X射线计算机断层成像讲解

医用物理学医用物理学X射线计算机断层成像一、X-CT基础知识二、螺旋CT三、CT影像质量

X射线计算机断层成像（X-CT）

X射线计算机断层成像（X-CT）X射线计算机体层摄影（X-raycomputedtomography，X-CT）普通X射线摄影示意图X-CT断层摄影示意图X射线断面重叠像非重叠像X射线底片检测器X射线管TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1979forthedevelopmentofcomputerassistedtomographyGodfreyN.Hounsfield1/2oftheprizeUnitedKingdomCentralResearchLaboratories,EMILondon,UnitedKingdomb.1919AllanM.Cormack1/2oftheprizeUSATuftsUniversityMedford,MA,USAb.1924

(inJohannesburg,SouthAfrica)

d.1998

X射线计算机断层成像（X-CT）一、X-CT基础知识1.断层与解剖断面2.扫描与投影3.CT图像重建的数理基础4.CT值与灰度显示5.X-CT后处理技术1.断层与解剖断面（1）断层：指在受检体内接受检查并欲建立图像的薄层一、X-CT基础知识头部断层一、X-CT基础知识（2）解剖断面：解剖断面是指断层标本的表面（3）体素：是指在受检体内欲成像的断层表面上，按一定大小和一定坐标人为地划分的很小的体积元脑断层体素体素空间位置编码体素体素阵列一、X-CT基础知识2.扫描与投影扫描：是用X射线束以不同的方式、按一定的顺序、沿不同的方向对划分好体素编号的受检体断层进行投照，并用高灵敏度的检测器接收透射体素阵后的出射X线束强度投影：投照受检体后出射X线束的强度I称为投影，投影的数值称为投影值，投影值的分布，称为投影函数（1）扫描与投影（2）CT扫描用X射线束它是有一定能谱宽度的连续X射线一、X-CT基础知识（3）窄束X射线的获取获取窄束X射线的装置或准直器的示意图

散射光子散射光子Δx铅准直器铅准直器源人体组织检测器∆y薄扇形X射线束扫描一、X-CT基础知识一、X-CT基础知识3.CT图像重建的数理基础朗伯(Lambert)定律

是均匀介质的线性衰减系数重建CT像的重要环节就是从这一基本关系出发，通过对受检体的扫描，测出足够的投影值，再运用一定算法对投影值进行处理，确定各体素衰减系数

的数值，从而获取衰减系数

值的二维分布矩阵一、X-CT基础知识X射线通过第一个体素的衰减为通过第二个体素的衰减为通过第

n个体素的衰减为μ2μ1μ3μnI0II1I2I3Ind（1）X射线束通过非均匀介质

值不连续变化令X射线按不同路径对受检体进行投照，即对受检体进行扫描，就会得到一系列的投影值，而获得若干个以衰减系数

为未知数的线性方程只要独立方程的数目足够多，则从方程的联立中可求出所有体素的衰减系数

的数值，由此得到

值的二维分布矩阵，由此就可重建图像，这种图像重建的数学方法称方程法一、X-CT基础知识

值连续变化（1）X射线束通过非均匀介质一、X-CT基础知识（2）图像重建的反投影法沿扫描路径的反方向，把所得投影的数值反投回各体素中去，并用计算机进行运算，求出各体素

值而实现图像的重建反投影法示意图一、X-CT基础知识基数：等于任一方向上投影值的总和四体素矩阵的反投影法图像重建一、X-CT基础知识反投影法图像的边缘失锐示意图一、X-CT基础知识

滤波反投影法：此方法是把获得的投影函数作卷积处理，就可以达到消除星状伪影的目的滤波反投影法示意图一、X-CT基础知识4.CT值与灰度显示（1）CT值CT值的标尺按空气的CT值=-1000HU和水的CT值=0HU作为两个固定值标定CT值的单位为亨氏单位（Hounsfieldunit，HU）人体各组织(包括空气)CT值约为-1000～1000HU，即约有2000个CT值水的CT值为0HU，空气的CT值接近于-1000HU，致密骨约为+1000HU左右。凝固血为56～76HU，脑灰质为36～46HU，脑白质为22～32HU，血液约为12HU，脂肪约为-80～-100HU等一、X-CT基础知识（2）灰度显示灰度是指黑白或明暗的程度，它是在图像画面上，表现各像素黑白或明暗程度的量。CT像的本质是衰减系数

成像。通过计算机，对获取的投影数值进行一定的算法处理，可求解出各个体素的衰减系数值，从而获取衰减系数值的二维分布。把各个体素的衰减系数值转换为对应的CT值，于是就得到CT值的二维分布。CT值转换图像画面上对应像素的灰度，就得到图像画面上的灰度分布。一、X-CT基础知识5.X-CT后处理技术（1）图像后处理技术的种类窗口技术；在图像的任何位置上测量或显示该位置的CT值；随意选择感兴趣区域；在感兴趣区域内进行统计学评价；测量距离、角度、计算面积和体积，同时存储几个测量区；图像画面中以某一基线做出镜面像；图像位移、旋转；图像的放大和缩小，多幅图像画面显示；图像相加和相减；图像过滤；图像重建等。（2）几个典型图像处理技术1）窗口技术一、X-CT基础知识窗口技术：CT机放大或增强某段范围内灰度的技术。被确定为放大或增强的灰度范围叫做窗口，放大的灰度范围上下限之差叫窗宽(windowwidth，WW)，放大灰度范围的中心灰度值叫窗位(windowlevel，WL)。窗宽=CTmax-CTmin窗宽、窗位及显示灰阶一、X-CT基础知识（a）软组织窗W=350，L=40；（b）肺窗W=1500，L=-600双窗一、X-CT基础知识2）图像的再加工处理图像的过滤平滑滤波平均平滑滤波轮廓滤波边缘增强滤波阴影滤波3×3图像矩阵滤波处理一、X-CT基础知识图像的放大和缩小图像数据矩阵与显示图像矩阵对应关系两点平均插值示意图二、螺旋CT准直器检测器X射线管扫描床扫描架高压发生器数据采集器数据受检体扫描装置示意图1.单源螺旋CT（1）单层螺旋CT二、螺旋CT滑环的结构螺旋扫描与螺旋线形轨迹二、螺旋CT对于任一层面，螺旋扫描轨迹仅有一点与该平面相交，其余各点均落在该平面之外，这就需要对原始螺旋投影数据进行插值处理，才能得到足够多的重建平面投影数据。螺旋CT数据内插二、螺旋CT螺距d为扫描架旋转一周进床距离，S为透过检测器的X射线厚度（2）多层面螺旋CT（a）16排检测器，检测器宽度1.25mm（b）34排检测器，靠中央四排宽度为0.5mm，其他30排均为1mm（c）8排检测器，从中央向两边宽度分别为1mm、1.5mm、2.5mm、5mm等宽型与非等宽型检测器二、螺旋CT多排结构的检测器可通过不同的组合方式，获得不同层厚的多层扫描图像。（a）4层1.25mm（b）4层5mm对称型检测器组合方式二、螺旋CT多层面CT的螺距为d为扫描架旋转360

进床距离；S表示层厚；M表示扫描一周获得图像的层数MSCT显示腹主动脉二、螺旋CT2.双源螺旋CT双源CT示意图三、CT影像质量1.图像的主要质量参数（1）对比度及对比度分辨力对比度：是CT图像表示不同物质密度差异、或对X射线透射度微小差异的量。表现在图像上像素间的对比度，是它们灰度间的黑白程度的对比对比度相对对比度三、CT影像质量低密度模体检测CT机的对比度分辨力方法通常给低密度体模做CT，然后对试模的CT像进行主观的视觉评价三、CT影像质量（2）高对比度分辨力和低对比度分辨力高对比度分辨力的定义是：物体与匀质环境的X射线线性衰减系数差别的相对值大于10%时，CT机（从而也是CT图像）能分辨该物体的能力，高对比度分辨力的单位是mm或LP·cm-1。低对比度分辨力的定义是：物体与匀质环境的X射线线性衰减系数差别的相对值小于1%时，CT机（从而也是CT图像）能分辨该物体的能力，低对比度分辨力的单位是mm。三、CT影像质量（3）空间分辨力空间分辨力系指CT像分辨两个距离很近的微小组织结构的能力，抽象地说就是CT图像分辨断层上两邻近点的能力。高密度体模三、CT影像质量（4）图像噪声与X射线剂量噪声：在均匀物质的影像中，表示给定区域的各CT值对其平均值变化的量。其量值用给定区域CT值的标准偏差表示。X射线剂量：系指在用X射线的扫描中，投照受检体所使用的X射线的量。三、CT影像质量扫描某一水模所得各体素CT值的典型随机分布三、CT影像质量（5）均匀性均匀性：是描述在断面不同位置上的同一种组织成像时，是否具有同一个平均CT值的量（6）空间分辨力、对比度分辨力、噪声、均匀度以及X射线剂量之间的相互制约关系2.X-CT图像的伪像在重建图像过程中，所有不同类型的图像干扰和各种其他非随机干扰在图像上的表现，它对应的是受检体中根本不存在的组织或病灶的影像（1）产生伪像的原因三、CT影像质量1）成像系统的测量误差探测器失调引起环形伪影如果成像系统划分的体素包含有不同的组织成分，即在沿体层轴线方向上的层厚内、且小于层厚的病变组织虽可显影，但所测CT值并不等于病变组织的真实CT值。若病变组织的密度小于周围组织的密度，则所测CT值比实际大；若病变组织的密度大于周围组织的密度，则所测CT值比实际小。测量值与实际值的偏差(即容积效应)在图像上的表现，是使