X射线计算机断层成像

1、X射线计算机断层扫描成像主要内容 发展历史 硬件组成 扫描方法 基本原理 重建算法 图像的质量评价发展历史 CT是英文“Computed Tomography”的缩写。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。发展历史 1971年，波西米亚数学家Radon提出了图像重建的数学方法； 1963年，美国物理学家Cormark提出投影数据重建图像的数学方法； 1971年，英国科学家Hounsfield设计成功世界第一台颅脑CT机； 1972年，第一

2、张临床CT图像在伦敦Atkinson Morley医院拍摄； 1974年，美国工程师Ledley设计出全身CT机发展历史G. N. HounsfieldA. M. Cormack Hounsfield和和Cormark获得获得1979年诺贝尔医学和生理学奖。年诺贝尔医学和生理学奖。发展历史中国东软中国东软 双排螺旋双排螺旋CT硬件组成硬件组成 扫描机架lX线管l探测器CT扫描系统的扫描机架与扫描床扫描系统的扫描机架与扫描床 扫描机架内部结构扫描机架内部结构硬件组成 X线管：功率2060kW 高压80140kVp焦点0.52.0mm扫描持续时间30 60s硬件组成 探测器 高压氙气探测器电离室在

3、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。硬件组成 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：探测效率高硬件组成 计算机系统硬件组成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(date acquisition systemDAS)、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）

4、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。硬件组成 CT的结构框图扫描方式 普通普通CT 单细束平移单细束平移旋转方式（第一代）旋转方式（第一代）第 1 代 CT 机只有一个探测器，扫描角度为 1，扫描时间 270s/层。仅用于头部的扫描, 图像质量差, 以平移加旋转的扫描运动方式进行,称为平移旋转型。扫描方式 窄扇束平移窄扇束平移旋转方式（第二代）旋转方式（第二代）第 2 代 CT 机探测器的数目增加 520 个左右，X 线束呈扇型，扫描角度增加为 360,扫描时间仍较长,一般在20s1min /层，扫描方式为

5、窄扇束扫描平移旋转方式 。扫描方式 宽扇束旋转宽扇束旋转旋转方式（第三代）旋转方式（第三代）第 3 代 CT 探测器数目一般多超过 100 个，有的接近1000 个，X 线扇形束扩大到 4050，足以覆盖人体的横径,这样扫描就不需要再平移，而只需要旋转就可以了,故称为旋转/旋转型。扫描时间一般均在几秒钟,最快速度 0.5s，实现了亚秒级扫描。扫描方式 宽扇束旋转宽扇束旋转静止方式（第四代）静止方式（第四代）第 4 代 CT 机与早先产品不同，探测器呈 360 环状固定排列在机架内(目前有的机型多达 4800 个探测器)，X 线管则围绕人体和机架作 360 旋转,把第 4 代称固定/旋转型(螺旋

6、 CT 属此型)。扫描方式 电子束方式（第五代）电子束方式（第五代）第 5 代 CT 机与第 1 到第 4 代 CT 机不同，在成像过程中 X线管不需环绕机架作机械运动，它是用电子束方法产生旋转的 X线源,再穿透人体由探测器接受,这种 CT 机称为电子束 CT,也称超高速 CT，特点是扫描速度很快, 50100ms /层,每秒最多可扫34 层,就其扫描速度是普通 CT 的 40 倍，螺旋 CT 的 20 倍,可用于心脏一类运动器官的扫描。扫描方式 电子束方式（第五代）电子束方式（第五代）扫描方式 螺旋螺旋CT 单层螺旋单层螺旋CT（SCT）X线管由往复旋转运动改为向一个方向连续旋转扫描，受检体

7、（检查床）同时向一个方向移动，X线连续曝光并采集数据。X线管相对于受检体的运动为划过一柱面螺旋线形轨迹。没有扫描间隔的暂停时间（死时间），可进行连续扫描，解决了传统扫描时的层隔问题。单层螺旋CT的探测器数目和材料同第3代CT；扫描方式 多层螺旋多层螺旋CT（MSCT）MSCT和SCT扫描方式相同。是X线管和检测器围绕人体做360旋转，受检体向一个方向移动。不同的是MSCT的检测器为多排，目前的排数从几排到几十排；而单层SCT的检测器只有一排。扫描方式 多层螺旋多层螺旋CT（MSCT）特点：（1）降低 X 射线球管损耗。（2）扫描覆盖范围更长。（3）扫描时间更短。（4）扫描层厚更薄。基本原理 扫

8、描和投影：l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，并用高灵敏度的探测器接受出射X射线的强度 。l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。基本原理基本原理 物理原理：利用高度准直X线束环绕人体某一部位，并以一定层厚的层面进行断层扫描，部分X线光子被组织器官吸收，X线强度因而衰减，未被吸收的X线光子穿透人体后，由探测器接收，将其转变为可见光后，经放大由光电转换器转变为电信号，再经模拟/数字转换器转为数字信号，输入计算机进行运算处理。重建算法 数学原理：成像物理原理为通过CT扫描机构扫描获取求解的方程组；解方程组获得人体某一体层面各个体素的值；再将值转换为CT值；最后将CT值变换成能视觉识别的灰度图像。 重建算法X射线束通过均匀物质射线束通过均匀物质 x00II eI1lnxI重建算法I1 = I0e(1x)I 2= I1e(2x) In = I0e-(1 + 2+ n)xP(x)dx012n0n()xln1lnxniIIIPI或投影重建算法 wwCTK值K=1000 K=1000 为分度因数为分度因数CTCT值的单位是值的单位是 Hu Hu 或或H H（亨）（亨）重建算法 CT值与灰度值对比值与灰度值对比重建算法 代数（迭代）重建法（联立方程组）代数（迭代）重