X线、CT成像基础

1、影像成像基础知识,1,第一章 X线成像基础,X线的本质：电磁辐射 伦琴发现X线：1895年 波长范围：0.006-50nm 成像波长范围：0.0310.008nm X线的特征 X射线成像原理 计算机X线摄影（CR） 直接数字化X线摄影系统（DR）,X射线的产生,影响X射线穿透性主要因素：管电压,X线的特征,X射线与物质间的相互作用 （1）X射线的穿透作用。(x线成像) 其贯穿本领的强弱与物质的性质有关,X线的特征,X射线与物质间的相互作用 （2）X射线的荧光作用。 医学中透视用的荧光屏、X射线摄影用的增感屏、影像增强器中的输入屏和输出屏都是利用荧光特性做成的。 （3）X射线的电离作用。 X射线

2、虽然不带电，但具有足够能量的X光子能够撞击原子中轨道电子，使之脱离原子产生一次电离。 电离作用也是X射线损伤和治疗的基础。,X线的特征,X射线与物质间的相互作用 （4）X射线的化学效应。 X射线能使多种物质发生光化学反应。例如，X射线能使照相底片感光。 （5）X射线的生物效应。 生物组织经一定量的X射线照射，会产生电离和激发，使细胞受到损伤、抑制、死亡或通过遗传变异影响下一代，这种现象称为X射线的生物效应。这个特性可充分应用在肿瘤放射治疗中。,X射线成像原理, 人体不同密度组织与X线成像的关系,X射线成像原理, 人体不同厚度组织与X线成像的关系,密度和厚度的差别是产生影像对比的基础，是X线成像

3、的基本条件,X线检查技术,可分为普通检查、特殊检查和造影检查三大类。 一、普通检查(Routine examination) （一）透视(Fluoroscopy) 1、简便、经济、快速、多角度转动观察、动态； 2、影像空间分辨率差； 3、影像细节显示欠清，不利于防护，无永久记录。 （二）普通X线摄影（Plain film radiography) 1、照片空间分辨率较高，不受体厚或密度影响，X线量较透视，有 永久记录； 2、静态、费时。,10,（三）、特殊检查（Special examination) 1、体层摄影（Tomography) (1)分纵断体层及横断体层（已淘汰）； (2)纵断体层

4、 2、高千伏摄影 (High kilovolt photography) (1)120KV (2)常用于胸部、心脏、胸 部肿块的检查。,11,3、软X线摄影：波长较长、能量较低,穿透物质的能力较弱 (1) 40KV，钼靶。 (2) 常用于乳腺、阴茎、咽喉侧位的检查。 （3）康普顿吸收 4. 放大摄影：显示细微病变,12,211.关于X线产生的叙述，错误的是( )。 A.必须有高速电子流由阴极向阳极行进 B.必须向X线管两极提供高电压 C.乳腺X线管的靶面由钨制成 D.由靶面接受高速电子的能量 E.X线管产生的X线仅占总能量的1%左右,二、数字X线成像检查 计算机X线摄影（CR） 数字X线成像数

5、字X线摄影（DR） 数字减影血管造影（DSA） （一）CR 与X线区别：IP成像板 1、工作原理：X线管照射人体 X线成像信息的成像板（Imaging plate；IP） 信息读出处理 数字式平片影像。 2、功能优点： 信息转换为数字信息； 能提高图像密度分辨、显示功能 图像后处理 降低辐射剂量； 图像存档与传输系统,13,3、功能缺点： 时间分辨率差，不能满足动态器官和结构的显示； 空间分辨率差，与常规X线屏片系统比较。 4.临床应用： CR胸片通过后处理技术，可分别建立显示纵隔结构、肺内结构和骨骼结构的影像。能量减影可以去除肋骨对肺组织的遮挡，对肺内渗出性和结节性病变的检出率都高于传统的X

6、线成像，但由于空间分辨力的不足，显示肺问质与肺泡病变不及传统的X线图像。 CR在观察肠管积气、气腹和结石等含钙病变优于传统X线图像。胃肠双对比造影在显示胃小区、微小病变和肠黏膜皱襞上，CR优于传统的X线造影。对骨结构、关节软骨及软组织的显示优于传统的X线成像。在一张肌肉骨骼系统的照片上，只需曝光一次，通过后处理系统的处理，即可分别得到清晰的骨骼和肌肉影像。由于CR系统照片的空间分辨力低于传统x线照片，可能会使对病变骨骼的微细结构的观察受到限制，但可以通过CR系统的直接放大摄影得到改善。,14,（二）DR 概念：DR是在X线电视系统的基础上利用计算机数字化处理，使模拟视频信号经过采样，模/数转换

7、后直接进入计算机中进行存储、分析和保存的技术。,1、工作原理：（系统控制器、高压X线发生器触发）X线管 准直器(定位) 人体 影像增强管(光学系统) 摄像机 模拟视频信号采集、模/数转换(Analog to digit；A/D) 计算机中(存储、分析、保存)。,15,直接数字化X线摄影系统（DR）,DR与CR成像技术的比较,（三）DSA DSA是影像增强技术、电视技术和计算机技术与常规的X线血管造影相结合的一种新的医学检查方法。 1、工作原理：X线照射人体 经影像增强器转变成荧光图像 将图像处理成电子信号 输入电子计算机 模/数转换、放大 数字化图像造影剂未达欲检部位前摄取的影像称为蒙片(ma

8、sk)，造影剂到达欲检部位时所摄取的影像称为被减影图像 mask与被减影片数据相减 血管影像数据 数/模转换 数字减影图像(只有血管的图像)。,18,3、DSA优点： 图像消除了骨骼和软组织结构； 采集快速，随意重放； 同一部位可重现减影或不减影影像； 可存盘（save)或通过同步录像或多幅照相机或刻录机将影像 永久保留； 可实时将透视像放大1-4倍，也可根据诊断需要将存盘影像重 新调出（load)； 能动态观察血管在造影各期中的表现； 应用数字减影技术，可将造影剂稀释减量； 数字减影有描绘血管图（Road map）,19,4、DSA缺点： 碘过敏患者禁止此项检查； 受检者的呼吸动作、肢体活动

9、、肠道蠕动、心脏搏动、肌肉收缩等均影响效果； 空间分辨率不如传统X线技术高。,20,三、造影检查（Contrast media examination) 1、普通X线检查 人体自身组织天然对比（如胸片） 形成 影像。 2、造影检查 将对比剂引入器官内或周围 人为形成密度 差 形成影像。造影检查明显扩大了X线检查范围。 3、对比剂分易被X线穿透和不易被X线穿透两大类。 阴性造影剂阳性造影剂 氧气、二氧化碳钡剂、碘剂 4、对比剂引入人体内方法有直接引入（逆行造影、经皮肝穿 等）和生理积聚（如IVP、胆道静脉造影等），使用对比剂 应注意药物反应。,21,原理：CT 断层装置是利用 X 线管 ,围绕人

10、体的长轴进行旋转照射 ,并于对侧设置检测器吸收通过人体的不同衰减的 X 线 ,并转换成电信号送入电脑 ,进行处理 ,重建成图像后在监视器上 (CRT) 显示出横断面图像 ,亦可再建构成矢状、冠状面等图像。,第二章 CT成像基础,高 压 发 生 器,D A S,CT的进展,第一代CT为一个球管加一个探测器结构，采集方式为 旋转加平行移动式,在1989年，由于滑环技术的运用，使连续旋转 成为可能，从而奠定了螺旋扫描方式的基础。,CT的进展,第五代CT扫描机(EBCT),螺旋CT机工作原理及特点,CT的进展,单层螺旋CT机： 薄扇形X射线束 单排探测器 单一数据采集通道 一个旋转周期仅得 一幅图象,

11、多层螺旋CT机： 锥形X射线束 多排探测器 四套数据采集通道 每一个旋转周期可得 四幅图象,CT的进展,CT图像和CT值,象素和体素 高密度 低密度 等密度 CT图像的构成,CT图像和CT值,CT重叠扫描 是指扫描时设置层距小于层厚，使相邻的扫描层面有部分重叠的扫描方法。 螺旋扫描 又称容积扫描，由于扫描轨迹呈螺旋状而命名。是指X线球管和探测器连续旋转，连续产生X线，连续采集产生的数据，而被检者随检查床沿纵轴方向匀速移动使扫描轨迹呈螺旋状的扫描方式称为螺旋扫描 高分辨力扫描 是指用较薄的扫描层厚(一般为12mm)、较小的扫描视野(FOV)、高空间分辨力算法(即骨组织重建算法)重建的一种扫描方式

12、。 造影CT检查 是指对某一器官或结构利用阳性或阴性对比剂使其显影，然后再行CT扫描的方法。,视野(FOV)：是根据原始扫描数据重建CT断面图像的范围。 螺距 指螺旋扫描时，X线管旋转360，检查床移动的距离，以cm为单位。 电子束CT 又称超高速CT。用电子枪和钨钯环取代了机械性旋转的X线管，不存在热负荷限度问题。扫描速度更快，达到毫秒水平，时间分辨率明显提高，特别适合于心血管疾病的检查。 CT值、窗宽、窗中心 CT利用计算机技术将人体组织分成2000个密度等份，以“CT值”定量，它反映组织对X线的吸收系数。每种组织的CT值不同，根据诊断需要，选择一特定CT值范围观察，这个范围就是“窗宽”，

13、其中位CT值就是“窗中心”。,85.关于体素正确的是( )。 A.体素是代表一定厚度的三维体积单元 B.体素是二维的面积 C.体素是CT图像测量中用于表示组织密度的统一计量单位 D.体素是由准直器设定的X线束的厚度 E.体素是指CT断层图像所代表的解剖厚度,CT图像和CT值,CT值物体密度的表示方法 CT值1000（水）/水,X光衰减率物体的密度CT值临床诊断的重要依据,水0 Hu 空气1000Hu 骨大约1000Hu,正常组织CT值,CT值 系CT扫描中X线衰减系数的单位，用于表示CT图像中物质组织线性衰减系数(吸收系数)的相对值。用亨氏单位(Hounsfield Unit)表示，简写为HU

14、。,病变的 CT 值组织器官产生各种病变 ,CT 值亦相应产生变化 , 然而有时病变与正常组织呈等密度时 ,可以应用增强扫描来加以区别 ,为诊断提供重要信息。,部分容积效应,空间分辨率：图像对物体空间大小(即几何尺寸)的分辨能力，亦称高对比分辨力。 密度分辨率：低对比分辨力(low contrast resolution)，即图像对组织密度差别的分辨力。影响因素：重要因素是噪声和信噪比，而降低噪声和信噪比的重要条件是提高探测器的效率及X射线剂量。 噪声：系指采样过程中接收到的一些干扰正常信号的信息，信噪比会因此而降低，主要影响图像的密度分辨力，使图像模糊失真。,CT成像伪影来源,机器伪影：探测

15、器-环装伪影 运动伪影：自主不自主移动：条状伪影 衣物伪影：放射状（金属类）,平扫 增强,CT对比增强的原理和目的,原理 水溶性碘造影剂经经脉注入，一般不与或和很少与人体血红蛋白结合，而大量分布在血管内，然后再进入各组织细胞外液并逐渐达到平衡。正常和病变组织的强化是由于其含碘量增加，从而局部密度增高。造影剂在某组织分布的多少，取决于组织血流量，血流速度，微血管通透性和细胞外液体积等。组织增强效果与造影剂浓度，注药方式及扫描时间是否与组织的增强高峰时相同步有关。,CT对比增强的原理和目的,目的 提高病变组织与正常组织的对比度 定位，定性，鉴别诊断 判断周围组织及血管受侵情况,CT的后图像处理技术

16、,二维 MPR MIP 三维 VRT VE,MPR多方位重组,螺旋扫描以后，常规进行的是横断图像重建，把横断图像的像素叠加起来回到三维容积排列上，然后根据需要组成不同方位(常规是冠状、矢状、斜位)的重新组合的断层图像，这种方法称为多方位重组。,MIP最大密度投影,用于血管成像，如脑血管、肾血管等血管成像(CTA)。MIP处理后血管径线的测量相对最可靠，目前多以此为标准来衡量血管的扩张或狭窄，而且由于能显示不同层次的密度，可以同时观察到血管及血管壁的钙化，缺点是二维显示，缺乏立体概念,VRT,临床应用 可以用于血管成像，骨骼与关节以及尿路、支气管树、肌束的三维显示。由于三维立体空间关系显示良好，而且简便容易操作所以目前的应用越来越广泛。,VE,临床应用 主要用于胃肠道的内壁、血