X-CT多参数成像物理基础课件

1、X-CT多参数成像介绍 冀 敏 2015. 6提纲1 .几种医学影像的成像参数2 .传统X-CT成像的物理基础与图像缺陷3 .X-CT多参数成像介绍 （1）已用于临床的几个成像参数 （2）基物质组合系数成像的基本思路 （3）单能量(单色值)成像的思路 （4）体素能谱图的获得1 .几种医学影像的成像参数（1）超声影像成像参数 一般B型超声成像：反射超声波的强度I 彩色多普勒超声成像：血流速度矢量 M型超声图：反射超声波的强度I 超声-弹性模量成像（2）核磁共振影像成像参数 横向弛豫时间 纵向弛豫时间 等效密度（3）放射性核素影像成像参数 放射性活度（4）X射线影像成像参数 普通X光片和透视；X射

2、线强度 传统 X-CT： 线性吸收系数（混合能量,用CT值表达） 四种影像1.超声影像 2.MRI影像3.核素影像 4.X-CT影像2 .传统X-CT成像的物理基础与图像缺陷（1）X射线的衰减规律（对单色X线） 整理：（2）X射线连续通过不均匀物质的衰减 等厚度： （P：投影值） 积分式： （一维）（3）X射线对某断层多方向投射的投影值表达 二维（至少n2个） （6）图像缺陷 A.按上式，比例各异的多种原子组成的两种人体组织的等效值可能相同，导致两种不同组织在图像上的灰度相同，这两种组织不能被分辨。（如硬度不同的肿瘤组织不能分辨） B.X射线随着穿透深度的硬化现象也会导致某两种组织不能被分辨。

3、（不同性质的结石） 如何解决这个问题呢？ 3 .X-CT多参数成像介绍*多参数成像的提出 为提高X-CT图像的分辨率，上世纪90年代美国某公司研发团队提出了“基于线性吸收系数的其它参数成像”，于2009年开始用于临床。几个成像参数： （1）基物质组合系数成像 （如：水基成像、碘基成像、钙基成像等） （2）单能量成像 （3）体素能谱图 (4) 等效原子序数成像(不讲) *康普顿散射发生的概率由康普顿散射截面(c ) 来表示 （发生在光子与自由电子间） 康普顿散射截面基本与入射X光能量无关，仅与物质的原子序数有关。* 总散射截面： * 可表示为： 为阿伏伽德罗常数， 为物质密度（ ）， 为原子摩尔

4、质量。 *同理有： 以上表示质量吸收系数。 可将质量吸收系数表示为光电效应和康普顿散射分别引起的质量吸收系数之和： 从下面的两条曲线可以确认这一点。 实验可得到两条曲线，分别表示 和 时Z和E之间的关系。可见，对于低能X射线和原子序数大的物质，光电效应占优势；对于中等能量的X射线和原子序数小的作用物质，康普顿散射占优势；对于能量在1MeV到4MeV之间的X射线，康普顿散射占主要地位，与Z几乎无关；对于高能X射线和原子序数高的作用物质，电子对效应占优势。 医学影像光子能量在0.080.15Mev，因此只考虑光电效应和康普顿散射的衰减。 通过给定的两种基物质组合来产生相同的吸收效应，实验表明,以两

5、种基物质的线性组合系数分别作为参数重建图像可以提高”值分辨率。- 这就是基物质成像。 一般情况下，选择衰减系数高、低不同的两物质作为基物质对。 对于医学成像来说，水和碘是合适的组合，因为它包含了从软组织到含碘对比剂以及医学中常见物质的范围。当然也可以有其它不同的基物质对组合，如水和钙等。 用水和碘作为基物质所重建的图像分别称为水基成像、碘基成像。 * 问题是：如何计算得出 。C. 基物质投影模型 （1）物质在高、低能量X射线下的投影函数： a.单色（单能量）X射线投影函数表示为： I0表示入射X射线光强，I表示经物质散射、吸收后，探测器接收到的光强。 b. 多色（连续能谱）X射线投影函数表示为

6、： 将分为两项有： 80 kVp140 kVp 100 keV70 keV Water基像 Iodine基像 双能量成像，重建物质分离图像以及单能量图像（2）单能量成像A。若已知两种基物质的线性衰减系数关于光子能量的分布，且选定某能量E时的值，以水和碘为基物质时，对某体素而言 有：x,y（E） x,y1 水（E）x,y2 碘（E） 可认为： （E）是单色X光通过体素的衰减系数。 -算出一个断层各个体素的x,y（E），即可得到似单色X光通过物质的CT图像。 （3）体素能谱图 根据表达式: 以及两种基物质的1(E)和2(E)曲线 针对任一体素都可以求出它的(E)曲线, 即体素能谱图. A-D依次为CT图像、碘基图、水基图及原子序数图- -A为感兴趣区CT能谱曲线(离体甲状腺组织) 参考文献:1 Journal of Computed Tomography, Volume 11 No.3, April 20102 Journal of Computed Tomography, Volume 12 No.1, January 20113 杨福家，原子物理，高等教育出版社，1990.4:280-2854 王元熙，X射线及X射线衍射，高等教育出版社，1988.8: