第三章CT质量控制与扫描技术.pptx
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1、第三章第三章 CTCT质量控制与扫描技术质量控制与扫描技术陈庆森第一节 CT影像的质量控制 CT成像为数字成像技术,影响CT图像质量的因素较多而且复杂,包括各种图像质量参数、扫描技术参数、机器的安装调试与校准,窗技术的选择及暗室技术或洗片机的性能等。各个参数间有密切关系或相互制约。第一节 CT影像的质量控制一、图像质量参数(一)CT分辨率:分辨率包括空间分辨率和密度分辨率,是判断CT机器性能和图像质量的重要指标。1、空间分辨率:(高对比分辨率)p 空间分辨率是指在高对比情况下,对物体空间大小(几何尺寸)的鉴别能力,有两种表示方法,即线对数/厘米(LP/cm)和线径/毫米(mm/mm)。 p 空
2、间分辨率是指鉴别结构大小的能力,在影像中所能显示的最小细节。p 空间分辨率与检测器孔径的宽度,检测器之间的距离,图像重建中采用的卷积滤波(二维傅里叶变换重建法、空间滤波反投影法、褶积反投影法)函数的形式,像素大小,被捡物吸收系数的差异,以及CT装置的噪音等因素有关。第一节 CT影像的质量控制p 影响空间分辨率的主要因素有:(1)探测器的种类、效率、数目(或排数):小的探测器孔径可提高空间分辨率,高档多层螺旋CT大多采用稀土陶瓷探测器,Z轴方向上有多排,空间分辨率也明显提高。(2)原始数据量的多少:采样率越高,原始数据量越多,空间分辨率越高。(3)重建算法(4)象素、矩阵的大小:扫描/重建矩阵越
3、大、象素越小,空间分辨率越高。(5)设备噪声和被测物体间的密度差异 第一节 CT影像的质量控制p 中档CT机的空间分辨率约为15LP/cm,高档约为30LP/cm,而X线平片由于采用的是屏片组合,其空间分辨率可达10LP/mm,因此,CTCT图图像的空间分辨率远不及像的空间分辨率远不及X X线平片线平片。p 空间分辨率常用的表示方法:能分辨最小圆孔的直径(MM),越小越好。或可分辨每厘米的线对数(LP/cm)越多越好。p 由于CT的空间分辨率受诸多因素影响,而且检测器的孔径不可能像X线胶片的颗粒那样细小,所以CTCT的空间分辨率一般不会超过的空间分辨率一般不会超过X X线成像线成像。p 空间分
4、辨率与像素大小有密切关系,一般为像素宽度的空间分辨率与像素大小有密切关系,一般为像素宽度的1.51.5倍。倍。p 矩阵大(数目越多),像素小、,空间分辨率高,图像清楚。矩阵大(数目越多),像素小、,空间分辨率高,图像清楚。第一节 CT影像的质量控制2、密度分辨率p 密度分辨率又称对比度分辨率,表示能够区分最小密度差异的能力。p 密度分辨率与被捡物大小、X线剂量、噪音等因素有关。p 密度分辨率以%表示。如果密度分辨率为0.5%时,则表示两种物质的密度差别等于或大于0.5%时CT可将它们分辨出来,而小于0.5%,受噪音的干扰无法区别。p 影响密度分辨率的主要因素有:(1)噪声和信噪比:噪声和信噪比
5、是由探测器的效率和X线剂量决定的,效率越高、剂量越大,则信噪比越高,相对降低噪声,密度分辨率将提高。(2)物体的几何尺寸较大时,则密度分辨率也会相对高一些。第一节 CT影像的质量控制p 如果提高其密度分辨率就需要加大X线剂量,即增加检测器吸收的光子数,提高其信噪比,相对降低其噪音。p 空间分辨率与密度分辨率之间密切相关并且互相制约。p 密度分辨率受噪音和显示物大小制约,噪音越小和显示物越大,密度分辨率越佳。3时间分辨率 是指系统在足够短的时间间隔内快速重复扫描的能力,它主要受X线管性能的影响。第一节 CT影像的质量控制(二)噪声p 噪声是扫描均匀物质时,其CT值的标准偏差。p 噪声使图像呈颗粒
6、性,直接影响密度分辨率,尤其表现在低密度组织的可见度上。p 噪声分为扫描噪声(光子噪音)和组织噪声两种。u 扫描噪声是当X线剂量不足时,穿透人体被探测器接收的光子数受限,矩阵内各象素上的分布不均造成的。扫描噪音造成均质的组织或水在各个像素点上的CT值不相等。如欲减少扫描噪音(或光子噪音)必须增加X线剂量,二者的关系是噪声减半,需要增加约噪声减半,需要增加约4 4倍的倍的X X线量。线量。u 组织噪音:各种组织平均CT值的差异造成组织噪声,同一组织的CT值常在一定范围内变化,不同组织也可以具有同一CT值。第一节 CT影像的质量控制p 影响噪声的因素有:(1)X线剂量。(2)探测器的性能。(3)重
7、建算法。(4)层厚。(5)物体的线性衰减系数。p克服噪音的方法是减薄扫描层面的厚度,提高CT值的测量精度。第一节 CT影像的质量控制(三)伪影 (artifact)p 伪影是指扫描或信息处理过程中,由于某一种或几种原因而出现人体本身不存在,致使图像质量下降的阴影。p 产生伪影的原因有:(1)扫描条件:患者移动(被检者自主或不自主的运动所致)、被检者部位有高密度结构或异物、装置震动、电压波动、室内温度及湿度、曝光条件过低或扫描部位较小却选择了过大的扫描视野、显示视野时,在图像的周边可能出现高密度的伪影。(2)设备因素:设备性能、设备出现故障或参数偏差、信息收集、图像重建第一节 CT影像的质量控制
8、(四)部分容积效应p 部分容积效应是在CT扫描过程中产生的。图像中的像素代表的是一个体积,即像素面积x体积。此体积内可能含有各种组织,因此每一像素的CT值实际代表的是单位体积各种组织CT值的平均数。p 图像上各象素的数值代表相应体素各组织CT值的平均数,有时它不能如实反映出真实的CT值,如在高密度组织中的低密度小病灶,其CT值偏高,而在低密度组织中的高密度小病灶,其CT值偏低。第一节 CT影像的质量控制p 由于CT值的准确性受部分容积效应影响很大,所以在选择扫描层厚或病变较小而又骑跨于扫描切面之间时,所测得的CT值代表的组织密度可能实际上并不存在。p 克服部分容积效应,首先摆位要准确。对较小的
9、病变要薄层扫描扫描层厚越薄,部分容积效应越小。(五)周围间隙现象 (peripheral space phenomenon)p 两种相邻但密度不同的组织,由于相互重叠造成的CT值不准确,这种现象称为周围间隙现象。p 高密度者其边缘CT值偏低,低密度者其边缘CT值偏高。第一节 CT影像的质量控制二、扫描技术参数p 正确选择扫描技术参数mA、s的选择kV的选择FOV的选择层厚的选择:较小的病灶宜用薄层扫描滤波函数的选择p 合理使用窗口技术 第一节 CT影像的质量控制1、剂量:pX线剂量的大小是CT图像质量的保证。通常CT扫描机为大功率X线管。扫描时视不同部位选择不同的剂量。p大部分CT机改变剂量常
10、常通过改变毫安(mA)量(高、低)和扫描时间(长、短)来实现。p选择剂量参数的原则:尽量减少病人接受X线剂量,必须保证病人图像质量。第一节 CT影像的质量控制p剂量的高低影响噪音的大小,而噪音的大小对图像质量有很大的影响。如果剂量太低,则噪音加大,图像质量下降。而增加X线剂量,则增加图像的信息量,降低了图像的噪音,从而提高图像质量(噪声减半,需要增加约4倍的X线量)。p对于检查部位较厚或较精细的器官,为了提高图像质量,要适当选择高剂量扫描参数,或在该机器允许范围内长时间扫描,以提高图像的空间分辨率和密度分辨率。第一节 CT影像的质量控制2、层厚p 层面厚度也是影响图像分辨率的一个重要因素。扫描
11、层厚通常按需要观察病变的大小而定。为了看清病变细节,必须切层减薄,提高对小病变的检出率。减少因部分容积效应而引起对病变的不良显示。p 对于观察软组织且病变范围较大时,应选择层面较厚较为合适。p 对病变范围过大患者,则采用加大层厚和层间距的方法,对病变层面进行薄层扫描2-3层,帮助诊断定性第一节 CT影像的质量控制3、观察野(FOV):p影像的观察野就是扫描时按部位大小选用的扫描野(SFOV)和显示野(DFPV)。通常两者大小接近,但有时可选用显示野(DFPV)大于扫描野(SFOV),这样可以使图像更清晰,突出检查病变的精细度,可用下列公式说明:p 当显示野大小不变时,矩阵越大,像素值越小,图像
12、越清晰,图像的分辨率越高,但图像重建时间越长。p 在获得相同图像质量的前提下,矩阵大小不变,而改变显示野的范围,即减少显示野的范围大小也能获得小的像素值,提高影像的空间分辨率,且大大缩短影像的重建时间。(矩阵)(显示野范围)(像素)MATRXDFOVPixel第一节 CT影像的质量控制4、过滤函数pCT系统包括大量的数字软件过滤器,它可以在图像重建过程中使图像得到最佳显示,改变图像的空间分辨率和密度分辨率。p根据观察不同组织的对比和诊断需要,选择不同的数字软件过滤器。p其数学演算方法包括:标准数学演算、软组织数学演算、骨细节演算。第一节 CT影像的质量控制三、影像放大技术p 扫描中常用的四种放
13、大技术,均能显著改善成像效果,提高图像分辨率。p 四种放大技术包括:几何放大技术、变域图像放大技术、宏观图像放大技术、内插图像放大技术。p 几何放大技术:应用于采集数据阶段,即缩短X线管球/检测器组件与被捡物之间的距离。使得较小的被捡物在X线束的曝光下产生的信号,由相对较多的检测器收集。第一节 CT影像的质量控制p变域图像放大技术:应用于图像重建阶段,可将一个剖面的数据,通过变域放大仅对感兴趣区域部分重建放大,便于观察,使得较小区域的图像最大可用整个图像显示矩阵来表示。p宏观图像放大技术:常用于扫描后对细微结构图像的再重建。p内插图像放大技术:多用在感兴趣区域尺寸测量及CT值测定比较准确,对从
14、定位片上决定扫描角度等方面有帮助。第一节 CT影像的质量控制四、校准p 为了保证图像质量,提供正确的诊断信息,当图像出现伪影或发现水的CT值不等于0时,必须进行校准工作。p 校准方式: 测量校准(CM) 扫描校准(CS) 扫描剖面校准(CP)第一节 CT影像的质量控制p测量校准(CM):可以认为是一种简单的“工厂校准”,校准时必须盖上机盖,病人床置于末端,此项校准只扫描空气,主要用于消除伪影和校准CT值。p扫描校准(CS):主要用于校准CT值。用充满蒸馏水的水模扫描,使成像中各处的CT值等于0。每一组扫描参数都要做扫描校准(CS),使空气的CT值等于-1000。(水CT值为0,空气CT值为-1
15、000)第一节 CT影像的质量控制p 扫描剖面校准(CP)主要用于消除环状伪影。如果伪影的产生于X线管球温度有关,应在下列温度范围上下作不同的CP校准:CP1:450kCP2:750kCP3:1000kCP4:1200kCP5:热过载后直接做第一节 CT影像的质量控制p扫描校准(CS)和扫描剖面校准(CP)需要根据参数不同选择不同大小的水模及是否需要加PVC(主要用于模拟颅骨)环扫描。全部参数校准需要作测量验证,保证水模成像中各处的CT值误差在限定范围之内。第一节 CT影像的质量控制五、窗技术的运用p 窗技术包括窗宽、窗位的调节,它是调节显示图像的最重要的功能。p 为了提高窗口范围内组织密度的
16、分辨率,必须正确运用窗宽窗位。p 将图像显示在一个肉眼所能分辨的灰度梯度的幅度以内,这个幅度的上限和下限称为窗宽,其平均值即窗口的中心称为窗位。p 窗宽主要影响图像的对比度。窗宽大,图像层次多,但对比度差;窗宽小,图像层次少,但对比度好。p 如要提高两种密度差别不大的组织的分辨率,则需要采用小窗宽扫描。第一节 CT影像的质量控制p 在荧光屏上从黑到白,人的肉眼只能分辨16个灰阶,窗宽越小,则每个灰阶中代表CT值的幅度小。如窗宽为80Hu,则每个灰阶含CT值范围为80Hu/16=5Hu,这意味着两种组织密度差异大于或等于5Hu值时,人肉眼就能分辨出来。p 窗位主要影响图像的亮度。窗位升高、图像变
17、黑;窗位降低,图像变白。窗位的设置一般将所需要观察的组织器官的CT值作为窗位或窗中心(WL)。p 不同型号的CT机器,各部位的窗宽窗位设置虽然不完全一样,但在一定的范围内调节。第一节 CT影像的质量控制u窗宽决定对比度u窗位决定亮度u窗宽与对比度成反比(窗宽越大,对比度越差;反之窗宽越小,对比度越好)u窗位与亮度成反比(窗位越大,图像亮度越小,图像越黑;反之窗位越小,图像亮度越大,图像越白)第二节 CT扫描设备质量的检测pCT扫描设备质量的检测,在NCRP(全国辐射防护委员会)的报告中,CT机质量控制包括19项。p主要参数包括以下:低密度分辨率、空间分辨率、噪音、CT值均匀度。第三节 扫描技术
18、一、CT检查的工作程序1划价、交费2预约、登记3交待准备工作:询问被检者是否做过不适宜立即行CT扫描的检查,如胃肠道钡检;增强扫描者是否有药物过敏史;是否做过相关的影像学检查。4摆好扫描体位、扫描。5摄取图像照片、冲洗。6发出诊断报告。 二、扫描前病人的准备工作1对被检者做好耐心细致的解释工作,消除其顾虑和紧张情绪。2检查并除去检查部位的异物,防止图像伪影。3胸部、腹部扫描时,均应做好呼吸训练,减少移动伪影。喉部扫描者嘱被检者在扫描中不要做吞咽动作。4增强扫描者,扫描前6小时禁食,检查前20分钟做碘过敏试验。5腹部扫描者,扫描前一周不吃含金属药物,不做胃肠道钡餐检查。6对于婴幼儿、躁动不安或其
19、它不配合的病人,应根据情况给予镇定。第三节 扫描技术三、CT机的操作步骤1开机2X线管预热3空气校准:是为了修正零点漂移造成的误差而进行的,校准的方式是对空气进行扫描,获得探测器各通道的零点漂移值,从而保证采集到的数据相对准确。4检查磁盘空间5扫描:根据申请单的要求,完成扫描。6关机:每天扫描工作结束后,关闭CT机。第三节 扫描技术四、常规CT扫描的步骤1认真阅读申请单,了解检查的目的和要求。2输入被检者资料,包括CT号、姓名、性别、年龄、出生年月日、体位名称等。3摆好体位,向被检者交待扫描时的注意事项,做好呼吸、屏气的训练等。4选择扫描方案,包括:从屏幕菜单中选择相关的体位,如是颅脑扫描还是
20、上腹部扫描?是头先进还是足先进?是仰卧、俯卧、左侧卧还是右侧卧?选择扫描技术参数,如kV、mA、扫描时间、扫描方式(轴位扫描、螺旋扫描)、扫描视野、显示视野、层厚、层间距、重建模式等。第三节 扫描技术5开始扫描,根据需要可选择:利用定位指示灯确定开始位置直接扫描(轴位扫描或螺旋扫描)。先扫描出正位或侧位或正位侧位的定位片,然后根据定位片确定扫描的上下范围及机架的倾斜角度。6观察重建出来的图像,是否需要向上或向下补扫几层,病灶区域是否需要加扫薄层?7结束检查,退出检查床。8图像的后处理工作,如三维表面重建、仿真模拟内窥镜等处理。9根据需要选择照片的张数、幅数,拍摄图像照片,送照相机打印,冲洗后得
21、到CT照片。10转存图像数据,将存储在CT机硬盘的图像数据转存于便于长期保存的介质中,如CD光盘、磁光盘(MOD)、磁带机等,以备科研、教学、会诊等使用。第三节 扫描技术五、CT扫描常用的方法1常规扫描(平扫):不注入造影剂的情况下,对检查部位一层一层的扫描。传统CT,而螺旋扫描,曝光时X线管不停地旋转,检查床连续进/退的同时曝光。2定位扫描:为了准确的定出扫描范围,先取得一幅扫描部位的正位或侧位图像(定位片),然后在定位片上定出确切的扫描区域。扫描定位片时,X线管固定于人体的上边(或侧面)不动,曝光过程中,检查床连续做进/的移动。正位定位片(0)及侧位定位片(90)第三节 扫描技术3冠状位扫
22、描(冠扫):指X线管围绕腹背轴旋转进行扫描,获得该部位的冠状面图像的扫描方式,即冠扫,主要用于头部各部位,如眼眶、副鼻窦、垂体的冠扫。 4重叠扫描 :扫描层厚大于层间距的扫描方法,这种扫描方式可以提高较小病灶的检出率,防止遗漏,螺旋CT由于容积扫描及任意后重建的优点,重叠扫描已很少使用。5薄层扫描薄层扫描 :扫描:扫描层厚层厚5mm5mm的的扫描扫描6中间加层扫描 在层间加扫一层或几层的薄层,以重点观察局部病灶第三节 扫描技术7高分辨率扫描 (HRCT):扫描层厚3mm、特殊模式重建图像的扫描方法,为了保证图像质量、减少图像噪声,需增加曝光条件,胸部、乳突中耳8放大扫描:扫描时通过缩小扫描视野
23、来获得高清晰度放大图像的方法称为放大扫描,其图像的空间分辨率明显提高。又称为原始放大。9目标扫描(靶扫描) :对感兴趣区的层面、区域采用薄层、小视野的扫描方法。常用于鞍区、乳突中耳、肾上腺等的扫描,其图像的空间分辨率较高。10增强扫描:指注入对比剂后所做的扫描第三节 扫描技术11快速连续扫描:预先设计好扫描方案,确定扫描范围和扫描参数后,自动完成扫描的方法。主要用于CT增强扫描及危重及不配合的患者。12动态扫描:增强后为获得对比剂在血管或组织中的浓度变化而进行的连续扫描方式,单层面的动态扫描,可以观察感兴趣层面在某一时间段中对比剂浓度的变化,多层面的动态扫描,可以观察多个层面的增强效果。13延
24、迟扫描:对比剂注射完后,隔一段时间(如几分钟,甚至几小时)再于病灶部位增加一组扫描的方法,如肝脏增强扫描,对于肝脏血管瘤、肝癌的鉴别就需延迟310分钟后再扫描一层或几层。第三节 扫描技术14氙气增强扫描:在病人一边吸入医用氙气同时一边行CT扫描,得到氙增强的图像,主要用于测量脑血流量,可确定脑缺血的部位、范围。15穿刺定位扫描:通过CT导向进行经皮穿刺活检,具有定位准确、穿刺安全、并发症少的优点,可以精确确定穿刺点、进针角度、进针深度,避免损伤神经、血管16定量骨密度测定:通过定量骨密度测定扫描,可对骨矿物质的含量进行测定。第三节 扫描技术六、增强扫描技术(一)增强扫描的概念:通过引入对比剂,
25、增强组织间对X线的吸收差异,提高CT图像中组织间的对比,这种方法称为增强扫描。增强扫描对病变的定性有着相当重要的意义。(二)CT成像对比剂(造影剂) CT增强用的对比剂一般为碘剂。常用的有泛影葡胺、优维显、欧奶派克等,脊髓脊髓造影时一般用伊索显造影时一般用伊索显。1对比剂的种类 离子型和非离子型。泛影葡胺为离子型,优维显、欧奶派克为非离子型,非离子型对比剂的毒副作用较小、价格高。应尽量选择非离子型的对比剂。第三节 扫描技术2对比剂的用量:颅脑4050ml,胸部、腹部的用量为1.11.4ml/kg。3注入方法(1)单次大剂量快速注入法(团注法):通过高压注射器以2.54.0ml/s的速度注入静脉
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