X-CT成像原理课件.ppt

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1、第七章现代生物医学影像设备——生物医学电子及设备学信息与通信工程学院姓名：<杨亚军>第三X射线计算机断层扫描成像(X-raycomputedtomography,X-CT)X线计算机断层摄影X射线发现后的七八十年中技术有了许多进步，但始终没有解决两个根本性的问题。一是常规X射线摄影使人体的三维结构通过投影后显示在一个二维的平面上，造成器官重叠，读片困难；二是无论是荧光屏还是X射线胶片，其固有的分辨率都比较差。总的来说，投影X射线成像系统对软组织的分辨能力是比较差的。X射线计算机断层成像（X－raycomputedtomography，简称X－CT）从

2、根本上克服了上述困难，是80多年来X射线诊断学上的一次重大突破。X射线成像原理CT发展简史1895年，伦琴发现X射线（诺贝尔奖）1917年，奥地利数学家Radon提出图像重建理论的数学方法1961年，天文学家Oledendorf做了一个称为“旋转－平移”的试验，实现了最早的图像重建1963年，美国教授cormark进一步发展了从X线投影重建图像的准确数学方法（79年诺贝尔奖）1967～1970年，hounsfield提出了断层的方法（79年诺贝尔奖）1972年CT正式应用于临床1974年全身CT应用于临床1978年国内开始引进CT1983年电子束CT

3、（EBCT）研制成功1989年螺旋CT应用于临床1993年双排CT研制成功1998年多层螺旋CT应用于临床2000年采集8层的螺旋CT问世2002年采集16层的螺旋CT问世2004年采集64层的螺旋CT问世CT发展简史X射线被准直后成为一条很窄的射线束。当X射线管沿一个方向平移时，与之相对应的检测器也跟着作平移运动。这样，射线束就对整个感兴趣的平面进行了一次扫描，检测器接收到了与脏器衰减系数直接相关的投影数据。基本原理一次扫描过程结束后，整个X射线源及检测器系统将沿圆弧旋转一个角度（如每次旋转1°），然后再重复平移扫描过程，直至在整个180°圆周上扫

4、描一遍。当把全部投影数据送入计算机后，就可以通过图像重建算法来重构关于探测平面的二维图像，图像的灰度值与组织的衰减系数相对应。这就是X-CT的基本工作原理。基本原理普通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●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

5、成像技术。■X—CT像的本质是衰减系数成像■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§3—1X-CT成像原理体层、体素●体层、体素、像素体层（断层）：受检体中的一个薄层像素(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（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体素划分：256×256（=65536个体素）；512×512（=262144）一、投影采集与图象重建扫描：用X

6、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，并用高灵敏度的探测器接受出射X射线的强度。1、扫描与投影投影：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。像素二、CT成像的物理基础注意：X为组织厚度，μ是物体种类和X射线能量的函数1、均匀物质对X射线的吸收规律：2、X射线束通过非均匀物质μ1μ2μ3……μnxI0InI1=I0e(—μ1x)I2=I1e(—

7、μ2x)……In=I0e[-(μ1+μ2+…+μn)]xμi视为均匀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。CT可以识别吸收系数千分之五的差异。3、CT值与灰度显示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—1000病变——μ——CT值可鉴别病变的性质如肝囊肿0—15H2.灰度显示CT值与灰度对应脑内出血区呈高密度影，CT值约45～90Hu之

8、间实质性肿瘤CT表现为高密度影囊性肿瘤为低密度影三、图像重建的数学方法1、联立方程式法2、迭代法2、反投影法