ct原理上-ppt課件-PPT文檔資料

1、CT原理及維修診斷技術(shù)高級(jí)培訓(xùn)班CT原理（上） CT作為一種公認(rèn)的成熟、快速、可靠的影像設(shè)備, 正在各級(jí)醫(yī)院的診斷和治療中發(fā)揮著日益重要的作用,并得到廣泛的應(yīng)用。 近八年來(lái),多層螺旋CT的推出和新的應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā),使CT進(jìn)入又一個(gè)快速發(fā)展期,各種類(lèi)型的CT機(jī)大量推出。CT（Computed Tomography）1895年11月8日,德國(guó)物學(xué)家倫琴 (WRaontgen) 發(fā)現(xiàn)了X射線(xiàn)。三天以后，偶然看到了倫琴的夫人手的X射線(xiàn)造影。從此就開(kāi)創(chuàng)了用X射線(xiàn)進(jìn)行醫(yī)學(xué)診斷的放射學(xué)X射線(xiàn)攝影術(shù)，奠定了醫(yī)學(xué)影像攝影的基礎(chǔ)。X射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn) 一、 X線(xiàn)影像攝影基礎(chǔ)低氣壓放電現(xiàn)象：1836年，英國(guó)科學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)

2、，稀薄氣體放電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種絢麗的輝光。因?yàn)樗怯申帢O發(fā)出的，后來(lái)物理學(xué)家把這種輝光稱(chēng)為“陰極射線(xiàn)”（cathode ray） 。為探明陰極射線(xiàn)，許多科學(xué)家進(jìn)行了艱巨的研究。一、 X線(xiàn)影像攝影基礎(chǔ)傳統(tǒng)的X射線(xiàn)機(jī)具有的優(yōu)點(diǎn)：1. 價(jià)格低;2. 易操作;3. 應(yīng)用面廣;但也有以下一些缺陷：1影像重疊;2密度分辨力低;3中心投影效應(yīng) (也叫幾何放大效應(yīng)） ;4膠片存儲(chǔ)，檢索困難;一、 X線(xiàn)影像攝影基礎(chǔ)密度分辨力低一、 X線(xiàn)影像攝影基礎(chǔ)中心投影效應(yīng)一、 X線(xiàn)影像攝影基礎(chǔ)二、 CT的發(fā)展回顧 1917年，雷登(JRadon)提出了圖象重顯理論的數(shù)學(xué)方法研究，他指出對(duì)二維或三維的物體可以從各個(gè)不同的方向上

3、進(jìn)行投影，稱(chēng)為雷登變換； 然后用數(shù)學(xué)方法計(jì)算出一張重建的圖像中，也稱(chēng)為雷登逆變換。 1956年，天文學(xué)家Bracewell用這種方法處理了從太陽(yáng)發(fā)射來(lái)的微波信息，Bracewell第一次將一系列由不同方向測(cè)得的太陽(yáng)微波發(fā)射數(shù)據(jù)，運(yùn)用圖像重建方法，繪制了太陽(yáng)微波發(fā)射圖像。 二、 CT的發(fā)展回顧 對(duì)CT的研究可追溯到1967年,那年，CT的發(fā)明人、英國(guó)工程師Godfrey Hounsfield 制成了第一臺(tái)可用于臨床的計(jì)算機(jī)X 射線(xiàn)斷層攝影機(jī)。CT的發(fā)明二、 CT的發(fā)展回顧 1971年10月，Hounsfield設(shè)計(jì)并掃描出第一幅具有診斷價(jià)值的頭部CT圖像，從而宣告世界上第一臺(tái)CT掃描機(jī)的研制成功

4、，因?yàn)槭怯?guó)EMI公司生產(chǎn)，又稱(chēng)EMI CT掃描機(jī)。1971年9月第一臺(tái)頭掃描CT機(jī)安裝在英國(guó)的一所醫(yī)院中。每一幅圖像的處理時(shí)間為20分鐘左右。 二、 CT的發(fā)展回顧第一臺(tái)CT機(jī)的頭部圖像二、 CT的發(fā)展回顧 1979年,Hounsfield和Cormack, CT發(fā)明者，一位工程師和一位物理學(xué)家，兩位沒(méi)有專(zhuān)門(mén)醫(yī)學(xué)經(jīng)歷的科學(xué)家, 榮獲了諾貝爾醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，以表彰他們的突出成就。 Hounsfield于2019年8月12日在英國(guó)逝世，享年84歲。 Cormack于2019年5月23日在美國(guó)逝世，享年74歲。 二、 CT的發(fā)展回顧 1974年，美國(guó)GeorgeTown醫(yī)學(xué)中心的工程師萊德雷（Ledley

5、）設(shè)計(jì)出了全身CT掃描儀，使CT不僅可用于顱腦，而且還可用于全身各個(gè)部位的影像學(xué)檢查。二、 CT的發(fā)展回顧圖a、b是1974年SIRETOM拍攝的 80X80圖像,矢狀面圖像是由每層厚為1.3CM斷面重建的。圖c、d是容積掃描拍攝的1024X1024 圖像,矢狀面圖像可以說(shuō)是連續(xù)的 。CT圖像對(duì)比二、 CT的發(fā)展回顧三、 CT技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) CT的優(yōu)點(diǎn) (1) 真正的斷面圖像 (2) 密度分辨率高 (3) 可作定量分析 (4) 數(shù)字圖像 CT的局限性和不足 (1) 空間分辨率仍未超過(guò)常規(guī)的X線(xiàn)檢查。 (2) 不是所有臟器都以CT檢查作為首選。 (3) 以X射線(xiàn)作為信息載體,仍對(duì)人體存在傷害。 (

6、4) CT的圖像是形態(tài)學(xué)影像。 多層螺旋CT是主要代表2019年推出的多層CT使得CT在掃描速度；圖像質(zhì)量、掃描范圍、適用器官等方面取得新的突破,是CT技術(shù)進(jìn)入新階段的標(biāo)志。三、 CT技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)1.更低的射線(xiàn)劑量全球各主要CT制造商均把更低CT的劑量水平作為CT發(fā)展的研究目標(biāo)，并通過(guò)各種方法及措施來(lái)降低劑量。限制掃描容積：增加輻射光譜的預(yù)過(guò)濾; 調(diào)整掃描參數(shù); 對(duì)連續(xù)CT和螺旋CT掃描采用自動(dòng)曝光控制; 選擇適當(dāng)圖像重建參數(shù)降低圖像重建噪聲； 三、 CT技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)2.更快的采集和重建速度a. 可以減少運(yùn)動(dòng)偽影，提高圖像質(zhì)量。b. 從經(jīng)濟(jì)和成本回收的角度來(lái)考慮，縮短了機(jī)器的成本回收期,提高醫(yī)

7、院的經(jīng)濟(jì)效益。c. 能充分發(fā)揮造影劑的作用,減少造影劑用量和病人費(fèi)用。d. 螺旋掃描具有速度快、運(yùn)動(dòng)偽影少。e. 從病人接受角度來(lái)看,有益于危重病人的診查 。三、 CT技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)3. CT的應(yīng)用已拓展到一些新的范圍CT血管造影(CTA)CT三維圖像重建 CT介入CT仿真內(nèi)鏡CT灌注成像CT立體定向技術(shù)CT心臟檢查CT血管造影(CTA)三、 CT技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)四、X射線(xiàn)的產(chǎn)生 高速運(yùn)動(dòng)的電子轟擊金屬靶時(shí)，靶就放出X射線(xiàn)，這就是X射線(xiàn)管的工作原理。 從陰極發(fā)射的熱電子，經(jīng)陰、陽(yáng)兩極間的電場(chǎng)加速后，電子的速度已非常高。如在100kV管電壓，當(dāng)電子抵達(dá)靶時(shí)，速度可達(dá)0.55c(c為光速)。此高速電子與

8、靶物質(zhì)相互作用造成能量轉(zhuǎn)移, 或能量損失，速度驟減。 能量損失分為碰撞損失和輻射損失。 碰撞損失的能量將全部轉(zhuǎn)化為熱能。 輻射損失是由于高速運(yùn)動(dòng)的電子與靶的內(nèi)層電子和原子核的作用。 通過(guò)輻射損失的能量，大部分是以X射線(xiàn)的形式輻射出去，它不足電子總能量的1。 根據(jù)作用情況的不同,輻射損失又可分為連續(xù)輻射和特征輻射。四、X射線(xiàn)的產(chǎn)生連續(xù)輻射(韌致輻射)：如果被靶阻擋的電子的能量，不越過(guò)一定限度時(shí)，只發(fā)射連續(xù)光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射。 連續(xù)光譜的性質(zhì)和靶材料無(wú)關(guān)。特征輻射(標(biāo)識(shí)輻射)：當(dāng)電子的能量超過(guò)一定的限度時(shí)，可以發(fā)射一種不連續(xù)的，它只有幾條特殊的線(xiàn)狀光譜，這種發(fā)射線(xiàn)狀光譜的輻射叫做特征

9、輻射。 特征光譜和靶材料有關(guān)，不同的材料有不同的特征光譜這就是為什么稱(chēng)之為“特征”的原因。 四、X射線(xiàn)的產(chǎn)生X射線(xiàn)的光譜圖X射線(xiàn)其波長(zhǎng)約為10nm到102nm之間 W: 鎢 Mo：鉬Cr：鉻四、X射線(xiàn)的產(chǎn)生X射線(xiàn)的特性 X射線(xiàn)之所以能夠用于醫(yī)學(xué)診斷，是由于它還具有普通光所設(shè)有的特點(diǎn)和作用:1. 穿透作用 穿透作用是指X射線(xiàn)通過(guò)物質(zhì)時(shí)不被吸收的本領(lǐng)。2. 電離作用：是X射線(xiàn)損傷和治療的基礎(chǔ)。物質(zhì)受X射線(xiàn)照射時(shí)，核外電子會(huì)脫離原子軌道，這 種作用稱(chēng)為電離作用。3. 熒光作用 有些物質(zhì)受X射線(xiàn)照射后，可以輻射出可見(jiàn)光或紫外。 它是X線(xiàn)照相的基礎(chǔ)。四、X射線(xiàn)的產(chǎn)生 當(dāng)X射線(xiàn)穿過(guò)物體時(shí)，X射線(xiàn)與物體之間

10、主要存在著三種的相互作用過(guò)程，影響 X射線(xiàn)的衰減, 它們是 干涉散射 光電效應(yīng) 康普頓效應(yīng)四、X射線(xiàn)的產(chǎn)生1、干涉散射CT的X射線(xiàn)能量大，干涉散射對(duì)CTX射線(xiàn)的衰減影響不大。四、X射線(xiàn)的產(chǎn)生2、光電效應(yīng)用光（包括X射線(xiàn)）照射一些金屬，觀察到金屬表面有電子逸出的現(xiàn)象醫(yī)用X射線(xiàn)能量在10-150KeV之間，產(chǎn)生光電效應(yīng)幾率較大。X射線(xiàn)能量增大光電效應(yīng)幾率減小。由于光電效應(yīng)過(guò)程中生物組織將X線(xiàn)光子完全或部分吸收，所以X射線(xiàn)產(chǎn)生生物損傷主要源于光電效應(yīng)。四、X射線(xiàn)的產(chǎn)生3、康普頓效應(yīng) 四、X射線(xiàn)的產(chǎn)生 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)波長(zhǎng)很短的光（電磁波），如X射線(xiàn)、射線(xiàn)等通過(guò)不含雜質(zhì)的均勻媒質(zhì)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象，這現(xiàn)象

11、首先由美國(guó)物理學(xué)家康普頓于1922年發(fā)現(xiàn)，并作出理論解釋?zhuān)史Q(chēng)康普頓效應(yīng)。 康普頓效應(yīng)產(chǎn)生較多散射線(xiàn)，在X線(xiàn)成像過(guò)程中會(huì)降低成像質(zhì)量。 五、X線(xiàn)的吸收定律由物理學(xué)的吸收定律(朗伯定律)可知，當(dāng)一單色線(xiàn)束通過(guò)一密度均勻的小物體時(shí)，其能量因與物質(zhì)的原子相互作用而減弱，減弱的程度與物質(zhì)的厚度和組成成分或吸收系數(shù)有關(guān)，可用下式表達(dá)： I = IO e-dIO ：入射的X射線(xiàn)強(qiáng)度；I ：穿過(guò)均勻密度物體后的X射線(xiàn)強(qiáng)度； ：物質(zhì)對(duì)該波長(zhǎng)的線(xiàn)性衰減系數(shù)；d ：穿過(guò)均勻密度物體的路徑長(zhǎng)度；e ：自然對(duì)數(shù)底 N1 N2 N3 Nn 123nxxxmxI0InIm-1ImxX線(xiàn)方向上衰減系數(shù)值總和的測(cè)量CT影像的

12、像素計(jì)算 In = In-1 e-nd在X射線(xiàn)穿過(guò)的路徑上，如果已知d、IO、In，則物體的衰減系數(shù)總和是可以計(jì)算出來(lái)的。這必須作出多方向投影,建立多個(gè)聯(lián)立方程式，才能算出所有的衰減系數(shù)值來(lái)。CT圖像的重建過(guò)程，就是求每個(gè)小單元衰減系數(shù)的過(guò)程。因而上述方程是CT圖像重建的基本方程之一。五、X線(xiàn)的吸收定律六、CT圖像的形成過(guò)程 圖像掃描階段 高壓發(fā)生器供給球管電壓和燈絲電流，使X射線(xiàn)管產(chǎn)生X射線(xiàn)。X線(xiàn)束圍繞人體旋轉(zhuǎn)，以便從多個(gè)角度采集數(shù)據(jù)。在掃描階段的主要任務(wù)是采集數(shù)據(jù)。 CT中我們?cè)鯓訙y(cè)量一個(gè)物體？通過(guò)多角度用筆形X線(xiàn)束來(lái)測(cè)量物體的吸收值。六、CT圖像的形成過(guò)程 圖像形成的重建階段 CT圖像產(chǎn)

13、生的第二個(gè)階段就是圖像重建階段，這主要由陣列處理機(jī)進(jìn)行處理。人體的每個(gè)體積元用一個(gè)象素來(lái)表示。每個(gè)象素用一個(gè)CT值來(lái)表示。六、CT圖像的形成過(guò)程七、CT圖像的顯示圖像顯示階段 圖像顯示階段的主要任務(wù)是把數(shù)字圖像轉(zhuǎn)換成視頻顯示，以便直接觀測(cè)或記錄在膠片上。人眼最多能分辨64級(jí)灰度。通過(guò)使用窗口技術(shù)將圖像在顯示器上顯示。 CT值是用來(lái)表 示與CT圖像上 單元面積有關(guān) 的平均X射線(xiàn) 衰減數(shù), CT值用豪斯菲 爾德單位HU來(lái) 表示。使用CT 值后，它既表 示了某物質(zhì)的 吸收衰減系數(shù) 本身，也表示 了各種不同密 度組織的相對(duì) 關(guān)系。七、CT圖像的顯示 窗口技術(shù)數(shù)字圖像所特有的顯示技術(shù)方法稱(chēng)為窗口技術(shù)。它

14、包括窗位和窗寬的控制、調(diào)整。CT窗寬：window width 監(jiān)示器中最亮和最暗灰階所代表的CT值的跨度。 CT窗位：window level 窗寬上下限灰階所代表的CT值的中心值。窗寬決定圖像CT值的變化跨度，窗位則決定觀察變化的的區(qū)域。七、CT圖像的顯示不同的窗口條件下，顯示人體的不同部位圖像的效果。 八、 各代CT第一代(平移+旋轉(zhuǎn))這類(lèi)掃描機(jī)多屬于頭部專(zhuān)用機(jī)由一個(gè)X射線(xiàn)管和兩個(gè)或三個(gè)晶體探測(cè)器組成由于X射線(xiàn)束被準(zhǔn)直成像鉛筆芯粗細(xì)的線(xiàn)束，故又稱(chēng)為筆形掃描束裝置。掃描時(shí)間為35分鐘第二代(平移+旋轉(zhuǎn)方式)把第一代單一筆形,X射線(xiàn)束改為扇形線(xiàn)束探測(cè)器數(shù)目也增加到330個(gè)。每次掃描后的旋轉(zhuǎn)角由10提高至30300。掃描時(shí)間為2090秒八、 各代CT第三代CT機(jī)有較寬的扇形角(30045 0)，可包括整個(gè)被掃描體截面，探測(cè)器數(shù)目極大地增加了。扇形角寬( 扇角為300450), X射線(xiàn)管必須環(huán)繞其中心線(xiàn)轉(zhuǎn)過(guò)90 0。掃描時(shí)間為29秒，有些可達(dá)到0.5秒以?xún)?nèi)。技術(shù)性較高，成本和圖像質(zhì)量方面具有較大優(yōu)勢(shì)，是目前臨床上應(yīng)用最為廣泛的一種CT機(jī)。第三代(旋轉(zhuǎn)一旋轉(zhuǎn)方式)八、 各代CT第四代(旋轉(zhuǎn)一靜止)掃描方式是探測(cè)器靜止 而只有X射線(xiàn)管旋轉(zhuǎn)。扇形線(xiàn)束角度也較大， 單幅的數(shù)據(jù)獲取時(shí)間 縮短到15秒。檢測(cè)器達(dá)到6001500個(gè)， 多排螺旋CT多達(dá)4800個(gè)。第四