CT原理-CT数据采集原理（CT检查课件）

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