第四章CT成像系统D教材

4.6X射线衰减系数的重建及X-CT的后处理技术重建图像是人体断面X射线衰减系数的分布函数X射线投射强度（投影值）并没有与衰减系数的线积分成正比，而是衰减系数线积分的指数函数。),(yxdzze)(0IIdzz)()IIln(0dzze)(0IIX射线管放出的射线包含各种不同能量成分，表现为一个能量谱的分布。所测得投射强度应为：deSdzz),()(I射线“硬化”现象：低能量的射线成分首先被吸收；高能量的射线成分较易穿过人体。X射线在传播过程中平均能量变高，射线束逐渐变硬。硬射线能量高，穿透力强，物体表现出低衰减性能。校正射线硬化效应的措施：（1）提高管电压，增加滤过板厚度，滤除低能量射线。（2）通过算法补偿校正。为了鉴别组织线性衰减系数的微小差别，并使组织特性定量化，定义CT值：其中µt、µwater分别为组织及水的线性衰减系数，单位为Hounsfield，简称Hu。由上式显见，水的CT值为0。实验得知：µ骨≈2µwater，µ空气≈0。因此，骨的CT值为1000，空气的CT值为0。CT值（Hu单位）01000-1000空气脂肪水软组织致密骨骼twaternumberwaterμμCT0μ100窗口技术人体组织的CT值范围是2000个单位。CT图像实际上是用2000个灰度值表示、层次非常丰富，而人眼一般仅能分辨出30-40个灰度等级。若将2000个灰度等级划分为40个灰阶，则每个灰阶所能分辨的CT值为2000／40=50HU，也就是说，当相邻的两种组织的CT值相差50HU时，人眼才能将两者区分出来。为了显示组织结构的细节和反映准确的密度差值，就必须使用窗口技术。•窗口技术(windowtechnology)：CT设备放大某段范围内灰度的技术。即把被观测组织的CT值范围（灰度范围）定为放大的灰度范围，放大灰度范围的上限增强为全白，下限压缩为全黑，这样放大或增强了局部灰度范围内不同灰度之间黑白对比的程度。窗宽（windowwidth）是指显示图像所包含的CT值范围，在此范围内的组织结构按密度的高低从白到黑分为灰度等级进行观察分析。窗位（windowlevel）是指观察某一组织结构细节时，以该组织的CT值为中心进行观察。如脑组织的CT值大约为35HU，则窗位选择为35HU，窗宽常用100HU。•窗口：被放大或增强的灰度范围。•窗宽(windowwidth，WW)：放大的灰度范围上下限之差。•窗宽＝CTmax－CTmin•窗位(windowlevel，WL)：放大的灰度范围的平均值(灰度中心值，即显示器所显示的中心CT值)。窗位＝2minmaxCTCT•例：观察脑部的血液(CT值为12H)及凝血(CT值为56～76H)时，把上限灰度CTmax定为80H，下限灰度CTmin定为0H，•窗宽＝CTmax－CTmin=80HU－0HU＝80HU•窗位=HUCTCT4020802minmax•如：某被测人体组织的CT值范围为320HU或160HU，若采用16级显示灰阶时，CT值范围内每一显示灰阶代表的CT值跨度为20HU和10HU。•窄WW的CT值的分级细（10HU），显示的CT值范围小，对组织在密度差异间显示的黑白对比度大，有利于对低密度组织或结构(脑组织)的显示；•宽WW的每级灰阶代表的CT值跨度大，对组织在密度差异间显示的黑白对比度小，适用于密度差别大的组织或结构（肺、骨质等）的显示。肺窗：－700、1200纵隔窗：＋30、300骨窗：+300、1000脑窗：+35、100窗口必须根据相关显象组织来设置NarrowWindowWidth窄窗宽BroadWindowWidth宽窗宽窄窗宽:适用于软组织部位,如脑和腹部。但窗宽以外的结构就不能正确的被反映出来。宽窗宽:适用于对比度较大的部位，如肺和骨骼。密度差别较小的组织不易显示。Hounsfieldunit+1000-10000Window1窗位GrayscaledisplayWhiteBlackCTWindowingWindow2双窗技术把两种CT值相差较大的组织在同一窗口中显示,例如肺和纵隔(软组织)。双窗技术*一幅图像上同时观测肺和纵隔。LungWindow肺窗MediastinumWindow纵隔窗DoubleWindow双窗Image2:仅观察肺Image1:同时观察肺、胸腔和纵隔。Image3:仅观察纵隔和胸腔常规CT真好!但仍然存在很多问题...4.7螺旋X-CT常规CT...常规扫描方式的缺点：1、需要较长的扫描时间2、成像中会产生遗漏人体某些组织的情况3、不能准确地重建三维图像和多方位图像4、使用造影剂扫描时，在造影剂的有效时间里，只扫描了有限的几个层面。不能准确地重建三维图像和多方位图像。层厚定位选择所引起的问题...对不起,因为不在层厚里面所以引起病变的遗漏...一只老鼠...螺旋锥形束CT•螺旋CT（spiralCT，SCT）扫描方式产生于1989年，是在滑环扫描技术基础上发展，属于R-R扫描方式的发展。•SCT机使用散热性能好的大容量X线管和高效率的探测器。X线束仍为大扇形束，与传统的扫描方式不同。•滑环技术：常规CT机X线管供电及信号的传递由电缆完成，近年来以铜制的滑环和导电的碳刷电缆，通过碳刷和滑环的接触导电使机架作单向的连续旋转。螺旋CT工作原理螺旋扫描是指在扫描期间，X线管连续旋转并产生X线束，同时扫描床在纵轴方向连续移动，这样，扫描区域X线束进行的轨迹相对被检查者而言呈螺旋运动，扫描轨迹为螺旋形曲线，这样可以一次收集到扫描范围内全部容积的数据，所以也称为螺旋容积扫描。螺旋CT扫描装置包括探测器、X线管滑环、机架与检查床、控制台与计算机。其中滑环技术是螺旋扫描的基础，螺旋扫描是通过滑环技术与扫描床的连续移动相结合而实现的。单层螺旋CT扫描•是X线管由往复旋转运动改为向一个方向连续旋转扫描，受检体（检查床）同时向一个方向移动，X线连续曝光并采集数据。X线管相对于受检体的运动为划过一柱面螺旋线形轨迹。•没有扫描间隔的暂停时间（死时间），可进行连续扫描，解决了传统扫描时的层隔问题。单层螺旋CT的探测器数目和材料同第3代CT；单层螺旋CT扫描单层旋转一周一幅图像多层旋转一周多幅图像2D层厚3D容积常规vs.螺旋CT...在扫描过程中，X线管连续地围绕受检者旋转，与此同时承托着受检者的病床匀速的向机架的扫描孔内推进(或匀速地离开扫描孔)，这样X射线束在受检者身上勾画出一条螺旋线轨迹，因此称之为螺旋CT。螺旋线限定了人体组织的一段容积，所以这一技术也叫作容积扫描。非螺旋CT与螺旋CT扫描方式的比较螺旋CT扫描采用的滑环技术，去除了X线球管与机架之间的电缆连接的束缚，使得球管、探测器系统可以单向连续旋转，每旋转360°的扫描时间可以缩短到1秒或亚秒，明显提高了扫描速度和检查效率。更主要的是在连续扫描的同时，检查床也单向匀速移动，使得整个扫描的轨迹类似螺旋管，它所采集的数据是某一检查器官或部位连续的扫描数据，即容积数据，因此也称这种扫描方式为容积扫描。Continuouslyrotatingtube/detectorsystem-球管/探测器连续旋转。Continuousradiation-连续投照。Continuousdataacquisition-连续数据获取。Continuoustablefeed-连续进床。螺旋CT=容积扫描何谓4“C”?要实现螺旋扫描，完成连续的容积式数据采集，必须满足下列要求：1.依靠滑环技术使X线管能连续地沿着一个方向转动；2.病床能做同步匀速直线运动；3.使用大功率、高热容量和散热率的X线管；4.具有螺旋加权算法软件；5.选用计算速度快、存储容量大的计算机系统。实现螺旋CT扫描的技术要求…滑环技术滑环技术是螺旋扫描的基础，它的发明问世标志着CT成像技术进入一个快速发展的新时代。滑环技术的重大贡献是解决了CT机架旋转部分与静止部分的馈电和信号传递方式问题，可以实现X线球管连续旋转和曝光。它是用一个滑环和一个碳刷代替了电缆，当碳刷沿着滑环滑动时，则经滑环与碳刷向X线球管供电。由于摆脱了各种电缆的缠绕限制，而且X线发生器和探测器均安装在一个滑环上，因此滑环可单方向连续旋转。低压滑环技术示意图高压滑环技术示意图螺旋CT用于临床造影剂应用。螺旋CT适用于身体所有部位检查。对于小儿和外伤病人,能快速完成扫描。适用于大范围的解剖结构检查。如果你打算进行3D后处理(e.g.CTA)可常用螺旋!什么时候使用螺旋CT?螺旋CT影像设备的优点：优点：①螺旋CT连续扫描的能力，使得整个器官或一个部位可以在一次屏气中完成扫描，从而避免漏扫或重扫。②由于没有层与层面之间的停顿，使得一次扫描检查的时间明显缩短，有益于危重病人和不配合病人的检查。③对于肺脏、肝脏等受呼吸影响的脏器，由于在屏气情况下一次完成扫描，可以避免小病灶的遗漏。④病人运动形成的伪影，由于扫描速度的提高而得以减少或避免。⑤可进行任意回顾性重建，没有层面间隔大小和重建次数的限制。⑥单位时间内扫描速度的提高，使CT增强扫描时对比剂的利用率提高和增强效果改善。⑦由于螺旋CT扫描得到的是容积扫描数据，因此使得多平面和三维重建图像的质量有了明显改善。螺旋CT影像设备的不足①由于扫描时检查床的运动产生一定的伪影，在Z轴上的空间分辨率有所降低。②螺旋CT扫描图像的噪声较传统CT有所增高（内插法的一个缺陷就是使噪声增加）。③螺旋CT图像处理的时间较长，并需要计算机大容量的存储能力和运算能力。④螺旋CT仍受到最大扫描容积的限制。采集的是数据是人体的一个层面采集的是数据是人体的一个区段(容积扫描)区别多层螺旋X-CT介绍多层螺旋扫描技术中，使用多排探测器阵列（其排数可以从几排到几十排）扫描轨迹是多根螺旋线。X线管旋转一周可以同时获得四层数据，而且可以选择较薄的层厚，使获得的三维数据有更高的精度。•1998年推出多层螺旋CT（MSCT）提高了螺旋CT的性能。•MSCT和SCT扫描方式相同，X线管和检测器围绕人体做360º旋转，受检体向一个方向移动。不同的是MSCT的检测器为多排，目前的排数从几排到几十排；而单层SCT的检测器只有一排。•传统CT机是X线管和检测器围绕人体旋转一圈获得一幅断面图像，MSCT机旋转一圈则可以同时获得2～n幅图像。•MSCT的线束宽度在Z轴方向从1cm左右增加到几厘米，今后将会更宽，属于锥形线束CT（conebeamCT）的范畴。X-RaycollimationX-rayTubeZaxis单层螺旋CT2.5mm2.5mm2.5mm2.5mmX-RaycollimationX-rayTubeZaxis层螺旋CT4探测器阵列宽度24mm28.8mm16层CT与64层CT的区别更高的空间分辨率是在高对比度情况下，区分相邻最小物体的能力，是测试图像质量（清晰度）的量化指标。16层CT与64层CT的区别多层螺旋CT扫描特点：（1）降低X射线球管损耗（2）扫描覆盖范围更长（3）扫描时间更短（4）扫描层厚更薄AB螺旋CT由于扫描的方式不同，产生了两个新的成像参数：即螺距和重建间隔。1、螺距（Pitch）为球管旋转一周进床距离与准直宽度之比，即床速和层厚的比值。螺距（P）=d/W意义：增加螺距使探测器接收的射线量减少，并使图像的质量下降。2、重建间隔多排螺旋CT的成像特点：MSCT与单层螺旋CT主要的区别是探测器的结构不同。单层螺旋CT的层厚由准直器决定，而多层螺旋CT的层厚由探测器的宽度及其组合而决定。在非螺旋CT扫描中，X射线束完全是一个垂直的平面，图像的重建过程可以直接采用投影的数据，不需要做任何的修正；多层螺旋CT（尤其是4排以上者）由于探测器排数的增宽，使得X射线呈锥形束，在扫描过程中，X线球管在X、Y平面上运行，而病人是在Z轴方向上移动，两者的同时运动所采集到的数据实际上是一个螺旋状的扫描数据段，对于横断面图像重建来说，不能直接采用某一个断面的投影数据，必须先采集重建层面邻近数据的内插，然后才能按照非螺旋CT扫描图像重建