几条特殊的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射。 特征光谱和靶材料有关，不同的材料有不同的特征光谱这就是为什么称之为“特征”的原因。,四、X射线的产生,X射线的光谱图 X射线其波长约为 10nm到102nm之间 W: 钨 Mo：钼 Cr：铬,四、X射线的产生,X射线的特性 X射线之所以能够用于医学诊断，是由于它还具有普通光所设有的特点和作用: 1. 穿透作用 穿透作用是指X射线通过物质时不被吸收的本领。 2. 电离作用：是X射线损伤和治疗的基础。 物质受X射线照射时，核外电子会脱离原子轨道，这 种作用称为电离作用。 3. 荧光作用 有些物质受X射线照射后，可以辐射出可见光或紫外。 它是X线照相的基础。,四、X射线的产生,当X射线穿过物体时，X射线与物体之间主要存在着三种的相互作用过程，影响 X射线的衰减, 它们是 干涉散射 光电效应 康普顿效应,四、X射线的产生,1、干涉散射 CT的X射线能量大，干涉散射对CTX射线的衰减影响不大。,四、X射线的产生,2、光电效应 用光（包括X射线）照射一些金属，观察到金属表面有 电子逸出的现象 医用X射线能量在10-150KeV之间，产生光电效应几率 较大。X射线能量增大光电效应几率减小。由于光电效 应过程中生物组织将X线光子完全或部分吸收，所以X 射线产生生物损伤主要源于光电效应。,四、X射线的产生,3、康普顿效应,四、X射线的产生,实验发现，当波长很短的光（电磁波），如X射线、射线等通过不含杂质的均匀媒质时，会产生散射现象，这现象首先由美国物理学家康普顿于1922年发现，并作出理论解释，故称康普顿效应。 康普顿效应产生较多散射线，在X线成像过程中会降低成像质量。,五、X线的吸收定律,由物理学的吸收定律(朗伯定律)可知，当一单色线束通 过一密度均匀的小物体时，其能量因与物质的原子相互 作用而减弱，减弱的程度与物质的厚度和组成成分或吸 收系数有关，可用下式表达： I = IO e-d IO ：入射的X射线强度； I ：穿过均匀密度物体后的X射线强度； ：物质对该波长的线性衰减系数； d ：穿过均匀密度物体的路径长度； e ：自然对数底,X线方向上衰减系数 值总和的测量,CT影像的像素计算,In = In-1 e-nd,在X射线穿过的路径上， 如果已知d、IO、In， 则物体的衰减系数总和 是可以计算出来的。 这必须作出多方向投影, 建立多个联立方程式， 才能算出所有的衰减 系数值来。 CT图像的重建过程， 就是求每个小单元衰减 系数的过程。因而上述 方程是CT图像重建的 基本方程之一。,五、X线的吸收定律,六、CT图像的形成过程,图像扫描阶段 高压发生器供给 球管电压和灯丝 电流，使X射线 管产生X射线。 X线束围绕人体 旋转，以便从多 个角度采集数据。,在扫描阶段的主要任务是采集数据。,CT中我们怎样测量一个物体？通过多角度用笔形X线束来测量物体的吸收值。,六、CT图像的形成过程,图像形成的重建阶段 CT图像产生的第二个阶段就是图像重建阶段，这主要由阵列处理机进行处理。,人体的每个体积元用一个象素来表示。 每个象素用一个CT值来表示。,六、CT图像的形成过程,七、CT图像的显示,图像显示阶段 图像显示阶段的主要任务是把数字图像转换成视频显示，以便直接观测或记录在胶片上。,人眼最多能分辨 64级灰度。 通过使用窗口技 术将图像在显示 器上显示。,CT值是用来表 示与CT图像上 单元面积有关 的平均X射线 衰减数, CT值用豪斯菲 尔德单位HU来 表示。使用CT 值后，它既表 示了某物质的 吸收衰减系数 本身，也表示 了各种不同密 度组织的相对 关系。,七、CT图像的显示,窗口技术 数字图像所特有的显示技术方法称为窗口技术。它包括窗位和窗宽的控制、调整。 CT窗宽：window width 监示器中最亮和最暗灰阶所代表的CT值的跨度。 CT窗位：window level 窗宽上下限灰阶所代表的CT值的中心值。 窗宽决定图像CT值的变化跨度，窗位则决定观察变化的的区域。,七、CT图像的显示,不同的窗 口条件下， 显示人体 的不同部 位图像的 效果。,八、 各代CT,第一代(平移+旋转) 这类扫描机多属于头部专用机 由一个X射线管和两个或三个晶体探测器组成 由于X射线束被准直成像铅笔芯粗细的线束，故又称为笔形扫描束装置。 扫描时间为35分钟,第二代(平移+旋转方式) 把第一代单一笔形,X射线束改为扇形线束 探测器数目也增加到330个。 每次扫描后的旋转角由10提高至30300。 扫描时间为2090秒,八、 各代CT,第三代CT机有较宽的扇形角(30045 0)，可包括整个被扫描体截面，探测器数目极大地增加了。 扇形角宽( 扇角为300450), X射线管必须环绕其中心线转过90 0。 扫描时间为29秒，有些可达到0.5秒以内。 技术性较高，成本和图像质量方面具有较大优势，是目前临床上应用最为广泛的一种CT机。,第三代(旋转一旋转方式),八、 各代CT,第四代(旋转一静止) 扫描方式是探测器静止 而只有X射线管旋转。 扇形线束角度也较大， 单幅的数据获取时间 缩短到15秒。 检测器达到6001500个， 多排螺旋CT多达4800个。