計(jì)算機(jī)X線體層成像課件

醫(yī)學(xué)影像成像原理第六章計(jì)算機(jī)X線體層成像張衛(wèi)萍

江西醫(yī)學(xué)專科學(xué)校王曉艷泰山醫(yī)學(xué)院第一節(jié)概述第二節(jié)CT成像的基本硬件與類型第三節(jié)CT成像原理第四節(jié)CT圖像重建第五節(jié)CT圖像處理第六節(jié)CT圖像質(zhì)量學(xué)習(xí)目標(biāo)1.掌握

CT圖像特點(diǎn)、CT成像原理（物理原理、數(shù)據(jù)采集原理與CT圖像重建原理方法）、普通CT與螺旋CT成像理論的區(qū)別；2.熟悉影響CT圖像質(zhì)量的因素及CT圖像處理技術(shù)；3.了解CT簡(jiǎn)史、雙源CT與能譜CT。

第一節(jié)概述一、

CT簡(jiǎn)史

1.1971年9月英國(guó)工程師豪斯費(fèi)爾德（G.N.Hounsfield）研制出第一臺(tái)CT并獲得第一幅頭部的CT圖像。2.1974年全身CT成像裝置研制成功。3.1985年出現(xiàn)滑環(huán)技術(shù)，1989年在滑環(huán)技術(shù)的基礎(chǔ)上，螺旋CT（helicalorspiralCT）問世，堪稱CT發(fā)展的里程碑。4.1992年以色列的ELSCINT公司研制成功雙層螺旋CT，開創(chuàng)了多層螺旋掃描的先河。一、

CT簡(jiǎn)史

5.1998年11月底多層面CT（multisliceCT，MSCT）應(yīng)用臨床，大大提高了掃描速度。6.2004年推出的64排螺旋CT，又稱容積CT，開創(chuàng)了容積數(shù)據(jù)成像的新紀(jì)元。7.2005年雙源CT（DualSourceCT，DSCT）研制成功，實(shí)現(xiàn)了單扇區(qū)的數(shù)據(jù)采集，大大提高了心臟掃描的時(shí)間分辯率。8.近來能譜CT成像技術(shù)開始用于臨床，實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)定性分離和定量測(cè)定，在優(yōu)化圖像質(zhì)量、提高病灶檢出率和疾病鑒別能力方面均具有價(jià)值。二、

CT成像的特點(diǎn)

（一）CT成像優(yōu)勢(shì)1．?dāng)嗝鎴D像CT通過準(zhǔn)直器的準(zhǔn)直，可得到無層面外組織結(jié)構(gòu)干擾的橫斷面圖像，能準(zhǔn)確地反映橫斷平面上組織和器官的解剖結(jié)構(gòu)。此外，經(jīng)CT后處理技術(shù)處理，獲得診斷所需的矢狀、冠狀等各種斷面圖像。

2．密度分辨率高

由于CT的X線束是經(jīng)過嚴(yán)格的準(zhǔn)直后到達(dá)探測(cè)器，從而減少了散射線。此外，CT還利用軟件對(duì)灰階的控制，加大了人眼的觀測(cè)范圍。一般來說，CT的密度分辨率比常規(guī)X線檢查高20倍。3．可做定量分析

CT能夠準(zhǔn)確地測(cè)量各組織的X線吸收衰減值，通過各種計(jì)算，做定量分析。4．可進(jìn)行各種后處理

通過借助各種圖像處理軟件，能對(duì)病灶的形狀及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。螺旋掃描可獲得高質(zhì)量的三維圖像和斷面圖像。此外，CT還可通過后處理軟件進(jìn)行放射治療方案的制定和治療效果的評(píng)價(jià)。二、

CT成像的特點(diǎn)

（二）CT局限性和不足1．空間分辨率不如常規(guī)的X線成像中檔CT機(jī)其極限分辨率約10LP/cm高檔的CT機(jī)其極限分辨率約14LP/cm常規(guī)X線攝影的屏/片組合系統(tǒng)分辨率可達(dá)10LP/mm無屏單面乳劑膜片攝影，分辨率可達(dá)30LP/mm以上2．并非對(duì)所有臟器都適合

如空腔性臟器胃腸道由于無規(guī)則的蠕動(dòng)，CT還不能替代常規(guī)的X線檢查。CT血管造影的圖像質(zhì)量也不及DSA。3．目前不能進(jìn)行功能成像

三、CT的臨床應(yīng)用

CT機(jī)發(fā)展到今天，已經(jīng)可以廣泛應(yīng)用到全身的任何一個(gè)部位的檢查上。四、CT圖像形成概念

1．體層

CT成像中建立一幅圖像的掃描過程中，受檢體中被X線束透射的部分就是體層。2．層厚

是指掃描后一幅圖像對(duì)應(yīng)的斷面厚度。3．圖像矩陣

如果每個(gè)小體積單元按照掃描過程中的順序進(jìn)行排列和編號(hào)，便形成了一個(gè)有序的數(shù)組；同時(shí)CT圖像重建中，按照這些有序數(shù)組計(jì)算和重建圖像，這些有序的數(shù)組反映在圖像平面上就形成了圖像矩陣（imagematrix）。圖像矩陣中的每個(gè)元素即為像素。將圖像分割成N×N的矩陣，矩陣中的元素用μij來表示，其物理意義是代表組織的吸收系數(shù)或CT值。

4．像素

是構(gòu)成CT圖像最小的單位。它與體素相對(duì)應(yīng)，體素的大小在CT圖像上的表現(xiàn)，即像素。用每個(gè)體素對(duì)X線束的吸收系數(shù)來代表它的圖像信息，并變換成各組織的CT值，這就構(gòu)成平面圖像的像素值。

5．體素

是指在受檢體內(nèi)欲成像的層面上按一定的大小和一定的坐標(biāo)人為劃分的小體積元。二維的像素加上厚度就是體素（voxel），體素是一個(gè)三維的概念，是CT容積數(shù)據(jù)采集中最小的體積單位，也是重建三維立體圖像的基本單元。它有三要素：長(zhǎng)、寬、高。

6．CT值

由于吸收系數(shù)是一個(gè)物理量，是具有物理含義的量值。在醫(yī)學(xué)上，以吸收系數(shù)為依據(jù)，用CT值來表達(dá)人體組織密度的量值。CT值可用公式表示為：

式中，K是分度因數(shù)，常取為1000。CT值的單位為“HU”（HounsfieldUnit）。7．灰度

是指黑白或明暗的程度，它是在圖像面上表現(xiàn)各像素黑白或明暗程度的量。從全黑到全白可有不同的灰度分級(jí)。8．灰階

顯示器所表現(xiàn)的亮暗信號(hào)等級(jí)的差別稱為灰階（gray)。9．窗口技術(shù)

是將全范圍CT值分時(shí)分段進(jìn)行顯示技術(shù)。被顯示灰階的范圍稱為窗寬（W），其中間值稱為窗位（C），窗寬以外的CT值不顯示。根據(jù)此概念可以計(jì)算CT值顯示范圍：顯示下限為窗位減去1/2窗寬，上限是窗位加上1/2窗寬，用數(shù)學(xué)表達(dá)式為：C-W/2（下限）~C+W/2（上限）10．部分容積現(xiàn)象

如果劃分的體素內(nèi)包含有幾種不同的組織成分，則該體素的CT值應(yīng)是所含各種成分的加權(quán)平均值。在這種情況下，平均CT值不能準(zhǔn)確與體素內(nèi)任何一種組織成分的密度相對(duì)應(yīng)，這種現(xiàn)稱為部分容積現(xiàn)象（partialvolumephenomenon）。11．投影

把投照受檢體后出射的X線束強(qiáng)度I稱為投影（projection），投影的數(shù)值稱為投影值，投影值的分布稱為投影函數(shù)。12．掃描

是為獲取投影值而采用的物理技術(shù)。或者說，掃描是為重建圖像而進(jìn)行數(shù)據(jù)采集所使用的物理技術(shù)。13．掃描方式

X線管和檢測(cè)器固定在掃描架上組成掃描機(jī)構(gòu)，它們圍繞掃描床上的受檢體進(jìn)行同步掃描運(yùn)動(dòng)，這種同步掃描運(yùn)動(dòng)形式稱為掃描方式。第二節(jié)CT成像的基本硬件與類型一、CT成像的基本硬件CT機(jī)的基本硬件，主要包括掃描機(jī)架系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和外圍設(shè)備。

（一）掃描機(jī)架系統(tǒng)掃描機(jī)架可根據(jù)檢查的需要，進(jìn)行正負(fù)25°的傾斜。掃描機(jī)架系統(tǒng)內(nèi)部包括X線球管、高壓發(fā)生器、探測(cè)器和準(zhǔn)直器等。

1．X線管X線管是產(chǎn)生X線的器件，由陰、陽極和真空玻璃管（或金屬管）組成。分固定陽極和旋轉(zhuǎn)陽極兩種。固定陽極管主要用于第一、二代CT機(jī)，第三、四代CT機(jī)多采用旋轉(zhuǎn)陽極管，旋轉(zhuǎn)陽極管焦點(diǎn)小，要求熱容量大，壽命很長(zhǎng)，可達(dá)2萬次掃描以上。目前。部分CT已采用飛焦點(diǎn)或動(dòng)態(tài)焦點(diǎn)技術(shù)，即采用2個(gè)焦點(diǎn)交替工作，其曝光次數(shù)可達(dá)25萬～50萬次。

2．X線發(fā)生器CT機(jī)對(duì)高壓電源的穩(wěn)定性要求很高，電壓波動(dòng)會(huì)影響X線能量，而X線能量與物質(zhì)的衰減系數(shù)值有密切關(guān)系。因此，CT的高壓系統(tǒng)中必須采用高精度的穩(wěn)壓反饋措施。多采用高頻逆變高壓技術(shù)，這種方法，電壓一致性好、穩(wěn)定，圖像分辨率高。

3．探測(cè)器探測(cè)器的作用是接收透過被檢體的X線并將其轉(zhuǎn)換為可供記錄的電信號(hào)。目前CT機(jī)使用的探測(cè)器分為固體和氣體探測(cè)器。固體探測(cè)器多采用閃爍晶體接收X線，并把它轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，再用光電倍增管或高靈敏度光電二級(jí)管接收，變成電信號(hào)送至信號(hào)采集處理器。氣體探測(cè)器多采用氙氣。利用氣體電離的原理，入射的X射線使氣體產(chǎn)生電離，然后測(cè)量電流的大小測(cè)得入射X射線的強(qiáng)度。4．準(zhǔn)直器

CT掃描機(jī)中的準(zhǔn)直器分為兩種：一是X線管端的準(zhǔn)直器（又稱前準(zhǔn)直器）；二是探測(cè)器端的準(zhǔn)直器（又稱后準(zhǔn)直器）。準(zhǔn)直器的作用是減少病人的X線劑量和對(duì)CT成像所不必要的散射線，其次還決定了CT掃描的層厚。5．模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D轉(zhuǎn)換器）

A/D轉(zhuǎn)換器是CT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（dataacquisitionsystem，DAS）的主要組成部分。其作用是將來自探測(cè)器的輸出信號(hào)放大、積分后多路混合變?yōu)閿?shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換器由一個(gè)頻率發(fā)生器和比較積分器組成。（二）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)一般由主控計(jì)算機(jī)和陣列計(jì)算機(jī)兩部分組成。主控計(jì)算機(jī)的作用是：①控制和監(jiān)視掃描過程，并將掃描數(shù)據(jù)送入存儲(chǔ)器；②CT值的校正和輸入數(shù)據(jù)的擴(kuò)展；③與操作者對(duì)話并控制掃描等信息的傳送；④圖像重建的程序控制；⑤故障診斷及分析。列陣處理機(jī)主要的任務(wù)是在主控計(jì)算機(jī)的控制下，進(jìn)行圖像重建等處理。在圖像重建時(shí)，陣列處理機(jī)接收由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或磁盤送來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運(yùn)算后再送給主控計(jì)算機(jī)，然后在終端顯示。

（三）外圍設(shè)備1．檢查床檢查床的作用是準(zhǔn)確地把病人送入預(yù)定或適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。為適應(yīng)CT檢查的需要，與X線束射出同方向的位置上有定位光源，以利于定位。2．操作臺(tái)操作臺(tái)是操作員與計(jì)算機(jī)對(duì)話的工作平臺(tái)。掃描參數(shù)的編輯、設(shè)定、掃描過程的控制、觀察分析、病人資料的輸入及機(jī)器故障診斷均在操作臺(tái)上完成。3．圖像存儲(chǔ)和記錄部分該部分包括有硬盤、軟盤、磁帶機(jī)、光盤等，它們的作用是存儲(chǔ)和記錄圖像。

二、CT機(jī)的基本類型與特點(diǎn)CT機(jī)可分為：普通CT、螺旋CT、雙源CT與能譜CT。

（一）普通CT由于使用的X線束和檢測(cè)器數(shù)量不同，可分：

1．單束平移-旋轉(zhuǎn)方式其屬于第一代CT掃描，掃描裝置由一個(gè)X線管和一個(gè)檢測(cè)器組成，X線束被準(zhǔn)直成筆直單線束形式，X線管和檢測(cè)器圍繞受檢體作同步平移-旋轉(zhuǎn)（translate-rotate，T-R）掃描運(yùn)動(dòng)。這種掃描方式的缺點(diǎn)是X線利用率低，掃描速度慢，做一個(gè)體層掃描約需5min時(shí)間，故只適用于無相對(duì)運(yùn)動(dòng)器官的掃描，如頭部等。

2．窄扇形束平移-旋轉(zhuǎn)方式為第二代CT掃描方式，掃描裝置由一個(gè)X線管和6～30個(gè)檢測(cè)器組成同步掃描系統(tǒng)。此種掃描進(jìn)行時(shí)，X線管發(fā)出一張角為3o～15o的扇形X線束，6～30個(gè)檢測(cè)器同時(shí)采樣，并仍采用平移-旋轉(zhuǎn)掃描方式。窄扇形束掃描方式掃完一個(gè)體層的時(shí)間為10s左右，這能實(shí)現(xiàn)對(duì)人體除心臟器官以外的各器官的掃描成像。這種掃描的主要缺點(diǎn)是：由于檢測(cè)器排列成直線，對(duì)于X線管發(fā)出的扇形束來說，扇形束的中心X線和邊緣X線的測(cè)量值不相等而產(chǎn)生偽影，故需校正。

3．寬扇形束旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)方式為第三代CT掃描方式，掃描裝置由一個(gè)X線管和250～700個(gè)檢測(cè)器（或用檢測(cè)器陣列）組成，X線管發(fā)出張角為30°～40°能覆蓋整個(gè)受檢體的寬扇形線束。X線管和檢測(cè)器做同步旋轉(zhuǎn)（rotate-rotate，R-R）運(yùn)動(dòng)。寬扇束掃描使得X線的利用率提高，掃描速度加快，用此種方式進(jìn)行全身CT中某體層的掃描時(shí)間已降為ls左右。這種掃描的缺點(diǎn)是：要對(duì)每個(gè)相鄰的檢測(cè)器的靈敏度差異進(jìn)行校正，否則由于同步旋轉(zhuǎn)掃描運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生環(huán)形偽像。

4．寬扇形束靜止-旋轉(zhuǎn)掃描方式為第四代CT掃描方式，掃描裝置由一個(gè)X線管和600~2000個(gè)檢測(cè)器組成。這些檢測(cè)器在掃描架內(nèi)排列成固定靜止的檢測(cè)器環(huán)，X線管在固定的檢測(cè)器圓環(huán)內(nèi)的軌道旋轉(zhuǎn)，X線管發(fā)30o~50o寬扇形X線束進(jìn)行旋轉(zhuǎn)掃描。寬扇形束靜止-旋轉(zhuǎn)（still-rotate，S-R）。掃描方式的整體優(yōu)點(diǎn)是：因?yàn)橛妹恳粋€(gè)檢測(cè)器相繼完成多個(gè)方向上投影的檢測(cè)，或者說在一個(gè)檢測(cè)器上獲得多個(gè)方向的投影數(shù)據(jù)，故能較好地克服寬扇束旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)掃描中由于檢測(cè)器之間差異所帶來的環(huán)形偽影。

5．電子束掃描

又稱為第五代CT掃描，也稱超高速掃描。由一個(gè)特殊的鐘形X線管和靜止平行排列兩排探測(cè)器組成。X線管主要包括電子槍、聚焦線圈、偏轉(zhuǎn)線圈和靶環(huán)等。使用一個(gè)靶面掃描可得兩幅圖像，4個(gè)靶面同時(shí)使用時(shí)，一次掃描可獲得8幅圖像。掃描時(shí)間可縮短到10ms左右，用于心肺等動(dòng)態(tài)器官的CT檢查，心、腦血流灌注，CTA重組等。但由于造價(jià)昂貴，維修費(fèi)用高，目前國(guó)內(nèi)尚未普及。

（二）螺旋CT1．單層螺旋CT螺旋CT（spiralCT或helicalCT）掃描方式產(chǎn)生于1989年，是在滑環(huán)掃描技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型掃描技術(shù)。螺旋CT最重要的突破是滑環(huán)技術(shù)，去掉了常規(guī)CT掃描過程中旋轉(zhuǎn)的電纜，以銅制的滑環(huán)和導(dǎo)電的碳刷代之，通過碳刷和滑環(huán)的接觸導(dǎo)電使機(jī)架作單向的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。螺旋CT除采用滑環(huán)技術(shù)外，還采用一個(gè)熱容量大、散熱快的X線管和高速的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及大容量的硬盤系統(tǒng)。

螺旋CT采集數(shù)據(jù)的掃描方式變?yōu)閄線管向一個(gè)方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)掃描，X線球管圍繞機(jī)架連續(xù)旋轉(zhuǎn)曝光，X線管曝光的同時(shí)檢查床同步勻速移動(dòng)進(jìn)行掃描，連續(xù)采集人體的容積數(shù)據(jù)進(jìn)行各個(gè)掃描層面圖像的重建。掃描軌跡是螺旋線故又稱為螺旋掃描。螺旋掃描方式是容積掃描（Volumetricscan），采集的數(shù)據(jù)是一個(gè)連續(xù)的螺旋形空間內(nèi)的容積數(shù)據(jù)，獲得的是三維信息，使CT實(shí)現(xiàn)了由二維解剖結(jié)構(gòu)圖像進(jìn)入三維解剖結(jié)構(gòu)圖像的飛躍。因而也稱為容積CT（VolumetricCT）掃描。在螺旋掃描過程中，由于X線管和探測(cè)器相對(duì)于被檢者作螺旋形運(yùn)動(dòng)，螺旋掃描的覆蓋區(qū)域和普通CT掃描不同：普通CT掃描針對(duì)兩平面間一個(gè)純粹圓柱形的層面進(jìn)行掃描。而螺旋掃描則由于連續(xù)床進(jìn)產(chǎn)生位移，是對(duì)某一區(qū)段進(jìn)行連續(xù)采集?？梢?，對(duì)于任一層面，螺旋掃描軌跡僅有一點(diǎn)與該平面相交，其余各點(diǎn)均落在該平面之外，這就需要對(duì)原始螺旋投射數(shù)據(jù)進(jìn)行插值處理，才能得到足夠多的重建平面投射數(shù)據(jù)。螺旋CT由于掃描方式的不同，產(chǎn)生了新的參數(shù)：螺距（pitch）定義為床速與掃描層厚的比值，一個(gè)無量綱的量。單層螺旋CT掃描層厚由準(zhǔn)直寬度決定，和準(zhǔn)直寬度一致。如果用d表示床速，S表示掃描層厚，則螺距可用下式表示：

例如，當(dāng)掃描層厚為10mm、床速為10mm/周時(shí)，螺距等于1；若掃描層厚為10mm、床速為20mm/周，則螺距等于2。

使用較小的螺距可以增加原始掃描數(shù)據(jù)量，從而提高重建斷面圖像的質(zhì)量，但增加了掃描時(shí)間和對(duì)被檢者的輻射量。使用較大的螺距，可以在相同時(shí)間內(nèi)增加掃描范圍，在相同范圍的情況下縮短曝光時(shí)間，但所獲得的原始掃描數(shù)據(jù)量減少，重建圖像質(zhì)量下降。螺距選擇通常介于1和2之間，以便獲得較快的掃描速度并降低輻射劑量。當(dāng)螺距小于1時(shí)，類似于非螺旋方式的重疊掃描，在對(duì)圖像質(zhì)量要求較高時(shí)采用。

螺旋CT掃描與常規(guī)CT掃描相比，其主要優(yōu)點(diǎn)：一是提高了掃描速度，整個(gè)器官或一個(gè)部位一次屏氣下完成，不會(huì)產(chǎn)生病灶的遺漏，并減少了運(yùn)動(dòng)偽像；二是由于是容積掃描，即對(duì)人體的某一區(qū)段做連續(xù)的掃描，獲得的是某一區(qū)段的連續(xù)數(shù)據(jù)（容積數(shù)據(jù)），在體層與體層之間沒有采集數(shù)據(jù)上的遺漏，提高了二維和三維重建圖像的質(zhì)量。三是根據(jù)需要任意地、回顧性重建圖像，無層間隔大小的約束和重建次數(shù)的限制。四是單位時(shí)間內(nèi)的掃描速度提高，提高了增強(qiáng)時(shí)對(duì)比劑的利用率。

2．多層面螺旋CT1992年Elscint公司率先采用了雙排探測(cè)器技術(shù)，使X線管和探測(cè)器旋轉(zhuǎn)一周可獲得兩幅圖像，1998年11月底在美國(guó)芝加哥召開的北美放射學(xué)會(huì)年會(huì)上有四家公司同時(shí)展出了多層面CT（multisliceCT，MSCT）。多層面CT同單層螺旋CT相比，除了在Z軸方向的探測(cè)器設(shè)置以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不同外，圖像重建算法、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等多個(gè)方面都有較大改進(jìn)。

傳統(tǒng)CT機(jī)是X線管和探測(cè)器圍繞人體旋轉(zhuǎn)一圈獲得一幅人體斷面圖像，而多層面CT機(jī)則旋轉(zhuǎn)一圈同時(shí)可以獲得2幅以上的圖像，因此被命名為多層面CT。多層面CT的核心之一是探測(cè)器的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（dataacquisitionsystem，DAS）。探測(cè)器在Z軸方向的數(shù)目已從一排增加到了幾排直至幾十排，又稱多排探測(cè)器CT（multirowdetectorCT）。

目前探測(cè)器的排列方式有兩種類型：一種是均等分配的等寬型（對(duì)稱型排列），即在Z軸方向的多排探測(cè)器寬度是一致的；另一類是探測(cè)器的寬度不均等分配的非等寬型（非對(duì)稱型排列），這些組合是由探測(cè)器后面的電子開關(guān)來實(shí)現(xiàn)的，通過電子開關(guān)再將信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。

等寬型和非等寬型探測(cè)器各有其特點(diǎn)：非等寬型探測(cè)器組由于探測(cè)器的數(shù)量少其相應(yīng)的探測(cè)器間壁及其上方的準(zhǔn)直柵也少，對(duì)X線的吸收就少些，提高X線的利用率，可降低X線的曝光劑量；而均寬型探測(cè)器組則由于探測(cè)器的寬度均等，探測(cè)器的組合比較靈活、層厚改變方便。各個(gè)廠家根據(jù)自身的情況，相繼開發(fā)了雙層、4層、16層、32層、64層、256層及320層螺旋CT等。

以四層螺旋CT為例，說明多層面CT的特點(diǎn)：

（1）探測(cè)器陣列四層螺旋CT具有四組通道的多排探測(cè)器陣列，分為對(duì)稱型和非對(duì)稱型兩種。探測(cè)器的排列方式主要有以下三種：第一種：有16排探測(cè)器，每排均為1.25mm寬、每排912個(gè)探測(cè)器，最大覆蓋范圍為20mm?？扇我饨M合成四組通道，以獲取不同層厚的四層體層圖像。

第二種：探測(cè)器有34排，中間4排為0.5mm，兩側(cè)是30排1.0mm寬、每排896個(gè)探測(cè)器，最大的Z軸覆蓋范圍為32mm。利用中央4排探測(cè)器，可獲得4幅0.5mm層厚圖像。34排全部利用可獲得4幅8mm層厚圖像，適當(dāng)組合各排探測(cè)器，可分別獲得2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm層厚的4幅圖像。

第三種：4對(duì)8排非對(duì)稱型探測(cè)器，寬度分別為1mm、1.5mm、2.5mm、5mm，每排672個(gè)探測(cè)器，最大的Z軸覆蓋范圍為20mm。8排探測(cè)器全部應(yīng)用，可獲得4幅5mm層厚圖像。后準(zhǔn)直器遮蓋到1.5mm探測(cè)器的0.5mm，加上中央兩排寬度為lmm探測(cè)器，可獲得4層1mm層厚圖像。后準(zhǔn)直遮蓋5mm的一半，并將1mm和1.5mm兩個(gè)探測(cè)器組合到一個(gè)通道為2.5mm，可獲得4層2.5mm圖像。

（2）數(shù)據(jù)采集通道四層螺旋CT根據(jù)所選層厚的不同，將多排探測(cè)器組合成不同的四組，構(gòu)成四組數(shù)據(jù)采集通道。四組采集通道在掃描過程中，同時(shí)分別對(duì)各自連接的探測(cè)器接收的X線所產(chǎn)生的電信號(hào)進(jìn)行采集、輸出。

（3）X線束在單層螺旋CT中，通過準(zhǔn)直器后的X線束為薄扇形，因?yàn)樵赯軸方向僅有一排探測(cè)器接收信號(hào)，故X線束的寬度等于層厚。在MSCT中，由于Z軸方向有多排探測(cè)器接收信號(hào)，并有四組數(shù)據(jù)采集通道，故X線束的寬度等于多個(gè)（或4個(gè)）層厚之和，為厚扇形X線束（或稱錐形X線束）覆蓋探測(cè)器Z軸方向的總寬度，最厚可達(dá)20cm或32cm，使X線的利用率大大提高。（4）層厚的選擇單層螺旋由于Z軸方向只有一排探測(cè)器，因此其層厚是通過X線管端的準(zhǔn)直器改變X線束的寬度完成的，使線束的寬度等于層厚。多層螺旋的層厚不僅取決于X線束的寬度，而且取決于不同探測(cè)器陣列的組合，因此，其層厚是由X線管端和探測(cè)器端的兩個(gè)準(zhǔn)直器共同完成的。由X線管端的前準(zhǔn)直調(diào)節(jié)X線束的寬度，將X線調(diào)節(jié)成可利用的錐形束，再由探測(cè)器端的后準(zhǔn)直通過調(diào)節(jié)覆蓋的范圍與數(shù)據(jù)采集通道一起完成多層面CT要求的層厚。（5）螺距依據(jù)IEC（國(guó)際電工委員會(huì)）2002年的規(guī)定，多層面CT的螺距定義為床速與整個(gè)準(zhǔn)直寬度的比值。用公式表示為：

式中，d表示床速，M表示掃描一周獲得的圖像層數(shù)，S表示層厚，M·S表示整個(gè)準(zhǔn)直寬度。例如，對(duì)于4層螺旋CT，若層厚為5mm，床速為20mm，則螺距等于1。當(dāng)M=1時(shí)，則上式實(shí)際上就是單層螺旋CT的螺距公式。

（6）圖像重建算法主要采用兩種方法：優(yōu)化采樣掃描（optimizedsamplingscan）和濾過內(nèi)插法（filterinterpo1ation）。優(yōu)化采樣掃描是通過調(diào)整采樣軌跡的方法來獲得補(bǔ)償信息、縮短采樣間隔、增加Z軸上的采樣密度來獲得圖像質(zhì)量的改善。濾過內(nèi)插法基于多點(diǎn)加權(quán)非線性內(nèi)插法，即通過改變?yōu)V過波形和寬度來自由調(diào)整切層輪廓外形的有效層厚及圖像噪聲，實(shí)現(xiàn)Z軸方向的多層重建。

（7）智能掃描多層面CT可進(jìn)行長(zhǎng)范圍的容積掃描，由此會(huì)跨越人體體厚、密度相差懸殊的部位。若使用統(tǒng)一高體厚、高密度區(qū)曝光條件，會(huì)對(duì)低體厚、低密度區(qū)部位產(chǎn)生過多的輻射。智能掃描可在掃描過程中變化掃描條件，對(duì)不同密度、體厚的部位使用不同掃描條件，使圖像清晰且輻射劑量降低。

多層面CT與單層螺旋CT相比有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）提高了X線利用率多層面CT的X線管輸出的X線可多層同時(shí)利用，提高了效率，四層螺旋CT一次曝光可以獲得4層圖像，使得X線利用率提高到單層掃描的4倍。長(zhǎng)期來看，掃描周期僅為單層CT的四分之一，曝光時(shí)間縮短。降低了X線管的熱量積累，減少了散熱等待，延長(zhǎng)了X線管的使用壽命。

（2）掃描速度更快由于多層面CT旋轉(zhuǎn)一周可以產(chǎn)生四層或更多層的圖像，其掃描速度可達(dá)單層螺旋CT的4倍以上。對(duì)相同的曝光時(shí)間、螺距和探測(cè)器寬度，四層螺旋CT可覆蓋的掃描范圍可達(dá)單層螺旋CT的4倍以上。掃描速度的提高無疑減少了掃描時(shí)間，提高了檢查的速度，減少了被檢者的占床時(shí)間，單位時(shí)間內(nèi)可以檢查更多的被檢者。

（3）提高時(shí)間分辨力單層螺旋CT的旋轉(zhuǎn)一周時(shí)間通常是1s，而多層面CT可提供0.5s/周甚至更快的轉(zhuǎn)速，是單層螺旋CT的2倍以上，目前使用的64層螺旋CT的旋轉(zhuǎn)時(shí)間最快可達(dá)0.33秒。當(dāng)旋轉(zhuǎn)時(shí)間分別是1s/周、0.5s/周和0.33s/周時(shí)，時(shí)間分辨力分別為0.5s、0.25s、0.165s，旋轉(zhuǎn)時(shí)間的縮短明顯提高了時(shí)間分辨力。（4）提高Z軸空間分辨力，有利實(shí)現(xiàn)各向同性成像多層面CT單個(gè)探測(cè)器的寬度從0.5mm～5.0mm不等，最薄掃描層厚達(dá)到0.5mm，提高了Z軸的空間分辨力，從而實(shí)現(xiàn)各向同性分辨力。達(dá)到各向同性分辨力的成像可以任意角度重建圖像，也可以從一個(gè)容積掃描中選擇不同的平面或方向成像而沒有圖像質(zhì)量的下降，并且無需重新掃描和增加放射劑量。

（三）雙源CT雙源計(jì)算機(jī)斷層成像系統(tǒng)（DualSourceComputedTomography，DSCT）是2005年在北美放射學(xué)會(huì)上推出的，它通過兩個(gè)X線源和兩套探測(cè)器來采集數(shù)據(jù)，全面拓展CT的臨床應(yīng)用。雙源CT的兩套X線管和兩套探測(cè)器在X－Y平面上間隔90°。即通過機(jī)架旋轉(zhuǎn)90°即可獲得180°數(shù)據(jù)，使單扇區(qū)采集的時(shí)間分辨率達(dá)到83ms。即使在最快的掃描和進(jìn)床速度下，也能確保極佳的圖像質(zhì)量。盡管雙源CT系統(tǒng)使用了兩套X線管系統(tǒng)和兩套探測(cè)器，但其在心臟CT掃描中的放射劑量卻只有常規(guī)CT的50%，也就是說，50%劑量得到100%的心臟細(xì)節(jié)。這是由于：其一，具備很高的時(shí)間分辨率，能夠在一次心跳過程中采集心臟圖像，從而降低掃描過程的使用劑量。其二，為了最大程度地降低掃描劑量，可根據(jù)心率的快慢自動(dòng)選擇最快的掃描速度。另外，雙源CT采用了依據(jù)心電圖的適應(yīng)性劑量控制，最大程度地降低了心臟快速運(yùn)動(dòng)階段的放射劑量。雙源CT具備80cm的大孔徑和200cm的掃描范圍，使移床速度高達(dá)87mm/s條件下仍可獲得小于0.4mm的各向同性分辨率，可重建出逼真的圖像，并能清晰顯示微小的解剖結(jié)構(gòu)，心臟CT不再受心率的影響。雙源CT采用雙能量探頭技術(shù)，掃描時(shí)兩個(gè)X線管的管電壓分別為80kV和140kV，可同時(shí)采集高能（硬射線）和低能X線（軟射線），兩種射線同時(shí)成像可大大改進(jìn)組織特征區(qū)分,全自動(dòng)減影算法，將血管與骨骼相分離。

（四）能譜CT能譜CT是繼多層螺旋CT后又一頂極大型設(shè)備。能譜CT成像將傳統(tǒng)X線混合能量分解成40～140keV連續(xù)不斷的101個(gè)單能量，從而獲得不同物質(zhì)的能譜曲線，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)定性分離和定量測(cè)定。

主要優(yōu)勢(shì)在于其特點(diǎn)為：超低的輻射劑量及超高的敏感性。如：可以清楚地顯示冠脈支架內(nèi)情況，對(duì)于判斷支架的通暢情況提供客觀、清楚的影像，可消除支架金屬偽影的影響，同樣也能消除人工髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)等金屬偽影的影響，破除了以往傳統(tǒng)CT及螺旋CT在這方面的限制。在實(shí)質(zhì)臟器中，能譜影像可以發(fā)現(xiàn)一些多層螺旋CT發(fā)現(xiàn)不了的病變。利用不同物質(zhì)能譜CT的能譜曲線，可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定量及定性分析，對(duì)于判斷病變的病理變化將有很大的幫助。第三節(jié)CT成像原理

一、CT機(jī)的成像過程CT成像的主要工作過程是：自X線管發(fā)出的X線首先經(jīng)過準(zhǔn)直器形成窄的扇形束，用以穿透人體被檢測(cè)的體層平面。X線束經(jīng)人體薄層內(nèi)器官或組織衰減后射出到達(dá)檢測(cè)器，檢測(cè)器將含有一定圖像信息的X線光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號(hào)。通過測(cè)量電路將電信號(hào)放大，再由A/D轉(zhuǎn)換器變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)按照設(shè)計(jì)好的圖像重建方法重建圖像。最后，再由D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號(hào)變成模擬信號(hào)，以不同的灰階形式顯示在監(jiān)視器的屏幕上?；蛘?，再用激光相機(jī)打印成CT片。CT成像是一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)演算和數(shù)據(jù)重建的過程，該過程可理解為以下四步：1．?dāng)?shù)據(jù)采集從X線的產(chǎn)生到信息數(shù)據(jù)的獲得，此過程為數(shù)據(jù)采集，取得大量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，稱其為原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由X線管、濾過器、準(zhǔn)直器、探測(cè)器、A/D轉(zhuǎn)換器等器件組成。

2．?dāng)?shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采集過程中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字，成為原始圖像數(shù)據(jù)。在進(jìn)行圖像重建之前，為了得到準(zhǔn)確的重建圖像數(shù)據(jù)，要對(duì)這些數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理。如對(duì)數(shù)變化，通過內(nèi)插等多種方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正?；奶幚淼?。

3．圖像重建

這是數(shù)字成像過程中最重要的環(huán)節(jié)。CT機(jī)中陣列處理器是專門用來重建圖像的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將收集到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過復(fù)雜的重建運(yùn)算，得到一個(gè)顯示數(shù)據(jù)的矩陣，此過程被稱為重建過程。圖像重建的數(shù)學(xué)處理過程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算過程，而且，采用的數(shù)學(xué)運(yùn)算的方法也很多。不同的運(yùn)算方法，其重建速度和重建后的圖像效果也有很大差別，它以不同的掃描方式和診斷的需要而定。4．圖像存儲(chǔ)與顯示重建后的數(shù)字圖像通過監(jiān)視器的屏幕顯示出來，而且，還可以在監(jiān)視器上進(jìn)行圖像的各種后處理。重建后的數(shù)字圖像可以記錄在磁帶、磁盤或光盤上，同時(shí)，也可以直接通過激光相機(jī)打印出照片。

二、CT成像原理（一）CT成像物理原理根據(jù)物理學(xué)可知，X線束具有一定的能量和穿透能力，當(dāng)X線束遇到物體時(shí)，物體對(duì)射入的X線有著衰減作用，即物體對(duì)X線的吸收和散射。物體對(duì)X線吸收和散射的多少與物體的密度、物體元素的原子序數(shù)及X線能量等密切相關(guān)。其吸收規(guī)律是：

（二）CT數(shù)據(jù)采集的基本原理與原則1．?dāng)?shù)據(jù)采集的基本原理

（1）CT數(shù)據(jù)采集基本原理CT的掃描和數(shù)據(jù)的采集是指由CT成像系統(tǒng)發(fā)出的一束具有一定形狀的射線束透過人體后，產(chǎn)生足以形成圖像的信號(hào)被探測(cè)器接收，同時(shí)，所產(chǎn)生的掃描數(shù)據(jù)與最終形成圖像的空間分辨率、偽影等密切相關(guān)。在CT成像系統(tǒng)中，基本組成或必備條件是具有一定穿透力的射線束和產(chǎn)生、接收衰減射線的硬件設(shè)備。CT成像是透射射線按照特定的方式通過被成像的人體某斷面，探測(cè)器接收穿過人體斷面的射線，將射線衰減信號(hào)送給計(jì)算機(jī)處理，經(jīng)計(jì)算機(jī)重建處理后形成一幅人體內(nèi)部臟器的某斷面的圖像。下面以X線管發(fā)出的一直線波束和單一探測(cè)器為例，說明數(shù)據(jù)采集的基本原理。普通CT掃描方式，被檢人體的一個(gè)體層平面，其厚度由準(zhǔn)直器來限定。X線入射強(qiáng)度在進(jìn)行整個(gè)被檢體層掃描過程中，始終保持不變而視為一個(gè)常值，這時(shí)的吸收系數(shù)之和只與檢測(cè)出的X線透射強(qiáng)度有關(guān)。第一次掃描先采用等間隔的直線平移，令直線平移以單位長(zhǎng)度為步長(zhǎng)等間隔運(yùn)動(dòng)，待被檢體層被分割的體素的寬度等于這個(gè)單位長(zhǎng)度。X線束對(duì)被檢人體體層每掃描一個(gè)間隔，透射出的X線強(qiáng)度被檢測(cè)后，可得到該處吸收系數(shù)之和的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值不僅與X線束穿透物體的性質(zhì)有關(guān)，而且還與X線束的空間位置有關(guān)。當(dāng)直線平移掃描完一個(gè)體層后，就獲得一個(gè)方向上的一組吸收系數(shù)之和的數(shù)值與X線束掃描位置的曲線。我們把這個(gè)曲線稱作X線束經(jīng)被測(cè)人體吸收后在該方向上的投影，投影上各點(diǎn)數(shù)值稱為投影值。第一次直線平移掃描后，掃描系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)一個(gè)小角度來改變方向，作第二次直線平移掃描，又可得到另一個(gè)方向上的投影。重復(fù)此過程，就能得到被檢人體整個(gè)體層平面在所有方向上X線束的投影。從而可獲取X線束掃描被檢體層的各個(gè)方向上的投影數(shù)據(jù)。從而可獲取X線束掃描被檢體層的各個(gè)方向上的投影數(shù)據(jù)。設(shè)每一方向上直線平移掃描為l80次，即一個(gè)方向上的投影可得到180個(gè)投影值。如果把被檢體層分成180×180個(gè)單元，就須旋轉(zhuǎn)180次角度，為了不進(jìn)行重復(fù)掃描，則每次旋轉(zhuǎn)角度為1度。因此，從X線束掃描被檢體層的過程中，能得到180×180個(gè)投影值，相應(yīng)地可建立180×180個(gè)方程，并通過計(jì)算求解出180×180個(gè)單元體所對(duì)應(yīng)的吸收系數(shù)。由此可見，不同組織器官對(duì)X線的有不同線性吸收系數(shù)，線性吸收系數(shù)是CT成像的基礎(chǔ)。通過計(jì)算機(jī)，對(duì)獲取的投影值進(jìn)行一定的算法處理，可求解出各個(gè)體素的衰減系數(shù)值，獲取衰減系數(shù)值的二維分布（衰減系數(shù)矩陣）。再按CT值的定義把各個(gè)體素的衰減系數(shù)值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)像素的CT值，于是就得到CT值的二維分布（CT值矩陣）。然后圖像面上各像素的CT值轉(zhuǎn)換為灰度，就得到圖像面上的灰度分布。此灰度分布就是CT影像。

目前使用的CT機(jī)，有兩種不同的數(shù)據(jù)采集方法：有兩種：即逐層采集法（非螺旋掃描）和容積數(shù)據(jù)采集法（螺旋掃描）。

①逐層采集法是X線管和探測(cè)器圍繞人體旋轉(zhuǎn)，探測(cè)器同時(shí)接收采樣數(shù)據(jù)，然后X線管停止旋轉(zhuǎn)，檢查床移到下一個(gè)掃描層面，重復(fù)進(jìn)行下一次掃描，一直到全部預(yù)定的部位掃描完成。期間每一次只掃描一個(gè)層面。②容積數(shù)據(jù)采集法是螺旋CT掃描時(shí)采用的方法，即病人屏住呼吸的同時(shí)，掃描機(jī)架單向連續(xù)旋轉(zhuǎn)X線管和探測(cè)器圍繞病人旋轉(zhuǎn)X線管曝光，檢查床同時(shí)不停頓單向移動(dòng)并采集數(shù)據(jù)，其采集的是一個(gè)掃描區(qū)段的容積數(shù)據(jù)。

在理解數(shù)據(jù)采樣過程中，還必須注意：①X線管與探測(cè)器是一個(gè)精確的準(zhǔn)直系統(tǒng)；②X線管與探測(cè)器圍繞人體旋轉(zhuǎn)是為了采樣；③X線管產(chǎn)生的射線是經(jīng)過有效濾過的；④射線束的寬度是根據(jù)層厚大小設(shè)置嚴(yán)格準(zhǔn)直的；⑤探測(cè)器接收的是透過人體后的衰減射線；⑥探測(cè)器接收的衰減射線轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。CT掃描成像從數(shù)據(jù)采集到一幅CT圖像形成分為八個(gè)步驟：①病人被送入機(jī)架后，Ｘ線管和探測(cè)器圍繞病人旋轉(zhuǎn)掃描采集數(shù)據(jù)，其發(fā)射的X線束經(jīng)過球管端的準(zhǔn)直器高度準(zhǔn)直；②射線通過人體后，源射線被衰減，衰減的射線由探測(cè)器接收。探測(cè)器陣列由兩部分組成，前組探測(cè)器主要是測(cè)量射線源的強(qiáng)度，后組探測(cè)器記錄通過人體后的衰減射線；③參考射線和衰減射線都轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，由放大電路進(jìn)行放大，再由邏輯放大電路根據(jù)衰減系數(shù)和體厚指數(shù)進(jìn)行計(jì)算、放大；④電信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/Dconvertor)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，由數(shù)據(jù)傳送器將數(shù)據(jù)傳送給計(jì)算機(jī)；⑤計(jì)算機(jī)開始處理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理過程包括校正和檢驗(yàn)，校正是去除探測(cè)器接收到的位于預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)偏差以個(gè)的數(shù)據(jù)；檢驗(yàn)是將探測(cè)器接收到的空氣參考信號(hào)和射線衰減信號(hào)進(jìn)行比較。校正和檢驗(yàn)是利用計(jì)算機(jī)軟件重新組合原始數(shù)據(jù)；⑥通過陣列處理器的各種校正后，計(jì)算機(jī)作卷積處理；⑦根據(jù)掃描獲得的解剖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)采用濾過反投影重建算法重建圖像；⑧重建處理完的圖像再由數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬圖像，送到顯示器顯示，或以數(shù)字形式存入計(jì)算機(jī)硬盤，或送到激光打印機(jī)攝制成照片。

2．?dāng)?shù)據(jù)采集原則CT成像的數(shù)據(jù)采集是為重建圖像提供依據(jù)的，是CT成像整個(gè)過程中的第一個(gè)環(huán)節(jié)，也是最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一。數(shù)據(jù)采集應(yīng)遵循以下原則：

（1）投影是X線束掃描位置的函數(shù)數(shù)據(jù)采集須按照被測(cè)體層平面的空間位置有規(guī)律地進(jìn)行，圖像重建過程也是按數(shù)據(jù)采集中確定好的空間位置來重建CT圖像的。

（2）掃描應(yīng)毫無空隙的覆蓋或局部的重疊X線束的掃描是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的途徑。在將被檢測(cè)體層平面預(yù)先劃定好各個(gè)體素后，X線束的掃描要通過各個(gè)體素一次以上，這樣才能保證得到各個(gè)位置上的投影值，計(jì)算出各個(gè)體素的吸收系數(shù)，否則，未被掃描的體素將不能確定它的吸收系數(shù)，在重建圖像中該處將是一個(gè)空白點(diǎn)，不能保證CT圖像的完整性和一致性。

（3）提高數(shù)據(jù)采集的掃描速度根據(jù)人體正常的生理狀態(tài)，這些器官或組織的運(yùn)動(dòng)往往是比較緩慢的或有規(guī)律的周期變化，只要將掃描速度提到高于這些器官或組織的運(yùn)動(dòng)速度，在它們某一段時(shí)間內(nèi)未來得及變化之前，掃描過程已完成了，即可近似認(rèn)為這些器官或組織的空間位置不變或變化很小，使數(shù)據(jù)采集受被測(cè)體層內(nèi)的器官或組織的蠕動(dòng)干擾影響較小。

（4）數(shù)據(jù)采集要精確CT成像的圖像重建和圖像處理等都是以數(shù)據(jù)采集為依據(jù)的，圖像重建和圖像處理等會(huì)在數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上帶來新的誤差，例如數(shù)據(jù)的傳遞、數(shù)據(jù)間的計(jì)算等，所以提高數(shù)據(jù)采集過程中的精確度，是保證獲取高質(zhì)量的CT圖像的關(guān)鍵。第四節(jié)CT圖像重建一、螺旋CT的圖像重建預(yù)處理（一）單層螺旋CT的圖像重建

滑環(huán)的結(jié)構(gòu)線性內(nèi)插螺旋內(nèi)插全掃描內(nèi)插法

360°線性內(nèi)插半掃描內(nèi)插法

180°線性內(nèi)插兩圈螺旋數(shù)據(jù)內(nèi)插一圈螺旋數(shù)據(jù)內(nèi)插-0.500.51圈02圈-11（二）多層螺旋CT的圖像重建

1.掃描交疊采樣的修正又稱優(yōu)化采樣掃描，是通過掃描前的螺距選擇和調(diào)節(jié)縮小Z軸間距，使直接成像數(shù)據(jù)和補(bǔ)充成像數(shù)據(jù)分開。2.Z軸濾過長(zhǎng)軸內(nèi)插法是在掃描獲得的數(shù)據(jù)段內(nèi)確定一個(gè)濾過段，濾過段的范圍大小根據(jù)需要選擇，選擇的范圍大小又被稱為濾過寬度，在選定的濾過段內(nèi)所有掃描數(shù)據(jù)都被作加權(quán)平均化處理。其濾過參數(shù)寬度和形狀，通?？捎绊憟D像Z軸的分辨力、噪聲和其他方面的圖像質(zhì)量。3.扇形束重建是指單排探測(cè)器掃描所獲得的數(shù)據(jù)，一般都采用扇形束重建算法。在多排探測(cè)器掃描方法中，是將錐形束射線平行分割模擬成扇形束后，再使用扇形束算法進(jìn)行圖像的重建。4.多層錐形束體層重建又被稱為MUSCOT。多層螺旋CT掃描由于外側(cè)射線束傾斜角度增大，在射線束螺距小于1或者層厚螺距小于4，會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)的重疊，所以4層螺旋層厚螺距選擇往往要避免使用4或6之類的偶數(shù)整數(shù)。（三）16層和16層以上螺旋CT的圖像重建1.自適應(yīng)多平面重建（AMPR）法是將螺旋掃描數(shù)據(jù)中兩倍的斜面圖像數(shù)據(jù)分割成幾個(gè)部分。2.加權(quán)超平面重建方法是將三維的掃描數(shù)據(jù)分成一個(gè)二維系列，然后再用凸起的平面作區(qū)域重建。3.Feldkamp重建算法是沿著掃描測(cè)量的射線，將所有的測(cè)量射線反投影到一個(gè)三維容積，以此計(jì)算錐形束掃描的射線。（四）心電門控1.心電觸發(fā)序列掃描是根據(jù)心電監(jiān)控預(yù)設(shè)的掃描時(shí)機(jī)，在病人心電圖R波的間期觸發(fā)序列掃描，觸發(fā)方式既可以選擇R－R間期的百分比，也可以選擇絕對(duì)值毫秒。這種方式又被稱為前瞻性心電門控觸發(fā)序列。2.心電門控螺旋掃描又被稱為回顧性心電門控螺旋掃描，目前用于16層以上螺旋CT的心臟成像。心電門控方法是在記錄心電監(jiān)控信號(hào)的同時(shí)，采集一段時(shí)間、全部心動(dòng)周期的掃描數(shù)據(jù)，采用回顧性圖像重建的方法，將心動(dòng)周期舒張期的圖像重建用于診斷。

二、CT圖像重建方法（一）迭代法迭代法包括代數(shù)重建法、迭代最小平方法和聯(lián)立方程重建法。代數(shù)重建法是一種迭代型方法，在一次迭代過程中，將近似重建得到的影像的投影同實(shí)際測(cè)得的剖面進(jìn)行比較，然后將比較得到的差值再反向投影到影像上，每一次反射之后得到一幅新的近似影像。(二)反投影法反投影法(backprojection)又稱總和法，是利用投影數(shù)值近似地復(fù)制出μ值的二維分布?；驹硎菍⑺鶞y(cè)得的投影值按其原路徑平均的分配到每一點(diǎn)上，各個(gè)方向上投影值反投影后，在影像處進(jìn)行疊加，從而推體出原圖像。（三）濾波反投影法成像方法是在后投影之前，對(duì)所有的投影數(shù)據(jù)進(jìn)行濾過或卷積，使結(jié)果的圖像無所謂的“星月樣”暈偽影。成像的過程可分成三步：首先是獲取全部的投影數(shù)據(jù)并作預(yù)處理。其次是將所得數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)值與卷積公式相乘，其間須通過大量的數(shù)學(xué)運(yùn)算，同時(shí)采用的算法還須考慮圖像的分辨率和噪聲等。最后，其后投影數(shù)據(jù)值中正負(fù)值相互抵消，根據(jù)系統(tǒng)顯示的不同矩陣大小，各投影濾過的原始數(shù)據(jù)被投影成像并通過監(jiān)視器顯示。（四）傅里葉變換法傅利葉變換是將任意一周期信號(hào)或非周期信號(hào)變換成用其自身頻率特性表述的一種形式，使信號(hào)的變化與頻率變化之間建立內(nèi)在的聯(lián)系，從分析頻率特性的角度來揭示信號(hào)本身的變化觀律。如圖所示的矩形波信號(hào)，經(jīng)過傅里葉變換成頻率變化的形式。傅里葉變換法的過程如圖所示：將各個(gè)投影進(jìn)行一維傅里葉變換，再把各角度上的變換結(jié)果匯集起來，在變換成極坐標(biāo)上補(bǔ)足求得的傅里葉變換的頻域曲面，再改為空間直角坐標(biāo)。按公式進(jìn)行傅里葉反變換后即可得到重建圖像。

傅里葉變換法是最理想的圖像重建方法之一。但該方法需要進(jìn)行正、反兩次傅里葉變換，計(jì)算量比較大，在實(shí)際應(yīng)用中不易實(shí)現(xiàn)。第五節(jié)CT圖像處理一、CT定位及顯示功能處理（一）定位片

在臨床應(yīng)用時(shí)為了對(duì)某一橫斷面定位，常采用X線管和檢測(cè)器相對(duì)靜止、使被檢體縱向隨掃描床均勻移動(dòng)，且在運(yùn)動(dòng)中曝光，進(jìn)行多幅（每幅厚度2mm）單方向掃描，然后將這些線條數(shù)據(jù)合成全貌定位片。定位片有些類似于傳統(tǒng)的X線照片，常在人體正面（PAT）和側(cè)面（LAT）定位，從定位片上可以選擇所要剖切的體層位置，它可以與自動(dòng)CT等功能相配合，自動(dòng)完成一組選擇體層的掃描工作。（二）顯示功能處理1．窗口技術(shù)CT裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是引進(jìn)了CT數(shù)，并可對(duì)CT值開窗以選擇一段動(dòng)態(tài)范圍，對(duì)應(yīng)于監(jiān)視器上的全部灰度，從而大大提高密度鑒別力。常用的窗口處理包括：?jiǎn)未啊IGMA窗、雙窗、自適應(yīng)窗單窗雙窗：可以同時(shí)觀察兩種CT值相差很大的不同組織的情況。雙窗之間要在斷層的平面區(qū)域之間劃出界限，否則會(huì)導(dǎo)致混淆。SIGMA窗：CT值到灰度值的映射曲線類似反轉(zhuǎn)的∑?？梢哉J(rèn)為是雙窗的一種變種。需要由有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生診斷鑒別。自適應(yīng)窗：?jiǎn)未暗姆侄螌?shí)現(xiàn)，可以同時(shí)觀察兩種CT值差別很大的不同組織，而且不會(huì)出現(xiàn)區(qū)域的混淆。采用的方法是在單窗的基礎(chǔ)上棄除沒有診斷價(jià)值的一段CT值范圍。2．CT測(cè)量技術(shù)為了具體觀察圖像中的某一區(qū)域，可以設(shè)定某一區(qū)域作為感興趣區(qū)（regionofinterest，ROI），ROI可以選擇矩形、圓形、橢圓形或任意形狀，然后進(jìn)行區(qū)域內(nèi)圖像放大、CT值分析、距離測(cè)量，面積或體積計(jì)算等。CT成像裝置提供ROI數(shù)據(jù)測(cè)量及分析功能，使圖像可以進(jìn)行定量分析，這和數(shù)字圖像功能一樣。還可以進(jìn)行夾角、面積測(cè)定及分析，以及標(biāo)注箭頭等，這些功能是數(shù)字圖像的共性，而體積的分析計(jì)算是CT圖像相對(duì)于一般數(shù)字圖像具有的特點(diǎn)。3．其他除上述功能外CT還可以進(jìn)行圖像的放大與縮小；隨意選擇感興趣區(qū)域；在圖像任何位置測(cè)量或顯示該位置的CT值；在興趣區(qū)域內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)；同時(shí)存儲(chǔ)幾個(gè)測(cè)量區(qū)；圖像中以某一基線作出鏡面像；圖像位移、旋轉(zhuǎn)；多幅圖像畫面顯示；圖像相加或相減；圖像過濾（多達(dá)10種不同的過濾功能）等。二、CT圖像后處理技術(shù)

(一)多層面重組（multiplanarreconstruction,MPR）技術(shù)是在橫斷面圖像上，任意畫線使橫斷面的二維體素單元重組，得到該斷面的二維重建圖像，主要有冠狀面、矢狀面及任意角度的圖像，通常采用MSCT進(jìn)行小間隔重疊處理的容積掃描信息，得到的多層面圖像比重組的多層面圖像清晰。（二）最大密度投影與最小密度投影最大密度投影（Maximumintensityprojection,MIP）是指對(duì)容積數(shù)據(jù)中，以視線方向作為投影線，把該投影線上遇到的最大像素值，投影到與視線垂直的平面上，把全部投影數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)重組處理，形成MIP圖像，常用于有相對(duì)高密度的組織結(jié)構(gòu)。最小密度投影（mini-mumintensityprojection,MinIP）是對(duì)通過的容積組織中最小像素值（CT值）進(jìn)行編碼、投影觀察，主要用來顯示含氣組織如氣管、肺、充氣結(jié)腸等。（三）表面陰影顯示（SurfaceShadowDis,SSD）是預(yù)先確定ROI內(nèi)組織結(jié)構(gòu)的最高和最低CT閾值，然后標(biāo)定ROI內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)，經(jīng)計(jì)算機(jī)重建圖像。（四）容積再現(xiàn)技術(shù)是利用全部體素的CT值，通過功能轉(zhuǎn)換軟件，進(jìn)行表面遮蓋技術(shù)并與旋轉(zhuǎn)相結(jié)合，加上假彩色編碼與不同程度的透明化技術(shù)，使表面與深部結(jié)構(gòu)同時(shí)立體的顯示。（五）仿真內(nèi)鏡顯示（vir-tualendoscopy，VE）技術(shù)是計(jì)算機(jī)與CT結(jié)合而開發(fā)出仿真內(nèi)鏡功能。第六節(jié)CT圖像質(zhì)量一、CT圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)①診斷學(xué)標(biāo)準(zhǔn)：必須滿足臨床提出的診斷學(xué)要求，這些標(biāo)準(zhǔn)可通過解剖特征的“可見度”和“清楚顯示”來表述。②物理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)：即通過客觀方法進(jìn)行測(cè)試，包括圖像噪聲、對(duì)比度和空間分辨率、CT值的均勻性和穩(wěn)定性，它是優(yōu)秀CT影像質(zhì)量的保證。③成像技術(shù)條件：

CT檢查的成像技術(shù)條件包括掃描時(shí)間、計(jì)算時(shí)間、層厚、層間距、