MR.CT成像技术.ppt

1、MR.CT成像技术,荆州市第一人民医院放射科 杨忠平,磁共振成像系统的组成,MRI系统： 主磁体系统 梯度磁场系统 射频系统 计算机及图像处理系统,CT机的结构,X线发生部分 X线检测部分 机械运动部分 计算机部分 图象显示及储存部分 工作站,X线管发出X线经准直器准直透过被检物体 （探测器接收光电转换 模/数转换器(A/D) 放大.积分 数字信号）计算机图像重建数/模转换器(D/A ) 显示图像.,高压发生器,模/数（A/D） 转换器,计算机,打印机,数/模（D/A） 转换器,对比增强器,显示器,模拟信号,探测器,人体,球管,准直器,数据采集系统（Data Acquisition Syste

2、m, DAS),CT成像原理示意图,DAS系统,A/D是DAS主要部件,DAS,MR成像主要过程,1、人体氢原子被主磁场磁化，大部分氢原子磁场向量顺主磁场方向。 2、梯度磁场决定扫描层厚和范围。 3、反复的射频脉冲与相对应的不同频率层厚发生共振，产生能量传递。 4、T1和T2驰豫，线圈接收能量产生磁共振信号。 5、计算机对磁共振信号进行相位编码、频率编码等一系列处理而重建出图像。,物质共振现象,1,2,MR.CT成像实质,磁共振是通过人体氢原子被磁化、射频激励、产生共振、T1.T2弛豫产生一系列的磁共振信号，再通过计算机行相位、频率编码等一系列处理而形成不同的高低信号图像（信号图像）。 CT是

3、X射线穿透人体，形成空间分布不同的衰减信息被探测器接收、放大、 A/D 、D/A转换等一系列处理，最终形成不同密度的黑白图像（密度图像）。,X线照片对比度.CT为探测器信号对比度（容积体素对比度）,X线质、X线量、X线强度,X线质（X线硬度） 管电压越高、波长越短、穿透力越强。 X线质在0.0080.06nm。,X线质、X线量、X线强度,X线量 X线量是指X线光子的多少，常以mAs表示。,重机枪,X线质、X线量、X线强度,X线强度 X线强度是指垂直于X线的单位面积上，在单位时间内通过的光子数和能量乘积的总和。 量（光子数）与质（穿透力）的乘积表示X线强度,X线对比度的概念,射线对比度： X线通

4、过被照体时，透射线形成了强度不均的分部，这种强度的差异称射线对比度。,X线摄影管电压选择.CT(MA.KV),管电压的选择： 软组织摄影：2540KV 普通摄影：40100KV 高千伏摄影：120KV左右 CT毫安.仟伏 KV ：70KV. 120KV.140KV MA ：80600MA,X线的衰减,X线透过人体组织被衰减，部分被吸收，小部分被散射 X线对比度照片对比度CT探测器信号对比度（容积体素对比度）,由上式可知d或越大，则I越小，即X射线衰减越大。X线能量越低，值越大，值随能量增加而减小,I=Ioe （线性衰减公式）,骨,水,空气,球管,物体厚度,-d,电生磁、磁生电,磁场有大小、方向

5、 磁场近端磁场强、磁力线密集 磁场远端磁场弱、磁力线稀疏 磁场近端至远端形成由强到弱的梯度磁场,电生磁,磁电生,头颅,头颅氢原子T1.T2驰豫产生磁场，磁场切割头线圈产生脉冲电流,磁距m S(南极) N（北极） 长度 方位 方向,M=0 M顺B。 M逆B。,B0,M沿B。圆周运动 质子旋进运动,共振现象 90脉冲对M的作用,梯度磁场（z轴.x轴）,Z轴梯度磁场,X轴梯度磁场,冠状方位（x轴）出现梯度磁场,Y轴梯度磁场,横（x）轴位断层层面选择,Z轴梯度磁场,90脉冲xy平面M值,180脉冲Mz负值,90脉冲停止M的变化,横向磁化矢量,纵向磁化矢量,T1原纵向磁化矢量63%,T290脉冲横向M衰

6、减到37%,分子的Brown运动 水分子撞击 水分子滚动,低.高能态氢原子核取向 磁波动对T1.T2的作用,蛋白质分子使水的T1缩短,自由感应衰减FID,FID振荡从时间函数频率分布函数,自旋回波序列,自旋回波序列宏观磁化矢量变化,质子群相位一致形成一强信号,磁场不均匀去相位T2*,去相位+自旋自旋,180脉冲信号为零,相位离散-重新聚合,相位聚合-回波信号强度恢复,90RF 180RF T2*衰减A.B.C,180脉冲FID产生回波,N(H)加权像T1加权像对比,长.中.短T2组织.MR信号强度不同,脂肪.脑.肌肉FID 脂肪和尿的对比逆转,多回波序列,180脉冲后脂肪.脑.肌肉.脑脊液,二

7、维MRI图像的形成,螺旋CT扫描机,扫描方式:连续,单向旋转 射线束夹角：大扇束 扫描时间:通常1秒，最短0.33秒,0.33秒,一次旋转360度,扇角与锥角,螺旋CT扫描方式,螺距小螺距大,MSCT的成像特点,单层CT(A) 由准直器决定层厚，MSCT（B）由探测器的宽度决定层厚 MSCT射线的锥形束沿人体长轴方向的锥角失真度,GE Lightspeed VCT 640.625mm,64排探测器阵列 每排探测器阵列宽度为0.625mm 探测器排列方式为等宽型，即640.625mm 探测器Z轴方向宽度为40mm，固体稀土陶瓷 1次旋转的最快扫描时间为0.35s，心脏扫描模式时间分辨率可达到44

8、ms,X线束与层数,单层螺旋CT和4层螺旋CT的X线束示意图,准直器宽度,X线束宽度,4,CT扫描架正面观,高压发生器,高压发生器,球管,探测器,探测器,单层螺旋CT机,（-）,（+）,探测器数目：单层CT同第三代CT机多层CT机数量大增，改用稀土陶瓷，X射线的利用率从50%左右上升99%扫描层次:SDCT机每次一层,MDCT机一次可达4层,8层,16层,64层甚至更多,探测器,（三组DAS）,X线检测部分,探测器：信号放大、模数转换（CT核心部件） 作用：接受X线,将其转换成可供记录的电信号 转换效率:将X线光子俘获,吸收和转换成电信号的能力 响应时间:两次X线照射之间探测器能够工作的间隔时

9、间长度 动态范围:在线性范围内接受到的最大信号与能探测到的最小信号的比值 稳定性:探测器响应的前后一致性,CT机须常校准来保证信号输出的稳定,DAS,DAS,（信号放大器）,（光电转换一体化）,螺旋CT侧面观,螺旋CT球管,螺旋CT球管散热器,螺旋CT探测器（3组）,探测器与球管对称旋转（在框架内）,螺旋CT高压发生器,高压发生器安装在扫描框架内,传统螺旋运动轨迹,常规多排螺旋CT成像的局限性,一.辐射剂量：过度射线 过扫范围 球管焦斑大小和位置（灯丝温度变化而移动）的不稳定性.探测器最外端信号强度发生变化.产生伪影（射线的半影区原因）,增加射线剂量减少伪影（半影区大小相对固定）.焦点跟踪抵消

10、焦斑.智能准直,双球管机运动轨迹,能量信息利用的缺乏,使用两种不同能量的X线 对物体同时进行扫描，可 以得到物体在不同能量射 线影响下的图像,双球管能量成像,双球管的设计的挑战 （一）散射线 （二）扫描野受限 （三）运动伪影,能谱CT序列扫描能量成像,组织的CT值随能量的变化而变化,双球管CT扫描示意图,X的连续能量分布,运动伪影（能量时间分辨率不足）,单源瞬时KVp切换技术,散射线效应（发生CT值偏移）,三基物质分离技术,传统CT和能谱CT碘浓度、CT值结果,CT成像技术的局限性,极限空间分辨率常规X线检查,CT膝关节,X线肘关节,模/数(A/D) . 数/模（D/A）转换器,模数转换器(A

11、/D)是CT数据采集系统(Data Acquisition System .DAS)的主要组成部分 数-模转换器(D/A)是模数转换器的逆向运算 A/D转换器在机架内的信号采集处 D/A转换器在计算机与图像显示器之间,定位扫描：定位扫描是确定扫描范围的一种方法。分正位定位（0度）、侧位定位（90度）。球管固定不动，只有检查床作直线运动,度,度,扫描野、显示野,扫描野,显示野,显示野,扫 野(Scan FoV)和重建视野（FoV) 扫描野：是扫描前设定的可扫范围（2550cm） 显示野：是扫描完成后欲要显示的重建视野 理论上重建视野 扫描野 重建视野：计算机用原始数据重建图像感兴趣区,球管,人体

12、,扫描野显示野,（）,（0）,SCAN FOV,（SCAN FOV）,（FOV）,CT值检测校正模块,CT值校正（大、中体模）,密度.空间分辨率水模： 空间分辨率检测 密度分辨率检测,体模作用： 检测图像标称CT值校正图像显示野中心和周边CT值误差,水模CT值检测,空间分辨率、密度分辨率检测水模,空间分辨率水模,空间分辨率检测效果,密度分辨率水模,密度分辨率检测效果,空间分辨率（6组线对）,密度分辨率（5组圆孔）,CT值校正（中.大体模）,-100Hu,-100,-100,-100,-100,-100,-100,显示野内中心和周边值均为“-100”,（图像显示野34cm 48cm）,环形伪影,

13、CT值校正（水模）,0Hu,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,显示野内中心和周边CT值均为“0Hu”,(图像显示野23cm),水模显示野内CT值均为“ 0Hu”,物体对比度（CT）,物体对比度：相邻两个物体之间在图像中的显示能力。在CT成像中，与物体的大小、重建算法和窗的设置有关 CT值大于100Hu时的对比度差，称为高对比度 CT值小于10Hu时的对比度差，称为低对比度,空间分辨率检测,测试最小线对数清晰效果（6组线对）,空间分辨率：高对比度情况下（CT100Hu）区分相邻最小物体的能力 每厘米线对数（LP/cm) 空间分辨率影响因素：球管焦点尺寸、象数尺寸、探测器空经、采样频率、重建

14、算法和扫描设备精度,密度分辨率检测,测试最小圆孔清晰效果（5个孔）,密度分辨率:（CT10Hu）分辨物体微小差别的能力 百分单位表示0.3%2%/c 密度分辨率影响因素：象数噪声、物体大小、物体对比度和系统MTF的影响，其中象素噪声是主要因素,CT值标度：定义对空气和水衰减的CT值。 EMI标度： 空气-500 水0 Hounsfield标度： 空气-1000 水0,0,0,CT值标度,0,1000,-1000,CT值的计算,CT值(Hu)：CT数，重建图像中的一个像素的数值，也就是一个衰减值。 水的CT值为0 致密骨CT值为上限+1000 空气定为下限-1000 其它数值均表示为中间灰度，产

15、生一个相对吸收系数标尺,为纪念Houndsfield，用Hu作为CT值的测量单位,CT值的计算公式 CT值=（组织-水）水K K值：1000 CT值的大小与组织的线性衰减系数有关，每一个对应的数值可用相应的灰阶表示,密度分辨率：（对比度分辨率，又称低对比分辨率）是当细节与背景之间具有低对比度时，将一定大小细节从背景中鉴别出来的能力(或表示能够分辨组织之间最小密度差别的能力),灰质帽,内囊,空间分辨率（又称高对比分辨）（在密度分辨率大于10%时）在高对比度的情况下鉴别微细结构的能力，即显示最小体积病灶或结构的能力（或指鉴别结构大小的能力）,胶质瘤微细结构,各向同性成像,MSCT的图像有更好的Z轴

16、分辨率，可以实现各向同性成像（isotropic,即在X、Y和Z轴方向的分辨率一致）,纵向分辨率（或称Z轴分辨率）是扫描移动方向或人体长轴方向的图像分辨率，它表示了CT机多平面和三维成像的能力,多平面成像,像素：又称像元，是构成CT图像最小的单位，也就是矩阵中的一个小方格。矩阵如为256 ，则一幅图像为256256=65536个像素，象素为二维平面 体素：即体积单元，体素为三维结构。511mm、1011 mm、311mm（像素为11 m 时） 当体素减少（厚度变薄），探测器接收到的光子相对减少，为保证图像质量，须增加X线剂量,3,3,3,2,256256,像素是二维平面,立体体素,511mm,

17、1011 mm,层厚 5mm或10mm,11,3,3,像素（pixel) 、体素（voxel),矩阵：由二维（行和列）排列的方格组成。一个方格就是坐标中的一个点（x，y），实际上是一幅纵横二维排列的单位容积的象素 CT中的矩阵实际上是衰减系数的矩阵 在一个相同的采样野里，矩阵越大，象素点就越多（方格多），图像质量就高 常用矩阵有：2562、3202、5122、6402、10242,X,Y,二维距阵,立体体素,灰阶：显示器所表现的亮度信号的等级差别称为灰阶，它是适应人的视觉的最大等级范围,16个灰阶等级,CT值标度,30Hu/16=1.63Hu,2000Hu/16=12.5Hu,容积效应 ：亦称

18、部分体积效应。即在同体素中存在有不同衰减系数的物质时对这些衰减系数的平均。 在高密度组织中较小的低密度病灶，其CT值偏高； 反之在低密度组织中的较小的高密度病灶，其CT值偏低，二者交界边缘分辨不清 .,容积效应对CT值的影响,低密度,高密度,高密度,低密度,窗口、灰阶、CT值关系图示,窗口：是根据人眼的视觉特性采用计算机设置的不同灰度标尺 人体组织CT值的范围：-1000+1000共2000个分度 2000个分度人眼不能分辨，仅能分辨16个灰阶 窗口技术：对比度和亮度调节，分辨CT值差别小的细微结构组织,1000Hu90Hu,-1000Hu -10Hu,人体组织CT值的分辨,人体组织CT值范围

19、：-1000Hu+1000Hu、2000个分度 16个灰阶反映2000个CT值分度：2000Hu16每个灰阶包含CT值：125Hu 当两种组织的CT值差异在125Hu以内，因处于同一灰度而不易分辨,窗口技术：在黑白之间以灰度等级的全量程显示一小部分CT标度的方法，用以增强临床上感兴趣的那部分CT值标度的对比度,0,10,20,30,40,50,60,70,80,90,+1000,窗宽,100Hu,窗位,40Hu,100Hu/16=6.25Hu,2000Hu/16=125Hu,=6.25Hu,=125Hu,-1000,CT窗口技术,-10,窗口技术的作用：即正确地选择和运用窗宽、窗位技术，来获得

20、清晰的图像，使病变解剖明显地显示出来,头窗,骨窗,肺窗.纵隔窗,W:100Hu L:40Hu,W:100Hu L:60,W:100HU L:10,窗位：将某一CT值对应于灰度级的中心位置，这个CT值表 示窗位，或指窗宽上、下限CT值的平均数称窗中心 窗位一般与所观察组织的CT值相同 加大窗位图像变黑，减小窗位则图像变白,窗宽：是指图像上16个灰阶里所包括的CT值范围,CT值高于此范围的组织均显示为白色CT值低于此范低于此范围的组织均为黑色高于或低于此范围的组织都无灰度等级,W:100Hu L:40Hu,W:200Hu L:40Hu,W:50Hu L:40Hu,100HU,50,全黑,150,全

21、白,窗中心,窗宽100（+50HU+150HU）,100Hu/16=6.25Hu,-10,+40Hu,90,全黑,全白,窗中心,窗宽100（-10Hu+90Hu）,100Hu/16=6.25Hu,窗宽.窗位效果示意图,组织中心CT值,窗宽、窗位对图像的影响,窗宽小：显示的CT值范围小，每个灰阶代表的CT值幅度小，图像层次少，但对比度强，可分辨密度接近的组织或结构。（脑用窄窗） 窗宽大：显示的CT值范围大，每个灰阶代表的CT值幅度大，图像层次多，但对比度差，适于可分辨密度差别大的结构（肺用宽窗） 窗位的高低影响图像的亮度：窗位低图像亮度呈白色，反之量黑色,M100 .L40 M150 .L40,

22、窗宽加大：CT值显示范围变大，每个灰阶所含CT值变大。图像对比度降低，图像灰白,L40,L40,M100 .L40 M60 .L40,窗宽减小：CT值显示范围变小，每个灰阶所含CT值变小。图像对比度加大，图像变黑,M100 .L40 M100 .L20,窗位减小：图像变白，CT值标度的高端CT值范围扩大，低端CT值范围缩小,黑,白,L40,L20,白色加大,M100 .L40 M100 .L60,窗位加大：图像变黑，CT值标度的低端值范围扩大，高端值范围缩小,L40,L60,黑端加大,CT图像：是由一定数目的黑、白灰度象素（或不同的衰减系数）按矩阵排列所构成 这些象素反映的是人体相应单位容积（

23、即体素）的X线吸收系数,窗宽、窗位值显示范围公式：M-（W2）M+（W2）：窗宽 ：窗位,脑：,值显示范围：,肝：,值显示范围：,噪声与伪影 噪声和伪影均是影响图像质量的重要因素 噪声：扫描均匀物质成象中，其像素CT值的标准偏差称噪声。噪声分为扫描噪声和组织噪声 扫描噪声：扫描噪声也称光子噪声。,组织噪声：组织噪声为各种组织平均CT值的差异,所造成，即同一组织的CT值常在一定范围内变化，而不同组织也可具有同一CT值,噪声产生原理,X线穿透人体到达检测器的光子数量有限，在矩阵内各像素上的分布不均所造成。因此，均质的组织或水在各图像点上的CT值不相等,Y,X,沿X线路径方向体积越厚噪声越大提高曝光

24、条件噪声变小 扫描层厚选择越薄（同一条件）噪声越大 提高曝光条件 噪声变小,减少噪声须增加X线剂量，二者的关系是：噪声减半，需增加4倍X线剂量,噪声与X线计量的关系,层厚、体厚与噪声的关系,噪声小,噪声小,噪声大,噪声大,同一层厚，体厚大噪声大,同一体厚，层厚小噪声大,层厚与空间分辨率、密度分辨率的关系,切层薄空间分辨率X线光子数减小密度分辨率下降 切层厚光子数量增多密度分辨率空间分辨率,与 病人有关伪影：生理性运动伪影（呼吸、肠蠕动），体位移动伪影、金属伪影 患者体位摆放不正：体位不在扫描野中心 扫描条件选择不当：扫描野、显示野选择不当 部分容积效应：两种组织密度差异大时，其交界面或组织重叠

25、时，所测得的CT值不能如实反应该单位体素内任何一种组织真实的CT值,窗宽对图像的影响,窗宽： 影响图像的对比度，当CT值的范围过宽时，图像发灰、发白，CT值显示范围大，图像缺乏对比度，空间分辨率差 当CT值范围过窄时，图像对比度大，CT值显示范围小，组织细节不能分辨，图像发黑，图像颗粒粗造,窗位对图像的影响,窗位： 影响图像的亮度，当感兴趣区图像中心CT值不是该组织的CT值时，图像不清晰 窗位过大，低端CT值范围加大，图像变黑 窗位过小，高端CT值加大，图像变白,运动伪影,金属伪影,体位不正 、容积效应,螺距扩大解剖覆盖距离增大,螺距从4增加到8，扫描范围增加1倍,单层螺旋CT的螺距（ Pitch ，P）,螺距（Pitch，P）扫描机架旋转一周床运行距离与射线束宽度（或层厚）的比值。螺距没有单位。 螺距（Pitch）=机架旋转1周的进床距离（mm）/准直器宽度（mm ）,当螺距等于1时，说明扫描X线束首尾相