医学影像物理学课件

医学影像物理学课件第1页，共31页，2023年，2月20日，星期五X-CT1917Radon提出三维图像重建理论1972英国研制成功第一台头部X-CT此后

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全身CT

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心脏CT

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螺旋CT（X-raycomputedtomography）普通X射线摄影多器官重叠影像X-CT清晰的断层影像第三章X射线计算机体层成像第2页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础X-CT的数理基础体层像素体素体层受检体中一个薄层像素图像中的基本单元体素受检体中小体积元第3页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础扫描投影为采集影像数据须用单能窄X射线束对受检体进行扫描

扫描中透过某点的射线束强度称为投影扫描即按一定顺序对受检体体层进行投照并检测投影值第4页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础标识X射线源铅准直器铅准直器散射光子探测器单能窄X射线束的获取第5页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础标识X射线源铅准直器铅准直器探测器阵列单能扇面窄X射线束的获取第6页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础图像重建的数学原理dI0Iµ对于均匀介质I

＝I0exp(-µd)第7页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础对于非均匀介质dI0Iµ1µ2µnI

＝I0exp[-(µ1+µ2

+•••+µn)d]

即µ1+µ2

+•••+µn＝(1/d)ln(I0/I)第8页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础当X射线沿不同路径扫描时就会得到一系列的线性方程只要独立方程数等于体素数目就可联立求出所有体素的

µi

值第9页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础µi

值的二维分布矩阵µi

值的数字图像除方程法外还有多种算法目前CT机普遍采用滤波反投影法这种重建图像的算法称为方程法方程法因运算量太大而不实用第10页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础反投影法示意图投影反投影利用所获投影数值反向投回各体素中求出各体素的µ值实现图像的重建第11页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础反投影法图像重建过程123446461554337752353691213161922004509001350等效－10投影相加（体素格中数字表示该体素µ值）1234第12页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础CT值CT

＝[

(µ-µw)/µw]

•1000H

CT值表示CT影像中每个像素所对应的物质X射线线性平均衰减量的大小式中µw为能量73keV的X射线在水中的线性衰减系数第13页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的数理基础人体中几种主要物质的CT值水0空气-1000致密骨+1000凝固血56～76脑灰质36～46脑白质22～32血液12脂肪-100第14页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的扫描方式单束平移-旋转(T/R)方式检测器X线管第一代射线利用率低扫描速度很慢完成一个体层扫描约需5min第15页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的扫描方式窄扇形束平移-旋转方式X线管阵列检测器X线管和列阵检测器仍须同步平移/旋转扫描扫描速度提高到10s/层第二代第16页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的扫描方式宽扇形旋转-旋转(R/R)方式阵列检测器X线管检测器轨道X线管轨道X射线管和列阵检测器同步旋转扫描扫描速度达1s/层第三代第17页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的扫描方式静止-旋转扫描方式X线管（旋转）检测器环（静止）X线管旋转轨迹检测器环静止不动X射线管旋转扫描扫描速度达1s/层第四代第18页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的扫描方式该方式也称反扇形束扫描X线管检测器环（静止）X线管旋转轨迹对于检测器环上某一个单元相当于射线管绕受检体旋转一个扇面特定检测元第19页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的扫描方式螺旋扫描方式受检体移动方向扫描路径第三代改进提高扫描速度减少运动伪像可以薄层扫描第20页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的扫描方式超高速扫描方式多射线管/多探测器电子驱动/100ms级第五代第六代动态空间扫描电子束扫描电子束扫描获X线电子驱动/10ms级第21页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的后处理技术图像的后处理选择图像兴趣区放大灰度范围窗口技术窗宽＝CTmax－CTmin窗位＝（CTmax－CTmin）/2合理应用有利于提高局部图像对比度和定量估值第22页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT的后处理技术修饰相邻像素之间的关系图像过滤平滑滤波/轮廓滤波/边缘增强滤波/阴影滤波以不产生明显失真为原则图像缩放第23页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT图像的质量控制评价图像质量的参数对比度Δ＝(a-b)/(a+b)×100％相对对比度Δ＝(a-b)/b×100％对比度式中a和b为两体素的CT值第24页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT图像的质量控制对比度分辩力通常用能分辨的最小对比度值表示典型的CT对比度分辩力为0.1~1%

影响因素有射线能量/探测器噪声/窗口选择第25页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT图像的质量控制CT图像分辨体层上两邻近点的能力空间分辩力用可分辨最小距离表示空间分辩力影响因素有射线能量/探测器噪声/窗口选择第26页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT图像的质量控制图像噪声指给定均质区CT值的的标准差图像噪声主要来源有量子噪声/热噪声/重建算法决定于X射线的硬度和强度X射线剂量第27页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT图像的质量控制均匀度指均质体各局部CT值的一致性均匀度影响因素有图像噪声/射线硬化/超界测量密切关联相互制约优化可调各参数间关系第28页，共31页，2023年，2月20日，星期五第三章X射线计算机体层成像X-CT图像的质量控制X-CT的伪像重建图像中所受各种干扰的图像表现伪像是受检体上的非真实存在产生原因有系统测量误差/射线质量/金属异物/受检体移动/系统参数设置第2