CT沈岩莉PPT课件

1、CT 原理与算法原理与算法 CT: - computed tomography - computerized tomography 计算机体层照相术 计算机断层照相术 计算机控制断层扫描术 CAT : - computerized axial tomography 计算机控制横轴向X线断层扫描术第1页/共49页辞源辞源 computed compute:源自 后期拉丁语 computus Greek tomos section 希腊语 tomos 切面 Latin -graphia, from Greek, from graphein. writing or representation in

2、 a (specified) manner or by a (specified) means or of a (specified) object. 第2页/共49页CT要点： CT的地位、作用 CT发展的历史、现状、趋势 投影 螺旋CT 成像原理 常用概念第3页/共49页CT种类 X射线CT : X-CT 核磁共振CT : NMR-CT 单光子发射CT : SPECT原理 ： 反投影重建算法第4页/共49页第5页/共49页荣获1946年诺贝尔生理学或医学奖发现X线照射引起基因突变缪勒Hermann Joseph Muller美国印地安那大学1890年-1967年 第6页/共49页The N

3、obel Prize in Physiology or Medicine 1962for their discoveries concerning the molecular structure of nucleic acids and its significance for information transfer in living material. F. H. C. CrickMRC Laboratory of Molecular Biology CambridgeJ. D. WatsonM. H. F. Wilkins Harvard University London Unive

4、rsity第7页/共49页Portrait of a DNA Sequence by Roger Berry (1998) at the Life Sciences Addition building, University of California, Davis. 第8页/共49页在法国名城Chambord有一座由达芬奇设计以及由法国的Franois一世于由16世纪(1519年)建造的建筑物中包含两个不相交的螺旋形组成的阶梯第9页/共49页CT 基本结构u扫描部分：x线管、 探测器和扫描架，u计算机系统：将扫描收集到的信息数据进行储存和运算，u图像显示和存储系统：经计算机处理，重建的图像显

5、示在电视屏上或用多幅照相机或激光相机将图像摄下。第10页/共49页同X射线有关的诺贝尔奖 第11页/共49页传统的传统的X射线装置的缺点射线装置的缺点 影像重叠。深度方向上的信息重叠在 起，引起混淆。 密度分辨率低，对软组织分辨能力低。 所用剂量大。第12页/共49页CT优点： 断层成像 密度分辨率高，对软组织分辨能力高。（相对于X射线成像术） 投影剂量小（相对于X射线成像术） 动态范围大（相对于X光片） 无损检测 存储方便第13页/共49页CT密度分辨率高密度分辨率高第14页/共49页CT原理：平移+旋转 射线入射强度I0 出射强度I 线性衰减系数 第15页/共49页第一代CT第16页/共4

6、9页多检测器 小扇束 平移/旋转第二代CT第17页/共49页第三代CT大扇束 多检测器 旋转/旋转第18页/共49页第四代CT大扇束固定环形检测器固定/旋转第19页/共49页History of CT (4 generations)第20页/共49页第21页/共49页Advanced application Cardiac imaging做增强扫描后，即可进行分割和重建，获得冠状动脉血管系统，并基于此开发CAD软件，进行血管拉直，直径测量和分支命名等。 第22页/共49页CT perfusion imaging 在静脉中注射照影剂后，通过对特定组织和器官进行连续多层扫描，获得该组平面内的时间密

7、度函数（Time density curve, TDC)，以便用不同的数学模型血流量（Blood flow, BF)、血容量(Blood volume, BV)、平均通过时间（Mean transmit time, MTT)、峰值时间（Time to peak, TTP)等参数，并利用这些参数对该层面的组织和器官功能进行评价。 常规和增强扫描上不易鉴别的肿瘤、感染、炎症和梗塞等，在灌注成像参数上均有表现。 还可对痴呆、精神疾病和偏头痛等进行评价。 脑部血流CBV（Cerebral BV）第23页/共49页CT angiography（血管造影术）先进行普通平扫，获得高密度骨骼，进行标记，如图1

8、和3。注入照影剂达到完全充盈时进行增强扫描，高密度区域包括骨骼和含有造影剂的血液，减去第一步标记的骨骼，即可获得血管形态，如图2和4。第24页/共49页CT图像优点1. 无重叠2. 较高的密度分辨率 常规X线 5% CT 0.5%3. 无创4. 较高的空间分辨率5.增强扫描第25页/共49页CT的临床应用1. 颅脑：脑血管疾病、肿瘤、脓肿、寄生虫、先天及外伤疾患2. 胸部：肺、纵隔、胸壁、大血管疾患3. 腹部：肝、脾、胰、肾、肾上腺疾患4. 其他：五官、椎管、骨骼等病变第26页/共49页螺旋CTCT扫描 80年代末90年代初，对CT 机又作了改进，值得一提的是螺旋CT扫描（spiral CT

9、SCAN ）,它是在螺旋式扫描的基础上，通过滑环技术与扫描床平直匀速移动而实现的。滑环技术使得X线管的供电系统只经电刷和短的电缆，这样就可使X线管连续旋转并进行连续扫描。 在扫描期间，管球旋转和连续动床同时进行，使X线扫描轨迹成螺旋形，并且是连续的，没有间隔时间。结果使扫描时间大大缩短。第27页/共49页普通CT与螺旋CT的比较常规常规CT间隔式扫描间隔式扫描螺旋螺旋CT：连续容积扫描，连续容积扫描，轨迹呈螺旋形轨迹呈螺旋形第28页/共49页第29页/共49页（Spiral CT 第30页/共49页31滑环技术与螺旋CT 传统CT机:X线管高压电缆高压发生器 1985年，滑环技术(Toshib

10、a) 高压滑环易发生放电导致高压噪声，影响采集的数据而降低图像质量，同时安全性差； 低压滑环的高压发生器采用体积小、功率大的高频结构，与X线管同装于扫描架内，同时旋转，稳定性好，危险性小。第31页/共49页螺旋CT螺距螺距=每圈移床距离每圈移床距离/层厚层厚螺距越大，床速越快螺距越大，床速越快第32页/共49页单层探测器多层探测器X X 光管X X 光管多层面扫描螺旋多层面扫描螺旋CTCT（19981998）单层螺旋单层螺旋CTCT：线束宽度近似于层厚；线束宽度近似于层厚；多层螺旋多层螺旋CTCT：线束以线束以X X射线管为顶点，呈四棱锥形射线管为顶点，呈四棱锥形第33页/共49页CT的成像原

11、理uCT是以X线束对人体某部一定厚度的层面进行横断扫描；u探测器接受该层面X线的衰减信号，经光电转换器转变为电信号，经模/数转换器，输入计算机进行处理。u经计算机重建程序，排列成矩阵，经数/模转换器，在显示器上重建出CT图像。第34页/共49页CT成像原理u沿着x射线束通过的路径上，物质的密度和组成等都是不均匀的。u将目标分割成许多像素，每个像素的长度为w，w应足够小，使得每一个小单元均可假定为单质均匀密度体，因而每个小单元衰减系数可以假定为常值。u设第一个单元入射的X线强度为I0时，第一单元的I1=I0e-1W（1为第一单元的衰减系数）第35页/共49页CT成像原理 为了建立CT图象，就必须

12、求出每个小单元的衰减系数。 因此 1+2+3+n=1/w（In）I0/In就是建立CT图象的基本方程。 n个未知的衰减系数不可能由一次穿射二获得，因为一个方程式不可能解出多个未知数。 从不同方向进行多次的穿射，就可以收集足够多的数据，从而建立起足够数量的方程式。第36页/共49页 如果把断面等分成nn个单元，X线在每个角度上投影n次，这样每一角度上可建立nn个方程式，求得nn单元所对应的衰减系数。然后电子计算机求解这些方程式，从而得出每一小单元的衰减系数。CT成像原理第37页/共49页常用概念-窗口技术 窗口技术是CT检查中用以观察不同密度的正常组织结构或病变组织的一种显示技术，包括窗宽（wi

13、ndow width）和窗位 (window level )。由于各种组织结构或病变的CT值各不相同，因此，欲显示某一组织结构细节时，应当选择合适的窗宽和窗位来显示该组织结构或病变，以获得最佳的图像。 第38页/共49页常用概念-窗口技术 窗宽 (window width) ： 就是显示图象上所包括的个灰阶值的范围。在此CT 值范围内的组织和病变均以不同的模拟的灰度显示。 数字成像方式的图像显示中，根据人眼视觉分辨力的需要，对兴趣结构所占据的灰阶范围作选择性显示的技术。 第39页/共49页 窗位 (window level) 又称窗中心，是指CT图象上黑白刻度中心点CT值范围。数字成像方式的图

14、像显示中；以某一灰阶为中心点，选择性显示该中心上、下一定范围内的灰阶，该中心点即为窗位。 同样的窗宽，由 于窗位不同，其所包括CT值范围的CT值也有差异。常用概念-窗口技术第40页/共49页不同窗宽、窗位的CT图象 WW1000 WL-650WW500 WL35第41页/共49页窗宽与窗位 窗宽：图像上所包括的CT值的范围 窗位：图像上所选的CT值中心的位置第42页/共49页常用概念- 噪声 噪声 ：从字面解释系指不同频率和不同强度的声音无规律的组合在一起即成噪声。 在X线成像中的定义：影象上观察到的亮度水平中随机出现的波动。 第43页/共49页第44页/共49页常用概念-部分容积效应 在同一扫描层面内有含有两种以上不同密度横行走行而又相互重叠的组织时，所测得的CT值不能如实反映其中任何一种组织的真实CT值，而是这些组织的平均CT值，这种现象称为部分容积效应（partial volume effect）或部分容积现象(partial volume phenomenon)。 第45页/共49页部分容积效应第46页/共49页常用概念-伪影 伪影：系指在成像过程中产生的