1、第三节第三节 计算机计算机X线体层成像线体层成像 COMPUTED TOMOGRAPHY 仲海仲海 CT的定义：计算机控制的X线体层扫描 C：COMPUTED 计算机控制计算机控制 T：TOMOGRAPHY X X线体层扫描线体层扫描 CT的开展史：1971年 Hounsfield 第一台CT 1975年 全身CT问世 1985年 滑环slip ring)问世，单向连 续扫描实现。1989年 螺旋扫描CT问世。1992年 双层螺旋推出，多层螺旋的先驱。1998年 四家公司同时推出多4层螺旋 2001年 8、10、12、16层螺旋 2003年 32层、40层螺旋CT 2004年 64层螺旋CT投
2、入临床应用 一、根本概念一、根本概念 体素体素voxel和象素和象素(pixel)CT图像是具有一定厚度的人体体层图图像是具有一定厚度的人体体层图像，将此体层分成假设干个体积相同像，将此体层分成假设干个体积相同的、按矩阵排列的立方体，这些立方的、按矩阵排列的立方体，这些立方体称为体素三维，二维上称为象体称为体素三维，二维上称为象素。象素是体素在图像上的表现，象素。象素是体素在图像上的表现，象素越小，分辨图像的细节越好，即图素越小，分辨图像的细节越好，即图像的分辨率越高。像的分辨率越高。矩阵矩阵matrix：横成行，纵成列的：横成行，纵成列的数字阵列数字阵列 根本概念根本概念 空间分辨率/力(s
3、patial resolution)高比照度分辨率 定义：图像对物体空间大小的分辨能力 表示方法：lp/cm 每厘米内线对数或可分辨最小物体的直径mm)象素越小、层厚越薄，空间分辨力越高 根本概念根本概念 密度分辨率/力density resolution比照分辨率 定义：图像对组织密度差异的分辨能力 表示方法：例如，0.35%,5mm,0.35Gy 表示 物体直径5 mm、病人接收剂量 为0.35Gy时，密度分辨率为0.35%.象素越大、层厚越厚,密度分辨力越高 根本概念根本概念 C T 值 定义：用于测量CT图像中密度值的统一计量单位。单位：亨氏单位Hounsfield unit,Hu)常
4、用正常值：水 0 Hu 骨皮质 1000 Hu 空气 -1000 Hu C T 值 C T 值 CTCT值的应用值的应用 1.1.人体组织人体组织CTCT值的界限分为值的界限分为20002000个分度，个分度，10001000 10001000 2.2.绝对值可以确认某些组织的存在，如：出血、钙化、绝对值可以确认某些组织的存在，如：出血、钙化、脂肪、液体、脂肪、液体、3.3.相对值的计算可以帮助确认病变性质。相对值的计算可以帮助确认病变性质。根本概念根本概念 局部容积效应partial volume phenomenon 同一层面中,垂直厚度内如果有两种以上不同密度组织相互重叠时,所获得的密度
5、不能如实反映其中的任何一种组织，所测CT值是它们的平均值。层厚越薄，局部容积效应越小，扫层厚越薄，局部容积效应越小，扫描层厚以被扫描物体直径的一半可描层厚以被扫描物体直径的一半可最大限度的防止局部容积效应的影最大限度的防止局部容积效应的影响。响。CT图像质量评价 CT图像质量评价 S=6.5mm S=3.2mm S=6.5mm 错构瘤 根本概念根本概念 伪影artifact 被扫描物体中并不存在而图像中却显示出来的各种不同类型的影像 呼吸、心跳、躁动可形成伪影 体内高密度结构和异物可形成伪影 机器故障可形成伪影 根本概念根本概念 窗口技术 定义：利用数字图像特点，改变亮度与CT值的关系，显示不
6、同组织变化的技术。窗口技术 窗窗 宽宽 window width 最亮灰阶所代表最亮灰阶所代表的的CTCT值与值与 最暗灰阶所代表最暗灰阶所代表CTCT值的值的跨度跨度。窗口技术 窗口技术 同一图像，不同窗宽 窗 宽 窗宽越宽，可观察组织窗宽越宽，可观察组织CTCT值的变化范围值的变化范围越大，但灰阶差值亦大，适合观察越大，但灰阶差值亦大，适合观察CTCT值值变化范围较大的组织。如骨、肺等。变化范围较大的组织。如骨、肺等。窗宽越窄，灰阶差值越小，适合观察窗宽越窄，灰阶差值越小，适合观察CTCT值变化范围较小的组织，如颅脑、眼眶值变化范围较小的组织，如颅脑、眼眶等。等。但超出上下限值的组织无法分
7、辨。但超出上下限值的组织无法分辨。窗口技术 窗 位 Window level(central)又称窗平，为窗宽的中心值。一般将所观察组织的CT值定为窗位,这样既能显示比该组织密度高的病变，也能观察比该组织密度低的病变。脑CT值：35Hu C 35 W 100 CT值范围1585Hu 窗口技术 窗口技术 窗口技术 增加窗宽，图像层次增多，组织比照减少，细节显示差 提高窗位，显示的图像变黑，降低窗位，图像变白 二、CT成像根本原理 1 1、数字成像、数字成像 2 2、CTCT成像与成像与X X线体层的不同线体层的不同 3 3、CTCT成像过程成像过程 1.数字图像 a.将图像分割成假设干象素 b.
8、通过扫描或曝光测定每一象素的数字值 c.形成数字矩阵 d.重建成灰阶图像 2、CT扫描与常规X线断层摄影 的不同 a.Xa.X线束：线束：CT为有一定厚度的扇型束，厚度由准直器决定。准直器准直器 探测器探测器 扇形扇形X X线束线束 b.接收介质：CT为探测器，接收X线后转换成电能并量化。c.扫描方式：常规断层为胶片与常规断层为胶片与X管球反向运动。管球反向运动。CT为管球绕被扫描物体旋转运动。为管球绕被扫描物体旋转运动。d.曝光形式：曝光形式：常规断层为连续曝光，CT为脉冲发射X线。e.成像方式：成像方式：常规断层为模拟成像，常规断层为模拟成像，CTCT为数字成像。为数字成像。3、CT成像过
9、程 X 线束对准扫描层面，管球绕被扫描物体一周360，探测器将数据转输到计算机，计算出数字距阵，数模转换成为断层图像 三、CT设备 A.X线发生局部 高压发生器 X线球管 准直器 高压发生器 扫描架内的X线球管 准直器 CT装置 B.X线检测局部 探测器 模数转换器A/D CT装置 C.机械运动局部 扫描架 滑环系统 扫描床 扫描架外观 扫描架内部 滑环为固定局部 电碳刷为旋转局部 CT装置 4.4.计算机局部计算机局部 5.5.图像存储及显示系统图像存储及显示系统 6.6.操作控制局部操作控制局部 7.7.照相机照相机 操操 作作 台台 四、CT的分代 第一代第一代 第二代第二代 第三代第三
10、代 第四代第四代 第五代第五代 CT装置 第一代：平移旋转式；线形束第一代：平移旋转式；线形束 CTCT的初级阶段，笔形的初级阶段，笔形X X线线束，对侧仅有一个探测束，对侧仅有一个探测器，以人体为中心作同器，以人体为中心作同步平行移动，转换步平行移动，转换0 0扫扫描角度，作第二次扫描，描角度，作第二次扫描，完成一个层面采集需旋完成一个层面采集需旋转转1801800 0。扫描孔径小，仅。扫描孔径小，仅可做头颅扫描。可做头颅扫描。第二代：平移旋转式；扇形束第二代：平移旋转式；扇形束 扫描方法与一代相扫描方法与一代相同，但同，但X X线束改为扇线束改为扇形，覆盖范围增大，形，覆盖范围增大，探测器
11、增至数十个，探测器增至数十个，旋转角由旋转角由0 0提高到提高到扇面夹角度数，扫扇面夹角度数，扫描时间缩短至数十描时间缩短至数十秒，用于颅脑。秒，用于颅脑。第三代：旋转旋转式；扇形束第三代：旋转旋转式；扇形束 旋转移动，旋转移动，X X线为宽线为宽扇形，包括整个扫扇形，包括整个扫描视野，探测器数描视野，探测器数百或上千个排列成百或上千个排列成孤形，与管球相对孤形，与管球相对固定于扫描架上，固定于扫描架上，扫描与旋转同步进扫描与旋转同步进行，扫描速度提高行，扫描速度提高至至5 5秒内，可用于全秒内，可用于全身检查。身检查。第四代：旋转固定式第四代：旋转固定式 扇形束旋转扫描，扇形束旋转扫描，但探
12、测器圆周排列，但探测器圆周排列，固定于扫描架上不固定于扫描架上不运动，管球旋转运运动，管球旋转运动，扫描速度缩短动，扫描速度缩短至至25秒秒。第五代：电子束第五代：电子束CTCT 3、常规CT与螺旋CT A、常规CT 球管为往返式扫描顺时针3600，逆时针3600 扫描时球管旋转，病人静止不动 数据采集为二维采样 难以进行高质量图像后处理 常规扫描模式常规扫描模式 常规扫描模式常规扫描模式 B、螺旋CT X线管球向一个方向连续旋转并曝光，被扫描物体同时匀速向前或后运动。扫描轨迹成螺旋状，故称螺旋扫描。三维采集数据，又称容积扫描。X线管球向一个方向连续旋转并曝光，被扫描物体同时匀速向前或后运动。
13、扫描轨迹成螺旋状，故称螺旋扫描。三维采集数据，又称容积扫描。螺旋CT 多层螺旋多层螺旋 多层螺旋CT 扫描速度快 提高病灶检出率和任意方位的重建 多功能后处理三维图像、血管造影 五、CT检查技术 普通CT扫描 平扫、增强强化、造影 高分辨力扫描 CT新技术 普通扫描 1、平扫：无静脉应用比照剂或造影的扫描 2、增强扫描 动态增强扫描 对对 比比 剂剂 3、造影扫描 对对 比比 剂剂 薄层厚(0.5-1.5毫米)、大矩阵(512512至10241024)骨密度算法 较常规扫描空间分辨力明显提高且边缘勾画更锐利的扫描程序。高分辨力扫描(high resolution scanning,HRCT):
14、主要用于观察骨的细微结构,如显示颞骨岩部内半规管、耳蜗、听小骨等结构;观察肺内微细结构及微小病灶结构,如早期间质改变或各种小气道病变。HRCT HRCT 图像后处理 图像后处理在疾病诊断中占有越来越重要图像后处理在疾病诊断中占有越来越重要 的位置的位置 1.多方位重组多方位重组 2.外表阴影显示外表阴影显示 3.最大小密度投影最大小密度投影 4.仿真内窥镜仿真内窥镜 5.容积演示容积演示 1.1.多方位重组多方位重组 Multi planner reformation,MPR 利用螺旋扫描三维采样的优势，进利用螺旋扫描三维采样的优势，进行无法直接扫描的冠、矢、斜和曲行无法直接扫描的冠、矢、斜和
15、曲面重组。面重组。图像后处理 主动脉主动脉夹层夹层 P=2.0 胸及躯干胸及躯干 MPRMPR 图像后处理 CPR 2.外表阴影显示 Surface shaded display,SSD 三维重建技术，首先确定兴趣区CT阈值的切割参数，然后将CT阈值以上的连续性象素构筑为三维结构模型，再以一假想光源投照于三维模型外表，以灰阶或伪彩色方式显示三维结构模型的外表影像。图像后处理 肺肿块与周围结构的三维关系 3.最大(小强度投影 Maximum(Minimum)intensity projection 在三维重建过程中，从设定视角发出假定投影线，使投影线穿性轨迹中兴趣结构密度以上的象素进行编码，形成
16、二维投影像，主要用于CT血管成像CTA。侧枝循环 MIP 图像后处理 最大密度投影MIP 4.仿真内窥镜 Virtual endoscopy,VE 三维重建技术，以三维的形式，模拟内三维重建技术，以三维的形式，模拟内窥镜的视角以灰阶或伪彩色显示腔的内窥镜的视角以灰阶或伪彩色显示腔的内壁，类似真实内窥镜的观察，可从任意壁，类似真实内窥镜的观察，可从任意方向观察管腔内部。可用来显示气管、方向观察管腔内部。可用来显示气管、血管、胃肠道、喉、咽、窦腔等结构。血管、胃肠道、喉、咽、窦腔等结构。结肠仿真内窥镜 图像后处理 5.容积演示 Volume rendering,VR 三维重建技术，首先确定扫描容积内的象素密度直方图，以直方图的不同峰值代表不同组织，然后计算每个象素中的不同组织百分比，继而换算成不同的灰阶，以不同的灰阶或色彩及不同的透明度三维显示扫描容积内的各种结构。图像后处理 图像后处理 结肠憩室容积演示 COLON C.A.COLON C.A.(2)右侧会厌谷占位 右侧会厌谷占位 右侧会厌谷占位 CT血管造影 静脉内注射比照剂后，在循环血中及靶血管内比照剂静脉内注射比照剂后，在循环血中及
