南华大学核科学技术学院医学影像物理学x射线计算机断层成像.pptxVIP

医学影像物理学第三章 X射线计算机断层成像（X－CT）南华大学 ? 核科学技术学院第三章 X射线计算机断层成像(X-CT)第一节 X－CT的基础知识 X-CT的概念X-CT （X-ray computed tomography, X-CT）是运用扫描并采集投影的物理技术，以测定X射线在人体内的衰减系数为基础，采用一定算法，经计算机运算处理，求解出人体组织的衰减系数值在某剖面上的二维分布矩阵后，再转为图像上的灰度分布，从而实现建立断层解剖图像的现代医学成像技术。 普通X射线摄影和X-CT断层摄影示意历史的回顾：CT的发展1895年 伦琴发现X线,为CT诞生打下基础。 1917年 奥地利数学家J.H.Radon提出图像重建理论的数学方法。 1963年 A.M.Cormack描述了计算人体吸收分布特性的技术方法。 1972年 G.N.Housfield 和J.Ambrose进行了第一次临床CT检查。 1974年 共安装60台临床CT(头颅CT)。 历史的回顾：CT的发展（续） 1975年 第一台全身CT投入临床使用。 1979年 Hounsfield 和Cormack荣获诺贝尔医学奖。 1989年 W.A.Kalender和P.Vock进行了第一次螺旋 CT的临床检查。 1998年 多层探测器系统得到应用。 2000年 共安装大约30000台临床CT(全身CT)。 一、断层与解剖断面断层 是指在受检体内接受检查并欲建立图像的薄层，又称之为体层。断层有一定的厚度，它的两个表面可视为是平行的平面。X-CT图像是对断层成像。解剖断面 是指生物体上的某一剖面，此剖面是一个平面。从形态结构去看解剖断面和断层，则解剖断面的剖面结构就是解剖断面的形态，而断层具有一定的厚度。二、体素与像素体素 是指在受检体内欲成像的断层表面上，按一定大小和一定坐标人为地划分的很小的体积元。对划分好的体素要进行空间位置编码（或说坐标排序），这就形成了具有坐标排序的体素阵列。 重建CT像的任务就是要求出每个体素的衰减系数值，从而获取衰减系数值在欲成像断层上的分布矩阵。像素 是指在图像平面上划分的很小的单元，它是构成一幅图像的最小点，是构成图像的基本单元。同样大的图像，像素划分得越多，像素就越小，图像画面就应越细腻，携带的生物信息量就应越大。像素与体素在坐标上要一一对应。三、扫描与投影扫描与投影 所谓扫描，是用X射线束以不同的方式、按一定的顺序、沿不同的方向对划分好体素编号的受检体断层进行投照，并用高灵敏度的检测器接收透射体素阵后的出射X线束强度。我们把投照受检体后出射X线束的强度I称为投影，投影的数值称为投影值，投影值的分布，称为投影函数。扫描的方式有平移扫描，旋转扫描，平移加旋转扫描等。扫描方式的选择着眼于加快建立图像的速度，同时，扫描方式的采用也受算法的制约。 窄束X射线的获取 使X线束成为窄束的办法是配准直器。X射线通过准直器孔后被准直成扁形的窄束状线束，束宽决定于准直器孔径的宽度，一般为1~2nm，束高决定于准直孔径的高度，一般为3~15mm。由于配置了准直器，使散射线对成像的干扰大大减少。四、CT图像重建的数理基础CT图像重建的原理源于X射线通过介质时衰减的物理规律。根据扫描所获的投影值来求解成像剖面（实为断层）上衰减系数的分布，是选择数学方法的基本思想。理想单能窄束X射线透射各向同性均匀连续介质时，强度衰减的物理规律符合朗伯（Lambert）定律 两边同取对数并整理可得1. X射线束通过非均匀介质 2. 图像重建的反投影法 目前，CT机普遍采用的算法是滤波反投影法。反投影法又称总和法，沿扫描路径的反方向，把所得投影的数值反投回各体素中去，并用计算机进行运算，求出各体素值而实现图像的重建。585338④③②727992①①201332232613④②③减底数17并除以3261638211423下面用四体素（设）矩阵的重建对反投影法作定性说明。 反投影重建的缺点是会出现图像的边缘失锐（即一种伪像）现象。下图定性地说明了边缘失锐的现象和产生此现象的原因。五、CT值与灰度显示1. CT值CT像的本质是衰减系数分布。但并不具有很强的描述性，因此按相对于水的衰减计算出来的衰减系数的相对值被称为CT值。国际对CT值的定义为：CT影像中每个像素所对应的物质对X射线线性平均衰减量大小的表示。实际中，均以水的衰减系数作为基准，若某种物质的平均衰减系数为，则其对应的CT值由下式给出：CT值的标尺按空气的CT值=－10000HU和水的CT值=0HU作为两个固定值标定，故实用的CT定义式应表示为2. 灰度显示在图像画面上，是以灰度分布的形式显示示CT影像。通过计算机，对获取的投影数值进行一定的算法处理，可求解出各个体素的衰减系数值，从而获取衰减系数值的二维分布（即衰减