CT成像系统A.ppt

CT要点：要点：CT的地位、作用CT发展的历史、现状、趋势投影CT数反投影重建算法概述 CT系统的基本结构 X-Rays的发现.115 年前年前,Wilhelm Conrad Roentgen,德国科学家德国科学家,发现了发现了x-rays.一、一、X线线-CT的历史的历史 1901年获首届诺贝尔奖年获首届诺贝尔奖CT 的历史的历史1917年奥地利数学家雷当（年奥地利数学家雷当（Radon）：根据面投影到线并重建图像的计算）：根据面投影到线并重建图像的计算公式。公式。1963年美国物理学家柯马克（年美国物理学家柯马克（A.M.Cormack）：在）：在“应用物理杂志应用物理杂志”（Journal of Applied Physics）上发表了二篇题为）上发表了二篇题为“用线积分表示一用线积分表示一函数的方法及其在放射学上的应用函数的方法及其在放射学上的应用”的系列文章。的系列文章。1967年至年至1970年间英国年间英国EMI公司的工程师豪斯菲尔德公司的工程师豪斯菲尔德（G.N.Hounsfield）研制成功世界上第一台用于医学临床的）研制成功世界上第一台用于医学临床的X线线CT扫描扫描机，于机，于1971年年9月被安装在伦敦的月被安装在伦敦的Atkinson-Morleys医院。医院。1972年利用这台年利用这台X线线CT首次为一名妇女诊断出脑部的囊肿，并取得了世首次为一名妇女诊断出脑部的囊肿，并取得了世界上第一张界上第一张CT照片。照片。1974年美国年美国George-town大学医学中心的大学医学中心的Ledly研制成第一台全身研制成第一台全身CT扫扫描机。描机。为此为此Hounsfield和和Cormack共同获得了共同获得了1979年的年的诺贝尔生理和医学奖。诺贝尔生理和医学奖。HounsfieldHounsfield和和CormackCormack因发明因发明CTCT获得获得19791979年年诺贝尔医学和生理学奖诺贝尔医学和生理学奖G.N.HounsfieldA.M.CormackCentral Research Laboratories,EMI LondonTufts University Medford,MA,USACT会是什么样会是什么样?CT(Computed Tomography)计算机断层摄影计算机断层摄影CT机实物照片Gantry检查床检查床操作控制台操作控制台Cart扫描部分扫描部分CT ScannerCT ScannerCT ScannerCT ScannerCT ScannerCT ScannerCT ScannerCT ScannerCT ScannerCT ScannerCT ScannerCT ScannerCT ScannerCT扫描部分X光球管光球管高压发生器高压发生器探测器探测器数据采集系统数据采集系统CT扫描方式：平扫，为普通扫描 平扫扫描过程中，球管连续旋转和曝光，病床相对Cart静止。螺旋扫描 螺旋扫描过程中，球管连续旋转和曝光，病床相对Cart连续匀速向前运动。单层螺旋多层螺旋CT诊断方式：常规扫描增强扫描，从静脉中注入水溶性有机碘，可以使某些病变更清楚造影扫描，先行器官或者结构造影，在扫描。CT扫描及诊断方式 但耗时太长但耗时太长(10 分分/幅幅)。且分辨率尚需提高。且分辨率尚需提高。所以我们能看到所以我们能看到断层解剖结构断层解剖结构&且带有不同密度且带有不同密度人体被人体被“切成切成”一层、一层一层、一层.CT影像质量的进步影像质量的进步.SIRETOM(1974)SOMATOM Plus 4 UFC(1996)3D Face(threshold:-400 HU)3D Head(threshold:150 HU)3D图像的合成图像的合成传统的X射线装置的缺点影像重叠。深度方向上的信息至叠在起，引起混淆。密度分辨率低，对软组织分辨能力低。所用剂量大。CT优点：优点：断层成像断层成像密度分辨率高，对软组织分辨能力高。密度分辨率高，对软组织分辨能力高。（相对于（相对于X射线成像术）射线成像术）投影剂量小（相对于投影剂量小（相对于X射线成像术）射线成像术）动态范围大（相对于动态范围大（相对于X光片）光片）无损检测无损检测存储方便存储方便4.1 CT的基本原理的基本原理一、基本工作原理简述CT 如如何何工工作作?重建重建&后处理后处理数据数据 获取获取X-ray 发生发生基本工作原理：将X射线准直后成为一束很窄的射线束，当X射线管沿一个方向移动时，相对应的检测器也将平移，采集经人体透射的X射线，接受到的信号为投影数据。将X射线源与检测器沿圆弧围绕被测物旋转1800或3600，完成一次扫描过程。将全部投影数据送入计算机后，通过图像重建计算方法，重新构建探测平面的二维图像。构成图像每点像素的灰度值是与被测物对X射线透射衰减的衰减系数相对应，由此得到断层图像。二、基本名词二、基本名词1.体层体层2.像素像素3.体素体素CT扫描形成扫描形成-“slice(层厚层厚)”X-rays 通过准直器通过准直器 仅仅穿透物体轴向层面仅仅穿透物体轴向层面,叫叫a”slice(层厚层厚)“。把层厚分成很小的体积单位称把层厚分成很小的体积单位称“voxels(体素体素)”通常体素通常体素长和宽都为长和宽都为1mm,与体积相对应；与体积相对应；体素的大小在体素的大小在CT图像上的表现图像上的表现即为即为“pixels(像素像素)”。CT影像形成影像形成 “Voxel(体素体素)”数字矩阵以相应灰阶转换成黑白影像。数字矩阵以相应灰阶转换成黑白影像。CT影像形成-A/D/A*Analog-Digital-Analog35 3639343331 34 33 35 323180 85 9078三、扫描与投影三、扫描与投影1.X射线窄束的获取与扫描窄束窄束X线的获取线的获取 扫描时扫描时X射线只扫描一薄层，射线只扫描一薄层，X射射线高度即为成像断层的厚度。线高度即为成像断层的厚度。2.投影投影投影四、图像重建的数学基础X射线通过介质的衰减规律介质的吸收系数徐瑞X射线通过非均匀介质 N1 N2 N3 Nn 1 12 23 3n nxxxm mxI I0 0I In nI Im-1m-1I Im mx线方向上的衰减系数线方向上的衰减系数线方向上的衰减系数线方向上的衰减系数 和值和值和值和值的测量的测量的测量的测量CT图像的像素如何计算出来？图像的像素如何计算出来？2.投影函数例题：xya0RR03.图像重建（反投影）举例4.滤波反投影法4.2 X-CT的扫描方式与CT成像系统CT 扫描成像系统的基本结构一、X-CT的扫描方式一）单束平移旋转方式X线管检测器平移采样点旋转采样特点：特点：直线笔形扫描束直线笔形扫描束单一探测器单一探测器一次平移获得一次平移获得240个数个数据据每次旋转每次旋转1度度共重复共重复180次次检测一个层面检测一个层面4-5min二）窄扇形束扫描平移旋转方式X线管平移采样点X线束张角为检测器旋转采样特点：特点：直线多路笔形扫描束直线多路笔形扫描束探测器探测器3-52个个每次旋转每次旋转3-30度度检测一个层面检测一个层面20-120S三）旋转旋转方式（R/R)摄影领域检测器X线管旋转采样点检测器轨道X线管轨道扇形X线束特点：特点：扇形扫描束扇形扫描束连续或脉冲方式的连续或脉冲方式的X射线射线环形阵列探测器环形阵列探测器300-800个个每次旋转每次旋转360度度检测一个层面检测一个层面3-5S第三代第三代第三代第三代CTCT是目前临床上广泛应用的扫描方式是目前临床上广泛应用的扫描方式是目前临床上广泛应用的扫描方式是目前临床上广泛应用的扫描方式四）静止旋转扫描方式（S/R)四）静止旋转扫描方式（S/R)检测器X线管X线管轨道旋转数据采样点特点：特点：扇形扫描束扇形扫描束连续或脉冲方式的连续或脉冲方式的X射线射线环形整圈探测器环形整圈探测器探测器共探测器共600-1500个个球管每次旋转球管每次旋转360度度检测一个层面检测一个层面1-5SThird&Fourth Generations(From Picker)(From Siemens)五)螺旋扫描方式（SCT)螺旋CT（spiral CT)SimultaneousSource rotationTable translationData acquisitionSpiral/Helical Scanning螺旋锥形束螺旋锥形束CT心脏动态成像心脏动态成像六）静止静止扫描方式超高速超高速CT扫描机扫描机(电子速电子速CT)UFCT:Ultrafast CT ScannerEBIS:Electronic Beam Imaging SystemE-Beam CT ScannerSpeed:50,100 msThickness:1.5,3,6,10 mmECG trigger cardiac images(From Imatron)可用于血管造影可用于血管造影和心脏造影和心脏造影全身扫描，观察除全身扫描，观察除心脏外的脏器心脏外的脏器头颅扫描头颅扫描主要用途主要用途0.03s-0.1s1s10s2.8s10s10s2min3min扫描时间扫描时间连续扫描方式连续扫描方式平移平移/旋转方式旋转方式运动方式运动方式扇束扫描扇束扫描笔束扫描笔束扫描扫描方式扫描方式第五代第五代第四代第四代第三代第三代第二代第二代第一代第一代各代CT比较检测器数量检测器数量112-52256-1024600-1088864（分两组）（分两组）多笔窄扇束多笔窄扇束广角扇束广角扇束倒置锥形倒置锥形扫描角度扫描角度30 260 480 1200 210 450