医学成像原理第234节课件.ppt

1、n其名称源于在扫描过程中X射线的运动轨迹。n螺旋CT于1987年第一次出现在专利文献中。n相关的工作开始于80年代末期的日本。n关于螺旋CT性能的具有里程碑式的报告发表于1989年的北美放射学年会RSNA（Radiological Society of North American）上。同年第一台螺旋CT问世。n1991年以色列elscint公司推出了双层CTn1998年的北美放射学年会SIEMENS、GE、Marconi(Picker)、Toshiba同时推出4层螺旋CT，旋转一周可以获得四个连续层面图像的多层螺旋CT。n2002年16层螺旋CT问世，2004年32层螺旋CT问世。n4-8-

2、16-32-64-256X-CT机X-CT控制台螺旋螺旋CTCT扫描装置包括扫描装置包括高效率高效率探测器、探测器、大容量且散热性好的大容量且散热性好的X X射线管、射线管、X X线管滑环、机架与检查床、控制台与计算机。其中线管滑环、机架与检查床、控制台与计算机。其中滑环技术滑环技术是螺旋扫是螺旋扫描的基础，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。现的。GantryData acquisitionsystemDetectorsStorage units:Tapes,disksDisplayControlconsoleC

3、omputerParallelprocessorTableRecordingSourceNetworkX X射线管由以往的往复旋转运动改为向一个方向连续旋转扫描，受检射线管由以往的往复旋转运动改为向一个方向连续旋转扫描，受检体同时向一个方向移动，由于在体同时向一个方向移动，由于在X X射线管绕病人连续旋转的过程中，检查床射线管绕病人连续旋转的过程中，检查床以恒定的速度前进，因而以恒定的速度前进，因而X X射线相对于病人作螺旋式运动，相当于一射线相对于病人作螺旋式运动，相当于一柱面螺柱面螺旋形轨迹旋形轨迹，这种扫描方式使得原始数据获取的时间大大地缩短了，横断层面，这种扫描方式使得原始数据获取的时

4、间大大地缩短了，横断层面可以在一次均匀呼吸的基础上重建而得。同时，还可以消除相邻层面之间的可以在一次均匀呼吸的基础上重建而得。同时，还可以消除相邻层面之间的偏差，确保了所获得的关于病人某解剖结构的数据集无任何时间和空间间隙。偏差，确保了所获得的关于病人某解剖结构的数据集无任何时间和空间间隙。无扫描间隔的暂停时间，可进行连续动态扫描。采集的扫描数据分布在一个无扫描间隔的暂停时间，可进行连续动态扫描。采集的扫描数据分布在一个连续的螺旋形空间内，所以螺旋连续的螺旋形空间内，所以螺旋 CT CT 扫描亦称容积扫描亦称容积 CT CT 扫描（扫描（volume CT volume CT scanning

5、 scanning）。）。螺旋扫描及层面投影螺旋扫描及层面投影 返回1.1.供电方式供电方式：螺旋：螺旋CTCT突破了传统突破了传统CTCT的设计，的设计，采用滑环技术，将电源电缆和一些信号线采用滑环技术，将电源电缆和一些信号线与固定机架内不同金属环相连，运动的与固定机架内不同金属环相连，运动的X X射射线管和探测器滑动电刷与金属环导联。球线管和探测器滑动电刷与金属环导联。球管和探测器不受电缆长度限制，沿人体长管和探测器不受电缆长度限制，沿人体长轴连续匀速旋转，扫描床同步匀速递进轴连续匀速旋转，扫描床同步匀速递进（传统（传统CTCT扫描床在扫描时静止不动），扫扫描床在扫描时静止不动），扫描轨迹

6、呈螺旋状前进，可快速、不间断地描轨迹呈螺旋状前进，可快速、不间断地完成容积扫描。完成容积扫描。2.2.扫描方式扫描方式：螺旋：螺旋CTXCTX射线管由以往的往复旋射线管由以往的往复旋转运动改为向一个方向连续旋转扫描，受检转运动改为向一个方向连续旋转扫描，受检体同时向一个方向移动，体同时向一个方向移动，所获得的关于病人所获得的关于病人某解剖结构的数据集无任何时间和空间间隙。某解剖结构的数据集无任何时间和空间间隙。无扫描间隔的暂停时间，提高了扫描速度，无扫描间隔的暂停时间，提高了扫描速度，可进行连续动态扫描。这也极大的提高了咽可进行连续动态扫描。这也极大的提高了咽喉、肝脏、胰腺及肾脏疾病的早期诊断

7、率。喉、肝脏、胰腺及肾脏疾病的早期诊断率。断层之间采集数据上没有遗漏，可提供较好断层之间采集数据上没有遗漏，可提供较好的图像重建的容积数据，可建立任意角度、的图像重建的容积数据，可建立任意角度、任意位置的重建图像。任意位置的重建图像。常规常规CTCT和螺旋和螺旋CTCT的比较的比较3.3.螺距螺距pitchpitch：定义定义1 1：X X射线管旋转一圈受检体随扫描床移动的距离。射线管旋转一圈受检体随扫描床移动的距离。定义定义2 2：定义：定义1/1/扫描线束宽度扫描线束宽度 层厚：层厚：理论上单层理论上单层SCTSCT由准直器通道限定的射线束宽度或者检测器由准直器通道限定的射线束宽度或者检测

8、器的宽度决定。实际的层厚用层厚灵敏度曲线的宽度决定。实际的层厚用层厚灵敏度曲线SSPSSP的半高宽表示。的半高宽表示。传统传统CTCT螺距为螺距为0 0 SCTSCT：螺距螺距=0.5=0.5，床移动距离，床移动距离=1/2=1/2扫描线束宽度，相邻螺圈有重扫描线束宽度，相邻螺圈有重叠，用于重建的断层也有重叠；叠，用于重建的断层也有重叠；螺距螺距=1=1，床移动距离，床移动距离=扫描线束宽度；扫描线束宽度；螺距螺距=1.5=1.5，床移动距离，床移动距离=1.5=1.5扫描线束宽度；扫描线束宽度；可见，螺距越小，扫描对受检体覆盖的越完全，螺距小，层可见，螺距越小，扫描对受检体覆盖的越完全，螺距

9、小，层厚薄可提高纵向分辨力（长轴分辨力），有利于小病灶的检出。厚薄可提高纵向分辨力（长轴分辨力），有利于小病灶的检出。4.4.SCTSCT需要螺旋插值需要螺旋插值 传统传统CTCT采集采集的数据是对同一的数据是对同一断层扫描获取的，断层扫描获取的，并以此重建图像并以此重建图像 SCTSCT扫描过程中，扫描床不断扫描过程中，扫描床不断移动，采集到的数据是螺旋数据，移动，采集到的数据是螺旋数据，螺旋扫描行程中的任一位置仅有螺旋扫描行程中的任一位置仅有一个旋转角度的采样数据一个旋转角度的采样数据,即在即在任何一个断层平面上，我们仅获任何一个断层平面上，我们仅获得了部分投影数据。得了部分投影数据。所以

10、重建时所以重建时不是同一断层的实测扫描数据，不是同一断层的实测扫描数据，而是需要通过某种计算（内插算而是需要通过某种计算（内插算法）安排螺旋圈间采集数据的内法）安排螺旋圈间采集数据的内插。插。根据根据Fourier Fourier 层析定理，为层析定理，为了获得某一断层的图像，我们必了获得某一断层的图像，我们必须获得该断层上的其它角度的投须获得该断层上的其它角度的投影值，而这只有通过邻近层的投影值，而这只有通过邻近层的投影数据的插值才能获得影数据的插值才能获得 常用的线性插值方法有常用的线性插值方法有前后前后360360度（度（Full Full ScanScan）内插）内插（利用射线管扫描两

11、圈的螺旋数据，（利用射线管扫描两圈的螺旋数据，对重建断层作线性内插来获取重建所需的数据），对重建断层作线性内插来获取重建所需的数据），多在螺旋多在螺旋CTCT的早期被使用，其主要缺点是由于层的早期被使用，其主要缺点是由于层厚响应曲线增宽，使图像的质量有所下降。现在厚响应曲线增宽，使图像的质量有所下降。现在螺旋螺旋CTCT多采用多采用180180度（度（Half ScanHalf Scan）线性内插）线性内插（采采集靠近重建平面的两点扫描数据，通过内插形成集靠近重建平面的两点扫描数据，通过内插形成新的平面数据新的平面数据）。）。它与它与360360内插法主要的区别是内插法主要的区别是采用了第采用

12、了第2 2个螺旋扫描的数据，并使其偏移了个螺旋扫描的数据，并使其偏移了180180角，从而能够靠近被重建的数据平面，进而角，从而能够靠近被重建的数据平面，进而克服克服360360内插法的不足改善了重建图像的质量。内插法的不足改善了重建图像的质量。常用的非线性内插有清晰内插和超清晰内插常用的非线性内插有清晰内插和超清晰内插等。等。内插方法的一个缺陷就是使噪声增加。内插方法的一个缺陷就是使噪声增加。5.5.层厚灵敏度层厚灵敏度Section Section Sensitivity ProfileSensitivity Profile：SSP:SSP:层厚灵敏度曲线是层厚灵敏度曲线是指在断层内，沿人

13、体长指在断层内，沿人体长轴方向对扫描射线束敏轴方向对扫描射线束敏感度的分布曲线。感度的分布曲线。传统传统CTCT的层厚在扫的层厚在扫描时设定后，为一不变描时设定后，为一不变的量，其的量，其SSPSSP接近于矩接近于矩形；单层形；单层SCTSCT层厚灵敏层厚灵敏度曲线类似于高斯分布，度曲线类似于高斯分布，且受内插算法的影响，且受内插算法的影响，所以单层所以单层SCTSCT的有效层的有效层厚增宽，人体长轴分辨厚增宽，人体长轴分辨力下降。力下降。6.噪声：单层SCT噪声受内插算法的影响。前后360度图像噪声较小，180度线性内插图像噪声稍大。螺旋螺旋CTCT在扫描速度及体数据获取两方面相对于传统在扫

14、描速度及体数据获取两方面相对于传统CTCT的优势在临床医学上具有十分重大的意义。的优势在临床医学上具有十分重大的意义。1.1.在速度上，螺旋在速度上，螺旋CTCT比传统比传统CTCT快快8-108-10倍，倍，已经达到已经达到亚秒级别。能够动态地观察病变的增强特征，提高了诊断亚秒级别。能够动态地观察病变的增强特征，提高了诊断率。率。这对于接受扫描有困难的老人、儿童及病情严重的病这对于接受扫描有困难的老人、儿童及病情严重的病人十分有用。人十分有用。多数病人可在一次屏气中完成扫描，避免了多数病人可在一次屏气中完成扫描，避免了漏扫和重扫；由于避免了呼吸运动引起的扫描遗漏、漏扫和重扫；由于避免了呼吸运

15、动引起的扫描遗漏、图像图像错位，就有可能检测出在传统错位，就有可能检测出在传统CTCT扫描中所检测不到的小病扫描中所检测不到的小病灶。这些小病灶由于病人的呼吸而在扫描断层上出出进进，灶。这些小病灶由于病人的呼吸而在扫描断层上出出进进，因而很难被传统因而很难被传统CTCT检测到，检测到，所以提高了病灶检出率。所以提高了病灶检出率。2.2.速度的提高不仅降低了图像的运动伪影，而且可以在组织内增速度的提高不仅降低了图像的运动伪影，而且可以在组织内增强剂浓度达到顶峰时进行成像，强剂浓度达到顶峰时进行成像，不但能获得最佳增强效果，还不但能获得最佳增强效果，还可减少造影剂的用量。可减少造影剂的用量。这无疑

16、将提高病灶的早期诊断率。这无疑将提高病灶的早期诊断率。3.3.速度的提高还使延迟扫描（速度的提高还使延迟扫描（Delay CT Delay CT，DCT DCT）、双相成像、双相成像成为可能。注射对比剂后，等待几分钟甚至几小时后再次扫描成为可能。注射对比剂后，等待几分钟甚至几小时后再次扫描称延迟扫描。对于肝脏和胰腺病人来说，就有可能获得两组独称延迟扫描。对于肝脏和胰腺病人来说，就有可能获得两组独立的扫描图像，一组是组织增强早期的动脉图，另一组是后来立的扫描图像，一组是组织增强早期的动脉图，另一组是后来的门静脉图。促进了的门静脉图。促进了CTCT由解剖影像向功能影像方向的发展。如由解剖影像向功能

17、影像方向的发展。如CTCT脑血流灌注成像。脑血流灌注成像。4.4.螺旋螺旋CTCT提高了病灶密度测量的准确性，由于可在提高了病灶密度测量的准确性，由于可在Z Z轴任何部位进轴任何部位进行图像重建，因而保证了任何病灶均可以在其中心进行图像重建，行图像重建，因而保证了任何病灶均可以在其中心进行图像重建，减少了部分容积效应的影响；任何部分均可进行多断面或三维图减少了部分容积效应的影响；任何部分均可进行多断面或三维图像重建，而且由于螺旋像重建，而且由于螺旋CTCT扫描时避免了病变部位的移动，因而重扫描时避免了病变部位的移动，因而重建图像质量很好。建图像质量很好。为为CT CT 数据的后处理创造了有利条

18、件。尤其是数据的后处理创造了有利条件。尤其是多层螺旋多层螺旋CTCT出现后，出现了多层面重建、立体三维重建、出现后，出现了多层面重建、立体三维重建、CTACTA、虚拟内镜技术、容积再现技术。虚拟内镜技术、容积再现技术。5.5.薄层扫描：为了观察某些病变的细节和避免部分容积效应而选用。薄层扫描：为了观察某些病变的细节和避免部分容积效应而选用。层厚用层厚用 1-5mm 1-5mm 不等。如对肺部小球形病灶的观察可用薄层扫描不等。如对肺部小球形病灶的观察可用薄层扫描。单层螺旋单层螺旋CTCT只有一排检测器只有一排检测器 1.1.数据采集中，需安排螺旋圈内的数据内插，以补采样。数据采集中，需安排螺旋圈

19、内的数据内插，以补采样。2.2.层厚灵敏度曲线增宽，相比传统层厚灵敏度曲线增宽，相比传统CTCT长轴分辨率下降，长轴分辨率下降，存在部分容积效应。存在部分容积效应。3.3.扫描覆盖的范围有限，采用大螺距可加大扫描覆盖范扫描覆盖的范围有限，采用大螺距可加大扫描覆盖范围，但长轴分辨率随之下降、图像质量变差，使大面积围，但长轴分辨率随之下降、图像质量变差，使大面积多器官成像、多平面重建、三维成像、多器官成像、多平面重建、三维成像、CTCT血管造影等成血管造影等成像质量较差或难以实现。像质量较差或难以实现。4.4.射线的利用率很低。射线的利用率很低。返回4层层CT的检测器结构与数据采集系统的检测器结构

20、与数据采集系统(DAS)示意示意孔束X线四组数据采集系统（DAS）(c).四组DAS检测器排宽4321(b)等宽型排宽排宽排宽(a)不等宽型排宽等宽型与非等宽型检测器X-Ray collimation X-ray Tube Z axis单单层层螺螺旋旋CTCT2.5 mm2.5 mm2.5 mm2.5 mmX-Ray collimation X-ray Tube Z axis 层层螺螺旋旋CTCT4 4n X X射线束：射线束：单层单层SCTSCT只有一排检测器采集数据，只有一排检测器采集数据，通过准直器后的射线束为薄扇形束即可，而通过准直器后的射线束为薄扇形束即可，而MSCTMSCT有多排检

21、测排列采集数据，所以使用的射线束为有多排检测排列采集数据，所以使用的射线束为四棱锥形厚扇形束。四棱锥形厚扇形束。n内插重建算法的不同：内插重建算法的不同：多层螺旋多层螺旋CTCT采用一种称采用一种称为多层面锥形束梯层摄影为多层面锥形束梯层摄影(Multislice(Multislice cone-cone-beam tomographybeam tomography，MUSCOT)MUSCOT)的重建技术，不仅图的重建技术，不仅图像质量优于单层像质量优于单层CTCT，而且曝光剂量减少近一半。，而且曝光剂量减少近一半。n数据采集系统数据采集系统DASDAS：单层单层SCTSCT只有一个数据采集通

22、道，只有一个数据采集通道，MSCTMSCT分别有分别有4 4、8 8、1616、6464、128128、256256个数据采集通道。能个数据采集通道。能同时进行多个层面的数据采集，而且图像处理重建过程要同时进行多个层面的数据采集，而且图像处理重建过程要在在1-21-2秒内完成，为完成如此大容量的高速数据传输，多秒内完成，为完成如此大容量的高速数据传输，多层螺旋层螺旋CTCT采用了新的异步传输方式的最优化传输技术。此采用了新的异步传输方式的最优化传输技术。此过程的处理与探测器的控制过程同步。即在每个探测器下过程的处理与探测器的控制过程同步。即在每个探测器下面都有独立的控制系统，当选择一定的层厚时

23、，相应的受面都有独立的控制系统，当选择一定的层厚时，相应的受激状态下的探测器开关拉开，以进行数据的采集和传输。激状态下的探测器开关拉开，以进行数据的采集和传输。而没有选择的开关关闭，使每个开放的探测器采集的信息而没有选择的开关关闭，使每个开放的探测器采集的信息独立的传输到计算机系统。独立的传输到计算机系统。球管每旋转一周所产生的图像数球管每旋转一周所产生的图像数 16层层/64层层扫描速度更快，数据获得量提高扫描速度更快，数据获得量提高4 4倍。倍。24mm28.8mm 在高对比度情况下，区分相邻最小物体的能力，是测在高对比度情况下，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。

24、试图像质量（清晰度）的量化指标。纵向分辨率与各向同性提高纵向分辨率与各向同性提高 纵向分辨率的含义是扫描床移动方向或纵向分辨率的含义是扫描床移动方向或人体长轴方向的图像分辨率，它表示了人体长轴方向的图像分辨率，它表示了CTCT机机多平面和三维成像的能力。多平面和三维成像的能力。n扫描层厚更薄。扫描层厚更薄。纵轴空间分辨力的提高，纵轴空间分辨力的提高，n扫描覆盖范围更长扫描覆盖范围更长n时间分辨力的空前提高时间分辨力的空前提高n扫描跨度的大幅度提高，扫描跨度的大幅度提高，扫描时间更短。扫描时间更短。n降低降低X X射线球管损耗。射线球管损耗。MSCT显示腹主动脉 薄层薄层层厚融合：提高信噪比层厚

25、融合：提高信噪比薄层再重建：减少容积效应薄层再重建：减少容积效应得到更佳的得到更佳的2D/3D/内窥镜图像内窥镜图像信息量信息量更多更多快速快速更多相期扫描；减少运动伪影更多相期扫描；减少运动伪影多脏器联扫；多脏器联扫；2D/3D/内窥镜应用范围更内窥镜应用范围更大大nCT CT 多平面重组多平面重组 （Multiple PlannarMultiple Plannar Reconstruction Reconstruction，MPR MPR）及三维重建：）及三维重建：CT CT 多多平面重组是指在任意平面对容积资料进行多个平平面重组是指在任意平面对容积资料进行多个平面分层重组，重组的平面可有

26、冠状、矢状、斜面面分层重组，重组的平面可有冠状、矢状、斜面及曲面等任意平面，能从多个平面和角度更为细及曲面等任意平面，能从多个平面和角度更为细致地分析病变的内部结构及与周围组织的关系。致地分析病变的内部结构及与周围组织的关系。MPR多层面重建多层面重建各向同性各向同性nCT CT 血管造影血管造影 （CT Angiography CT Angiography，CTA CTA）：）：又称螺旋又称螺旋 CT CT 血管造血管造影（影（SCTA SCTA），它是指静脉注射对比剂后，在循环血中及靶血管内对），它是指静脉注射对比剂后，在循环血中及靶血管内对比剂浓度达到最高峰的时间内，进行螺旋比剂浓度达到

27、最高峰的时间内，进行螺旋 CT CT 容积扫描，经计算机最容积扫描，经计算机最终重建成靶血管数字化的立体影像。终重建成靶血管数字化的立体影像。静脉造影增强静脉造影增强CT动态动态CT扫描扫描1234动态增强扫描动态增强扫描平扫平扫 增强增强脊髓造影脊髓造影CTnCT CT 仿真内镜技术：仿真内镜技术：CT CT 仿真内镜成像（仿真内镜成像（CT CT virturalvirtural endoscopy endoscopy，CTVE CTVE）是螺旋）是螺旋 CT CT 容容积扫描和计算机仿真技术相结合的产物，它是利积扫描和计算机仿真技术相结合的产物，它是利用计算机软件功能，将用计算机软件功能

28、，将 CT CT 容积扫描获得的图像容积扫描获得的图像数据进行后处理，重建出空腔器官表观立体图像，数据进行后处理，重建出空腔器官表观立体图像，类似纤维内镜所见。类似纤维内镜所见。CT仿真内窥镜nCT CT 灌注成像灌注成像 （Perfusion CT Perfusion CT）CT CT 灌注成像是结合快灌注成像是结合快速扫描技术及先进的计算机图像处理技术而建立起来的一速扫描技术及先进的计算机图像处理技术而建立起来的一种成像方法，能够反映组织的血管化程度及血流灌注情况，种成像方法，能够反映组织的血管化程度及血流灌注情况，获得血液动力学方面的信息，属于功能成像的范畴。获得血液动力学方面的信息，属

29、于功能成像的范畴。CT CT 灌注成像的基本原理是对比剂静脉团注后，在其首次经过灌注成像的基本原理是对比剂静脉团注后，在其首次经过受检组织的过程中对某一选定层面进行快速动态扫描，获受检组织的过程中对某一选定层面进行快速动态扫描，获得一系列动态图像，然后分析对比剂通过过程中每个象素得一系列动态图像，然后分析对比剂通过过程中每个象素所对应的体素的密度变化，从而得到反映血流灌注情况的所对应的体素的密度变化，从而得到反映血流灌注情况的参数，并组成新的数字矩阵，通过数参数，并组成新的数字矩阵，通过数 /模转换，以相应的模转换，以相应的灰度或颜色表现出来，即可得到灌注成像。灰度或颜色表现出来，即可得到灌注成像。克服常规克服常规CTCT上上z z轴（长轴）扫描范围小的缺点，有助于肝癌、胰腺癌和肾轴（长轴）扫描范围小的缺点，有助于肝癌、胰腺癌和肾癌的早期发现及进行肺癌的普查。癌的早期发现及进行肺癌的普查。Fly AroundFly Through管腔灌注与内视镜管腔灌注与内视镜n重叠扫描：重叠扫描：扫描床移动的距离小于层厚，扫描床移动的距离小于层厚，如层厚如层厚 10mm 10mm，床移动，床移动 8mm 8mm，使扫描层面，使扫描层面部分重叠，避免部分容积效应或遗漏小的部分重叠，避免部分容积效应或遗漏小的病灶。但重叠越多，接受病灶。但重叠越多，接受 X X 线照射量也增线照射量也增多。多。