医学成像技术-第2-3.2和2.3.3节课件

1、2.3.1.5 X-CT后处理技术,定义：扫描CT值数字矩阵再处理（计算机和电子技术）较高分辨力图像诊断信息 图像后处理技术的种类 几种典型的图像后处理技术,后处理功能的实现： 测得的CT值作为数据文件存储在存储器内，根据实际需要对其进行再加工和再处理，利用编制的计算机内的后处理软件来实现，从而获取满意的合适的图象，满足临床诊断的要求。 常用的窗口技术作用： 1.在图像的任何位置上测量和显示该位置的CT值 2.任意选择感兴趣区域 3.在感兴趣区域内进行统计学评价 4.测量距离、角度、计算面积和体积 5.同时存储几个测量区 6.图像画面内以某一基线做出镜面像 7.图像位移、旋转 8.图像的放大和缩小，多幅图像画面显示 9.图像相加和相减 10.图像过滤,返回,1.窗口技术,1CT值 1灰度 -1000-+1000H，全白-全黑，2000个灰度等级 人眼灰度差60H才可分辨33个黑白等级 窗口技术：弥补人眼灵敏度，充分表现生物信息 定义：CT机放大某段范围的灰度，把人体中与被测组织的CT值范围相对应的灰度范围定为放大的灰度范围，其上限为全白，下限为全黑，放大或增强了局部灰度范围内不同灰度之

2、间黑白对比的程度 窗口：被放大或增强的灰度范围 窗宽WW：放大范围的上下限之差 =CTmax-Ctmin 窗位WL:放大灰度范围的平均值（中心值） = CTmax+CTmin/2,例: 观察脑部血液(CT值12HU)及凝血(CT值5676HU),窗宽= CTmaxCTmin =800=80HU,上限灰度为80 HU,下限灰度为0 HU,则,1）窗口(Window)技术,（a）软组织窗W=350,L=40 （b）肺窗W=1500，L=-600,双窗技术,用两种窗宽窗位，以便观察不同CT值范围的组织。,1）窗口(Window)技术,显示灰阶:胶片只能显示有限的黑白级别，CT机根据显示人体不同组织的CT值范围，在显示器上设置与之相对应的灰度分级.,对应CT值范围的灰度分级,黑白对比度大(小),窗宽窄(宽),CT值范围小(大),灰阶跨度小(大),利于显示密度差别小(大)的组织 ,如脑组织（肺、骨）,窗宽,窗宽、窗位及显示灰阶,我们以肝脏CT为例说明窗宽窗位的选择对图像的影响。,（肝组织为50-70HU）,1662.5,常用的窗口技术,单窗 双窗法：设计两种窗宽窗位（骨窗、软组织窗、肺窗） SI

3、GMA窗 自适应窗,单窗,CT值的窗口处理,CT值的窗口处理,双窗：可以同时观察两种CT值相差很大的不同组织的情况。双窗之间要在断层的平面区域之间划出界限，否则会导致混淆。 SIGMA窗：CT值到灰度值的映射曲线类似反转的。可以认为是双窗的一种变种。需要由有经验的医生诊断鉴别。 自适应窗：单窗的分段实现，可以同时观察两种CT值差别很大的不同组织，而且不会出现区域的混淆。采用的方法是在单窗的基础上弃除没有诊断价值的一段CT值范围。,肺窗,纵隔窗,2.图像的再加工处理,加 减 过滤 放大或缩小 直方图处理,定义：获得图象的数字矩阵以后，根据需要采用不同的数学模式进一步处理的方法 基本原理：在处理图像矩阵的每一像素值时，都要考虑该像素与邻近像素的关系，并通过不同的数学计算得出该像素的新的数值。 例 平滑滤波： E= 边缘增强滤波： E= 等,E,返回, 图像放大：图像数字矩阵显示图像矩阵，无放大或缩小 图像数字矩阵选出一部分扩展到原来的显示矩阵图像放大 数据与矩阵不对应（数据的间断） 图像粗糙 解决办法：数据插值法（两点平均插值） 插值小数据矩阵增多了矩阵数据数据矩阵对应图像平滑 图像缩小：

4、数字矩阵多于显示矩阵 解决方法：数据压缩法 返回,2.3.2 传统X-CT扫描方式,CT设备的系统部件 扫描装置：X射线管，扫描床，检测器，扫描架（图3-13） 扫描方式：定位平扫和断层扫描 已有的几种扫描方式 1.单束平移/旋转（T/R）方式 2.窄扇形束扫描平移-旋转方式 3.旋转/旋转方式 4.静止-旋转扫描（S/R）方式 5.高速扫描,下一页,CT设备的系统部件,扫描机架和病床 X射线系统 数据采集系统 计算机以及显示系统 照相系统 数据存储系统,数据采集系统(data acquisition system，DAS)包括探测器、缓冲器、积分器和AD转换器等组成 。 探测器(detector)，是一种能量转换装置。两种基本类型气体和固体探测器。 收集电离电荷的气体探测器 固体探测器：闪烁晶体探测器。,气体探测器结构原理图如图所示。,CT机上所用的气体探侧器多采用化学性能稳定的惰性气体氙气(Xenon，符号Xe)或氪气(Krypton，符号K r)等。气体探测器稳定性好，几何利用率高，但光子转换率低，因此通常使用高压气体(1015个大气压)，提高气体分子密度，增加电离几率，增强灵敏

5、度。,闪烁晶体探测器：利用某些晶体受射线照射后发光的特性制成的，组成部分是闪烁晶体，光导及光电倍增管等，结构简图如图所示。,常用的闪烁晶体有碘化钠(NaI)、碘化铂(CsI)、锗酸铋(BGO)等。BGO具有残光少，转换效率高，易加工不易潮解，不易老化，性能稳定等优点，因而被很多种CT机所采用。,返回,返回,定位平扫：是指扫描架不动，受检者移动通过X射线的照射区（定位照）。 检测器接受穿过人体后的X射线，数据采集系统获得相应的数据并由计算机进行图像重建。 这种方式得到的图像与普通的X射线摄影得到的影像是一样的，是二维重叠图像，而不是断层图像，这种图像用于定位图像，以确定断层扫描中的扫描断层位置。,返回,断层扫描：扫描机架按照一定的扫描方式绕受检对象运动一周，如旋转，产生一个断层切片。 在扫描机架运动过程中X射线源曝光，检测器检测到X射线，计算机采集、处理并进行图像重建，这样就得到受检者某一断层位置的切片图像 选择适当的层厚和层位，经多次扫描就可以获得一系列无重叠的二维图像,返回,T/R方式,第一代CT扫描：平行射线束递增扫描 装置:x射线管，检测器,特点 单一的射线源和射线检测器。做两种

6、运动 1.射线源和检测器沿着垂直两者的连线方向做平行移动，此时的数据是根据一组平行的射线进行测量得到的（同步平移直线扫描） 。 2.当平移完一个指定的体层后，同步扫描系统转过一个角度（1）然后再对同一指定体层进行平移同步扫描，如此，直到扫描系统旋转到与初始位置成180 为止 缺点：射线利用率低，速度慢，一个体层扫描约5分钟，只适用于做无运动器官扫描，如头部.,返回,窄扇形束扫描平移旋转方式,第二代CT扫描：扇形束递增扫描 装置：x射线管+6-30个探测器=同步扫描系统 特点：X线管发出窄扇形射线束(3-15 ) x射线源和检测器阵列平行移动 6-30个探测器同时采样得到影像数据平移-旋转方式依次扫描获得多个扫描数据,优点： 1.扫描速度加快，平移扫描步长增加，每个方向平移的次数减少，扫描系统每次旋转角度增加（10），图像重建速度加快 2.完成一个体层需10秒，可实现除心脏器官以外的各器官的扫描成像 缺点： 探测器排列成直线，扇形束的中心射束和边缘射束测量值不等，有伪影，须校正。,返回,R/R方式,第三代CT：扇形束旋转扫描 装置:X射线管+128-576个探测器，可在扫描架内滑动的紧密

7、圆形弧 特点： 1.射线源与检测器同步旋转运动，两者张角30 -40 宽扇形射线束能覆盖整个受检体（重建区域） ，区别与平移。 2.扇形束中心射束和边缘射束到检测器的距离相等，测量差异减少，扫描一次可得一个方向全部数据，不需直线平移 (360 ) 。, 优点：射线源和检测器阵列的组合围绕扫描对象旋转，数据由大量的射线组来获取。射线利用率高，可靠性较好，某体层的扫描时间约1秒 缺点：为防止同步旋转扫描运动产生环形伪像（不同检测器差距，通道不一致或不稳定时或未能及时进行矫正时出现），需对每个探测器的灵敏度差异进行校正，第四代中得到克服。,返回,S/R方式,第四代CT：固定旋转扫描 装置：射线管+600-2000个探测器（固定静止检测器环） 张角：30 -50 宽扇形射线束，旋转扫描 特点： 1.检测器排列成圆环状并且固定不动，射线源在探测器环内作旋转运动。 2.射线源运动时，每个光源到检测器的直线形成了一组发散的射线，使得检测器阵列与射线源所张开的角能够包含整个扫描区域。 3.每个探测器所得的投影值，相当于以其为焦点，由射线管旋转扫描一个扇形面而获得(图b)(反扇形束扫描)。 4.临床应用

8、中，通常是顺时针旋转一次，然后再逆时针旋转一次。, 分类： 优点： 一个检测器上获得多个方向的投影数据，能克服宽扇形束扫描由于检测器差异造成的环形伪影，扫描速度也有所提高。,普通S/R：射线管旋转轨道在固定探测器圆环内图3-16,章动-旋转N/R方式：射线管旋转轨道在检测器环外,返回,射线管沿轨道作圆周运动时，检测器环在自身中心轴上根据射线管的位置做微小变动 缺点： 整个检测器环都要进行章动，机械结构复杂,Third & Fourth Generations,(From Picker),(From Siemens),返回,不 能 连 续 扫 描,高速扫描,第五代CT 优点：更好的适应动态器官的扫描 分类：空间动态扫描和电子束扫描两种 与前几代区别： 取消了射线管和检测器之间的同步扫描机械运动，利用电子控制的非机械运动式同步扫描，扫描速度大大提高 返回,电子束扫描（超高速）,装置：大型钟型X射线管+静止排列检测器环,工作过程： X射线管电子枪发射电子束聚焦线圈、偏转线圈电子束高速360 旋转圆形靶靶的圆周上各点依次产生不同方位的扇形X线束准直器受检体衰减射线束检测器环检测出来自不同方位上

9、的投影值,X线束,电子束扫描方式,E-Beam CT Scanner,Speed: 50, 100 ms Thickness: 1.5, 3, 6, 10 mm ECG trigger cardiac images,(From Imatron美创),与反扇形扫描方式（第四代）扫描方式差别： X射线束的旋转扫描由可控的偏转旋转的电子束的高速旋转撞击靶环而产生，是非机械运动 优点： 扫描时间小于10毫秒，可用于心肺扫描，最有前途,返回,各代CT比较,CT设备的主要技术指标 CT工作时间 扫描时间 图像重建时间 周期时间。 CT系统部件 CT图像质量指标（3-4节）,1.扫描时间：CT扫描时间在医学中采用的指标是指在能够获得设备所提供的图像质量的前提下，所需要的最短扫描时间 越短。一方面可以缩短病人暴露在X射线中的时间，另一方面可以减少由于病人运动而引起的运动伪影，确保图像质量。 2.图像重建时间：是指根据原始数据进行计算机处理从 而获得CT图像所需要的时间，重建时间短，利于及时观察扫描图像，迅速调整扫描策略（如薄层）。 一般重建时间与重建矩阵的大小密切相关，显然重建矩阵为512512时所需要的时间比重建矩阵为256256时要长。 3.周期时间：对病人的某一层从扫描开始，经重建，显示到拍片（胶片）完成这一整个过程所需要的时间称为周期时间。 周期时间扫描时间重建时间拍片时间。,

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