医学影像技术学-CT扫描技术课件.ppt
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1、 医学影像技术学医学影像技术学1 1CTCT扫描技术扫描技术内容提要:内容提要:第一节第一节 CT CT成像系统概述成像系统概述 第二节第二节 CT CT扫描技术概述扫描技术概述 第三节第三节 螺旋螺旋CTCT的图像后处理技术的图像后处理技术 第四节第四节 CT CT图像的质量控制图像的质量控制 第五节第五节 人体各部位人体各部位CTCT扫描技术扫描技术2 2本章节推荐教学参考书本章节推荐教学参考书医学影像检查技术学医学影像检查技术学医学影像检查技术学医学影像检查技术学人民卫生出版社人民卫生出版社人民卫生出版社人民卫生出版社于兹喜于兹喜于兹喜于兹喜20032003.1111第第1 1版版医学影
2、像检查技术学医学影像检查技术学医学影像检查技术学医学影像检查技术学人民卫生出版社人民卫生出版社人民卫生出版社人民卫生出版社张云亭张云亭张云亭张云亭20022002.0202第第1 1版版医学影像技术全科纲医学影像技术全科纲医学影像技术全科纲医学影像技术全科纲要与考题解要与考题解要与考题解要与考题解湖北科学技术出湖北科学技术出湖北科学技术出湖北科学技术出版社版社版社版社燕树林燕树林燕树林燕树林 曾祥阶曾祥阶曾祥阶曾祥阶20002000.0101第第1 1版版医学影像技术丛书医学影像技术丛书医学影像技术丛书医学影像技术丛书-CTCTCTCT扫描分册扫描分册扫描分册扫描分册湖北科学技术出湖北科学技术
3、出湖北科学技术出湖北科学技术出版社版社版社版社韩萍韩萍韩萍韩萍 熊茵熊茵熊茵熊茵20002000.0505第第1 1版版3 3第一节第一节 CT成像系统概述成像系统概述一、一、CT的发明的发明 CT(Computed Tomography)即电子计算机体层摄影,又称X线CT。X线平片的缺点,CT的发明解决了其不足4 4二、二、CTCT的成像原理的成像原理(一)基本原理 CT成像的物理学基础是物体对X线的吸收存在差异。高度准直的X线束对人体某个部位按一定厚度进行扫描穿过人体的X线由探测器接收 经放大变为电子流 A/D转换输入计算机处理计算机通过运算得出该断面上各体素的X线吸收值,并排列成数字数字
4、矩阵经D/A转换后用不同的灰度等级在显示器上显示即获得该部位的横断面或冠状面的CT图像。6 67 7(二)CT成像中的基本概念1CT值 (CT number)n nX线穿透人体时,不同的组织密度值代表不同的线性衰减系数,一般用它的相对值表示,称为CT值。CT值(物质-水)/水)K K K为分度因数(设为为分度因数(设为10001000),则),则CTCT值的单位为值的单位为HUHU(Hounsfield UnitHounsfield Unit)n nCT值的定义是以水为标准,其它组织与之比较后得出。水的线性衰减系数为1,致密骨约为2,空气约为0(实际为0.0013),水的CT值为0HU,人们将
5、1000+1000分为2001个等级来表示CT值的差别。8 82矩阵(matrix)在在CTCT技术中,矩阵的大小影响着图像质量,技术中,矩阵的大小影响着图像质量,矩矩阵大,象素数量相应增加,图像的分辨率就高,图阵大,象素数量相应增加,图像的分辨率就高,图像质量越好像质量越好,512512512512、1024102410241024最为常用。最为常用。n n重建矩阵和显示矩阵重建矩阵和显示矩阵:重建矩阵是重建矩阵是X X线线性衰减系数线线性衰减系数的矩阵,其大小决定了图像分辨率;显示矩阵是指的矩阵,其大小决定了图像分辨率;显示矩阵是指显示器上图像的矩阵。显示器上图像的矩阵。3体素(voxel
6、)CT CT图像是人体某部位一定厚度(如图像是人体某部位一定厚度(如1mm1mm、5mm5mm、10mm10mm)的体层像,把体层分成按矩阵排列的若干个)的体层像,把体层分成按矩阵排列的若干个很小的体积单元,这些体积单元称为体素。很小的体积单元,这些体积单元称为体素。体素是体素是三维三维的,的,每个体素中的每个体素中的是一致的是一致的。10104象素(pixel)一幅一幅CTCT图像是由许多矩阵排列的小单元组成,图像是由许多矩阵排列的小单元组成,这些这些组成图像的基本单元称为象素组成图像的基本单元称为象素。象素是二维的,。象素是二维的,每一个象素内密度均一每一个象素内密度均一,象素结构中的平均
7、密度决,象素结构中的平均密度决定其灰度值。由于每个体素的定其灰度值。由于每个体素的值是一定的,它在值是一定的,它在CTCT图像中是以象素的形式来反映。图像中是以象素的形式来反映。象素越小,图像象素越小,图像的分辨率越高的分辨率越高,图像质量越好。,图像质量越好。1111(1)窗宽(windows width,WW)n n窗宽表示的是图像上包含的16个灰阶的CT值的范围。n n窗宽主要影响CT图像的对比度,窗宽窄图像的层次少,对比度强,每级灰阶代表的CT值幅度较小,可分辨密度差异较小的组织结构,如脑组织的WW(80100)。窗宽增大,每级灰阶代表的CT值幅度加大,图像对比度差,但轮廓光滑,适于分
8、辨密度差别较大的组织,如肺组织的WW为13001800。1313脑组织窗(90,40)骨窗(1500,350)肺窗(1600,650)纵隔窗(300,40)1515(三)CT成像的过程 包括数据采集、数据处理、图像重建、图像显示、打印等几步。1数据采集 从X线的发生到数据信息的获得,这个过程称为。数据采集系统由X线管、滤过板、准直器、探测器和A/D转换器等组成。1616(2)去除空气值:因探测器不是工作在真空中,所以存在一定的空气值,须将此值去掉,才能保证数据的相对准确。(3)修正零点漂移:探测器在收集和转换数据的过程中存在着余辉时间及参数的差异,加之X线管输出量的细微变化,使得几次扫描时各通
9、道的输出稍有不同,有的通道是零,有的通道是正或负,这种现象被称为探测器的零点漂移,将引起空气的CT值不是-1000。(4)正常化处理:是指对探测器收集到的全部数据进行校正和检验。18183 3图像重建图像重建 图像重建的过程主要是如何求解图像重建的过程主要是如何求解1 1、2 2、n n,图像重建的处理过程包含了复杂的数学运算。,图像重建的处理过程包含了复杂的数学运算。重建方法分直接法和间接法两类,直接法通过重建方法分直接法和间接法两类,直接法通过直接计算线性方程式进行,包括反矩阵法、迭代法直接计算线性方程式进行,包括反矩阵法、迭代法等,现已不再采用;间接法是先计算傅立叶变换系等,现已不再采用
10、;间接法是先计算傅立叶变换系数再求出衰减系数的方法,有二维傅立叶变换法、数再求出衰减系数的方法,有二维傅立叶变换法、卷积法和反投影法等。卷积法和反投影法等。4 4图像显示、打印及冲洗图像显示、打印及冲洗 重建出来的图像显示于显示器上,将图像调节重建出来的图像显示于显示器上,将图像调节到理想状态后供诊断用,最后将图像送照相机、打到理想状态后供诊断用,最后将图像送照相机、打印机拍照,经冲洗得到印机拍照,经冲洗得到CTCT照片。照片。1919三、三、CTCT成像系统的组成成像系统的组成(一)硬件系统一)硬件系统1 1扫描机架扫描机架:X:X线管、准直器、探测器等,机架可倾斜。线管、准直器、探测器等,
11、机架可倾斜。2 2X X线管线管:大容量、旋转阳极大容量、旋转阳极X X线管,线管,“飞焦点飞焦点”。3 3准直器准直器:决定扫描层厚、减少散射线以提高图像质量、决定扫描层厚、减少散射线以提高图像质量、降低被检者的辐射剂量。降低被检者的辐射剂量。4 4楔形滤过器楔形滤过器:滤掉低能射线,提高滤掉低能射线,提高X X线束的平均能量。线束的平均能量。5 5探测器探测器:接受穿透人体的剩余接受穿透人体的剩余射线,将其变为电信号。射线,将其变为电信号。稀土陶瓷探测器,多排探测器。稀土陶瓷探测器,多排探测器。6 6模模/数转换器数转换器(A/DA/D)7 7高压发生器高压发生器:8 8计算机系统计算机系
12、统:9 9扫描检查床扫描检查床:螺旋螺旋CTCT对床移动的精度要求很高。对床移动的精度要求很高。1010辅助设备辅助设备:电源系统电源系统、照相机、工作站、照相机、工作站2020(二)软件系统 CT机的软件平台多采用专用操作系统、Unix、Linux等操作系统。1基本功能软件 完成扫描、图像处理、图像存储、照相等常规工作的软件。2特殊功能软件 包括故障诊断软件、特殊扫描软件(如动态扫描、快速连续扫描、高分辨率扫描等)、图像特殊处理软件(如三维表面重建、模拟内窥镜等)、定量分析软件等。2121四、四、CTCT机的发展概况机的发展概况 发展目标:提高扫描速度、提高图像质量、提高检查效率及完善特殊扫
13、描功能等。平板型CT(一)五代CT机的主要特点 22222螺旋CT(helical CT)螺旋CT的核心技术是滑环技术,X线管在连续旋转、曝光的同时,扫描床以一定的速度沿Z轴方向运动,探测器采集到的数据不再是传统CT的单层数据信息,而是人体某段体积的信息,扫描完成后可根据需要作不同层厚和层间距的图像重建。螺旋CT扫描又称容积扫描(volumetric scanning)(volumetric scanning)。根据X线管和探测器的运动方式,螺旋CT仍属于“旋转旋转”类,即第三代CT机,但扫描性能大大提高、扫描时间大大缩短。2424(1 1)螺旋)螺旋CTCT的成像参数:的成像参数:螺距螺距(
14、Helical PitchHelical Pitch):):床速与床速与X X线束准直宽的比值线束准直宽的比值,螺距等于螺距等于0 0时,相当于传统时,相当于传统CTCT扫描;螺距等于扫描;螺距等于0.50.5时,时,X X线管旋转曝光线管旋转曝光2 2周;螺距等于周;螺距等于1 1时,时,X X线管旋转曝光线管旋转曝光1 1周;螺距等于周;螺距等于2 2时,时,X X线管旋转曝光半周,线管旋转曝光半周,螺距越大,螺距越大,探测器采集的信息量相对较少,图像质量下降探测器采集的信息量相对较少,图像质量下降。重建间隔重建间隔(reconstruction interval)(reconstruct
15、ion interval):被重建的两相:被重建的两相邻断面之间长轴方向的距离。回顾性图像重建,即先邻断面之间长轴方向的距离。回顾性图像重建,即先进行螺旋扫描取得原始数据,然后根据需要作任意断进行螺旋扫描取得原始数据,然后根据需要作任意断面的图像重建。面的图像重建。(2 2)螺旋)螺旋CTCT的优点:的优点:提高了提高了多平面和三维图像重建多平面和三维图像重建的质量的质量一次屏气完成一个部位的扫描,一次屏气完成一个部位的扫描,不会遗漏病灶不会遗漏病灶可进行任意层面的可进行任意层面的回顾性重建回顾性重建提高了扫描速度,使提高了扫描速度,使增强扫描增强扫描的意义加强。的意义加强。25253多层螺旋
16、CT (Multi Slice Helical CT,MSCT)1991年,以色列的Elscint公司推出了双层螺旋CT,扫描速度比普通螺旋CT提高了一倍,1998年底的RSNA年会上,Siemens、GE、Marconi(Picker)、Toshiba同时推出了旋转一周可获得4层连续层面图像的多层螺旋CT,或称多排探测器CT(Multi Detector Row CT,MDCT)。2626282829293131(1 1)多层螺旋)多层螺旋CTCT与单层螺旋与单层螺旋CTCT的不同:的不同:探测器的排列不同:探测器的排列不同:单层螺旋单层螺旋CTCT的的Z Z轴方向上只有轴方向上只有一排探测
17、器,一排探测器,MSCTMSCT采用采用4 4组通道的多排探测器组通道的多排探测器。XX线束不同:单层螺旋通过准直器后的线束不同:单层螺旋通过准直器后的X X线束为线束为薄薄扇束扇束(fan-beam)(fan-beam),X X线束的宽度等于层厚。线束的宽度等于层厚。MSCTMSCT采采用可调节宽度的用可调节宽度的锥形线束锥形线束(cone-beam)(cone-beam),线束宽度,线束宽度等于多个层厚之和,提高了等于多个层厚之和,提高了X X线的利用率。线的利用率。数据采集通道不同:单层螺旋在数据采集通道不同:单层螺旋在Z Z轴方向上只有轴方向上只有一一组通道采集数据组通道采集数据,MS
18、CTMSCT把多排探测器组成把多排探测器组成4 4组,形组,形成数据采集的成数据采集的4 4组输出通道。组输出通道。同一扫描周期内获得的同一扫描周期内获得的层数不同层数不同:一层与多层。:一层与多层。3232决定层厚的方法不同:单层螺旋的层厚仅通过改变X线束的宽度来完成,线束的宽度等于层厚,多层螺旋的层厚不仅取决于X线束的宽度,还与探测器阵列的不同组合有关,如同样10mm宽的X线束,可由每4排1.25mm探测器组成一个5mm探测器通道,获得2层5mm层厚的图像,也可以由每2个1.25mm探测器组成一个2.5mm探测器通道,获得4层2.5mm层厚的图像。图像重建的方法不同:新算法,以减少伪影、噪
19、声,提高图像质量,减少曝光量。MSCT螺距的概念:已经统一采用SSCT3333(2)多层螺旋CT的技术改进:X线管的改进:飞焦点技术高压发生器的改进:固态高频高压发生器智能扫描:自动变化扫描条件驱动的改进:以前都为皮带驱动,MSCT大多采用电磁驱动、磁悬浮技术,提高了旋转速度,降低了机械噪声。探测器的改进:一是采用稀土陶瓷探测器,吸收率在99%以上,稳定性好。二是增加了Z轴方向上探测器的排数。3434(3)多层螺旋CT的优势:空间分辨率和时间分辨率提高。一次扫描可获得多层图像。扫描速度大大提高,全身扫描在30秒内可完成。可进行回顾性重建。X线的利用率提高。三维成像、模拟内窥镜效果更佳。增强扫描
20、的效果明显提高。心脏CT扫描成为可能。可进行CT透视。3535(三)电子束CT 它与前几代CT的最大差别在于X线管的结构,主要有电子枪、偏转线圈和处于真空中的半圆形钨靶,扫描时,电子束沿X线管轴向加速,电子束经线圈聚焦,并利用磁场使电子束瞬时偏转,分别轰击四个靶面。扫描时间为30100ms,一次扫描每个靶面得到2层图像,4个靶面共出8层图像,为心脏、大血管的CT检查提供了可能。3636五、五、CTCT机的工作环境与维护机的工作环境与维护(一)工作环境要求1温度 在1822之间。2湿度 相对湿度应在4065%之间。3防尘3737(二)(二)CTCT机的日常维护机的日常维护1 1严格按照操作规程使
21、用机器,在不熟悉机器的情严格按照操作规程使用机器,在不熟悉机器的情况下,严禁任何动作。况下,严禁任何动作。2 2温度、湿度、防尘要达到要求。温度、湿度、防尘要达到要求。3 3无关人员严禁进入控制室。无关人员严禁进入控制室。4 4启动机器、关闭机器要按照要求进行,关机后又启动机器、关闭机器要按照要求进行,关机后又要重新启动机器时,注意要间隔一定的时间,不要重新启动机器时,注意要间隔一定的时间,不能马上开机。能马上开机。5 5每天早上开始扫描前或当机器在每天早上开始扫描前或当机器在2 2个小时内未扫个小时内未扫描病人时,机器会提示进行描病人时,机器会提示进行X X线管预热线管预热,即训练,即训练X
22、 X线管,使线管,使X X线管的温度达到工作状态,如果忽略了线管的温度达到工作状态,如果忽略了将影响将影响X X线管的寿命。线管的寿命。6 6定期进行空气校准定期进行空气校准。7 7每天做好交接班记录及机器使用记录。每天做好交接班记录及机器使用记录。3838六、六、CTCT机的主要性能参数机的主要性能参数1 1视野(视野(field of viewfield of view,FOVFOV)(1 1)扫描视野)扫描视野(SFOV)(SFOV):181850cm50cm之间的几个组合。之间的几个组合。(2 2)重建视野)重建视野(DFOV)(DFOV):缩小重建视野或增大矩阵可以:缩小重建视野或增
23、大矩阵可以获得较小的象素值,提高图像的质量。获得较小的象素值,提高图像的质量。2 2机架孔径机架孔径3 3机架倾斜角度机架倾斜角度4 4X X线管热容量线管热容量5 5X X线管焦点线管焦点6 6管电压管电压7 7管电流管电流:增加管电流,可增加探测器吸收的光子数,增加管电流,可增加探测器吸收的光子数,提高信噪比,相对降低噪声,提高密度分辨率提高信噪比,相对降低噪声,提高密度分辨率39398 8扫描时间扫描时间 扫描时间是指扫描一层的曝光时间(传统扫描时间是指扫描一层的曝光时间(传统CTCT)或)或X X线管旋转一周的曝光时间(螺旋线管旋转一周的曝光时间(螺旋CTCT),目前最短的曝光),目前
24、最短的曝光时间已达到时间已达到0.370.37秒秒(西门子(西门子6464层)层)。9 9重建时间:目前最快已达到毫秒级。重建时间:目前最快已达到毫秒级。1010滤波函数滤波函数(1 1)标准算法:)标准算法:(2 2)软组织算法:适用于软组织图像的显示。)软组织算法:适用于软组织图像的显示。(3 3)骨细节算法:适用于观察组织密度差异较大的部位)骨细节算法:适用于观察组织密度差异较大的部位及骨结构,它强调空间的对比分辨,图像边缘锐利,如及骨结构,它强调空间的对比分辨,图像边缘锐利,如乳突中耳。乳突中耳。1111层厚层厚(slice thicknessslice thickness):即层面厚
25、度,它影响着):即层面厚度,它影响着图像的分辨率,图像的分辨率,层面越薄图像的空间分辨率越高,但探层面越薄图像的空间分辨率越高,但探测器接受的测器接受的X X线光子数减少,使得密度分辨率下降线光子数减少,使得密度分辨率下降。12.12.层距(层距(slice gapslice gap):指相邻两个层面的中点之间的):指相邻两个层面的中点之间的距离。距离。4040七、七、CTCT的优点及局限性的优点及局限性1 1优点优点(1 1)密度分辨率高密度分辨率高密度分辨率高密度分辨率高:能分辨人体组织细小的吸收差异,:能分辨人体组织细小的吸收差异,提高了病变的检出率。提高了病变的检出率。(2 2)获得真
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