CT成像技术及其进展.ppt

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1、X X线线-CT-CT的应用原理的应用原理辐射源成像的基本原理辐射源成像的基本原理 光源光源信息载体信息载体成像介质成像介质信息受体信息受体 物体物体 信息源信息源X X线线-CT-CT的应用原理的应用原理X X线线-CT-CT的应用原理的应用原理CTCT的成像利用了的成像利用了X X射线，及其所具有的特性：射线，及其所具有的特性： 穿透作用穿透作用 X X线穿过物质后的强度变化线穿过物质后的强度变化 荧光作用荧光作用 某些发光物质，如钨酸钙某些发光物质，如钨酸钙 电离作用电离作用 使核外电子脱离原子轨道使核外电子脱离原子轨道 感光作用感光作用 同可见光，使感光胶片上的同可见光，使感光胶片上的

2、 溴化银颗粒沉淀溴化银颗粒沉淀 生物作用生物作用 生物组织细胞生物组织细胞( (特别是增值性特别是增值性 强的细胞强的细胞) )，经照射后可产生抑制，经照射后可产生抑制 、损伤甚至坏死、损伤甚至坏死 其它其它 着色、干涉、衍射、热作用等着色、干涉、衍射、热作用等穿透作用穿透作用X射线管射线管原发射线原发射线透过人体后透过人体后X射线射线探测器探测器CT图像图像某一强度某一强度的原发射线的原发射线透过不同厚度、透过不同厚度、不同密度、不同不同密度、不同原子序数的人体原子序数的人体后，形成一幅衰后，形成一幅衰减图像减图像X X线线-CT-CT的应用原理的应用原理普通普通X X线摄影线摄影辐射源成像

3、的原理辐射源成像的原理普通普通X线摄影的缺点：线摄影的缺点：1. 二维、影像重叠，垂直方向没有空间分辨率二维、影像重叠，垂直方向没有空间分辨率2. 密度分辨率低，原因是记录介质的动态范围不够大；密度分辨率低，原因是记录介质的动态范围不够大；3. 只能区分物质的质量变化，无法区分总体质量相同数只能区分物质的质量变化，无法区分总体质量相同数量有所不同的变化。量有所不同的变化。4. 射线的利用率较低，常速屏片的射线的利用率较低，常速屏片的X线吸收效率线吸收效率25。5. 散射线比值较高。照射野大，散射线多。用滤线器后散射线比值较高。照射野大，散射线多。用滤线器后散射线仍可达散射线仍可达50以上。以上

4、。辐射源成像的原理辐射源成像的原理X线方向没有分辨率线方向没有分辨率 物体质和量的差别，物体质和量的差别，X线无法区别线无法区别辐射源成像的原理辐射源成像的原理CTCT的成像原理的成像原理常规体层摄影的不足：常规体层摄影的不足：1. 观察层面外的结构只是模糊，并未真正去除；观察层面外的结构只是模糊，并未真正去除；2. 照射野较大，大量的散射线影响照片的质量。照射野较大，大量的散射线影响照片的质量。与与X线平片摄影共同的缺点是：线平片摄影共同的缺点是：1. 密度分辨率较差；密度分辨率较差；2. 作为成像介质胶片，只能区分作为成像介质胶片，只能区分5-10%的的X线强线强度差；度差；3. 照片一经

5、记录成像，对比度和灰度无法调节。照片一经记录成像，对比度和灰度无法调节。体层摄影的原理体层摄影的原理辐射源成像的原理辐射源成像的原理CTCT的成像原理的成像原理 CTCT断层扫描断层扫描 从从X X射线球管发出射线球管发出 的是一束较窄的的是一束较窄的( ( 侧面观侧面观) ) 扇形射线扇形射线 束束( (正面观正面观) )扫描时射线束围绕扫描时射线束围绕病人旋转，并由探病人旋转，并由探测器接受信息测器接受信息探测器1-10mmCTCT的成像原理的成像原理CT的成像利用了的成像利用了X线的基本特性线的基本特性。CT扫描数据采集扫描数据采集 采样采样采样采样是指由是指由CT成像系统发出的、一束具

6、有一定成像系统发出的、一束具有一定形状的射线束透过人体后，产生足以形成图像形状的射线束透过人体后，产生足以形成图像的信号被探测器接收。同时，所产生的扫描数的信号被探测器接收。同时，所产生的扫描数据与最终形成图像的空间分辨率、伪影密切相据与最终形成图像的空间分辨率、伪影密切相关。关。CTCT的成像原理的成像原理经典的采样过程如图所示。目前常见的经典的采样过程如图所示。目前常见的两种方法是逐层采集和容积采集。两种方法是逐层采集和容积采集。CTCT的成像原理的成像原理CTCT的成像原理的成像原理CTCT的成像原理的成像原理CTCT的成像原理的成像原理80 80矩阵矩阵512 512矩阵矩阵数据采集散

7、射校正射线束硬化校正截段校正三维图像重建环性校正0)0(JJTTPMMwith未校准5 次校正后1 次校正后 GHSnWn)()(对原始数据进行分析的迭代运算法则(原始分析 & 散射)( =空间权重函数)W( =滤波核)G )()()(lnnnnWPPWH )()()()1(nnnMnSPPTP散射分析散射校正CTCT的成像原理的成像原理X射线射线（球管）（球管）固有滤过固有滤过楔形滤过楔形滤过前准直器前准直器被检物体被检物体后准直器后准直器探测器，测量、记录衰减射线，探测器，测量、记录衰减射线，并将衰减信号转换为电信号并将衰减信号转换为电信号数据采集数据采集系统系统DAS放大电路放大电路信号

8、放大信号放大模数转换器模数转换器模数转换模数转换信号传送器信号传送器信号传送信号传送计算机计算机图像重建图像重建数模转换器数模转换器数模转换数模转换显示器显示器图像显示图像显示激光相机激光相机照相照相计算机计算机硬盘存储硬盘存储成像链路径成像链路径非螺旋非螺旋CTCT扫描扫描非螺旋非螺旋CTCT扫描方式的缺陷扫描方式的缺陷电缆的存在，延长了整个扫描周期的时间电缆的存在，延长了整个扫描周期的时间由于呼吸、屏气，使每次扫描的呼吸幅度不一致由于呼吸、屏气，使每次扫描的呼吸幅度不一致由于呼吸的由于呼吸的 由此常规非螺旋扫描存在下述不足之处：由此常规非螺旋扫描存在下述不足之处： 由于电缆的存在，减缓了下

9、一次扫描的启动速度由于电缆的存在，减缓了下一次扫描的启动速度 呼吸、屏气幅度不一致，导致病灶的遗漏呼吸、屏气幅度不一致，导致病灶的遗漏 由于呼吸的原因，使由于呼吸的原因，使MPR和和3D的图像质量下降的图像质量下降 由于每次扫描的停顿，整个扫描周期较长由于每次扫描的停顿，整个扫描周期较长病灶病灶扫描线扫描线常规常规CTCT扫描由于病人的呼吸运动，微小扫描由于病人的呼吸运动，微小的病灶可因呼吸运动而被遗漏的病灶可因呼吸运动而被遗漏螺旋螺旋CTCT扫描扫描非螺旋非螺旋CTCT扫描扫描螺旋螺旋CTCT扫描扫描螺旋螺旋CTCT扫描是扫描是病人屏住呼吸，病人屏住呼吸，球管围绕病人球管围绕病人360360

10、 连续旋转连续旋转，检查床单向，检查床单向匀速运动，同匀速运动，同时时X X线曝光线曝光螺旋螺旋CTCT扫描方式扫描方式螺旋螺旋CTCT扫描扫描螺旋螺旋CT扫描的基本要求：扫描的基本要求：1. 基于滑环技术的扫描架连续旋转运动；基于滑环技术的扫描架连续旋转运动；2. 检查床单向连续移动；检查床单向连续移动；3. 球管的负荷要求提高；球管的负荷要求提高；4. 球管的冷却性能要求提高；球管的冷却性能要求提高；5. 采用螺旋扫描加权图像重建算法；采用螺旋扫描加权图像重建算法；6. 大容量的内存和快速的计算机图像处理性能。大容量的内存和快速的计算机图像处理性能。螺旋螺旋CTCT扫描方式的一些新概念扫描

11、方式的一些新概念1.层厚的概念与非螺旋层厚的概念与非螺旋CT不同；不同；2.螺旋扫描焦点运行轨迹不形成一个平面，是一个容螺旋扫描焦点运行轨迹不形成一个平面，是一个容 积区段；积区段；3.由于扫描时检查床的移动，有效扫描层厚增宽；由于扫描时检查床的移动，有效扫描层厚增宽；4.由于螺旋状扫描运行轨迹，导致扫描投影数据不一致；由于螺旋状扫描运行轨迹，导致扫描投影数据不一致；5.不一致的投影数据，按常规方法重建易产生条状伪影。不一致的投影数据，按常规方法重建易产生条状伪影。螺旋螺旋CTCT扫描扫描螺旋螺旋CTCT扫描扫描非螺旋与螺旋非螺旋与螺旋CTCT扫描扫描螺旋螺旋CTCT的成像方法的成像方法 螺旋

12、扫描是在运动中成像，覆盖螺旋扫描是在运动中成像，覆盖360度度的扫描数据用常规方式重建会出现运动伪影的扫描数据用常规方式重建会出现运动伪影，为消除运动伪影，必须从螺旋扫描数据中，为消除运动伪影，必须从螺旋扫描数据中合成平面数据，该方法被称为合成平面数据，该方法被称为内插法内插法。单层螺旋CT图像重建螺旋螺旋CTCT的成像方法的成像方法螺旋螺旋CTCT扫描的基本概念扫描的基本概念单层螺旋单层螺旋CTCT扫描的螺距扫描的螺距定义：扫描旋转架旋转一周检查床运行的距离定义：扫描旋转架旋转一周检查床运行的距离与射线束宽度的比值。与射线束宽度的比值。螺距螺距(P) = S(mm/R)W(mm)螺旋螺旋CT

13、CT扫描的基本概念扫描的基本概念重建间隔重建间隔:(reconstruction increment interval spacing) 螺旋螺旋CT扫描数据中，被重建的相邻扫描数据中，被重建的相邻两层横断面之间长轴方向的距离。两层横断面之间长轴方向的距离。螺旋螺旋CTCT扫描的基本概念扫描的基本概念螺旋螺旋CTCT扫描的基本概念扫描的基本概念层厚敏感曲线层厚敏感曲线(slice sensitivity profile, SSP) 沿长轴方向通过机架中心测量的点分布沿长轴方向通过机架中心测量的点分布函数的长轴中心曲线函数的长轴中心曲线SSP增宽增宽半值宽度半值宽度(FWHM)增加增加螺旋扫描实

14、际层厚增加螺旋扫描实际层厚增加螺旋螺旋CTCT扫描的基本概念扫描的基本概念螺旋螺旋CTCT扫描的基本概念扫描的基本概念螺旋螺旋CTCT扫描的基本概念扫描的基本概念 空间分辨率和空间分辨率和横向分辨率横向分辨率螺旋螺旋CTCT扫描的基本概念扫描的基本概念空间分辨率空间分辨率 是在高对比度情况下（是在高对比度情况下（CT100HUCT100HU），区分相邻最小物体的能力，是测试图像质量区分相邻最小物体的能力，是测试图像质量（清晰度）的量化指标。（清晰度）的量化指标。表达方式：表达方式： 毫米单位（毫米单位（mm） 每厘米线对（每厘米线对（LP/cm）螺旋螺旋CTCT扫描的基本概念扫描的基本概念XY

15、螺旋螺旋CTCT扫描的基本概念扫描的基本概念4层层CT 0.60.61.0mmEBCT 0.70.73.0mmMRI冠脉冠脉 1.251.251.5mm64层层CT 0.30.30.4mmDSA 0.20.2mm不同成像设备的空间分辨率不同成像设备的空间分辨率螺旋螺旋CTCT扫描的基本概念扫描的基本概念多层螺旋多层螺旋CTCT多层螺旋多层螺旋CTCT双螺旋双螺旋CTCT仅相对于单螺旋仅相对于单螺旋CTCT而言，单螺而言，单螺旋旋CTCT每次旋转只得到一个单位的扫描层，每次旋转只得到一个单位的扫描层，而双螺旋而双螺旋CTCT，每次旋转可获得两个单位，每次旋转可获得两个单位的扫描层，数据的获得量增

16、加一倍，扫描的扫描层，数据的获得量增加一倍，扫描速度因此提高一倍速度因此提高一倍多层螺旋多层螺旋CTCT双层螺旋双层螺旋CT4 4层螺旋层螺旋CTCT4层螺旋扫描，一次旋转可获四层数据，层螺旋扫描，一次旋转可获四层数据，扫描速扫描速度更快度更快一次旋转一次旋转四层数据四层数据4 4层螺旋层螺旋CTCT多层螺旋多层螺旋CTCT 探测器的数量和排列探测器的数量和排列 目前全世界能生产多层螺旋目前全世界能生产多层螺旋CTCT机的公机的公 司有四家，分别是司有四家，分别是ToshibaToshiba、GEGE、 SiemensSiemens、Philips(Picker)Philips(Picker)

17、 根据排列方式不同，探测器可分为两类根据排列方式不同，探测器可分为两类 对称等宽对称等宽(GE)(GE) 对称不等宽型对称不等宽型(Siemens(Siemens、Philips)Philips)多层螺旋多层螺旋CTCT 探测器的数量探测器的数量 GE 912GE 912 1616SiemensSiemens、Philips 672Philips 672 8 8Toshiba 896Toshiba 896 3434 探测器的排列探测器的排列东芝公司东芝公司 (Toshiba)(Toshiba)3434排排 0.5mm=40.5mm=4排，排，1.0mm=301.0mm=30排排多层螺旋多层螺旋

18、CTCT0.5mm4 1.0mm30东芝公司东芝公司 (Toshiba)(Toshiba)层厚选择层厚选择4 4 0.5, 40.5, 4 1, 41, 4 2, 42, 4 4, 44, 4 8mm8mm多层螺旋多层螺旋CTCT G E 公司 16排 1.25mm=16排层厚选择4 1.25, 4 2.5, 4 3.75, 4 5, 2 7.5, 2 10mm多层螺旋多层螺旋CTCT Siemens和Philips公司 8排 1-5mm=8排层厚选择2 0.5, 4 1, 4 2.5, 4 5, 2 8, 2 10mm1.0mm 2, 1.5mm2, 1.5mm 2, 2.5mm2, 2.5

19、mm 2, 5.0mm2, 5.0mm 2 24 4层螺旋层螺旋CTCT多层螺旋多层螺旋CTCT 探测器的排列组合和层厚探测器的排列组合和层厚( (以以GEGE为例为例) )后准直器后准直器数据通道数据通道DAS0.625mm 2 21.25mm 4 4多层螺旋多层螺旋CTCT2.5mm 4 43.75mm 4 4数据通道数据通道DAS多层螺旋多层螺旋CTCT5mm 4 410mm 2 2数据通道数据通道DAS多层螺旋多层螺旋CTCT的图像重建的图像重建 单层螺旋单层螺旋CTCT扫描扫描 线性内插线性内插 四层螺旋四层螺旋CTCT扫描扫描 优化采样扫描优化采样扫描 Z Z轴滤过长轴内插法轴滤过

20、长轴内插法 扇形束重建扇形束重建 四层螺旋扫描的图像重建，基本还是采用了四层螺旋扫描的图像重建，基本还是采用了线性内插的方法，然后再进行图像重建。线性内插的方法，然后再进行图像重建。4 4层螺旋层螺旋CTCT的图像重建的图像重建4 4（多）层螺旋（多）层螺旋CTCT的螺距的螺距准直器准直器探测器探测器4 4（多）层螺旋（多）层螺旋CTCT的螺距的螺距准直宽度准直宽度床速床速4 4（多）层螺旋（多）层螺旋CTCT的螺距的螺距4层螺旋层螺旋CT的螺距设置的螺距设置GE（探测器螺距）：（探测器螺距）：3和和6（HQ和和HS模式）模式）东芝和飞利浦（探测器螺距）：东芝和飞利浦（探测器螺距）：2.5，3

21、，3.5，4.5，5，5.5，6，7（不能用（不能用4）西门子可使用任何螺距西门子可使用任何螺距单、单、4 4层螺旋层螺旋CTCT成像质量比较成像质量比较1616层螺旋层螺旋CTCTSiemens16层探测器GE16层探测器1616层螺旋层螺旋CTCT G E G E 公司公司 2424排排 0.625mm=160.625mm=16排排 1.25mm= 81.25mm= 8排排探测器阵列宽度探测器阵列宽度 =20mm=20mm探测器总数探测器总数2112021120个个1616层螺旋层螺旋CTCT SiemensSiemens公司公司 2424排排 0.75mm=160.75mm=16排排 1

22、.5mm= 81.5mm= 8排排探测器阵列宽度探测器阵列宽度 =24mm=24mm探测器总数探测器总数1612816128个个1616层螺旋层螺旋CTCT 电子束控金属球管电子束控金属球管1616层螺旋层螺旋CTCT普通球管普通球管Straton tube1616层螺旋层螺旋CTCT5.0 MHU/min1.7 MHU/min1.6 MHU/min1.4 MHU/min120 x 135 mmImage of GE Healthcare Image of Philips Medical Systems 6464层螺旋层螺旋CTCT4x1.2mm4x1.2mm32x0.6mm28.8 mm z

23、 - coverage西门子西门子64层层CTGE 64层层CT6464层螺旋层螺旋CTCT4x1.2mm4x1.2mm32x0.6mmGE LightSpeed VCT 64 0.625mm 40mm 0.35s 32 1.25mmPhilips Brilliance 64 64 0.625mm 40mm 0.40s 32 1.25mmSiemens Sensation 64 64 0.6mm 28.8mm 0.37s 24 1.2mm 选件选件 0.33sToshiba Aquilian 64 64 0.5mm 32mm 0.40s 生产厂商生产厂商 采集通道数采集通道数 最大最大Z轴覆盖

24、宽度轴覆盖宽度 每周旋转时间每周旋转时间 世界四大厂商世界四大厂商64层层CT探测器和旋转时间比较探测器和旋转时间比较6464层螺旋层螺旋CTCT40mm28.8mmGESiemens6464层螺旋层螺旋CTCT0.6 mmZ0.6 mm360度度64层数据采层数据采集集 常规常规0.33m各向同各向同性分辨率性分辨率32排探测器排探测器64层层DAS重叠数据采样重叠数据采样双源螺旋双源螺旋CTCT双源双源CT的成像原理的成像原理双源螺旋双源螺旋CTCT 每分钟每分钟60次心跳次心跳单源单源CT与双源与双源CT每分钟每分钟120次心跳次心跳单源单源CT与双源与双源CT单源单源单源单源双源双源双源双源双源螺旋双源螺旋CTCT双源螺旋双源螺旋CTCT双源螺旋双源螺旋CTCT采用两种不同的能，更易于区别相近的组织采用两种不同的能，更易于区别相近的组织双源螺旋双源螺旋CTCT在肥胖病人的在肥胖病人的CT扫描中，可改善图像质量扫描中，可改善图像质量谢谢 谢谢 各各 位位 ！结束结束