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文档简介
教学目标1.知识目标(1)熟悉CT成像过程与原理。(2)掌握CT图像重建与处理。(3)掌握CT图像质量及评价。2.能力目标(1)能演示CT图像重建。(2)能分析CT图像质量。3.素质目标(1)具有岗位所需的分析能力。(2)具有严谨求实、勤奋认真的工作态度。数据采集
与扫描方法复习第一节成像原理一、概述★二、成像原理1.μ
2.CT值3.灰度一、数据采集基本原理首先要选出被测人体的一个层面,厚度由X线管发出的X线经准直器来限定。以X线管发出的一直线波束和单一检测器为例,说明数据采集的基本原理。
一、数据采集基本原理X线入射强度在扫描过程中保持不变,吸收系数之和只与检测出的X线透射强度有关。第一次扫描先采用等间隔的直线平移,令直线平移以单位长度为步长等间隔运动,被测层面被分割的体素宽度等于这个单位长度。X线束对被测人体层面每扫描一个间隔,透射出的X线强度被检测后,得到该处吸收系数之和的数值,这个数值与X线束穿透物体的性质有关,与X线束的空间位置有关。直线平移扫描完一个层面后获得一个方向上的一组吸收系数之和与X线束扫描位置的曲线。一、数据采集基本原理一、数据采集基本原理第一次直线平移扫描后,扫描系统旋转一个小角度改变方向,作第二次直线平移扫描,又可得到另一个方向上的投影。重复此过程能得到被测人体整个层面在所有方向上X线束的投影。如果把被测人体层面分成180×180个单元,每一方向上直线平移扫描l80次,旋转180次(每次1o)。从X线束扫描被测人体层面过程中,得到180×180个投影值,建立180×180个方程,求解出180×180个单元体所对应的吸收系数。二、数据采集基本原则CT成像数据采集是利用X线管和检测器等的同步扫描来完成。检测器是一种X线光子转换为电流信号的换能器。数据采集首先选出被测人体的一个断层平面,层面的厚度由X线管发出的X线经准直器来限制的。二、数据采集基本原1.像素与体素对应
X线束经被测人体层面吸收的投影是X线束扫描位置的函数。被测体层面预先划分好体素,指定各个体素排列顺序,X线束必须在指定的位置上穿过指定的体素,得到指定方向的投影。数据采集须按照被测人体层面的空间位置有规律地进行,图像重建过程按数据采集中确定的空间位置来重建CT图像。二、数据采集基本原2.扫描应无空隙的覆盖或局部的重叠被检测体层面划定好各个体素后,X线束的扫描要通过各个体素一次以上,才能保证得到各个位置上的投影值,计算出各个体素的吸收系数;保证CT图像的完整性和一致性。3.提高扫描速度扫描速度提到高于这些器官或组织的运动速度。4.数据采集过程要精确扫描是为获取投影(projection)值采用的物理技术(为重建图像进行数据采集的物理技术)。扫描:用近似于单能窄束的X线束以不同的方式、按一定的顺序、沿不同的方向对受检层面进行照射,用高灵敏度的检测器接收透过受检层面的X线束的强度(I)。扫描装置:X线管、扫描床、检测器和扫描架等。X线管和检测器固定在扫描架上组成扫描机构,它们围绕扫描床上的受检体进行同步扫描运动,这种同步扫描运动形式称为扫描方式。三、扫描方式三、扫描方式X线束不同,检测器数量不同,扫描方式也不同。(一)常规CT扫描方式1.单束平移-旋转方式第一代CT扫描。扫描装置一个X线管和一个检测器,X线束准直成笔直单线束,X线管和检测器围绕受检体作同步平移-旋转(translate-rotate,T-R)扫描运动。先同步平移直线扫描,扫描完一个指定层面后,扫描系统转过一个角度,然后再对同一层面进行同步平移直线扫描,直到扫描系统旋转到与初始位置成180o角为止。1.
单束
平移-
旋转
方式2.窄扇形束平移-旋转方式
一个X线管和6~30个检测器组成同步扫描系统。X线管发出3o~15o张角扇形X线束,6~30个检测器同时采样,T-R扫描方式。一次X线投照的扇形束同时被多个检测器检测,一次扫描能同时获取多个扫描数据,减少平移的次数、增大扫描系统每次旋转角度,采样的速度加快。扫一个层面10s左右,可对人体除心脏以外的各器官的扫描成像(早期全身CT)。2.窄扇形束平移-旋转方式缺点:扇形束的中心X线和边缘X线的测量值不相等,需校正,否则会因扫描运动出现运动伪影。3.宽扇形束旋转-旋转方式
一个X线管和250~700个检测器(检测器阵列)。X线管发出30o~40o张角。宽束扫描一次能覆盖整个受检体,可采集到一个方向上的全部数据,X线管和检测器做同步旋转-旋转(rotate-rotate,R-R)运动。X线管作360º旋转扫描后,X线管和检测器系统仍需反向回到初始扫描位置再作第二次扫描。3.宽扇形束旋转-旋转方式X线利用率提高,扫描装置只有旋转运动可靠高。扫描一个层面为ls左右。缺点:要对每个检测器灵敏度差异进行校正。4.宽扇形束静止-旋转扫描方式
一个X线管和600~2000个检测器。检测器在扫描架内排列成固定静止的检测器环,X线管发出30o~50o宽扇形X线束进行旋转扫描。静止-旋转(state-rotate,S-R)扫描中,每个检测器所得投影值相当于以该检测器为焦点,由X线管旋转扫描一个扇形面而获得,也称为反扇形束扫描。4.宽扇形束S-R扫描方式4.宽扇形束S-R扫描方式两种方法:X线管旋转轨道设置在固定检测器圆环内的普通S-R方式;另一种是X线管旋转轨道设置在检测器环外的章动-旋转(nutation-rotate,N-R)扫描方式。N-R方式中,X线管沿旋转轨道作圆周运动时,检测器环在自身中心轴上根据X线管的位置作微小变动,形成类似章动运动形式。N-R扫描优点:①检测器圆环可缩小;②在同样X线利用率和同样X线管焦点尺寸下,空间分辨力高。但是扫描机构复杂。4.宽扇形束S-R扫描方式4.宽扇形束S-R扫描方式优点:用每一个检测器相继完成多个方向上投影的检测(一个检测器上获得多个方向的投影数据),较好地克服宽扇束扫描中由于检测器之间差异所带来的伪影,扫描速度同宽扇束相比也接近或有提高。共同点:都用一个X线管和多个检测器组成扫描装置,扫描时X线管作机械运动,扫描时间最短可达1s左右。5.电子束扫描
由大型钟形X线管、一组864个固定检测器阵列和一个采样、整理、数据显示的计算机系统构成。扫描时间10ms左右。
5.电子束扫描(二)螺旋CT扫描
spiralCT,SCT扫描是滑环扫描技术上发展,属于R-R扫描方式的发展。1.滑环技术常规CT机X线管供电及信号的传递由电缆完成,近年来以铜制的滑环和导电的碳刷电缆,通过碳刷和滑环的接触导电使机架作单向的连续旋转。滑环方式:高压(上万伏)和低压滑环(数百伏)。高压滑环易发生高压放电导致高压噪音,影响数据采集系统及图像质量。低压滑环的X线发生器装入扫描机架内,要求体积小、功率大的高频发生器。
2.螺旋CT的扫描方式
是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(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。2.螺旋CT的扫描方式
单层
旋转一周一幅图像多层
旋转一周多幅图像2.螺旋CT的扫描方式螺旋CT优点:提高扫描速度,减少运动伪影。X线管旋转一周的时间为1s,每秒可获得一幅图像。新的螺旋CT机每周扫描时间已缩短到亚秒级。薄层扫描,在层面与层面之间没有采集数据遗漏,提供较好的三维图像重建的容积数据,便于进行各种方式、各个角度的影像重建。在数据采集中须安排螺旋圈间的数据内插,以补偿采样。(三)多层螺旋CT扫描
1.多层螺旋CT1998年推出MSCT提高了螺旋CT的性能。传统CT机是X线管和检测器围绕人体旋转一圈获得一幅人体断面图像,多层面CT机旋转一圈则可以同时获得2~40幅图像。MSCT的线束宽度在Z轴方向从1cm左右增加到几厘米,今后将会更宽,属于锥形线束CT(conebeamCT)的范畴。1.多层螺旋CT核心是检测器结构和数据采集系统(dataacquisitionsystem,DAS)。检测器在Z轴方向的数目增加到几排至几十排,又称多排检测器CT(multirowdetectorCT)。排列方式:均等分配的等宽型(对称型),在Z轴方向的多排检测器宽度是一致的;检测器宽度不均等分配的非等宽型(非对称型)。检测器组合是由其后面的电子开关来实现的,通过电子开关再将信号传递给DAS。DAS有4组……40组等,选合适层厚时可同时得到4层……40层等图像。1.多层螺旋CT1.多层螺旋CT1.多层螺旋CT34排检测器:Z轴方向有34排,中央4排每排的宽度0.5mm,其余每排宽度均1mm,每排896个检测器。可同时得到4层0.5mm层厚的图像。有些有检测器前准直器,可获得两层0.625mm和0.5mm的层厚。16排检测器:等宽型,每排宽度1.25mm,每排912个;8排非均等检测器:宽度1mm、1.5mm、2.5mm和5mm,中线两侧对称,每排672个。1.多层螺旋CT要点1.数据采集基本原理、基本原则2.扫描方式:(1)常规CT扫描方式:单束平移-旋转方式窄扇形束平移-旋转方式宽扇形束旋转-旋转方式宽扇形束静止-旋转扫描方式电子束扫描(2)螺旋CT的扫描方式第三节
CT图像重建(1)复习第二节扫描方式与数据采集数据采集基本原则1.像素与体素对应2.扫描应毫无空隙的覆盖或局部的重叠3.提高数据采集的扫描速度4.数据采集过程要精确扫描方式(一)常规CT扫描方式1.单束T-R方式:1个X线管和1个检测器。2.窄扇形束T-R方式:1个X线管和6~30个检测器。3o~15o张角的扇形X线束。★
3.宽扇形束R-R方式:1个X线管和250~700个检测器阵列。30o~40o张角。★
4.宽扇形束S-R扫描方式:1个X线管和600~2000个检测器。30o~50o宽扇形X线束,检测器静止,X线管旋转扫描。5.电子束扫描:大型钟形X线管、864个固定检测器阵列。复习复习(二)螺旋CT扫描1.滑环技术:铜制的滑环和导电的碳刷电缆,通过碳刷和滑环的接触导电使机架作单向的连续旋转。★
2.螺旋CT的扫描方式:X线管向一个方向连续旋转扫描,受检体同时向一个方向移动,X线连续曝光并采集数据。(三)多层螺旋CT扫描1.多层螺旋CT:多层面CT机旋转一圈可同时获得多幅图像;线束宽度在Z轴方向从1cm左右增加到几厘米;核心是检测器结构和数据采集系统DAS。1.多层螺旋CT1.多层螺旋CTDAS数目提高到8组或16组时,检测器对称性设计占主导方式,较容易完成采集层面数目的升级。16层MSCT的检测器排列三种方式:中间0.5mm×16列,两侧1mm×12列,40列;中间0.75mm×16列,两侧1.5mm×4列,24列。中间0.625mm×16列,两侧1.25mm×4,24列。1.多层螺旋CT非均等分配检测器:检测器组数量少,相应的检测器间壁及其上方的准直栅也少,对X线吸收少,可减少X线的曝光剂量;均等分配的检测器:宽度均等,组合比较灵活、层厚改变方便,且对升级,如增加DAS以增加一次扫描的层数也较容易。多层面CT为亚秒级CT机,如扫描时间为0.36s(260o)和0.5s(360o)。1.多层螺旋CT1.多层螺旋CT三种探测器:GELIGHTSPEEDQX/i16x1.25mm16CH.20mmTOSHIBA15x1mm4x0.5mm24CH.15x1mm
32mm
1.5mm1.5mm2.5mm5mm20mm5mm2.5mm1mmSIEMENSMARCONI1.多层螺旋CT1.多层螺旋CT1.多层螺旋CT1.多层螺旋CT同样探测器不同组合,可以得到不同层厚准直器X-ray球管焦点产生4层2.5mm图像产生2层5.0mm图像产生1层10mm图像DiodeFETSwitchingArray12341121.多层螺旋CT1.多层螺旋CT1.多层螺旋CT2.多层螺旋CT扫描方式MSCT和单层螺旋CT扫描方式相同。是X线管和检测器围绕受检体做360º旋转,受检体向一个方向移动。不同:MSCT的检测器为多排的检测器阵列,几排到几十排;单层螺旋CT的检测器只有一排。
3.多层螺旋CT的优势(1)提高X线利用率(2)扫描覆盖范围更长(3)扫描时间更短(4)获得各向同性的或全对称的图像(5)提高图像质量(6)用作病灶的筛选3.多层螺旋CT的优势20cm80cm3.多层螺旋CT的优势长距离更细腻血管成像动脉夹层显示更详细3.多层螺旋CT的优势冠状动脉钙化评分3.多层螺旋CT的优势CORONARYARTERY三维立体冠状动脉显示3.多层螺旋CT的优势颅内动脉瘤3.多层螺旋CT的优势CT数据采集
与扫描方法复习第一节成像原理一、概述二、成像原理1.μ
2.CT值3.灰度一、数据采集基本原理首先要选出被测人体的一个层面,厚度由X线管发出的X线经准直器来限定。以X线管发出的一直线波束和单一检测器为例,说明数据采集的基本原理。
一、数据采集基本原理X线入射强度在扫描过程中保持不变,吸收系数之和只与检测出的X线透射强度有关。第一次扫描先采用等间隔的直线平移,令直线平移以单位长度为步长等间隔运动,被测层面被分割的体素宽度等于这个单位长度。X线束对被测人体层面每扫描一个间隔,透射出的X线强度被检测后,得到该处吸收系数之和的数值,这个数值与X线束穿透物体的性质有关,与X线束的空间位置有关。直线平移扫描完一个层面后获得一个方向上的一组吸收系数之和与X线束扫描位置的曲线。一、数据采集基本原理一、数据采集基本原理第一次直线平移扫描后,扫描系统旋转一个小角度改变方向,作第二次直线平移扫描,又可得到另一个方向上的投影。重复此过程能得到被测人体整个层面在所有方向上X线束的投影。如果把被测人体层面分成180×180个单元,每一方向上直线平移扫描l80次,旋转180次(每次1o)。从X线束扫描被测人体层面过程中,得到180×180个投影值,建立180×180个方程,求解出180×180个单元体所对应的吸收系数。二、数据采集基本原则CT成像数据采集是利用X线管和检测器等的同步扫描来完成。检测器是一种X线光子转换为电流信号的换能器。数据采集首先选出被测人体的一个断层平面,层面的厚度由X线管发出的X线经准直器来限制的。二、数据采集基本原则1.像素与体素对应
X线束经被测人体层面吸收的投影是X线束扫描位置的函数。被测体层面预先划分好体素,指定各个体素排列顺序,X线束必须在指定的位置上穿过指定的体素,得到指定方向的投影。数据采集须按照被测人体层面的空间位置有规律地进行,图像重建过程按数据采集中确定的空间位置来重建CT图像。二、数据采集基本原则2.扫描应无空隙的覆盖或局部的重叠被检测体层面划定好各个体素后,X线束的扫描要通过各个体素一次以上,才能保证得到各个位置上的投影值,计算出各个体素的吸收系数;保证CT图像的完整性和一致性。3.提高扫描速度扫描速度提到高于这些器官或组织的运动速度。4.数据采集过程要精确扫描是为获取投影(projection)值采用的物理技术(为重建图像进行数据采
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