第四章-ct成像系统(-03-15)说课材料.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 X线计算机断层成像,2011-03-15,天津医科大学 生物医学工程学院,主讲教师 肖振国,1,4.1,X-CT,的发展历史,；,4.2,X-CT,的成像原理,；,4.3,X-CT,的扫描方式与成像系统,；,4.4 投影重建图像原理-中心切片定理,；,4.5,X-CT,图像的后处理技术,4.6 螺旋,X-CT,技术及其发展,教学内容,2,传统的,X,射线装置的缺点,影像重叠：不同深度方向上的信息叠加在一,起，形成多器官组织重叠的平片图像。,密度分辨率低，对软组织分辨能力低。,传统X胶片存档困难，难于实现远程医疗。,3,4,为了克服在投影X线成像中出现的,影像重叠,问题，出现了对接收到的投影数据进行计算，利用计算机由,投影重建图像,的数学原理出发，实现了计算机断层成像，即,X射线计算机断层成像,（X-ray computed tomography，X-CT）。,5,6,7,4.1,X-CT的发展历史,X-Rays,的发现.,116,年前,德国科学家,Wilhelm Conrad Roentgen,发现了,X-Rays(1895),.,1901年获首届诺贝尔物理学奖,8,X-CT的发展历史,1917年奥地利数学家雷当（Radon）：提出了投影重建图像的理论。,1963年美国物理学家柯马克（Cormack）：不仅证明了在医学领域中X射线投影重建图像的可能性，而且提出了实验的方法，并完成了仿真与实验研究。,1967年至1970年间英国EMI公司的工程师豪斯菲尔德（Hounsfield）研制成功世界上第一台用于医学临床的X线CT扫描机，于1971年9月被安装在伦敦的Atkinson-Morleys医院。,1972年利用这台X线CT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CT照片。,1998年11月在北美放射学会年会（RSNA，98）上有四家公司同时展出了多层CT机（multislice CT，MSCT）,.,9,Hounsfield和Cormack因X-CT荣获1979年诺贝尔医学和生理学奖,G.N.Hounsfield,A.M.Cormack,Central Research,Laboratories,EMI London,Tufts University Medford,MA,USA,10,CT,会是什么样?,11,第一台Siemens CT 扫描仪.,图像获取时间 7 分钟,图像矩阵80 x80 像素,空间分辨率 13 mm(4LP/cm)。,SIRETOM (in 1974),12,CT(Computed Tomography),计算机断层摄影设备,X-CT机实物照片,13,双排螺旋CT,超高速64排螺旋CT,14,X-CT机基本组成部分,检查床,操作控制台,机箱,扫描部分,15,16,CT扫描部分,X光球管,高压发生器,探测器,数据采集系统,17,CT Scanner,18,CT Scanner,19,CT Scanner,20,CT Scanner,21,CT Scanner,22,CT Scanner,23,CT Scanner,24,CT Scanner,25,CT Scanner,26,CT Scanner,27,CT Scanner,28,CT Scanner,29,CT,图像,30,4.2 X-CT成像原理,CT,如何工作,?,重建&后处理,数据 获取,X-ray 发生,31,成像原理,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，接收到的信号为,投影,数据。将X射线源与检测器沿圆弧围绕被测物旋转180或360度，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,。,32,33,X-CT,成像装置主要由,X线管、准直器、检测器、扫描机构，测量电路、电子计算机、监视器,等部分所组成的。,X-CT,成像流程是：X线-准直器-检测器-转变电信号-放大电信号-转变为数字信号-计算机系统-存入计算机的存贮器-编码-显示图像。,34,基本术语,体层,体素,像素,35,CT扫描形成-“slice(层厚)”,X-rays 通过准直器 仅仅穿透物体轴向层面,称,a”,slice(层厚),“。,36,把层厚分成很小的体积单位称“,voxels(,体素,),”通常体素长和宽为1mm,与体积相对应；,体素的大小在CT图像上的表现即为“,pixels(,像素,),”。,37,数字矩阵以相应灰阶转换成黑白影像。,CT图像形成 A/D/A,*,Analog-Digital-Analog,35,36,39,34,33,31,34,33,35,32,31,80,85,90,78,38,扫描与投影,1.X射线窄束的获取与扫描,39扫描时X射线只扫描一薄层，X射,线高度即为成像断层的厚度。,40,投影,41,42,投影,43,投影函数,44,CT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,45,X射线通过非均匀介质,46,N,1,N,2,N,3,N,n,1,2,3,n,x,x,x,m,x,I,0,I,n,I,m-1,I,m,x,X-CT图像的像素如何计算出来？,47,滤波反投影法（重建算法）,48,49,50,4.3 X-CT的扫描方式与成像系统,51,高压发生器,X线球管,人体模型,探测器群,操作控制台,多幅激光照相机,电子计算机,模数转换器,内外存储器,CRT显示器,基本结构框图,CT,扫描成像系统的基本结构,52,53,54,但耗时太长(10 分/幅)。,且分辨率尚需提高。,所以我们能看到,断层解剖结构&,且带有不同密度,人体被“切成”一层、一层.,55,CT,影像质量的进步.,SIRETOM,(1974),SOMATOM Plus 4 UFC,(1996),56,57,58,3D Face,(threshold:-400 HU),3D Head,(threshold:150 HU),3D,图像的合成,59,X-CT的扫描方式,60,1、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：,直线笔形扫描束,单一探测器,一次平移获得240个数据,每次旋转1度,共重复180次,检测一个层面4-5min,61,2、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：,直线多路笔形扫描束,探测器3-52个,每次旋转3-30度,检测一个层面20-120S,62,3、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,63,特点：,扇形扫描束,连续或脉冲方式的X射线,环形阵列探测器300-800个,每次旋转360度,检测一个层面3-5S,第三代CT是目前临床上广泛应用的扫描方式,64,4、静止旋转扫描方式（S/R),65,4、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,66,特点：,扇形扫描束,连续或脉冲方式的X射线,环形整圈探测器,探测器共600-1500个,球管每次旋转360度,检测一个层面1-5S,67,Third&Fourth Generations,(From Picker),(From Siemens),68,5、螺旋扫描方式（Spiral CT,SCT）,69,Spiral/Helical Scanning,70,螺旋锥形束,CT,71,心脏动态成像,72,73,74,75,6、静止静止扫描方式,超高速CT扫描机(电子速CT),UFCT:Ultrafast CT Scanner,EBIS:Electronic Beam Imaging System,76,77,E-Beam CT Scanner,速度:50,100 ms,扫描厚度:1.5,3,6,10 mm,心脏造影成像,(From Imatron),78,可用于血管造影和心脏造影,全身扫描，观察除心脏外的脏器,头颅扫描,主要用途,0.03s-0.1s,1s10s,2.8s10s,10s2min,3min,扫描时间,连续扫描方式,平移/旋转方式,运动方式,扇束扫描,笔束扫描,扫描方式,第五代,第四代,第三代,第二代,第一代,各代CT比较,检测器数量,1,12-52,256-1024,600-1088,864,（分两组）,多笔窄扇束,广角扇束,倒置锥形,扫描角度,3,0,26,0,48,0,120,0,21,0,45,0,79,X-CT的,特,点,断层成像,密度分辨率高，对软组织分辨能力高。,（相对于常规X射线摄像）,投影剂量小（相对于X射线摄像）,动态范围大（相对于X光片）,存储方便,80,