CT基础-计算机体层成像-课件.ppt

1、 1、通过X线球管环绕人体一定厚度某一层面进行扫描 2、由探测器接受X线，经摸/数转换输入计算机 3、经计算机处理后得到获得该层面图像4、真正的数字断层解剖图像，无断层以外组织结构干扰 19721972年年 Hounsfield Hounsfield 第一台头部第一台头部CTCT 1975 1975年年 全身全身CTCT问世问世 19851985年年 滑环（滑环（slip ring)slip ring)问世，单向连问世，单向连 续扫描实现。续扫描实现。19891989年年 螺旋扫描螺旋扫描CTCT问世问世 19921992年年 双层螺旋双层螺旋CTCT推出推出 19981998年年 四家公司同

2、时推出四家公司同时推出4 4层螺旋层螺旋CTCT 2001 2001年年 8 8、1010、1212、1616层螺旋层螺旋CTCT 2003 2003年年 3232层、层、4040层螺旋层螺旋CTCT 2004 2004年年 6464层螺旋层螺旋CTCT投入临床应用投入临床应用 2006 2006年以后，年以后，256256、320320多层多层CTCT开始临床应用开始临床应用HounsfieldHounsfield一一 基本概念基本概念1.1 X线衰减线衰减 attenuation Iout=Iin e-d 组织衰减系数（决定于原子序数和电子组织衰减系数（决定于原子序数和电子密度，宏观上看决

3、定于物质的密度）密度，宏观上看决定于物质的密度）d 组织厚度组织厚度 衰减系数是物质的固有属性CTCT是运用物理技术，以是运用物理技术，以测定测定X X射线在人体内的衰减射线在人体内的衰减系数系数为基础，采用数学方法，经计算机处理，求解出为基础，采用数学方法，经计算机处理，求解出衰减系数值在人体某剖面上的衰减系数值在人体某剖面上的二维分布矩阵二维分布矩阵，转变为，转变为图像画面上的灰度分布，从而实现重新建立断面图像图像画面上的灰度分布，从而实现重新建立断面图像的现代医学成像技术。的现代医学成像技术。CTCT像的像的本质本质是衰减系数成像是衰减系数成像如何确定衰减系数值在人体某剖面上的二维分布如

4、何确定衰减系数值在人体某剖面上的二维分布?CT的本质重建重建（Reconstruction）X1+X2=5X3+X4=12X2+X4=9X1+X3=8X1(3)X2(2)X3(5)X4(7)51289 X X射线束通过非均匀物质射线束通过非均匀物质1 2 3 nxI0InI1=I0e(1x)I 2=I1e(2x)In=I0e-(1+2+n)xi 视为均匀视为均匀投影PIIlnx1或IIln)x(n0in0n21因此因此 1+2+3+n=1/X（In）I0/In就是建立就是建立CT图象的基本图象的基本方程。方程。体素：将选定的层面分成若干体积相同的立方体数字矩阵：每个体素X线衰减系数排列成矩阵像

5、素：每个数字矩阵中的每个数字转化为由黑到白的不同灰度像素和体素HU(Hounsfield Unit)某物质某物质CT值值=(某物质某物质-H2O)/H2O 1000 =衰减系数衰减系数 以水的衰减系数（以水的衰减系数（w）为标准，各组织的衰减系数）为标准，各组织的衰减系数与水的衰减系数与水的衰减系数w的相对比值，称为的相对比值，称为CT值。值。水的水的CT值是值是 0C T C T 值值：用于测量用于测量CTCT图像中密度值的统一计量单位，表图像中密度值的统一计量单位，表示体素的相对示体素的相对X X线衰减度。（线衰减度。（Hounsfield unit,Hu)Hounsfield unit,

6、Hu)常用正常值：常用正常值：水水 0 Hu0 Hu 骨皮质骨皮质 1000 Hu1000 Hu 空气空气 -1000 Hu-1000 Hu 脑内出血区呈高密度影，脑内出血区呈高密度影，CTCT值约值约454590Hu90Hu之间之间实质性肿瘤实质性肿瘤CTCT表现为表现为高密度影高密度影囊性肿瘤为低密度影囊性肿瘤为低密度影CT值的作用：值的作用：代表物质的密度，可以帮助确认病变性质。代表物质的密度，可以帮助确认病变性质。定义：利用数字图像特点，改变亮度与CT值之间的关系，显示不同组织变化的技术。人体组织CT值范围有2000个分度，人眼仅能分辨16个灰阶，图像即有16个分度图像上图像上16个灰

7、阶所包括的个灰阶所包括的CT值范围值范围，最亮灰阶所代表最亮灰阶所代表的的CTCT值与最暗灰阶所代表值与最暗灰阶所代表CTCT值的跨度值的跨度例：窗宽例：窗宽20002000，可分辨的，可分辨的CTCT值为值为125Hu125Hu（200020001616）窗宽窗宽160160，可分辨的，可分辨的CTCT值为值为10Hu10Hu（1601601616）为提高组织结构细节的显示，使为提高组织结构细节的显示，使CTCT值差别小的两种组值差别小的两种组织能够分辨，需采用不同的窗宽观察图像织能够分辨，需采用不同的窗宽观察图像6.25Hu6.25Hu（1001001616）100Hu100Hu（1600

8、16001616）l窗宽越宽，可观察组织CT值的变化范围越大，但灰阶差值亦大，适合观察CT值变化范围较大的组织。如骨、肺等。l窗宽越窄，灰阶差值越小，适合观察CT值变化范围较小的组织，如颅脑、眼眶等。Window level(central)指观察某种组织结构细节时，以该组织的CT值为中心观察,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：35HuW 100 C 35 16个灰阶CT值范围-15 85Hu,在此CT值范围内的组织均以不同的模拟灰度显示，但超出上下限值的组织无法分辨，CT值高于此范围的组织均显示为白色，低于此范围的组织均显示为黑色。窗口技术l增加窗宽，

9、图像层次增多，组织对比减少，细节显示差l提高窗位，显示的图像变黑，降低窗位，图像变白1.5 空间分辨力及密度分辨力空间分辨力空间分辨力（高对比分辨力）空间分辨力（高对比分辨力）是指对于物体空间大小（几何尺寸）的鉴别能力。是指对于物体空间大小（几何尺寸）的鉴别能力。CT图象的空间分辨力指某一物体与其周围介质的图象的空间分辨力指某一物体与其周围介质的X线吸收差异较大时，线吸收差异较大时，CT装置对该物体影像识别能力。装置对该物体影像识别能力。CT图像的空间分辨力是由层厚及像素的大小（尺寸）图像的空间分辨力是由层厚及像素的大小（尺寸）决定的。决定的。像素越小、层厚越薄，空间分辨力越高像素越小、层厚越

10、薄，空间分辨力越高 密度分辨力密度分辨力（低对比度分辨力）密度分辨力（低对比度分辨力）当某一物体与其周围介质的当某一物体与其周围介质的X X线吸收差异较线吸收差异较小时，小时，CTCT装置对该物体的影像识别能力。装置对该物体的影像识别能力。CT:0.51%普通普通X线片：线片：5%低对比度分辨力低对比度分辨力CT优于优于X片片 低对比度分辨力高是低对比度分辨力高是CT的优势！的优势！像素越大、层厚越厚像素越大、层厚越厚,密度分辨力越高密度分辨力越高在在X线源总能量不变的条件下，像素小、数目线源总能量不变的条件下，像素小、数目多、空间分辨率提高。多、空间分辨率提高。同时，每个体素内经过的光子数量

11、减少。密同时，每个体素内经过的光子数量减少。密度分辨率降低。度分辨率降低。像素、层厚与空间分辨力、像素、层厚与空间分辨力、密度分辨力的相互关系密度分辨力的相互关系 部分容积效应（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。这种现象就是部分容积效应。部分容积效应会导致诊断困难或引起误诊。层厚越薄，部分容积效应越不明显。层厚越薄，部分容积效应越不明显。所以可以通过减少层厚来避免部分容积效应。所以可以通过减少层厚来避免部分容积效应。S=6.5mmS=3.2mmS=

12、6.5mm错构瘤伪影（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、躁动可形成运动伪影 体内高密度结构和异物可形成硬化伪影 机器故障可形成伪影 1.CT图像是数字图像数字图像a.a.将图像分割成若干像素将图像分割成若干像素b.b.通过扫描或曝光测定每一像素的数字值通过扫描或曝光测定每一像素的数字值c.c.形成数字矩阵形成数字矩阵d.d.重建成灰阶图像重建成灰阶图像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.b.接收介质接收介质：CT为探测器，接收X线后转换成电能并量化。c.c.

13、扫描方式：扫描方式：X X 线束环绕人体具有一定厚度的检线束环绕人体具有一定厚度的检查部位旋转一周（查部位旋转一周（360360）进行扫描，）进行扫描，探测器探测器接受透过该层面的接受透过该层面的X X线，经过线，经过光电转换将数据转输到计算机，计光电转换将数据转输到计算机，计算出算出数字距阵数字距阵，数模转换成为断层，数模转换成为断层图像图像1.1.扫描部分扫描部分X线球管探测器扫描架对检查部位进行扫描对检查部位进行扫描2.2.计算机系统计算机系统对扫描收集的信息数据进行存储运算l3.3.图像显示和存储系统图像显示和存储系统l将计算机处理、重建的将计算机处理、重建的显示在影屏上并用照相显示在

14、影屏上并用照相机将图像摄于胶片上或机将图像摄于胶片上或存储到光盘、硬盘上存储到光盘、硬盘上普通普通CTCT（常规（常规CTCT）、螺旋）、螺旋CTCT第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代第五代第五代螺旋螺旋CTCT CTCT的初级阶段，笔形的初级阶段，笔形X X线线束，对侧仅有一个探测器，束，对侧仅有一个探测器，以人体为中心作同步平行以人体为中心作同步平行移动，转换移动，转换0 0扫描角度，扫描角度，作第二次扫描，完成一个作第二次扫描，完成一个层面采集需旋转层面采集需旋转1801800 0。扫。扫描孔径小，扫描时间长，描孔径小，扫描时间长，仅可做头颅扫描。仅可做头颅扫描。扫描方法与

15、一代相同，扫描方法与一代相同，但但X X线束改为扇形，线束改为扇形，覆盖范围增大，探测覆盖范围增大，探测器增至数十个，旋转器增至数十个，旋转角由角由0 0提高到扇面夹提高到扇面夹角度数，扫描时间缩角度数，扫描时间缩短至数十秒，用于颅短至数十秒，用于颅脑。脑。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。扇形束旋转扫描，但探测扇形

16、束旋转扫描，但探测器圆周排列，固定于扫描器圆周排列，固定于扫描架上不运动，管球旋转运架上不运动，管球旋转运动，扫描速度缩短至动，扫描速度缩短至25秒秒。第五代：电子束第五代：电子束CTCTelectron beam CT,EBCT;ultrafast CT,UFCTelectron beam CT,EBCT;ultrafast CT,UFCT不用X线管，用电子枪发射电子束轰击环靶产生X线进行扫描。最快扫描速度达50ms，可行冠状动脉造影和心脏造影,缺点是造价昂贵。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。常

17、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螺旋扫描模式螺旋扫描模式多排探测器多排探测器旋转一周获得多层旋转一周获得多层CT图像图像扫描时间更短、扫描层厚更薄、扫描范围更大扫描时间更短、扫描层厚更薄、扫描范围更大有利于运动器官成像及动态观察有利于运动器官成像及动态观察增强扫描时，可获得感兴趣器官、结构的各期相表现增强扫描时，可获得感兴趣器官、结构的各期相表现特征特征获得连续层面图像，避免小病灶漏诊获得连续层面图像，避免小病灶漏诊完成不合作或难于制动患者的检查完成不合作或难于制动患者的

18、检查无间隔扫描，容积数据，可进行多种后处理重组图像无间隔扫描，容积数据，可进行多种后处理重组图像Multislice CT scanner1、CT图像：由一定数目、不同灰度的像素按矩阵排列构成的灰阶图像。像素大小：1.0mm1.0mm 0.5mm 0.5mm 像素数目：512 512 1024 1024 像素越小，图像越细致-空间分辨率越高2、CT图像反映器官和组织对X线的吸收程度 黑影代表低吸收区-低密度区-肺部 白影代表高吸收区-高密度区-骨骼CT图像以不同灰度显示密度的高低，并有量化标准-CT值 水：0 HU 气体：-1000 骨皮质：10003、CT具有很高的密度分辨率，人体软组织密度

19、差别很小，在CT上也能形成对比4、CT扫描：常规 横轴位 后处理可形成冠状位、矢状位普通CT扫描 平扫、对比增强、造影扫描高分辨力扫描CT新技术1、平扫（plain scan）：不应用对比增强或造影的扫描2、增强扫描(contrast enhancement,CE)：经静脉注入碘对比剂后的扫描（常采用团注法：在几秒内将全部对比剂迅速注入）提高正常组织与病变组织间的密度差，显示平扫未被显示或显示不清的病变动态增强扫描注射对比剂后连续扫描3、造影扫描：先行器官或结构造影后再行扫描 可获得高空间分辨率的扫描技术可获得高空间分辨率的扫描技术薄层厚薄层厚(0.5-1.5(0.5-1.5毫米毫米)、大矩阵

20、、大矩阵(512(512512512至至102410241024)1024)主要用于主要用于观察骨的细微结构观察骨的细微结构,如显示颞骨岩部内半规管、如显示颞骨岩部内半规管、耳蜗、听小骨等结构耳蜗、听小骨等结构;观察肺内微细结构及微小病灶结构观察肺内微细结构及微小病灶结构,如早期肺如早期肺间质改变或各种小气道病变如支气管扩张。间质改变或各种小气道病变如支气管扩张。HRCT利用螺旋利用螺旋CTCT容积扫描数据，经计算机后处理，重组容积扫描数据，经计算机后处理，重组其他显示形式的图像其他显示形式的图像1.1.多方位重组多方位重组 MRPMRP2.2.表面遮盖显示表面遮盖显示 SSDSSD3.3.最

21、大密度投影最大密度投影 MIPMIP4.4.仿真内窥镜仿真内窥镜 CTVECTVE5.5.容积演示容积演示 VRVRMulti planner reformation,MPR在任意平面对容积数据进行多个平在任意平面对容积数据进行多个平面分层重组，获得冠、矢、斜和曲面分层重组，获得冠、矢、斜和曲面等任意平面图像。面等任意平面图像。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曲面重建曲面重建Surface shaded display,SSD 表面遮盖显示Volume rendering techinique 容积演示将螺旋CT扫描的容积资料在工作站3D

22、软件支持下重建三维图像。图像可任意旋转，可加入伪彩，从任意角度观察病灶。图像后处理CT血管成像（CTA）：静脉内注入对比剂后行血管造影CT扫描的图像重组技术，可立体显示人体血管影像常用的后处理技术：最大密度投影（MIP）、容积演示（VR）、表面遮盖显示（SSD）。最大密度投影最大密度投影 MIPMIP图像后处理Virtual endoscopy,VE三维重建技术，模拟内镜检查的过程，可从任意方向三维重建技术，模拟内镜检查的过程，可从任意方向观察管腔内部。用来显示气管、血管、胃肠道、喉、观察管腔内部。用来显示气管、血管、胃肠道、喉、咽、窦腔等结构。咽、窦腔等结构。缺点：不能进行活检缺点：不能进行

23、活检气管仿真内镜结肠仿真内窥镜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)静脉内团注对比剂后，对受检器官选定层面连续扫描，获得灌注参数图以了解感兴趣区毛细血管血流动力学状态的功能成像技术。主要用于：急性脑缺血病 急性心肌缺血 判断肿瘤恶性程度1、中枢神经系统：颅内缺血、损伤及 血肿、肿瘤、脓肿、脑血管（狭窄、闭塞、动脉瘤）、椎管内肿瘤、椎 间盘突出2、五官：眶内肿瘤、鼻咽癌、中耳胆脂瘤、听骨病变、内耳病变3、胸部：肺癌、纵膈肿瘤、肺间质及肺实质 病变、肺血管发育异常及病变、胸膜及胸 壁病变4、心血管：冠状动脉病变、心瓣膜病 变、先心病、心肌缺血5、腹盆腔：肝、胆、胰、脾、腹腔、腹膜后间隙、肾上腺、泌尿生殖系 统等 部位肿瘤、炎症、外伤5、乳腺：较少应用-钼靶摄影6、骨骼肌肉：显示骨质破坏、增生较好1、X线电离辐射对人体负面影响 X线射线剂量大于普通X线摄影2、碘对比剂的肾毒性3、对脑组织及其他软组织分辨力不 如MRI4、不能任意方位直接成像