第三章 X射线计算机断层成像(X-CT)2008
X 射线计算机断层扫描成像(55页)
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14、抱最大的希望，作最大的努力。2021年5月16日 星期日 2021/5/162021/5/162021/5/16
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15、一个人炫耀什么，说明他内心缺 少什么 。。2021年5月 2021/5/162021/5/162021/5/165/16/2021
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16、业余生活要有意义，不要越轨。2021/5/162021/5/16May 16, 2021
5）故障诊断及分析等。
§3—3 CT扫描方式与设备
一、普通CT 1、单束平移—旋转方式 [第1代（1970）]
平移采集160个数据*旋转180 ° 每次扫描共采集28800个数据； 计算80×80矩阵的图像，6400个像素； 一幅图像约需5min 一次检查约需35min 。 应用范围：脑
2、窄扇形束扫描平移—旋转方式 [第2代（1972）]
第三章 X 射线计算机断层扫描成像
(X-ray computed tomography, X-CT)
普通X射线影像的缺点
■X射线穿透不同密度和厚度组织结构后的总和投影 ●影像重叠:深度方向上的信息重叠在一起，引起混淆 ●密度分辨率低:对软组织分辨能力低 ●剂量大
Computed tomography
2、低对比度分辨力和高对比度分辨力
①低对比度分辨力： ●细节与背景之间具有低对比度时，能使细节从背景中鉴别出来的能力。
■条件：物体（细节）与均质环境的吸收系数差别的相对值
△μ ＜1%
或 △CT＜10Hu
X-CT: 0.5—1% 普通X线片：＞5% 低对比度分辨力CT优于X片
低对比度分辨力高是X-CT的优势！
●优点：
CT的优缺点
1、真正断面像：准直系统准直，无层面外组织结构干扰；
X射线计算机断层成像PPT课件
❖ 1974年美国George-town大学医学中心的Ledly研制成第一台全身CT扫 描机。
❖ 为此Hounsfield和Cormack共同获得了1979年的诺贝尔生理和医学奖。
伦琴与X-Ray
1895年，X-Ray 第一次被发现
CT图像重建的数理基础（1）
X射线通过非均匀介质：
N1 N2 N3
Nn
I0
μ1 μ2 μ3 μm μn
In
Δx Δx Δx
Δx
Im-1
Im
Δx
n
I I e I e I e nx
( 1 2 n )x
(x• i )
i1
n
n 1
0
0
二.X-CT基础知识
CT图像重建的数理基础（2）
狄拉克函数（ 函数）
CT值的定义式：
人体各组织CT值约为-1000~1000HU，即约有2000个CT值
二.X-CT基础知识
灰度显示—在图像上，表现各像素黑白或明暗程度的量 1000
0
-1000
三.传统X-CT的扫描方式
传
静止-旋转
（S/R）
统
C
T
扫 单束平移-旋转
描
（T/R）
扫描方式
旋转-旋转 （R/R）
方
式
窄扇形平移-旋转
严重的环状伪影
homogeneuous CT va种原因，对相同强度的入射X 线，探测器不可能始终输出同样的扫描信号。
当探测器输出错误信号甚至无 信号，会导致图像中的“环状 伪影”。
可通过每天开机或连续几小时 不工作后，作系统校正测量及 其定期地作系统维护来防止， 而一旦排除不了，须由维修工 程师来解决 !
X射线计算机断层扫描成像(X-CT)
X 射线计算机断层扫描成像(X-CT ）一.X-CT 的发展简史1895年德国物理学家伦琴发现X 射线，当 X 射线透过人体的不同组织结构时，由于人体组织有密度和厚度的差别，它被吸收的程度不同，所以到达荧屏或胶片上的X 线量即有差异，从而形成黑白对比不红的影像。
X 射线一经发现就在医疗上显示了巨大地应用价值，如今X 射线已经成为现代医疗中不了缺少的设备。
1917年，雷登（J.Radon ）支出对二维或三维的物体可以从各个不同方向上的投影，用数学方法计算出为宜的一张重建图像。
称之为雷登变换。
但是基于雷登变换的图像重建需要处理大量的图像信息，在计算机水平并不发达的年代，这种图像重建的方法并没有被普及，但是雷登变换为X-CT 的发展奠定了数学基础。
1956年，浩斯菲尔德（Godfrey Hounsfiled ）支撑了第一台可用于临床的CT 。
1971年9月第一台头扫描CT 诞生。
1972年第一章临床CT 图像诞生。
CT 立即受到了医学界的热烈欢迎，成功震惊了整个医学界。
二、X-CT 成像的基本原理由于传统X 射线成像存在着很多缺点，比如影像重叠，即无数多个投影图的叠加平均；以及密度分辨率低，即当需要对人体X 射线吸收率相差很小的部分成像时，传统的X 射线成像系统的影像几乎无法识别。
所以人们提出，如果想得到一个切面或者断面上的影像，必须将X 射线限制在一个层面上（切面或断面）上这就血药从根本上改变X 射线机的工作方式，因此必须使用笔射束X 射线在多个不同方向上针对所选的同一层面进行扫描，对每一个方向上的X 射线的衰减进行测量，而每一个射线路径上的值通过射线积累或者射线求和的方式获得。
X-CT 成像的基本原理：X 射线球管发射X 射线达到北侧物体上，探测器接收其投影，并将其投影作为原始数据与标准数据进行比对校准，经滤波和反投影后，得到一个N*N 的图像矩阵。
投影是可以从不同的角度获取的，从各个角度获得的投影是不同的，要想挥舞元物体的形状需要获得各个角度的投影。
医学影像物理学试题及答案(三)
医学影像物理学试题及答案第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）3-1 普通X射线摄影像与X-CT图像最大不同之处是什么?答：普通X射线摄影像是重叠的模拟像，而X-CT图像是数字化的断层图像。
3-2 何谓体层或断层? 何谓体素和像素? 在重建中二者有什么关系?答：体层或断层是指在人体上欲重建CT像的薄层。
体素是人体中欲重建CT像断层上的小体积元，是人为划分的，是采集（或获取）成像参数（衰减系数值）的最小体积元（实际中是扫描野进行划分）；像素是构成图像的最小单元，是人为在重建平面上划分的，其数值是构成CT图像数据的最小单元。
要注意的是CT图像的像素和工业上的像素不是同一个概念。
体素和像素的关系是二者一一对应。
按重建的思想是体素的坐标位置和成像参数值被对应的像素表现（坐标位置对应、衰减系数值以灰度的形式显示在CT图像上）。
3-3 何谓扫描? 扫描有哪些方式? 何谓投影?答：所谓扫描系指在CT的重建中使用的采集数据的物理技术，具体言之就是以不同的方式，沿不同的角度，按一顶的次序用X射线对受检体进行投照的过程称为扫描。
扫描方式从总体上说有平移扫描和旋转扫描两种。
扫描的目的是为了采集足够的重建数据。
所谓投影的本意系指透射物体后的光投照在屏上所得之影。
若物体完全透明，透射光强等于投照光强，则影是完全亮的；若物体半透明, 透射光强小于投照光强，则影是半明半暗；若物体完全不透明，透射光强等于零，则影是完全暗的。
按此种考虑，所谓投影的本质就是透射光的强度。
对重建CT 像过程中投影p 的直接含义就是透射人体后的X 射线强度，即书中X 射线透射一串非均匀介质（或人体）后的出射X 射线的强度I n ，即p =I n 。
广义之，这个投影p 又是由I n 决定的书中表述的i i d μ∑=p 。
3-4 请写出射线束透射下列非均匀介质后广义下的投影值（见书中习题3-4图）。
答案：(a)17；(b)∑==71n i i μ3-5 何谓层厚? 它与哪些因素有关?答：层厚的本意系指断层的厚度。
第3章医学影像成像原理
第3章医学影像成像原理医学影像成像原理是指在医学上应用的各种成像技术中，根据不同物理原理和仪器设备的操作原理，对人体内部结构和功能进行成像。
本章将重点介绍常见的医学影像成像原理。
1.X射线成像原理：X射线成像原理是利用X射线具有透射性的特性，通过对人体进行X 射线照射，再通过感光器材记录X射线通过后的影像，来获取人体内部结构信息。
成像时，X射线的吸收程度会受到不同组织的密度差异的影响，在射线影像上呈现为明暗不同的图像。
2.CT（计算机断层成像）原理：CT成像原理是通过使用X射线和计算机算法进行断层成像，一般是以旋转式X射线扫描器为基础，通过不同角度的扫描，得到多个层面的断层图像。
CT利用X射线的透射特性，测量射线通过患者身体时的吸收情况，再将这些数据转化为图像。
3.磁共振成像（MRI）原理：MRI成像原理是利用磁场和射频脉冲的相互作用来获取人体内部结构信息。
患者被置于强磁场中，通过对患者进行射频脉冲的照射，可以使患者体内的水分子发生共振，产生信号。
通过强磁场和射频信号的处理，可以形成人体内部器官的具体图像。
4.超声成像原理：超声成像原理是利用声波的特性，通过超声波的传播和反射来获取人体内部结构信息。
超声波被饰物中的组织结构反射回来，再通过接收器转化为电信号，经过处理后形成图像。
超声波具有高频、高能量的特点，对人体无创伤，被广泛应用于妇产科、心脏等领域。
5.核医学成像原理：核医学成像原理是利用放射性核素的特性，通过核素的注射等方式让其在人体内部发放放射线，并通过探测器捕获射线发射的信号，形成图像。
核素的选择和特点决定了不同核医学成像的应用领域和成像原理。
以上是常见的医学影像成像原理，不同的成像原理适用于不同的临床需求。
通过利用这些原理，医学影像学能够直观地显示人体内部结构和功能，为临床诊断和治疗提供重要的参考依据。
计算机断层成像技术
、各代CT扫描机
1、First Generation
One detector Translation-rotation Parallel-beam
Finely collimated x-ray beam Single radiation detector Translate-rotate motion 180 translations with 1 rotation between translation Single image projection per translation Five minute image time Head image only, not capable of body imaging
showing cyst (confirmed) 囊肿
Hounsfield and EMI CT
4分钟可生成图像。
CT scanner 结构图
4.1 概述
一、CT的用途
医学诊断 辅助治疗 工业CT
二、CT的优点 三、CT的局限
显示真正的断层图像 图像清晰、密度分辨率高 操作简单、安全 有些病变不适宜 成分、生物、化学结构 造价高
2320x射线能量150kv以下常用电压420kvx射线强度150ma左右2ma左右放射性同位素不采用60co源高能直线加速器不采用10mev以上扫描和结构方式病人静止检测对象运动x光机和探测器运动x光机和探测器保持静止工业ct装置和医用ct装置的区别医用ct装置工业ct装置08
计算机断层成像技术
X射线计算机断层成像（X－ray computed tomography，简称X－CT）从 根本上克服了上述困难，是80多年来X射线 诊断学上的一次重大突破。
▪ B、正电子发射CT(PET) kV is a reflection of the energy level of the x-ray beam
X-CT X 线电子计算机断层摄影术
N (E E2 ) /k T 1 1 =e N2
其中 k 玻尔兹曼常数,T为绝对温度. 在常温稳定情况下,处于低能量的粒子数多于处 于高能量的粒子数. 当场强为1.5T时,低能级的数目只比高能级多 8/2,000,000个,两个方向的净自旋产生的磁场称为 净磁化,或磁化矢量,所以磁化矢量是十分微弱.
CT 使用造影剂,不清晰 困难 一般明显 高度敏感 敏感 敏感 有 使用造影剂,且只能 显示心肌,心脏轮廓 一般不进行 明显 不能 能 不能 碘剂
备注 MRI 可行乳腺成像
MRI 可行无创伤血管造影 MRI 可示胎儿及母体子 宫,胎盘等结构 MRI 可行水成像,扩散和 灌注成像 需 MRI/MRS 一体化系统 MRI 需高场强系统 需 MRI/MRS 一体化系统
原子核在外磁场中量化
质子处于主磁场B0中,氢核的磁矩就与主磁场发 生相互作用,而处一个稳定的状态,氢核不能随意 取向,它的能量是量化的: 平行状态原子核: 平行状态原子核: 能量差为 :
E1 = 1 γhB0 2 E2 = + 1 γhB0 2
E = E2 E1
所以 B0 越大,质子之间能量差也越大,MRI图像 信噪比也就越好.
MRI历史 MRI历史
1946-51 发现NMR现象,奠定理论和实验基础 1951-60 连续波谱仪,测定化学物质波谱 1960-73 FT-NMR脉冲波谱仪,可测量13C谱 1971年 Damadian (纽约卅立大学)发现恶性组织 的T1 延长 1973年 Lauterbur(纽约卅立大学)提出梯度场理 论并获得第一幅水管MR像
MRI历史 MRI历史
1974-78年 英国诺丁汉Nottingham与阿伯丁大学 Aberdeen研制MRI,78年5月获人颅脑像和获腹部像 1981-82 临床应用 1982年 MRI商品化GE,Piker,Siemens,Philips 1983-84 美国FDA获准进入市场
X射线计算机断层扫描成像CT
X射线计算机断层扫描成像CT1. 简介X射线计算机断层扫描成像（Computed Tomography，简称CT）是一种医学成像技术，通过使用X射线穿过人体或物体，获取多个不同角度的断层影像，然后利用计算机重建三维图像。
CT扫描在医学诊断、疾病监测和治疗计划等方面具有重要的应用。
本文将介绍X射线CT的工作原理、设备组成、应用领域以及未来发展方向。
2. 工作原理X射线CT的工作原理基于X射线的吸收特性。
当X射线穿过人体或物体时，不同组织或物质对X射线的吸收程度不同。
CT设备通过旋转X射线源和接收器，可以获取多个不同角度的断层图像。
利用计算机算法，这些断层图像可以重建成三维模型，提供更详细的结构和组织信息。
3. 设备组成X射线CT主要由以下几个组件组成：•X射线源：产生X射线束的装置，通常使用X射线管作为源。
•旋转平台：支撑和旋转X射线源和接收器的平台，可以在不同角度进行扫描。
•接收器：接收经过人体或物体吸收一部分X射线后的射线，转换成电信号。
•计算机系统：采集和处理接收器传输的数据，进行图像重建和显示。
4. 应用领域4.1 医学诊断X射线CT在医学诊断中有广泛的应用。
它可以提供高清晰度的人体器官结构图像，帮助医生发现疾病、损伤或异常。
CT扫描在头部、胸部、腹部和骨骼等不同部位的影像学诊断中都具有重要的作用。
例如，CT可以用于检测头部的脑卒中、脑肿瘤和颅内出血，胸部的肺癌和肺结核，腹部的肝脏疾病和肾脏结石等。
4.2 疾病监测除了医学诊断，CT扫描还可用于疾病的监测。
通过反复进行CT扫描，医生可以观察疾病的发展和治疗的效果。
例如，在癌症治疗过程中，CT扫描可以用于评估肿瘤的大小和位置变化，以指导治疗方案的调整。
4.3 治疗计划CT扫描还可以用于治疗计划的制定。
在放射治疗中，医生需要确定病灶的位置和边界，以确保给药的准确性和最大限度地保护周围健康组织。
CT扫描提供了可靠的三维解剖信息，帮助医生制定治疗计划。
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90°
90° 3 45°
5
13 16
19 22
3
5
135°
3 9 6 12 化简 1 3 2 4
22体素矩阵的反投影法图像重建
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
18
四、CT图像重建的数理基础
反投影法(back projection) 反投影法优缺点 优点: 重建速度快
缺点: 边缘失锐
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
二、几个典型图像处理技术
1.窗口(Window)技术 双窗技术 用两种窗宽窗位，以便观 察不同CT值范围的组织。
肺部的肺窗
肺部的纵隔窗
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
37
二、几个典型图像处理技术
1.窗口(Window)技术 双窗技术 用两种窗宽窗位，以便观 察不同CT值范围的组织。
椎骨的软组织窗
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
4
第一节 X-CT的基础知识
一、断层与解剖断面 二、体素(voxel)与像素(pixel) 三、扫描(scanning)与投影(projection, P ) 四、CT图像重建的数理基础 五、CT值与灰度显示
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
5
第一节 X-CT的基础知识
2
第三章 X射线计算机断层成像(X-CT)
1979生理学或医学诺贝尔奖
英国 豪斯费尔德
美国 阿伦 马克
MR和ECT等各种CT成像与X-CT 图像重建类似
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
3
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 第二节 传统X-CT的扫描方式 第三节 X-CT后处理技术 第四节 X-CT图像的质量控制 第五节 螺旋CT
灰阶 窗宽、窗位及显示灰阶
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
39
二、几个典型图像处理技术
2.图像的再加工处理
图像的过滤 原理 考虑每一像素与临近像素关系算 出像素新数值。 例: 对3×3矩阵像素值平滑处理。E为某点原像素值, E' 为处理后像素值， 不同滤波公式完成相应滤波计算。
A B C F J E’
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
41
二、几个典型图像处理技术
2.图像的再加工处理
图像的放大和缩小
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
42
二、几个典型图像处理技术
2.图像的再加工处理
图像的放大和缩小 缺点 数据缺少 图像粗糙 插值法
E 2 ( A B C ) (G H J ) ( A D G) (C F J )
2 2
边缘增强滤波 E 1 (2 A B 2C D 6 E F 2G H 2 J )
2 1 ( A B C D 3E F G H J ) 阴影滤波 E 2
29
六、电子束扫描方式
第五代CT扫描
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
30
六、电子束扫描方式
第五代CT扫描
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
31
第三节 X-CT后处理技术
一、图像后处理技术的种类
二、几个典型图像处理技术
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
32
一、图像后处理技术的种类
值二维分布矩阵
X-CT本质
值成像
X-CT指导思想 恰当理论、方法、技术确定值分布
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
8
一、断层与解剖断面
1.断层(体层) 图像薄层 2.解剖断面 人体剖面
X-CT图像是断层形态结构的平均 此平均代表解剖断面形态结构
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
环形伪像
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
26
四、静止-旋转扫描（S/R）方式
第四代CT扫描 1.组成 一个X射线管 检测器环 2.特点 宽扇形射束 静止-旋转扫描 章动-旋转 3.优点 多方向投影 克服环形伪影 速度快
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
27
五、传统CT扫描的技术缺憾
人体在-1000HU—1000HU之间 2. 灰度显示
二维分布： μ值 CT值
灰度
CT影像
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
21
第二节 传统X-CT的扫描方式
一、单束平移-旋转（T/R）方式 二、窄扇形束扫描平移-旋转（T/R）方式 三、旋转-旋转（R/R）方式 四、静止-旋转扫描（S/R）方式 五、传统CT扫描的技术缺憾 六、电子束扫描方式
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
11
三、扫描(scanning)与投影(projection, P )
1.扫描与投影 扫描(scanning) X射线束不同方式、不同方向、一定顺序投照 断层,并用高灵敏度检测器接收透射X线束强度 平移扫描
旋转扫描
平移--旋转扫描
投影(projection, P ) 透射X线束的强度I 值称投影值 投影值的分布称投影函数 2.CT扫描用X射线束 一定能宽的连续X射线
X射线底片 X射线 重叠像 断面
X射线管
检测器
非重叠像
普通X射线摄影X-CT断层图像示意图
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
6
第一节 X-CT的基础知识
X-CT断层图像
腿骨多层X-CT断层图像
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
7
第一节 X-CT的基础知识
X-CT原理 扫描 投影 测衰减系数 灰度分布
15
四、CT图像重建的数理基础
X射线束通过非均匀介质 μ值连续变化
p
μ(l)
p
对受检体扫描
(l )dl
P称投影或投影函数 投影值 μi为未知数的线性方程
求联立方程得出所有体素的衰减系数μi值的二维分布矩阵 重建图像
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
16
四、CT图像重建的数理基础
电缆供电 扫描床静止
不 能 连 续 扫 描
时间延缓 断层间隔
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
28
六、电子束扫描方式
第五代CT扫描 1.组成 大型X线管 静止检测器环 2.特点 电子控制 无机械运动 电子束偏转产生X射线 高速扫描 动态器官检查
3.优点
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
CTmax CTmin 80 0 窗位 HU 40HU 2 2
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
35
二、几个典型图像处理技术
1.窗口(Window)技术 双窗技术 用两种窗宽窗位，以便观 察不同CT值范围的组织。
头的脑窗
头的骨窗
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
36
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
22
第二节 传统X-CT的扫描方式
扫描架 X射线管 高压发生器
扫 描 装 置 示 意 图
准直器 受检体
扫描床
检测器 数据采集器 数据
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
23
一、单束平移-旋转（T/R）方式
第一代CT扫描
1.组成 一个X射线管 一个检测器 2.特点 先直线平移 后旋转角度 3.缺点 射线利用率 扫描速度慢
CT图像重建原理:
X射线衰减规律
由投影值求解衰减系数分布
单能窄束X射线透射各向同性均匀连续介质衰减函数
I I e
x
1 I0 ln x I
CT 即求 值二维分布矩阵
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
14
四、CT图像重建的数理基础
X射线束通过非均匀介质
μ值非连续变化
I0
I
I1 μ1
窗宽= CTmax－CTmin
CTmax CTmin 窗位 2
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
34
二、几个典型图像处理技术
1.窗口(Window)技术 例: 观察脑部血液(CT值12HU)及凝血(CT值56～76HU) 上限灰度为80 HU,下限灰度为0 HU 则 窗宽= CTmax－CTmin =80－0=80HU
9
二、体素(voxel)与像素(pixel)
1.体素 断层内小体积元
体素
空间位置编码
体素阵列
脑断层体素
体素
长或宽 1～2mm 高 3～15mm
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
10
二、体素(voxel)与像素(pixel)
2.像素 图像基本单元 像素 空间位置编码 像素矩阵
像素与体素一一对应图
反投影法(back projection)(总和法，目前常用的唯一方法） 值计算法----解方程
x1 x3 E=3
x2 x4
A= 2
B= 4 F =3
0 x1 反投影 1 x3
2 x2 3 x4
A B F
C= 1 D = 5 A: x1+x2= 2 E: x2+x3=3 B: x3+x4= 4 F: x1+x4=3 C: x1+x3 = 1 D: x2+x4= 5 A+ B = C+D
E
C
D x1=0 x2=2 x3=1 x4=3
解方程
第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
17
四、CT图像重建的数理基础
反投影法(back projection) 22体素矩阵重建
4 135° 135° 1 2 4 0°