X线计算机体层成像设备XCT.ppt

第十四章第十四章 X X线计算机体层成像设备（线计算机体层成像设备（X-CTX-CT）） Computed Computed TomographyTomography 濮阳市中医院放射科濮阳市中医院放射科 郭广卿郭广卿 学习要点 掌握CT成像原理及图像处理技术1 2 了解CT发展及各代扫描方式3 熟悉CT基本结构及使用维护 CT的定义 vCT是英文“ Computed Tomography” 的缩写 v词根“ tomo” 含有断层的意义，具体解释为通 过对一单个层面成像而形成的X线摄影技术从 名字不难看出CT的技术基础是计算机技术和X线 断层摄影技术中文为计算机体层摄影成像，它 代表一种图像重建技术 第一节 概述 一、CT扫描机的发展简史 v（一）CT的发明和诞生 v1917年， 雷登(J．Radon) 指出对二维或三维的 物体，可以从各个不同方向上的投影，用数学方 法计算出唯一的一张重建图像称之谓雷登变换 360 v1963年，美国数学学A.M.Cormark解决了图像 重建的数学方法 v1967年， 豪斯菲尔德(Godfrey Hounsfield)制 成了第一台可用于临床的CT。

1971年9月第一台 头扫描CT机安装在英国的一所医院中 v1972年，第一张临床CT图像是在伦敦的 AtkinsonMorley医院拍摄的用9天时间采集数 据，2.5小时重建一幅图像，区分衰减系数4% vCT立即受到了医学界的热烈欢迎，成功震惊了整 个医学界，CT的发明被认为是CT立即受到了医 学界的热烈欢迎，成功震惊了整个医学界，CT的 发明被认为是“自从伦琴1895年发现X 线以来， 在放射医学、医学物理和相关学科领域里，没有 能与之相比拟的发明” vHounsfield 和 Cormack 因发明 CT 获得1979 年诺贝尔医学和生理学奖 v1974年，美国Georga Town医学中心的工程师 Ledley设计出了全身CT扫描机，使CT的应用扩 展到全身各个部位的影像学检查 v（二）各代CT的扫描方式 v1.第一代CT X线球管为固定阳极，发射X线为 直线笔形束，一个探测器，采用直线和旋转扫描 相结合，即直线扫描后，旋转1度，再行直线扫描 ，旋转180完成一层面扫描，扫描时间3~6分钟 矩阵象素256256或320320仅用于颅脑检查 v2.第二代CT 与第一代无质的区别，仅由小角度 （3~30）扇形X线束替代了直线笔形束，探测器 增至几十个，扫描时间缩至10秒到1.5分钟，矩阵 象素与第一代CT机相同，可用于颅脑和腹部。

• 3.第三代 CT X三线球管为旋转阳极发射X 线 为扇形束，角度较大达30~45度，探测器多达几 百个，只做旋转扫描，扫描时间为2.4~10秒，矩 阵象素除256256和320320外，还有512512 适用全身各部位 • 4. 第四代CT 与第三代无质的区别，探测器多达 1000余个，固定安装在扫描机架四周，仅X线球 管绕患者旋转，扫描时间进一步缩短至1~5秒 • 5.第五代CT 为最新发展的电影扫描CT (cine CT scanner)，在扫描速度上有飞跃发展，采用电子 枪结构，使每次扫描时间缩短至50毫秒，大大有 利于心脏CT扫描 二、CT扫描机的发展趋势 v自1972年世界上第一台CT应用到临床以来，CT 经历了从第一代到第五代迅猛发展，特别是1999 年出现四层螺旋CT后，人们提出了“CT绿色革 命”的概念，CT向着更低辐射剂量、更快的采集 和重建速度、多样的图像重建处理、更多的人性 化方向发展 v2001年北美放射学会(RSNA)第87届年会上提出 “扫描层数更多，扫描时间更短”的口号后，近 几年时间，螺旋CT从单层、双层、4层、8层、 16层、至64层、“双源CT”,发展到平板探测器 在CT中的应用开发，使CT的应用得到进一步的 的拓展。

因此，CT的发展趋势就是“卓越的各向 同性分辨率，超快的机架旋转速度，尽可能低的 低剂量扫描方式，直接三维数据成像和正确临床 应用解决方案”主要体现在以下四个“面向” ： v1.面向心脏病学的心脏CT 心脏CT为心脏提供 了从检查到诊断的完整解决途径，具有实现流畅 顺利的心血管检查所需的所有要素：先进的ECG 同步采集技术，图像重建技术，消除期外搏动影 响的直观ECG编辑技术，确保了极为出色的图像 质量以及最低的辐射剂量心脏CT可进行狭窄准 确测量和支架植入的血管分析以及心脏形态学和 功能学的分析测定 5秒扫完心脏，10秒扫完全身 v2.面向急症学的急诊CT 急诊CT集成了针对急症 和外伤的影像学解决途径，它提供了拓展的成像 视野（FOV)，全身连续扫描范围长达200cm， 快速、直接的三维图像重建可在患者离开检查床 前已完成并供医生阅片，对于“时间就是生命” 的急诊科而言，是一个重大的突破 v3.面向肿瘤病学的肿瘤CT 肿瘤CT实现面向肿瘤 成像、评估和随访复查的最先进的扫描，直观的 计算机辅助诊断工具以及智能化的评估、自动化 随访和CT引导下的介入治疗，为预防诊断、肿瘤 分期以及实时活检带来更正确的诊断。

另外全面 的肿瘤灌注成像将实现快速便捷的肿瘤成像，帮 助肿瘤的鉴别诊断 v4.面向神经病学的神经CT 神经CT提供了高空间 和高时间分辨率的无伪影成像技术，可对头部、 颈部、脊柱复杂神经紊乱症以及创伤与休克进行 快速准确的成像，自动化软件以及减影功能，实 现卓越的诊断效果，并实现复杂血管结构的综合 评价，脑灌注成像软件可用于休克病人和脑肿瘤 的鉴别诊断 第二节 CT成像原理 一、CT成像的主要过程 vCT系统：X线管、准直器、检测器、扫描机构、 v测量电路、计算机、监视器等部分组成 v基本工作过程：X线——前准直器形成很细的直 线射束——人体被检测层面——射出的X线束到 达后准直器——检测器，检测器将含有信息的X 线转变为相应的电信号——测量电路将电信号放 大——ADC变为数字信号——计算机处理系统处 理（图像重建） 按监视器扫描制式编码，屏幕上 表示出不同灰度，显示人体这一层面上组织密度 图像 二、CT成像的物理原理 v（一）X线线性衰减系数（μ ） v 在均匀物体中，X线衰减服从指数规律 v Lambert-Beer式是 吸收定律 v 由于人体器官或组织由多种物质成分和不同密度 构成的，X线穿透人体时各点对X线的吸收系数由 于人体器官或组织由多种物质成分和不同密度构 成的，X线穿透人体时各点对X线的吸收系数 μ 不同。

12 I0是入射前X线的强度 I是入射后X线的强度 μ是均匀介质的线性衰减系数 d为物质的厚度 v公式1中所用介质是均匀一致的介质，人体可以看 成所有组织衰减系数的加权平均 v公式2是测定物质衰减系数的基本关系式和基本依 据通过它，得到投影值和二维分布矩阵，由此 重建出图像 v（二）CT图像重建的基本方法 v 图像重建方法是图像矩阵的求解方法如有 NN的图像矩阵，有NN个独立的线性方程组 ，并且求解NN个矩阵中的体素的吸收系数 μij v NN个方程组求解可以采用 迭代法（逐次近似 法）等逐次近似法）等 v 现在应用比较多的是反投影法、解释法解释法 包括二维傅里叶重建法和现在应用比较多的是反 投影法、解释法解释法包括二维傅里叶重建法 和 滤波反投影法（filtering back projection， FBP） v• 1. 反投影法 v反投影法（back projection） 又称 总和法 或线 性叠加法它是利用所有X线的P值计算各个像素 的μ值的二维分布它是利用所有X线的P值计 算各个像素的μ值的二维分布 v 基本原理：是将所测得的投影值按其原路径平均 的分配到每一点上，各个方向上投影值反投影后 ，在影像处进行叠加，推断出原图像。

反投影法求解过程 反投影法会产生晕状效应 v缺点：影像边缘处不清晰 v 如果在一均匀的组织密度内，存在吸收系数极不 均匀的部分时，反投影图像与原图像会出现伪影 （image artifact）如果在一均匀的组织密度 内，存在吸收系数极不均匀的部分时，反投影图 像与原图像会出现伪影（image artifact） v 反投影数量愈多，重建图像愈接近于原图像，但 由于存在星形伪影，而使得重建图像的边缘部分 模糊不清目前已经不采用这种成像算法 v2.迭代法 v以称逐次近似法迭代法被Hounsfield应用到 EMI扫描机中，目前的临床用CT已经不再采用这 种方法，故不作介绍 v3.分解法（解析法） v分解法由于运算量较小，图像质量较高，目前CT 机基本上都采用这种图像重建的方法 v另外，为了实现扇形束CT扫描和螺旋扫描，在分 解法的基础上，建立了扇形束CT算法和螺旋CT 算法，由于比较复杂不再作介绍 第三节 CT扫描机的基本组成 vCT扫描机可分为三个主要部分 v1.数据采集系统 v2.计算机和图像重建系统 v3.图像显示、记录和存储系统 一、数据采集系统 v（一）X线管 v（二）准直器 v有两个准直器，一个是X线管前端的为前准直器 ，决定CT扫描层厚。

一个是探测器端的为后准直 器，它的狭缝分别对准每一个探测器，使探测器 只接收垂直于探测器方向的射线，尽量减少来自 其他方向的散射产生的干扰为了在剂量不增加 的前提下，有效地利用X射线，探测器孔径宽度 要略大于前准直器宽度 v（三）滤过器 v①吸收低能X线，这些低能射线对CT图像的形成 没有任何作用，但是却增加了病人的照射剂量 v②使穿过滤过器和受检者的投射线束的能量分布 达到均匀硬化 v（四）探测器 vX 射线探测器(Detector)是一种将 X 射线能量转 换为可供记录的电信号的装置 它接收到射线照 射，然后产生与辐射强度成正比的电信号通常 ，探测器所接受到的射线信号的强弱，取决于该 部位的人体截面内组织的密度密度高的组织， 例如骨骼吸收 X 射线较多，探测器接收到的信号 较弱；密度较低的组织，例如脂肪等吸收 X 射线 较少，探测器获得的信号较强这种不同组织对 X 射线吸收值不同的性质可用组织的吸收系数 m 来表示，所以探测器所接收到的信号强弱所反映 的是人体组织不同的 m值，从而对组织性质作出 判断 v探测器是很复杂的器件一个典型的探测器包括 ：闪烁体、光电转换阵列和电子学部分。

此外还 有软件、电源等附件 v目前，CT 中常用的探测器类型有两种，一种是 收集荧光的探测器，称闪烁探测器，也叫固体探 测器一种是收集气体电离电荷的探测器，称气 体探测器它收集电离作用产生的电子和离子， 记录由它们的电荷所产生的电压信号 v1. 固体探测器 v固体探测器是利用射线能使某些物质闪烁发光的 特性来探测射线的装置 由于此种探测器的探测 效率高， 分辨时间短，既能探测带电粒子，又能 探测中性粒子；既能探测粒子的强度，又能测量 它们的能量，鉴别它们的性质所以，固体探测 器在 CT 扫描机中得到了广泛的应用 v固体探测器前面加有反射层， 它是涂有白色氧化 镁粉末的铝盒 它使闪烁晶体产生的荧光光子能 大部分反射到光电阴极上 在晶体与光电倍增管 间放置有机玻璃制成的光导，并涂有硅油以保证 良好的光耦合使用最普遍的闪烁晶体是激活碘 化钠(NaI)晶体这种晶体的密度大，对γ射线和 X 射线有较大的阻止特性它的透明度和发光度 都很高但 NaI 晶体极易潮解，这是它的致命缺 点NaI 晶体一旦潮解，探测器效率和能量分辨 力均急剧下降，以致完全不能使用在实际应用 中，碘化钠晶体被密封在一个铝制外壳内。

v2. 气体探测器 v。