影像课件02CT成像总论

CT成像总论

X-rayComputedTomography文戈南方医院影像中心内容CT成像基本原理与设备CT图像特点CT检查技术CT分析与诊断CT诊断的临床应用◆

CT（ComputedTomography）又称为计算机断层扫描，是计算机控制、X线成像、电子机械技术与数学相结合的产物。一、CT成像基本原理与设备◆

1972年，英国工程师亨氏菲尔德（Houndsfield）在EMI公司研制成功世界上第一台头颅CT

◆1974年，美国工程师莱德利（Ledley）研制成功世界上第一台全身CTCT产生过程中具有重要意义的几项科技进步◆1895年，德国物理学家伦琴发现X射线◆1945年，发明了计算机◆1917年，奥地利数学家雷登（Radon）证明，利用物体在各个方向的投影数据，可以重建出物体的二维断面◆1963年，美国物理学家马克（A.M.Cormack）详细描述了用X射线投影数据重建图像的数学方法为CT的诞生奠定了物质基础为CT的诞生奠定了理论基础亨氏菲尔德（Houndsfield）与他发明的世界上第一台头颅CT，及其扫描所得的世界上第一幅CT图像。从上图可见CT图像能清晰分辨大脑内结构，具有密度分辨率高，断层成像的特点。一、CT成像基本原理与设备一、CT成像基本原理与设备1972年公布于世，用于头颅1974年可用于全身各部Hounsfield于1979年获得医学诺贝尔奖2004年8月12日逝世，享年84岁

前言CT的发展历程1972单层头颅CT1974单层体部CT1989螺旋CT1992～双层1998～

4层2000～

8层2001～

16层2003～

64层2005双源CT197019901998CT领域主要的技术演变2005扫描部位的延伸80年代横断CT扫描速度的演变90年代螺旋CT2000年代多层CT扫描层数“竞赛”2s1s0.75s41664头部肺部体部第一次革命第二次革命2006螺旋CT第三次革命双源CT钻石CTCT成像基本原理CT装置示意图转变为可见光电信号计算每个体素的X线衰减系数或吸收系数，排列呈数组矩阵光电转换器CT图照片像素扫描层面体素及像素扫描层面体素及像素CT图像是由一定数目的像素组成的灰阶图像，是数字图像，是重建的断层图像CT设备－－组成扫描系统计算机系统图像显示和存储系统（一）扫描系统

扫描系统——扫描机架、高压发生器、X线球管、冷却系统、滑环、准直器、滤过器、探测器、模数转换器、检查床组成（一）扫描系统1、扫描机架（gantry）扫描机架是X线球管、准直器、数据采集系统、机械传动装置以及控制电路的载体

（1）机架孔径决定成像扫描的几何尺寸，常规多为70cm；（2）CT机扫描时，在马达带动下，框架做旋转运动；

（3）为满足成角扫描的需要，机架可倾斜±30°；

（4）机架机械要求精度高、稳定性好，以克服高速旋转离心力影响；（5）机架内球管的供电通过滑环，数据传输通过滑环或无线实现。●工作原理：采用高精度的反馈稳压措施，将低频、低压的交流电转换成高频、高压电源，并将高压输送给X线管，大中型X线机的高压发生器和X线管是分开组装的，通过特制电缆与X线管相连。2、X线高压发生器3、X线球管（1）早期CT都配有固定阳极球管，不能满足高毫安和连续扫描的需求，目前已被旋转阳极球管取代（2）旋转阳极X线球管的功率较大，管电流可达到100-600mA，散热率较高

（3）旋转阳极X线管主要用于扇束扫描方式的第三、第四代CT机中◆水冷效果最好，但装置复杂，结构庞大，需一定的安装空间和经常性地维护

◆气冷效果最差，其他方面正好与水冷相反

◆水气冷却介于两者之间

冷却系统——

水冷、空气冷和水气冷3种西门子单层螺旋CT水冷系统西门子双源CT水冷系统4、冷却系统◆非螺旋CT机X线球管的供电及信号的传递由电缆完成，扫描时球管随机架做往复旋转运动◆近年来，CT机以铜制的滑环和导电的碳刷代替电缆，使机架能做单向的连续旋转，此即滑环技术西门子单层螺旋CT滑环系统西门子单层螺旋CT机架打开前后情况5、滑环◆前准直器，设置在球管的X线出口处：

——减少散射线干扰

——对X线束的宽度进行调节并决定

扫描层厚

——减少患者X线辐射剂量

◆后准直器，设置在探测器前，其作用是：

——减少散射线的干扰

6、准直器西门子单层螺旋CTX线球管西门子单层螺旋CT准直器6、准直器◆从球管发出的X线能量并非均匀一致，包括低能射线（软射线）和高能射线（硬射线），低能X线直接影响图像质量

◆滤过器一般由低原子序数的物质组成，既能吸收低能X线，优化射线的能谱，使X线束变成能量均匀的硬射线束，又能减少散射线，降低人体受到的辐射，提高图像质量

◆通常置于X线球管与患者之间7、滤过器7、滤过器探测器——接收透射X线光子，并将其转换成电信号的装置西门子单层螺旋CT探测器8、探测器需具备如下性能

◆X线检测效率高，转换效率高

◆稳定性好，受理化因素影响小，使用寿命长，稳定性是指探测器响应的前后一致性，如果稳定性较差，则必须频繁地校准以保证信号输出的稳定

◆余辉短，恢复能力强

◆体积小，空间配置容易，几何效率高●计算机只能对数字信号进行运算，不能直接对电信号等模拟信号进行处理

●模数转换器的作用：将来自探测器的输出信号放大、积分后多路混合变为数字信号送入计算机处理SIEMENS单排螺旋CT’’采样控制单元及模数转换器’’，将探测器采集数据进行积分并转换成数字信号9、模数转换器——

将患者被检部位准确定位到扫描位置上的设备10、检查床

◆根据CT检查的需要，检查床有两个方面的要求，即承重和床面材料

——承重是确保特殊体型患者的检查需要

——床面材料必须由易被X线穿透、能承重和易清洗的碳素纤维组成

◆检查床定位和移动速度的精度必须要高，绝对误差不能超过±0.5mm

◆床面能降低到最低位置，方便患者上下CT设备－－普通CT旋转式旋转/固定式CT设备－－螺旋扫描CT定义：在旋转式扫描基础上，通过滑环技术与扫描床连续平直移动而实现的。多层螺旋CT（MSCT）是指每扫描一次，可得多层图像，而且是无间隔的连续扫描；多得到的这些数据，可以重建任意平面的图像，亦可组成不同组织的图像。螺旋CT的优点和缺点检查时间短，一次快速完成全身扫描；患者流通量快易完成不合作、难于制动患者和运动器官的扫描，伪影少增强扫描时，易获得感兴趣器官的动态表现特征连续扫描，避免小病灶的漏检后处理功能患者的辐射量增高图像数量多，给阅片及存储带来困难优点缺点CT设备－－电子束CT●按心率60-120bmp，采集心脏的时间分辨率要达到50-100ms●目前多层螺旋CT的速度（0.33秒/转）是不能实现的，只能完成165ms的分辨率多层螺旋CT对心脏的扫描和重建SingleSourceCT(单源CT)

Temporalresolutionofmaximum165ms=165msRotationTime2TemporalResolution=SingleSourceCT(单源CT)

Temporalresolutionofmaximum165ms=83msRotationTime4TemporalResolution=何谓双源CT两套独立X线球管两套独立探测器双源CT在高心率下提供可靠图像60bpmDualSourceCT100bpmDualSourceCTNormalAcquisitionSpeedFastAcquisitionSpeed两套球管，球管互成90°排列，通过机架旋转90°即可获得180°区域的数据，使单扇区采集的时间分辨率达到83ms双能量扫描时管电压分别为80KV和140KV双源CT结构(DualSourceCTDSCT)双源CT的四大特点●超越每一次心跳●50％扫描剂量得到100％细节●“一站式”急诊方案●双能量减影超越常规视野二、计算机系统（二）计算机系统◆CT的计算机系统主要由主控计算机和阵列处理计算机两部分组成◆包含计算机硬件、计算机软件

●主控计算机是中央处理系统

●

全面协调数据采集系统、阵列处理计算机、磁盘、机架和高压系统等的运行；同时还监控扫描、控制信息的传递、机器故障分析……

（1）主控计算机（2）阵列处理机●与主计算机相连，其本身不能独立工作

●

主要任务是在主计算机的控制下，进行图像重建等处理（二）计算机系统（二）计算机系统（3）控制台操作人员通过利用控制台控制CT对患者进行扫描检查，输入扫描参数，显示和贮存图像，对系统故障进行诊断等。构成：一般由交互系统、图像显示系统、存储系统3部分构成（二）计算机系统●交互系统：具有人机对话、控制图像操作、输入和修改患者数据等功能

●图像显示系统：具有贮存和显示图像、窗口技术处理、实现示踪等功能

●存储系统：用以贮存和提取图像信息，进行故障软件读取（二）计算机系统●有基本功能软件和特殊功能软件两大类

（4）应用软件Ⅰ、基本功能软件：是各种CT机都应具备的软件，功能有：

●

扫描功能；摄片和图像贮存功能

●图像处理功能；●故障诊断功能等Ⅱ、特殊功能软件

动态扫描；快速连续扫描；定位扫描；目标扫描；高分辨扫描；图像三维重建；图像多平面重组、虚拟内窥镜；心脏成像；

●特殊功能软件种类繁多，并且在不断的开发和改进肝脏动态扫描，左图动脉期，右图门脉期图像三维重建，图像多平面重组（三）图像显示和存储系统二、CT图像特点断层图像数字图像（黑白图像）空间分辨力较X线低密度分辨力较X线高可测量CT值CT图像是由一定数目从黑到白不同灰度的像素按矩阵排列所构成的。1、断层图像：容易显示病变2、空间分辨力较X线低指在高对比度的情况下鉴别微细的能力,即显示最小体积病灶或结构的能力。

3、密度分辨力较X线高指区分不同组织密度的能力4、CT值可使用不同CT值重建图像，不同组织对水的衰减得出的衰减系数相对是固定的与X线能量无关，称为CT值（CTnumber）。为纪念发明者，将CT值的单位定为HU（Hounsfieldunit）4、CT值人体不同组织的吸收系数是固定的，但是吸收系数较小，且不容易记，故CT值定义为：组织CT值＝组织的吸收系数－水的吸收系数水的吸收系数×1000水的吸收系数为1

CT水＝（1－1）/1×1000＝0HU空气的吸收系数为0.0013，近似为0

CT空气＝（0－1）/1×1000＝-1000HU骨的吸收系数为2

CT骨＝（2－1）/1×1000＝1000HU4、CT值人体的CT值由-1000~+1000，但人眼只能分辨16个灰阶。如按人体的CT值范围将图像分为2000个灰度，虽然图像的层次很多，但人眼并不能分辨如此细微的明暗差别因此用CT显示器显示图像时，但由黑到白一般只分为人眼能识别的16个灰阶如果任何时候都以16个灰阶来表现密度范围为2000的CT值，则每个灰阶代表2000/16=125个CT值。这意味着CT值相差124的两个像素在荧光屏上显示的亮度很可能相同，这样就很容易漏掉有问题的病灶窗宽、窗位窗宽(windowwidth)

：CT图像上显示的CT值范围。窗位(windowlevel)：是窗的中心位置。欲观察某一组织结构及发生的病变，应以该组织的CT值为窗位。

准确的窗宽、窗位的设定是获得尽可能多的资料信息的主要条件如观察肝组织时，我们通常取窗位为+50，窗宽为100。这意味着在荧光屏上，将CT值为0~+100的范围平分为16个亮度灰阶，每个灰阶表示100/16=6个CT值，即只要CT值差别大于6的组织，便可区分开来。凡CT值小于0的组织在屏幕上全黑，CT值大于+100的组织在屏幕上全白窗宽、窗位合适的窗宽窗位：WW=100；WL=50窗宽过大：WW=1000；WL=50窗位不在肝组织只见骨皮质：WW=100；WL=1000窗宽过小：WW=1，WL=50窗宽、窗位的调节属于数字图像处理技术，它抑制或去除噪声和无用的信息，强化显示有用的信息，不能增加图像的信息，只是等于或少于原来图像中已存在的信息提高窗位图像变黑，减小窗位图像变白；加大窗宽图像层次增多，组织对比减少，减少窗宽图像层次减少，对比增加

窗宽、窗位为了使病变显示清楚，应该根据具体情况调节窗宽和窗位正常组织与病变组织间的密度差别较小时，应用窄的窗宽才能显示病变35，100400，1000三、CT检查技术平扫对比增强扫描造影扫描高分辨力扫描薄层扫描、重迭扫描(无层距)

CT的后处理功能三、CT检查技术平扫：高、等、低密度、混杂密度、水样密度、软组织密度、脂肪密度和骨样密度等对比增强扫描：经静脉注入水溶性有机碘剂后再进行扫描的方法。不强化与强化，均匀强化、不均匀强化，环状强化；低、中、高度强化；血管样强化等造影扫描：先作器官或结构的造影，然后再行扫描，如脑池造影CT、动脉法CT门脉造影（CTPA），CT胆系造影（CTC）等1、平扫--CT密度高密度

中等密度

低密度密质骨组织软组织空气钙化实质脏器液体血肿

脑实质脂肪水肿坏死

正常组织、器官及病理组织的CT特点：高密度骨组织钙化血肿中等密度软组织实质脏器实质病变组织低密度气体液体脂肪坏死水肿2、对比增强扫描--强化特点不均匀强化环行强化无强化延时强化3、高分辨力CT（HRCT）采用薄层、骨算法重建及特殊的过滤处理，可得到组织的细微结构图像（空间分辨力高），对显示小的组织结构如肺间质、内耳、听小骨及小病变优于普通CT4、CT后处理功能多平面重建（MPR）：冠状面、矢状面、斜面、曲面多平面容积重建（MPVR）：最大密度投影（MIP），最小密度投影（MinIP）容积再现（VR）：血管造影CTA和骨成像仿真内窥镜技术（VE）CT灌注成像有助于分叶、定位有助于区分膈肌上下结构椎体、椎间隙的显示曲面胃癌MPR冠状位重建斜冠状位重建矢状位重建原始横断面胃癌并盆腔附件转移瘤MPR肺动脉栓塞MPRMPR冠状面重建矢状面重建原始横断面图CT后处理功能多平面重建（MPR）：冠状面、矢状面、斜面、曲面多平面容积重建（MPVR）：最大密度投影（MIP），最小密度投影（MinIP）容积再现（VR）：血管造影CTA和骨成像仿真内窥镜技术（VE）CT灌注成像MIPMinIPCT后处理功能多平面重建（MPR）：冠状面、矢状面、斜面、曲面多平面容积重建（MPVR）：最大密度投影（MIP），最小密度投影（MinIP）容积再现（VR）：血管造影CTA和骨成像仿真内窥镜技术（VE）CT灌注成像肺血管VR技术（冠状位）CRMIPCRVRVRMIPCT后处理功能多平面重建（MPR）：冠状面、矢状面、斜面、曲面多平面容积重建（MPVR）：最大密度投影（MIP），最小密度投影（MinIP）容积再现（VR）：血管造影CTA和骨成像仿真内窥镜技术（VE）CT灌注成像仿真内窥镜－－气管仿真内窥镜－－正常喉腔仿真内窥镜－－喉癌仿真胃镜CT后处理功能多平面重建（MPR）：冠状面、矢状面、斜面、曲面多平面容积重建（MPVR）：最大密度投影（MIP），最小密度投影（MinIP）容积再现（VR）：血管造影CTA和骨成像仿真内窥镜技术（VE）CT灌注成像CT灌注基本技术对比剂的静脉团注选定层面进行动态扫描获得感兴趣区的时间-密度曲线根据数学模型计算局部组织的血流灌注：峰值时间（PT）、平均通过时间（MTT）、局部血容量（BV）、血流量（BE）等参数，再经假彩色编码处理可得四个参数图。分析这些参数及参数图可了解感兴趣区毛细血管血流动力学，即血流灌注状态。是一种功能成像。时间-密度曲线F/70y，轻度右偏瘫、失语近2h平扫阴性左侧颈内动脉闭塞，左大脑前、中动脉供血区脑梗塞四、CT分析与诊断熟悉正常发现异常：注意系列看图，多帧图