成像原理精品課件

1、關于成像原理第一張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月普通X射線攝影：多器官重疊影像X CT：清晰的斷層影像清晰的斷層影像第二張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月普通X射線攝影X-CT斷層圖像示意圖X射線斷面重疊像非重疊像X射線底片檢測器X射線管第三張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月第一節(jié)XCT的基礎知識X-CT（x-ray computed tomography,X-CT)運用掃描并采集投影的物理技術，以測定X射線在人體內的衰減系數(shù)為基礎，采用一定算法，經(jīng)計算機運算處理，求解出人體組織的衰減系數(shù)值在某剖面上的二維分布矩陣，再轉為圖像上的灰度分布，從而實現(xiàn)建立斷層解剖圖像的現(xiàn)

2、代醫(yī)學成像技術。由此可見，CT的本質是衰減系數(shù)成像?；驹恚旱谒膹?，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月一、斷層與解剖斷面斷層：是指在受檢體內接受檢查并欲建立圖像的薄層，又稱之為體層。斷層有一定的厚度，它的兩個表面可視為是平行的平面。2.解剖斷面：是指生物體上的某一剖面，此剖面是一平面即是指斷層標本的表面。圖像薄層頭部斷層 X-CT圖像是斷層形態(tài)結構的平均，此平均代表解剖斷面形態(tài)結構第五張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、體素與像素體素（voxel）：是指在受檢體內欲成像的斷層面上，按一定大小和一定坐標人為地劃分的很小的體積元。對劃分好的體積元要進行空間編碼，這就形成了具有坐標排

3、序的體素陣列。腦斷層體素體素長或寬 12mm高 315mm第六張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2.像素（pixel）：是指在圖像平面上劃分的很小的小單元，它是構成一幅圖像的最小點，是構成圖像的基本單元。第七張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3.體素與像素之間的對應關系第八張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月三、掃描與投影掃描（scanning）：是指X射線束以不同的方式、按一定的順序、沿不同的方向對劃分好體素編號的受檢體斷層進行投照，并用高靈敏物檢測器接收透射體素陣后的出射X線束強度。（采集數(shù)據(jù)）投影：把投照受檢體后出射x線束的強度I稱為投影，投影的數(shù)值稱為投影值，投影

4、值的分布稱為投影函數(shù)。檢測器X ray tube檢測器X ray tube位置1位置2第九張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月CT掃描用X射線束：它是有一定能譜寬度的連續(xù)X射線。窄束X射線的獲?。簻手逼鳒手逼魃⑸渚€檢測器射線源第十張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月基本思路：由投影值求解衰減系數(shù)分布單能窄束X射線透射各向同性均勻連續(xù)介質衰減函數(shù)CT 本質即 值二維分布CT圖像重建原理: 基本原理：X射線衰減規(guī)律 I0是入射X射線強度，I是X射線出射強度，是均勻介質的線性衰減系數(shù)(linear attenuation coefficient)或線性吸收系數(shù)(linear absorp

5、tion coefficient) 四、圖像重建的數(shù)理基礎第十一張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月n32四、圖像重建的數(shù)理基礎1I0In1.投影方程建立（對于非均勻介質）d第十二張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月(l)P稱投影或投影函數(shù) 值連續(xù)變化(一維)p（1）X射線束通過非均勻介質 第十三張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月當X射線沿不同路徑掃描時就會得到一系列的線性方程只要獨立方程數(shù)等于體素數(shù)目就可聯(lián)立求出所有體素的 i 值 i 值的二維分布矩陣 i 值的數(shù)字圖像除方程法外還有多種算法目前CT機普遍采用濾波反投影法這種重建圖像的算法稱為方程法方程法因運算量太大而不實

6、用第十四張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月（2）圖像重建反投影法（總和法）投影反投影利用所獲投影數(shù)值反向投回各體素中求出各體素的值實現(xiàn)圖像的重建第十五張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月反投影法圖像重建過程123446461554337752353691213161922004509001350等效 10投影相加（體素格中數(shù)字表示該體素值）1234結論：反投影法可以重建原來的數(shù)據(jù)?；鶖?shù)等于所有體素的特征參數(shù)的總和。第十六張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月結論：反投影法將產(chǎn)生邊緣失銳現(xiàn)象第十七張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月邊緣失銳的消除濾波反投影法第十八張，PP

7、T共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月五、CT值與灰度顯示1.CT值：CT機中的X射線強度測量是相對量，也就是說測得的是值的相對值。國標對CT值的定義為：CT影像中每個像素所對應的物質X射線線性平均衰減量大小的表示。實際中，均以水的衰減系數(shù)水作為基準，若某種物質的衰減系數(shù)為，則其對應的CT值由下式給出：式中 水 為能量73keV的X射線 在水中的線性衰減系數(shù)第十九張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月人體中幾種主要物質的CT值水 0 空氣 -1000致密骨 +1000 凝固血 5676腦灰質 3646 腦白質 2232血液 12 脂肪 -100第二十張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2

8、.灰度顯示是圖像的黑白或明暗程度，它是在圖像上，表現(xiàn)各像素黑白或明暗程度的量。從完全黑到完全白有無數(shù)多個不同的灰度。在圖像畫面上，是以灰度分布的形式顯示CT影像。把各體素的CT值轉換成圖像上對應像素的灰度，變得到圖像畫面上的灰度分布。此灰度就是XCT像。顯然，一個CT值對應一個灰度。第二十一張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3.窗口技術實際上采用一個CT值對應一個灰度的方法，人眼并不能分辨出這么多的灰度分級。其實顯示器也無法顯示這么多的灰度。一般人眼僅能分辨相差大于60HU的灰度級，從黑到白只能分為33個不同分級。為彌補人眼分辨能力不足的弊端，常采用窗口技術。主要有窗寬（window

9、width)與窗位（window level)二個指標。窗口技術：CT機放大或增強某段范圍內灰度的技術 第二十二張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月窗位(window level W.L)：窗寬(window width W.W)：窗寬= CTmaxCTmin 觀測組織CT值范圍范圍以下壓縮為全黑范圍以上增強為全白增強的灰度范圍對應 灰度范圍上下限之差窗口中心灰度值第二十三張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2）圖像的再加工處理考慮每一像素與臨近像素關系算出像素新數(shù)值。例: 對33矩陣像素值平滑處理。E為某點原像素值, E為處理后像素值， 不同濾波公式完成相應濾波計算。圖像的過濾原

10、理ECJFBHEAGD典型的 33圖像矩陣濾波處理 第二十四張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2）圖像的再加工處理輪廓濾波邊緣增強濾波 陰影濾波平滑濾波平均平滑濾波圖像的過濾第二十五張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月圖像的放大和縮小2）圖像的再加工處理第二十六張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月圖像的放大和縮小2）圖像的再加工處理數(shù)據(jù)缺少圖像粗糙插值法圖像放大圖像縮小數(shù)據(jù)增多數(shù)據(jù)壓縮缺點缺點處理處理圖像失真插值法abc兩點平均插值示意圖 第二十七張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月六、圖像的主要質量參數(shù)1.對比度及對比度分辨力Contrast是CT圖像表示不同物質密

11、度差異、或對X射線透射度微小差異的量。表現(xiàn)在圖像上像素間的對比度，是它們灰度間的黑白程度的對比。定義定義對比度主要由物質間的密度差來決定，但也受其它因素影響。第二十八張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月對比度分辨力也叫密度分辨力，它是CT像表現(xiàn)不同物質的密度差異，或對X射線透射度微小差異的能力。用能分辨的最小對比度的數(shù)值表示。典型值：0.1%-1.0%之間。與X射線能量有關。檢測方法：低密度體模。第二十九張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月2.高對比度分辨力和低對比度分辨力當被分辨組織器官的較小結構或病灶的線度過小時，即使在滿足對比度分辨力的條件下，該較小結構或病灶也未必能被分辨或

12、識別出來。高對比度分辨力：物體與勻質環(huán)境的X射線線性衰減系數(shù)關別的相對值大于10%時，CT機能分辨該物體的能力。單位：mm或LP.cm-1。低對比度分辨力：物體與勻質環(huán)境的X射線線性衰減系數(shù)關別的相對值小于1%時，CT機能分辨該物體的能力。單位：mm。第三十張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月3.空間分辨力是指CT像分辨兩個距離很近的微小組織結構的能力，抽象地說就是CT圖像分辨斷層上兩鄰近點的能力?？捎梅直婢嚯x（即能分辨的兩個點間的最小距離）表示。影響因素：檢測器有效受照寬度、有效受照高度、重建算法、圖像矩陣大小、圖像對比度等。檢測方法：高密度體模。第三十一張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2

13、022年6月4.圖像噪聲(noise)與X射線劑量(dose)Noise:在均質物質的影像中，表示給定區(qū)域的各CT值對其平均值變化的量。其量值用給定區(qū)域CT值的標準偏差表示。n是ROI內像素數(shù)。影響因素：量子噪聲、電氣測量系統(tǒng)熱噪聲、重建算法等。第三十二張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月dose:是指在用X射線掃描中，投照受檢體所使用的X射線的量，它決定于X射線強度和硬度。增大劑量可以減小圖像噪聲。噪聲的檢測：采用標準水模。第三十三張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月5.均勻性（even)是描述在斷面不同位置上的同一種組織成像時，是否具有同一個平均CT值的量。國標定義：在掃描野中，勻質體各局部在CT圖像上顯示出的CT值的一致性。可用CT值的標準偏差來表示。檢測方法：標準圓柱形試模（仲裁時用水模）。第三十四張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月6.各參數(shù)間的制約從臨床角度，對圖像質量的要求應是各方面的指標參數(shù)都好，但這在技術實現(xiàn)上又很難做到。這是因為各參數(shù)間的相互制約關系。第三十五張，PPT共三十七頁，創(chuàng)作于2022年6月二、XCT圖像的偽