X-CT成像原理

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1、第三章X射线计算机断层扫描成像(X-raycomputedtomography,X-CT)普通X射线影像的缺点■X射线穿透不同密度和厚度组织结构后的总和投影●影像重叠:深度方向上的信息重叠在一起，引起混淆●密度分辨率低:对软组织分辨能力低●剂量大Computedtomography§3—1X-CT成像原理●X—CT是运用物理技术，以测定X射线在人体内的衰减系数为基础，采用数学方法，经计算机处理，求解出衰减系数值在人体某剖面上的二维分布矩阵，转变为图像画面上的灰度分布，从而实现重新建立断面图像的现代医学成像技术。体层、体素■X—CT像的本质是衰减系数成

2、像■指导思想：如何确定衰减系数值在人体某剖面上的二维分布●体层、体素、像素体层（断层）：受检体中的一个薄层体素（voxel)：成像的体层分成按矩阵排列的若干个小基本体元体积：长×宽×高■一般体素的大小：长和宽：1～2mm高（体层厚）：3～10mm像素(pixel)：构成图像的基本单元,体素的平均密度决定其灰度值。■像素越多，像素就越小，画面越细腻，携带的生物信息量越多体素划分：256×256（=65536个体素）；512×512（=262144）一、投影采集与图象重建1、扫描与投影扫描：用X射线束以不同方式、按一定顺序、沿不同方向对体层进行投照，并用

3、高灵敏度的探测器接受出射X射线的强度。投影：投照受检体后出射X线束的强度；投影值的分布为投影函数2、窄束X射线的获取准直器：允许X射线通过的细长狭窄通道像素3、图象重建美国物理学家科马克(A.MCormack,1963)通过模拟实验，提出用X射线投影数据重建人体断层图像的数学方法。二、CT成像的物理基础1、均匀物质对X射线的吸收规律：xIIe0注意：1I0lnμ是物体种类和X射线能量的函数xI2、X射线束通过非均匀物质InI0μi视为均匀μ1μ2μ3……μnxI=Ie(—μx)101I2=I1e(—μ2x)……I=Ie[-(μ+μ+…+μ)

4、]xn012n3、CT值与灰度显示1、CT值●CT测量并计算μ，获取一定数目体素的μ值重建图像用CT值来作为表达组织密度的统一单位。■以水的吸收系数（μw=1）为标准，各组织对X射线的吸收系数μ与水的吸收系数μw的相对比值，称为CT值。K=1000为分度因数CT值的单位是Hu或H（亨）水骨空气μ1.02.00CT值0+1000—10002.灰度显示CT值与灰度对应病变——μ——CT值可鉴别病变的性质如肝囊肿0—15H实质性肿瘤CT表现为囊性肿瘤为低密度影脑内出血区呈高密度影，高密度影CT值约45～90Hu之间三、图像重建的数学方法1、代数（迭代）重建

5、法（联立方程组）2、反投影法9005246153346547713503545012131636123419229123400减基数化简基数等于所有体素特征的总和103、滤波反投影法（Filteredbackprojection)也称为卷积反投影法(convolutionbackprojection,CBP)反投影法得到的图像四周伴有星状伪像；滤波反投影在反投影之前，用滤波函数与反投影信号相加（卷积处理），消灭星状伪影。表示卷积积分卷积核u(x)(x)(x)u(xt)(t)dt卷积核：在CT图像重建过程中用于滤波反投影的专用函数，改善

6、像素噪声和几何分辨率。♂§3—2CT扫描机的结构高压发生器电源控制扫描架扫描床计算机系统控制台（显示）成像系统的核心一、扫描装置●扫描架X线管探测器（1）X线管：功率20—60kW;高压80—140kVp焦点0.5—2.0mm;扫描持续时间30—60s（2）探测器高压氙气探测器●电离室在高压下充入惰性气体氙优点：结构简单；单个探测器通道的灵敏度相同。缺点：量子效率低；相邻探测器之间存在缝隙。闪烁晶体探测器●(NaI)碘化钠、(CsI)碘化铯、(CaF2)氟化钙、(BGO)锗酸铋晶体等。加入微量增光或减少余辉的物质（铊、铕）优点：探测效率高二、计算机系

7、统CT原理框图计算机系统以控制计算机为中心控制和管理核心，它是中央处理系统提供数据采集系统(dateacquisitionsystem,DAS)、阵列处理计算机等以及机架和高压系统的微处理器间的输入、输出的连接，通过中央处理器(CPU)和存储器(memory)完成执行功能：1）控制和监视扫描过程，将扫描数据（投影值）送入存储器；2）CT值校正（插值处理）；3）控制CT扫描等信息的传递——数据管理；4）图像重建的程序控制；5）故障诊断及分析等。§3—3CT扫描方式与设备一、普通CT1、单束平移—旋转方式[第1代（1970）]平移采集160个数据*旋转

8、180°每次扫描共采集28800个数据；计算80×80矩阵的图像，6400个像素；一幅图像约需5min一次检