1、第三章第三章 CTCT成像原理成像原理醫學系醫學影像教研室第一節第一節 CT成像原理成像原理一、一、X線攝影的圖像形成方式線攝影的圖像形成方式 X線攝影時投射成像，而CT是通過重建成像； 成像介質？ X線衰減過程、特點？ 形成的圖像特點？回顧X線影像的形成過程是？X線人體的人體的矢狀面矢狀面冠狀面冠狀面重疊的吸收系數值熒光熒光屏、屏、膠片膠片重疊矢狀重疊矢狀面、冠狀面、冠狀面像。面像。旋轉掃描人體的橫斷面重疊的重疊的吸收系吸收系數值數值探測數據、光電轉換、放大、A/D轉換圖像數學重建無重疊橫斷面圖像普通普通X X線檢查圖像形成過程線檢查圖像形成過程X-CT 圖 像 形 成 過 程旋轉掃描獲得多

2、方位數據，為數學重建獲得無重疊數據作準備反投影法迭代法解析法扇形束CT算法螺旋CT算法X X線線一、一、X線攝影的圖像形成方式線攝影的圖像形成方式二、二、CT圖像的形成方式圖像的形成方式 CT與模擬X線成像的最大區別是： 一是層面采集； 二是重建成像； X線成像相對于每一個像素而言接收到的射線的強度是X線經過衰減路徑上的所有物質的衰減平均值； CT是通過計算機運算獲得每一個像素的衰減值后重建出圖像；如圖二、二、CT圖像的形成方式圖像的形成方式二、二、CT圖像的形成方式圖像的形成方式三、三、CT圖像的形成過程圖像的形成過程 X射線在物體中的衰減在CT成像中同樣重要，當X射線通過人體后產生衰減，其

3、通過人體組織后的光子與源射線是一個指數關系；衰減的強度通常與物質的原子序數、密度、每克電子數和源射線的能量大小有關。uCTCT成像過程含：成像過程含：u 數據采集、圖像重建和圖像顯示數據采集、圖像重建和圖像顯示三部分。三部分。（一）數據采集（一）數據采集 CT將人體受檢部位各層面分成NN個體素（后述），采集每個體素的數據，重建該層面圖像。數據采集要從數據采集要從“X線束的衰減”說起說起deII0tneII)(021X線穿過均均勻勻物物體體X線穿過非均勻物體非均勻物體 非均質物體非均質物體可以分解為n個不同厚度的小容積元組成，公式變換可得: IItn021ln)(d du一幅圖像按縱橫方向均劃分

4、為n個小容積元，按矩陣排列，表示為NN。每個陣元稱為像素，一幅圖像由一幅圖像由N NN N個個像素構成像素構成。該容積元就是像素。u要計算圖像矩陣中N N2 2個未知數，必須建立 N N2 2個方程組成方程組。u測量一個方向的投影數據獲得一個方程，欲重建一幅圖像，需需 N N2 2個方向投影。個方向投影。u為此第一代CT采取平移平移- -旋轉旋轉方式完成180180的數據采集，目前CT采用扇形扇形X X線束線束，掃描范圍擴展到了360360。（二）（二） 圖像重建圖像重建22矩陣（4個未知數/4個方程式）33矩陣（9個未知數/9個方程式） 圖像重建的算法（解方程）圖像重建的算法（解方程） 1.

5、直接反投影法直接反投影法（總和法或線性疊加法）：把所測到的投影值按其原路徑反投影到每一個像素點上，各方向的投影值反投影完后，利用累加值計算各像素值，形成CT圖像。 該方法的圖像質量差，圖像重建時間長，已不用。反投影法反投影法反投影法反投影法反投影法反投影法 2.迭代法迭代法（逐次近似法）：先賦予各像素一假設初始值，利用此值計算射線穿過物體的可能投影值，再用可能投影值和實際投影值比較，獲得修正值，去反復修正值假設值（反復迭代），直到計算值和實測值接近止。 該法重建圖像較為真實準確，但耗時太長。 3.3.解析法解析法：目前普遍采用 包括二維傅里葉重建法、濾過反投影法和卷積反投影法。 特點：重建圖像

6、速度快，圖像精確度高、質量好。重建圖像速度快，圖像精確度高、質量好。u 濾過算法是濾過算法是解析法中最常用的一種計算函數，臨床上根據興趣區需要，設計不同權重的三種算法。u 標準算法：標準算法：用于一般圖像處理。u 軟組織算法：軟組織算法：提高密度分辨力，常用于軟組織部位。u 骨算法：骨算法：提高空間分辨力，用于密度差異大的部分。（三）、圖像顯示技術 值CT值。 1CT值值 （1）定義：）定義： （ k一般為1000） CT值單位：HU CT范圍是-1024+3071HU,共4096個值。KCT水水值組織 （2 2）CTCT值意義：值意義： 根據根據CTCT值（密度）的不同來判斷組織結構與病變值

7、（密度）的不同來判斷組織結構與病變；選擇；選擇CTCT閾值進行圖像后處理；根據閾值進行圖像后處理；根據CTCT值進行實時增強值進行實時增強監視；根據監視；根據CTCT值進行骨密度測定。值進行骨密度測定。 （3 3）CTCT值的影響因素：值的影響因素： X X線管老化、管電壓變化、電源狀況、掃描參數、線管老化、管電壓變化、電源狀況、掃描參數、溫度、毗鄰組織不同。溫度、毗鄰組織不同。組織組織CT值（值（HU）組織組織CT值（值（HU）密質骨密質骨 250肌肉肌肉3550松質骨松質骨30230肝臟肝臟4575鈣化鈣化 80脾臟脾臟3555血液血液5090腎臟腎臟2040血漿血漿2530胰腺胰腺255

8、5滲出液滲出液 15甲狀腺甲狀腺3550漏出液漏出液18腦灰質腦灰質3240腦積液腦積液38腦白質腦白質2832脂肪脂肪-100-50肺臟肺臟-950-550水水0空氣空氣-1000（4 4）部分組織）部分組織CTCT值表值表u2.2.窗口技術：窗口技術： 因常人最多識別60-80個灰階，而CT值的范圍是-1024+3071HU，共4096個灰階，若全部顯現在顯示器上，則密集壓縮，人眼無法識別。 為解決此問題，數字圖像處理采用了窗口技術。 CT影像診斷范圍內常按32個灰階設計。minmaxCTCT 窗寬2CTCTminmax窗位u窗位窗位（窗中心窗中心）是窗口中心的CT值。u窗寬是窗寬是窗口的

9、CT值范圍。u窗口技術通過調節鼠標或具有類似功能的設備實現。u選擇窗位一般等于欲觀察結構的平均欲觀察結構的平均CTCT值值，窗寬窗寬決定影像的對比度和層次對比度和層次。u對于X線衰減差異較小差異較小的組織器官應適當減小窗寬；對于差異較大差異較大的部位應使用大窗寬。u如果顯示部位的圖像密度較低，可適當調低窗位，反之則調高窗位。窗寬窗位臨床選擇原則窗寬窗位臨床選擇原則腦組織窗 骨窗 WL40，WW100 WL600， WW2500 正常顱腦正常顱腦CTCT圖像圖像肺窗 縱隔窗 WL-650，WW1600 WL40，WW400 胸部胸部CTCT掃描（縱隔淋巴結腫大）掃描（縱隔淋巴結腫大） 四、四、C

10、TCT圖像的特點圖像的特點uCT圖像是 橫斷面橫斷面 圖像。u密度分辨力高密度分辨力高，是CT的突出突出優點。uCT值可作 定量分析定量分析。uCT作多種圖像后處理。uCT圖像的 空間分辨力較低空間分辨力較低，中檔CT機為10LP/cm， 高檔CT為15LP/cm（0.33mm)或更高。第二節第二節 CT成像基本概念成像基本概念 (一)像素 又稱像元，是數字圖像的面積單元，或可被視為圖像矩陣中的一個小方格。 CT像素的尺寸大約在0.11.0mm。 (二)體素 是容積采集數字圖像的立方體積單元。容積采集中的體素常對應于像素，如將CT圖像層面的厚度視為深度，那么像素乘以深度即為體素。 (三)矩陣

11、是數字圖像中像素縱橫排列的陣列。 目前CT采用的矩陣常為512X512. (四)原始數據 是CT掃描后由探測器接收到的信號，經數模轉換后傳送給計算機，其間一轉換成數字信號經預處理后，尚未重建成橫斷面圖像的這部分數據被稱為原始數據。 （五）重建 原始數據經計算機采用特定算法處理后得到能用于診斷的一副橫斷面圖像，該處理方法或過程稱為重建或圖像的重建。(六)重組一般是利用橫斷面數據重新構建圖像的一種處理方法。如多平面圖像重組，三維圖像處理等。充足一般要求斷層層厚薄、連續、層數多，所以掃描和重建的橫斷面層厚越薄、圖像數目越多，重組后圖像質量越高，三維顯示效果越好。(七)重排是多層螺旋CT掃描圖像重建階

12、段，根據錐形束的形狀調整線束角度，是適應標準圖像重建平行線束的一個中間處理步驟。（八）卷積核又稱重建函數、重建濾波器或濾波函數，是一種算法函數。重建函數的選擇可影響圖像的分辨率及噪聲等，實際工作中，該參數可由操作人員選擇。 （九）插值 是螺旋CT圖像重建的一種預處理方法。其基本含義是采用數學方法在已知某函數兩端數值，估計一個新的、任一數值的方法。由于CT掃描采集的數據是離散的、不連續的，需要從兩個相鄰的離散值求得其間的函數值。目前，單層、多層螺旋CT都需采用該方法做圖像重建的余處理。 （十）部分容積效應 在同一個層面同一體素中，如有不同衰減系數的物質時，其所測得的CT值是這些組織衰減系數的平均

13、值。 臨床中對小病變掃描時使用薄層掃描或部分重疊掃描可避免部分容積效應的干擾。 （十一）周圍間隙現象 在同一掃描層面上，與該層面垂直的兩種相鄰且密度不同的組織，其邊緣部分所測得的CT值不能真實反映各組組織的CT值，同時由于兩種組織交界處相互重疊造成掃描射線束的衰減誤差，導致交界處邊緣模糊不清，該現象稱為周圍間隙現象。 從成像機制而言，他屬于部分容積效應的一種表現。 （十二）縱向分辨率和各向同性 過去與CT有關的質量參數主要由空間分辨率和密度分辨率表示； 空間分辨率？ 縱向分辨率？ 由于CT成像范圍的3個方向的分辨率接近或抑制，該現象又被稱為各向同性。 （十三）灌注和灌注參數 灌注是指單位時間內流經100g組織的血容量。但是CT檢查難以測得人體組織的質量，所以影像診斷中常用單位時