第三章 射线计算机体层成像

第三章XCT技

1

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要点

•一、X-CT的史

•二、X-CT成像原理

・三、X-CT的描方式

•四、X-CT的一些基本参数

•五、X-CT的成

•六、螺旋X-CT介

•七、多螺旋X-CT介

-X-CT的史

X-Rays的...

107年前，

WilhelmConrad

Roentgen

、X-CT的史

看到人体内部构…

人破天荒一次能无看到

人体内部的解剖相!

解剖构是重叠的°

是不能区分的。

一、X-CT的史

CT消除了

些障碍…

在1972年，

两位科学家-

Hounsfield

and

G.NHounsfieldAllanM.CormackAmbrose-推

出第一幅床

一、X・CT的史

♦：♦1917年奥地利数学家雷当(Radon)

：根据面投影到并重建像的算公式°

♦1963年美国物理学家柯克

(A.M.Cormack):在“用物理

志”(JournalofAppliedPhysics)

上表了二篇“用分表示一函数的

方法及其在放射学上的用”的系列文

章。

一、X・CT的史

♦:F967年至1970年英国EMI公司的工

程豪斯菲德(G.N.Hounsfield)研

制成功世界上第一台用于医学床的X

CT描机，于1971年9月被安装在敦

的Atkinson-MorleyJs医院

9

一、X・CT的史

•1972年利用台XCT首次一名女断出部

的囊，并取得了世界上第一CT照片°

•1974年美国George-town大学医学中心的

Ledly研制成第一台全身CT描机°

•止匕Hounsfield和Cormack共同得了1979年

的生理和医学°

10

CT会是什？

1972EMI(Hounsfield

一X-CT的史

耗太（10分/幅）所以我能看到

分辨率尚需提高断解剖相&

且有不同密度

SIRETOMSOMATOMPlus4UFC

(1974)(1996)

3b像的合成

3bFace3bHead

(threshold：-400HU)(threshold：150HU)

CT成像特点

,1具有高的x射能力°

•2能示人体某一断平面上的器

官或的解剖相°

•3能分辨人体内器官或密度微

小的化°

二、X-CT成像原理

VIDEO-MONITOR

X-RAYTUBE

/一

COLLIMATOR

DETECTOR

COLLIMATOR

MEASURINGELECTRONICS

COMPUTER

Basicscanningsystemforcomputerizedtomography(fromMacovski).

二、X・CT成像原理

体

行描，通受体的x射束是

一个薄,即体(slice),厚与束高相

决定了体素的高度

在描野的中心，X射描的

有效高度°

厚和在体厚度内沿向的X射

能量分布情况杼影像像的量。

二X-CT成像原理

体素

把体分成很小的体位

称"voxels（体素）“

通常体素和都1mm,

与体相；

体素的大小在CT像上

的表即“pixels（像

*、，，

描的方式

•平移描

描

•平移加旋描

23

投影(Projection)

投照受体后出射x射束

的强度I称投影，投影的数称投

影；投影的空分电称投影函

数。取的投影就是运用描技而

采集到的数据°

Example:

盛琳ction

rojection

IdealImageSinogram

近似能窄束的X射束一cont.

取方法是配准直器。准直器可理解允

X射通的狭窄通道，通准直器后的X

射称窄束X射°

错准许患讲巾仃也

图3.1荻取窄束'射线装窗示意图

二、X・CT成像原理

根据x射通介衰底的物

理律，通受体描，出足多的

投影，运用一定的数学方法求解成

像剖面上衰寂系数的分布，M而得

至IJCT像°

朗勃-比（Lambert-Beer）定

律

能窄束X射强度透射均

勺介强度衰寂的律符合朗勃-比

(Lambert-Beer)定律：

1=1。exp（-阂=）川=［吹子）

28

二、X・CT成像原理

CT影像形成-A/D/A*

vAnolog-Digital-Analog

二X-CT成像原理

>i穿某一物后的x

射强度；

>i0射入物之前的

X射强度；

»〃物的吸收系数

（不同物的〃不

同，由物的物理特

性决定）；

>X物的厚度;

二X-CT成像原理

CT影像形成-"Matrix（矩广

到衰减后的X,成CT并送

到算机°

、X-CT成像原理

CT影像的像素如何算出来？（1）

N

NN2N3n

Is

n

31〃2〃3―

JXJxJXJX:

【m-1”1m

：Jx：

»

-(#】+肉+…+"QAx_/>3*"'

«=he一/心

nT

尸=〃£从=1口（骨

，=1/n

二X-CT成像原理

CT影像的像素如何算出来？（2）

通射方向上的投影,来

算各像素的衰减系数°

直接矩求解法

3

7逐次近似法（迭代法）

和法（反投影法）

1

卷反投影法

二X-CT成像原理

义投影法（和法）backprojection

■反投影法又称和法（累加法），此法是利用

投影数法近似的制出〃的二分布。

■定性地明反投影法的原理就是：沿投影路径

的反方向，把所得投影的数反投回投影路径

上的各体素中去,求出各体素的〃而像重

建的方法°

反投影重建原理

AcquisitionBackprojection

1二、X-C丁成像原理

生

状

效

2

二、X・CT成像原理

波反投影法(卷反投影法)

(filteredbackprojection)

了消除反投影法重建像中的

失，在中采用是波反投影法，或卷

反投影法。此方法是把得的投影函数做

卷理，即人一波函数，用它所得

投影函数行改造，而后用些改造的投

影函数行重建，以达到消除影的目的°

波反投影重建

输

铜

出

入

图

图

像

像

、X・CT成像原理

波后的剖面

数据由下列

公式得出：

z四

I

二x-er成像原r*

波反投影法消除了状影

-1

CT中最常用的成像算方法就是：波反投影法

二、X-CT成像原理

CT与灰度示（1）

CT机中的X射强度量是相量

,也就是得的是Z2的相，或

者是〃的比度。

CT是把u.比度加以准化而

引入的量°

二、XCT成像原理

CT

CT影像中每个像素所的物X射

性平均衰底量大小的表示。中，均以

水的衰减系数〃水作准，若某物的衰

底系数",与其的CT由下式出.

X・CT成像原理

CT与灰度示(2)

CT的位“Hu(Hounsfieldunit)或H”,定〃水能量

73keV的X射在水中的性衰族系数，〃水=19m」。定式中

的k称分度因数，中取k=1000°

按此定：

水的CT0;

空气的CT—1000;

致密骨的CT1000°

二.X-CT成像原理

灰度示在像上，表各像素黑白或明暗程度的量

1000

X-CT的描方式

c

T

描

方

式

束平移-旋(T/R)方式

第一代CT

特点：

»直笔形描束

>一探器

»一次平移得240个数据

»每次旋1度

A共重180次

»一个面4-5min

46

窄扇形束描平移-旋（T/R）

方式

第二代CT

特点：

»直多路笔形描束

A探器3-52个

»每次旋3-30度

>一个面20-1205

47

旋-旋(R/R)方式

第三代CT

'特点：

、》扇形描束

)>或脉冲方式的X射

>形列探器300-800个

»每次旋360度

>一个面3-5S

48

静止-旋(S/R)方式

第四代CT

特点：

»扇形描束

>或脉冲方式的X射

>形整圈探器

»探器共600-1500个

»球管每次旋360度

>一个面1-5S

49

CT描的缺憾

3

供x射次描束延了全部

管不能行后要停止描工作的

的描描，并回到,且存在断

描的起始的隔

位置

50

三、X・CT的描方式

第五代CT-器官的描

采用子控制的非机械式同步描

空重机DSRDynamicSpatialReconstructor

特点：

>28个球管排成半形160

度

»相的有28个成像系

>光屏+像系

»使用描方式控制球管依

次曝光0

»每10毫秒可采集14幅

像

三、X-CT的描方式

第五代CT

UFCT:UltrafastCTScanner

超高速CT描机EBIS：ElectronicBeamImagingSystem

（子速CT）

»4个族的靶径，半90CM,成210度

»两排形探器歹U,半径67.5CM,成210度

A第一个864个探器，第二个432个探器

子束才苗不意

比'X・CT的一些基本参数

1.CT(Hounsfield)CT值=__&-------------xlOOO

川口一%，用

1000-1

Blood血

60-

Tumor瘤

Spleen脾Kidneys

Pancreas膀胱

40-Bone・胰叼Adrenalladder

骨咨land上腺Intestine□

Water水□人人公式得知：

0--C2I--------

»水的CT0

空气-1000

-100-□

Mamma以上是相的CT,其他的

乳腺

是根据水的

-200-位Hounsfieldunit(HU)

Fat脂也相算出来

-900-Air空气Lung肺的。

-1000-

比、X-CT的一些基本参数

2.CT像的像素表示像素和像素

数字像是用点来表示的，点称像素,

点的芈度(灰度像)或色(彩色像)用像素

来表刀y：z=/(x,y)灰度像的像素表示

<zG=f2(x,y)彩色像的像素表示，RGB三元色

IZB=Ay)

CT像是灰度像，所以ZCT=/(XJ),位

HU°

若像的度x,像的高度y,X”即像素和

比X-CT的一些基本参数

3.窗口技窗位和窗

CT的定范M-1000至U+1000,但人眼能分辨30

-40灰。

窗口必根据相象来置

见、x■CT的一些基本参数

Hounsfield灰示

unit

+10001

White

Black

-1000」CT窗口技

Windowwidth窗（W）:窗位的灰范°

Windowcenter窗位（C）:整个CT范内某一所

定的位置，确定的像示以CT中心°

、x-CT的一些基本参数

窄窗：窗：

适用于部位，如和腹适用于比度大的部位，

部。但窗以外的利就不如肺和骨骼。密度差小

能正确的被反映出来。的不易示。

X-CT的一些基本参数

Hounsfield

unitGrayscale

双

窗White

技

Black

把两CT相差大的在同一窗口中示，

例如肺和隔（）。

X-CT的一些基本参数

一幅像上同

肺和隔c

双窗不推荐用于断

比、X-CT的一些基本参数

Image1:Image2:Image3:

同察肺、胸察肺°察隔和

腔和隔°胸腔°

见X-CT的一些基本参数

4.分辨率

■示分辨率：包括示器分率和

胶片分辨率

・比度/密度分辨

(contrast/DensityResolution)

I空分辨率(Spatial

比X-CT的一些基本参数

比度

表示不同物密度差异、或x射

透射度微小差异的量。表在像上,

是灰度黑白程度的比°

=1^—^1x100%

A

\a+b\

相比度

A=X100%

史X-CT的一些基本参数

比度/密度分辨率

CT像表不同物的密度差异的能力，

常用能分辨的最小比的数表示°

典型CT比度分辨率0.1%〜1%

影响因素：

»X射能量

A噪声

»窗窗位的

CT机比度分辨力的方法：

低密度体膜做CT,然后其CT像做主的价

见、X-CT的一些基本参数

度与比度：

高比度下，即物体与周境的形

衰成系数差大，物体度不是很大，

就可能被和分辨出来°

低比度下，即物体与周境的形

衰减系数差小，物体度需大，才

可能被和分辨出来。

比、x-CT的一些基本参数

高比度分辨力…

在HighContrast情况下区分相最

小物体的能力，(又称“High

ContrastResolution)

高比度：物体与周境的x射形衰减系数

差的相大于10%°

常用多[少m/厘米，m即LP/CM来表示

比、X-CT的一些基本参数

低比度分辨力…

低比度情况下分辨物体微小差的能力

（又称“LowContrast

低e她度E酸体与周境的X射形衰寂

系数差的相小于1%°

受影像清晰度&噪声影响

空分辨率

CT像分辨两个距离很近的微小构的能力，

是空分布上表征像分辨物体的能力°

向分辨率：由厚决定，CT:3-15mm;

多CT:0.6mm左右°

横向分辨率：由束高、束（准直器孔径）决定,

0.5mm左右

空分辨率的方法：

用高密度模体做CT,然后其CT像做主价

O

空分辨率

清晰度-影像清晰度即物体周相的利度

，III；tI-IIII-f-js-lf-l-i'清晰度

影响因素

69

噪声…

在均勺物的影像中，表示定区

域的各CT其平均化的量°

可用象素CT的准偏差来表示:

(C1—CT?

(7=

n-1

噪声的影响因素

mAs

厚

像素大小

71

噪声：可影响

<A

206mA60mA

mAs（量）建

越小的噪声越容易微小密度差的

构。如在主的肝部位，需要提

高描量，以能分辨肝内微小的病；

而在肺或内耳的中，可适当降低描条

件，因些部位本身具有高的比度,

少量的噪声不会影响断。

管-kV

越高的越多的射移到高能量水平,

最减少射衰减°在骨和造影中是而

易的。

重建算法

增强（HighRes-快速重建）

重建算法能生好的利度（空

分辨率），同也会生高的噪

声水平,而用平滑重建算法生

低的噪声水平，但利度差。

作常断推荐用准算法°

厚…

于来厚的厚能提供低噪声

、高密度分辨率的像°

厚…

于骨来薄厚能提供更好的空

分辨率°

厚

适当厚是利度（空分辨率）和噪声

的平衡，因他相互制°

@低噪声

©更好的密度分辨率

厚厚，意味：@利度（空分辨率）

差

®部分容效

声

分

辨率差

的

容利度（空分辨率）

分

效

均勺性

描述在断面不同位置上的同一成像

,是否具有同一平均CT的量°

国定：在描野中，勺体各局部在

CT像上示出的CT的一致性°

X-CT像的像

影-由于或病人所造成的'物体中并不存在的影像°

80

像影-什?

条状

运影&

运影

重"---------------

得知：

越短的描，生运影的概率

越小.

适中

A描(S)

短

运影&校正

运影可以用运影重建算法

(MCA)行

金属影

金属，例如黄金，

几乎完全吸收X射

,此生“放射状的

影”，M而在整个

重建像上致著的条

状影°

部分容效

条称影，也部分容影，常

生在多骨构°

是因高原子序数或吸收系

数大的物体（骨骼）部

分在被断面里，resulting

inhighcontrasterrors.

23

1

2

3

部分容效

薄的厚能防影的生，因高比度

相只有一小部分被包括；但同却增加了噪声

水平，等于失了密度分辨率°

VAR-容影减少

合几个薄的厚（族少部分容影）来

形成厚的厚（减少像素噪声并提供最佳

密度分辨率）°

射束硬化效

由X球管出的X射束是具有不同能量的

'的光，通物体后光子能量的改由物

的衰减系数决定，而有效能移到高端一-

象，称“束硬化”.在所看到的

像中表条状或状影。

束硬化&校正

“状”影可以用“束硬化校正”

重的状影homogeneousCTvalues

描系差

由

境

于i

系本身等原因，相同强度的

入

射X<

探器不可能始出同的描信

号

。

当探器出信号甚至

无信号，会致像中的

“状影”°

影&校正

影的原因各式各，我所能做的是以相

的校正技来防止影°

但有影不能完全被。

没有十全十美的西・..Y•X/

Butwekeeponworkingtoreduce

themasmuchaspossible!

CT影像量准

密度分辨率

影响CT像量？

见[X-CT的一些基本参数

■美国通用电气公司(GE)cr机主要技术性能指标

型号及规格SYTECSRiProspeedPLUSHispeedAdvantage

扫描时间(S)1.523,5,1,1.5,2,3061,2,3,4

扫描方方R/R低压滑环低压滑环螺旋扫描低压滑环螺旋扫描

有效视野(cm)25,35,4225,35,5025,35,48

机架孔径(mm)640680700

断层厚度(mm)1,2,3,5,101,2,3,5,101,3,5,7,10

重建矩阵512x512512X512512x512

重建时间(s)7〜106〜910〜11，

显示矩阵512