1、第六章 CT成像Computed Tomography12CT的發(fā)展歷程第一臺(tái)臨床應(yīng)用CT于1967-1970年間，英國EMI公司制造。1971年9月安裝于倫敦Atkinson-Morley醫(yī)院。1972年，利用該CT取得第一張CT照片。1974年美國制成全身CT。1983年我國研制成第一代顱腦CT。31985年國產(chǎn)第二代CT研制成功。1990年國產(chǎn)第三代CT通過鑒定。2005年RSNA雙能量CT、256層CT探測器技術(shù)。西門子公司雙球管、雙多排探測器CT；東芝公司展示了覆蓋范圍達(dá)到128mm的256層CT。2007年平板CT。416排CT5雙源CT6寶石CT7320層CT8CT生產(chǎn)廠商國外：

2、國內(nèi)：910第一節(jié) 成像原理11一、概述1. 工作過程CT成像系統(tǒng)：球管、準(zhǔn)直器、探測器陣列、楔形補(bǔ)償器（濾過器）、測量電路、A/D及D/A、監(jiān)視器、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、圖像存儲(chǔ)與記錄系統(tǒng)。1213X線管準(zhǔn)直器人體準(zhǔn)直器探測器A/D轉(zhuǎn)換器計(jì)算機(jī)重建D/A轉(zhuǎn)換器監(jiān)視器CT圖像激光打印機(jī)CT照片多幅相機(jī)CT照片采集信息系統(tǒng)影像信息經(jīng)過部件及傳遞的過程 基本工作過程X線前準(zhǔn)直器形成很細(xì)的直線射束人體被檢測層面射出的X線束到達(dá)后準(zhǔn)直器檢測器，檢測器將含有信息的X線轉(zhuǎn)變相應(yīng)的電信號(hào)測量電路將電信號(hào)放大A/D變?yōu)閿?shù)字信號(hào)計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)處理（圖像重建）按監(jiān)視器掃描制式編碼，屏幕上表示出不同灰度，顯示人體這一層面上組

3、織密度圖像。14球管、人、探測器的相對位置1516CT坐標(biāo)系統(tǒng)17掃描野SFOVDETECTORSCT成像特點(diǎn)1真正的斷面圖像； 2能顯示人體層面組織、器官的解剖結(jié)構(gòu)，密度分辨力高； 3可做定量分析；4可進(jìn)行各種圖像處理。局限性和不足：圖像的空間分辨力未超過常規(guī)X線檢查。并非適合所有臟器檢查。定位、定性診斷準(zhǔn)確性受各種因素影響。圖像基本上只反映解剖學(xué)方面的情況。只能作橫斷面掃描18二、成像原理19kV Z、d 吸收散射 后準(zhǔn)直器 物理實(shí)驗(yàn)證明:在一均勻物體中，X線的衰減服從指數(shù)規(guī)律。20體層、體素、像素像素(pixel)：構(gòu)成圖像的基本單元,體素的平均密度決定其灰度值。體層（斷層）：受檢體中的

4、一個(gè)薄層體素（voxel)：成像的體層分成按矩陣排列的若干個(gè)小基本體元體積：長寬高一般體素的大?。洪L和寬：12mm、高（體層厚）：110mm2122由上式可以看出，如果X線入射強(qiáng)度I0、透射強(qiáng)度I和物體體素的厚度l均為已知，那么X線通過路徑上的吸收系數(shù)之和（ ）就可以計(jì)算出來。23取對數(shù)： 為了建立CT圖像，必須先求出每個(gè)體素的吸收系數(shù)1、2、3、n。從數(shù)學(xué)上講，為求n個(gè)吸收系數(shù)，需建立(6-2)那樣的n個(gè)或n個(gè)以上的獨(dú)立方程。因此，CT成像裝置要從不同方向上進(jìn)行多次觀測，即掃描(scanning)來獲取足夠的數(shù)據(jù)建立求解吸收系數(shù)的方程。24掃描：用X射線束以不同方式、按一定順序、沿不同方向?qū)?/p>

5、體層進(jìn)行投照，并用高靈敏度的探測器接受出射X射線的強(qiáng)度 。投影：投照受檢體后出射X線束的強(qiáng)度；投影值的分布為投影函數(shù)。2526CT掃描時(shí)，X線管經(jīng)過濾過和準(zhǔn)直器，發(fā)出近似單一能譜的扇形射線束X線管圍繞受檢者旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度360度吸收系數(shù)與X線能量之間關(guān)系：在X線光譜中，低能射線將比高能射線更快地被過濾掉，這種現(xiàn)象稱為X線束的硬化效應(yīng)。在CT圖像重建過程中要對X線的硬化效應(yīng)進(jìn)行校正，減小由X線束硬化效應(yīng)造成CT圖像的不均勻性。27三、CT值與灰度1、CT值 吸收系數(shù)是一個(gè)物理量，具有物理含義。表示單位長度上強(qiáng)度減少的百分?jǐn)?shù)。人體內(nèi)大部分軟組織的都與水接近，若直接以這些成像，則難以明顯區(qū)別其差異，

6、故引入CT值。在醫(yī)學(xué)上，以為依據(jù)，用CT值表達(dá)人體組織密度的量值。28國際上對CT值的定義：CT影像中每個(gè)像素所對應(yīng)的物質(zhì)對X線線性平均衰減量大小的表示。實(shí)際應(yīng)用中，均以水的衰減系數(shù)作為基準(zhǔn)，故CT值定義為將人體被測組織的吸收系數(shù)x與水的吸收系數(shù)w的相對值，用公式表示：CT值的單位為“HU”（Hounsfield unit）。規(guī)定w為能量是73keV的X線在水中的線性衰減系數(shù)， w =1m-1。式中K是分度因數(shù)，常取為1000。29不同組織CT值可以通過測量其計(jì)算。例選用X線能約為73keV時(shí)，水=1；骨骼=1.92.0（2）； 空氣為0.0013（0）。得到的CT值： 水0HU 致密骨100

7、0HU 空氣1000HU 凝固血5676HU 腦灰質(zhì)3646HU 腦白質(zhì)2232HU30人體各種組織的CT值可大致劃分在骨骼和空氣的CT值范圍內(nèi)。31一般說來，當(dāng)選用X線能量不同時(shí)，人體組織對X線的吸收系數(shù)是不一樣的，因此組織的CT值也是不一樣的。2、 灰度灰度：指圖像面黑白或明暗的程度。從全黑到全白可有無數(shù)個(gè)不同的灰度。CT影像是以灰度分布的形式顯示的圖像。CT圖像的本質(zhì)是成像。若CT值按2000個(gè)計(jì)算，相應(yīng)的灰度值也有2000個(gè)，即從全黑（CT值為l000）到全白（CT值為1000）有2000個(gè)不同的黑白或明暗等級(jí)（灰度），CT像是一個(gè)灰度不同、且灰度變化不連續(xù)的圖像。3233病變CT值

8、可鑒別病變的性質(zhì) 如肝囊腫 015HCT值與灰度對應(yīng)34腦內(nèi)出血區(qū)呈高密度影，CT值約4590HU之間實(shí)質(zhì)性腫瘤CT表現(xiàn)為高密度影囊性腫瘤為低密度影第二節(jié) 掃描方式與數(shù)據(jù)采集35一、掃描方式CT掃描是CT獲取投影值而采取的物理技術(shù)，或者說，掃描是為了重建圖像而進(jìn)行數(shù)據(jù)采集所使用的物理技術(shù)。掃描：用近似于單能窄束的X線束以不同的方式、按一定的順序、沿不同的方向?qū)κ軝z層面進(jìn)行照射，并用高靈敏度的探測器接收透過受檢層面后射出的X線束的強(qiáng)度(I)。36CT掃描機(jī)的結(jié)構(gòu) 37掃描架控制臺(tái)（顯示）高壓發(fā)生器電源控制 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)成像系統(tǒng)的核心掃描床掃描裝置掃描架、X線管、探測器。38同步掃描運(yùn)動(dòng)（一）常規(guī)C

9、T掃描（CT發(fā)展歷程）1、單束平移旋轉(zhuǎn)方式（第一代CT掃描，1970年）掃描裝置：一個(gè)X線管、一個(gè)探測器X線束被準(zhǔn)直成筆直單線束形式，X線管和探測器圍繞受檢體作同步平移旋轉(zhuǎn)（TR）掃描運(yùn)動(dòng)。39掃描首先進(jìn)行同步平移直線掃描，平移掃描完一個(gè)指定層面后，同步掃描系統(tǒng)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度（1），然后再對同一指定層面進(jìn)行同步平移直線掃描。如此進(jìn)行下去，直到掃描系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)到與初始位置成180角為止。40平移采集160個(gè)數(shù)據(jù)*旋轉(zhuǎn)180 每次掃描共采集28800個(gè)數(shù)據(jù)；計(jì)算8080矩陣的圖像，6400個(gè)像素；一幅圖像約需5min一次檢查約需35min 。應(yīng)用范圍：腦412、窄扇形束平移旋轉(zhuǎn)方式（第二代，1972年）

10、筆形X線束窄X線束（扇角：315），探測器增至630個(gè)42一幅圖像需時(shí)1060 s；應(yīng)用范圍：頭部3、寬扇形束旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)方式 （第三代，1976年）433040250700個(gè)一幅圖像需時(shí)約 5s；應(yīng)用范圍：全身（心臟除外）現(xiàn)在CT常用掃描方式4、寬扇形束靜止旋轉(zhuǎn)掃描方式（第四代，1978年）443050 6002000個(gè)，在掃描架內(nèi)排列成固定靜止的探測器環(huán)一幅圖像約需 2s; 應(yīng)用范圍：全身。特點(diǎn)：掃描時(shí)間短，較好消除運(yùn)動(dòng)偽影。45由于第三代CT機(jī)探測器的性能不穩(wěn)定時(shí)易產(chǎn)生環(huán)形偽影，而采用第四代設(shè)計(jì)。但隨著第三代CT探測器穩(wěn)定性的提高，并在軟件上采用了相應(yīng)的措施后，第四代CT因探測器數(shù)量多且在掃

11、描中不能充分發(fā)揮作用，相對第三代CT機(jī)已無明顯的優(yōu)越性。第三代與第四代比較4647X線束探測器數(shù)量常規(guī)CT成像系統(tǒng)的進(jìn)展485、電子束掃描方式（第五代，也稱超高速掃描，1987年）半環(huán)狀鎢靶，半徑67.5cm，圍成210圓周。兩排探測器陣列：864個(gè)、432個(gè)，可掃描兩個(gè)層面。靜止-靜止掃描方式（S/S）掃描時(shí)間：10ms應(yīng)用范圍：可用于心肺等動(dòng)態(tài)器官4950（二）螺旋CT掃描（1989年）掃描軌跡為螺旋曲線，故稱螺旋CT（spiral CT，SCT）。在滑環(huán)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來，屬于R-R掃描方式，目前應(yīng)用最廣泛。511、滑環(huán)技術(shù)滑環(huán)技術(shù)于20世紀(jì)70年代由Varian聯(lián)合公司工程師設(shè)計(jì)制造。

12、常規(guī)CT機(jī)X線管系統(tǒng)的供電及信號(hào)的傳遞由電纜完成，掃描時(shí)X線管隨機(jī)架作往復(fù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，電纜易纏繞并且影響掃描速度的提高?，F(xiàn)在的SCT，在CT掃描機(jī)架旋轉(zhuǎn)過程中取消電纜的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用銅制的滑環(huán)和導(dǎo)電的碳刷代替電纜，通過碳刷和滑環(huán)的接觸導(dǎo)電使機(jī)架能作單向的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。5253542、螺旋CT的掃描方式（又稱容積掃描）SCT的掃描方式是X線管向一個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)掃描，受檢體（檢查床）同時(shí)向一個(gè)方向移動(dòng)，X線連續(xù)曝光并采集數(shù)據(jù)。因此，X線管相對于受檢體的運(yùn)動(dòng)為劃過一柱面螺旋線形軌跡。此種掃描方式?jīng)]有掃描間隔的暫停時(shí)間（死時(shí)間），可進(jìn)行連續(xù)掃描，解決了傳統(tǒng)掃描時(shí)的層隔問題。5556SCT掃描對硬件要求：必

13、須采用滑環(huán)技術(shù)；必須采用一個(gè)熱容量大、散熱快的X線管；必須配備高速的計(jì)算機(jī)；需要大容量硬盤。573、螺旋CT的優(yōu)點(diǎn)提高掃描速度，減少運(yùn)動(dòng)偽影。X線管旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為亞秒級(jí)，即不用1s可獲得一幅圖像。薄層掃描，在層面與層面之間無采集數(shù)據(jù)遺漏，提供較好的三維圖像重建的容積數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行各種影像重建。58596061（三）多層螺旋CT掃描（1998年）multi slice CT，MSCT多層：源自X線管旋轉(zhuǎn)一圈可以獲得多個(gè)層面的圖像（現(xiàn)在最多達(dá)320層）。MSCT經(jīng)歷了2、4、6、8、10、12、16、32、40、64、128、256、320層的發(fā)展歷程，其線束寬度在Z軸方向從1cm左右增加到16

14、cm，屬于錐形線束CT的范疇。6263單層探測器多層探測器X光管X光管MSCT的核心：探測器結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）探測器在Z軸方向的數(shù)目增加到幾排至幾十排，又稱多排探測器CT。 64656667DAS數(shù)目高于16時(shí)，CT探測器傾向于對稱型排列。目前已有的多排探測器的排數(shù)因生產(chǎn)廠家的不同有很大的區(qū)別，可分別進(jìn)行2層、4層、8層、16層、32層及64層成像等。多層圖像與多排探測器之間不是一一對應(yīng)的關(guān)系。通常來講，探測器的排數(shù)應(yīng)比產(chǎn)生圖像的層數(shù)多，但采用先進(jìn)的X線發(fā)生技術(shù)也可獲得用較少排探測器獲得較多層圖像的效果，例如采用飛焦點(diǎn)技術(shù)可以利用32排探測器實(shí)現(xiàn)64層圖像成像。68排與層的區(qū)分“多層

15、”（Multi-slice）“多排”（Multi-row）是兩個(gè)完全不同的概念。 “排”是指探測器的物理排列數(shù)據(jù)，排數(shù)越大，探測器寬度越寬，是硬件結(jié)構(gòu)參數(shù)；而“層”是反映數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)同步獲得圖像的能力，即機(jī)架每旋轉(zhuǎn)一周能夠同步采集幾層圖像，是功能性參數(shù)。69非均等分配探測器特點(diǎn)：探測器的數(shù)目少，其相應(yīng)的探測器間壁及其上方的準(zhǔn)直柵也少，對X線的吸收就少，因此可減少X線的曝光劑量。均等分配的探測器特點(diǎn)：探測器的寬度均等，探測器的組合比較靈活、層厚改變方便，且對進(jìn)一步的升級(jí)，如增加DAS以增加一次掃描的層數(shù)也較為容易。702、多層螺旋CT掃描方式 X線管和探測器圍繞人體做360旋轉(zhuǎn)，受檢體向一個(gè)方向

16、移動(dòng)。與SCT相比不同是一次可以完成多層掃描。3、多層螺旋CT優(yōu)勢：提高了X線利用率；掃描覆蓋范圍更長；掃描時(shí)間更短；提高圖像質(zhì)量，掃描層厚的減薄、層厚的靈活變化，減輕了部分容積效應(yīng)。提高了Z軸方向的空間分辨力。用作病灶的篩選。P181，表6-1 各種CT掃描的主要特性71補(bǔ)充：部分容積效應(yīng)（P213）定義：CT圖像上各個(gè)像素的數(shù)值代表相應(yīng)單位組織全體的平均CT值。它不能如實(shí)反映該單位內(nèi)各種組織本身的CT值。72部分容積效應(yīng)與掃描體位相關(guān) ！掃描中，凡小于層厚的病變： 高密度組織中較小的低密度病灶，其CT值偏高； 低密度組織中較小的高密度病灶，其CT值偏低。這種現(xiàn)象稱為部分容積效應(yīng)。73二、數(shù)

17、據(jù)采集原則CT的數(shù)據(jù)采集為圖像重建提供重要依據(jù)，是CT成像過程中第一環(huán)節(jié)。數(shù)據(jù)采集應(yīng)遵循的原則：1、像素與體素對應(yīng)體素是一個(gè)三維空間概念；像素是一個(gè)二維空間概念，像素是體素在二維空間的投影。被測人體層面預(yù)先劃分好各個(gè)體素，并指定好各個(gè)體素的排列順序，X線束必須在指定的位置上穿過指定的體素獲得指定方向的投影。742、應(yīng)無空隙的覆蓋或局部的重疊將被檢測人體層面預(yù)先劃分好各個(gè)體素。X線束掃描時(shí)，要通過各個(gè)體素1次以上，這樣才能保證得到各個(gè)位置上的投影值，計(jì)算出各個(gè)體素的吸收系數(shù)。保證CT圖像的一致性和完整性。753、提高掃描速度被測人體層面內(nèi)的組織器官總是處于不停的運(yùn)動(dòng)中，它們的空間位置隨時(shí)變化；則X線束的投影也在變化，這將影響到數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。4、數(shù)據(jù)采集過程要精確CT的圖像重建和圖像處理等都是以數(shù)據(jù)采集為依據(jù)圖像重建和圖像處理等會(huì)在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上帶來新的誤差。提高數(shù)據(jù)采集的精度是保證獲取高質(zhì)量CT圖像的關(guān)鍵。76三、數(shù)據(jù)采集方法CT成像的