第三章 X射线计算机断层成像(X-CT)2008

第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）
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二、窄扇形束扫描平移-旋转（T/R）方式
第二代CT扫描 1.组成 一个X射线管
6～30个检测器
2.特点 窄扇形线束 平移-旋转 同时采样 3.缺点 运动伪影
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三、旋转-旋转（R/R）方式
第三代CT扫描 1.组成 一个X射线管 检测器阵列 2.特点 宽扇形线束 同步旋转 3.缺点
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三、扫描(scanning)与投影(projection, P )
1.扫描与投影 扫描(scanning) X射线束不同方式、不同方向、一定顺序投照 断层,并用高灵敏度检测器接收透射X线束强度 平移扫描
旋转扫描
平移--旋转扫描
投影(projection, P ) 透射X线束的强度I 值称投影值 投影值的分布称投影函数 2.CT扫描用X射线束 一定能宽的连续X射线
环形伪像
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四、静止-旋转扫描（S/R）方式
第四代CT扫描 1.组成 一个X射线管 检测器环 2.特点 宽扇形射束 静止-旋转扫描 章动-旋转 3.优点 多方向投影 克服环形伪影 速度快
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五、传统CT扫描的技术缺憾
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四、CT图像重建的数理基础
X射线束通过非均匀介质 μ值连续变化
p
μ(l)

p
对受检体扫描

(l )dl
P称投影或投影函数 投影值 μi为未知数的线性方程
求联立方程得出所有体素的衰减系数μi值的二维分布矩阵 重建图像
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四、CT图像重建的数理基础
X射线底片 X射线 重叠像 断面
X射线管
检测器
非重叠像
普通X射线摄影X-CT断层图像示意图
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第一节 X-CT的基础知识
X-CT断层图像
腿骨多层X-CT断层图像
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第一节 X-CT的基础知识
X-CT原理 扫描 投影 测衰减系数 灰度分布
值二维分布矩阵
X-CT本质
值成像
X-CT指导思想 恰Hale Waihona Puke Baidu理论、方法、技术确定值分布
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一、断层与解剖断面
1.断层(体层) 图像薄层 2.解剖断面 人体剖面
X-CT图像是断层形态结构的平均 此平均代表解剖断面形态结构
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I2 μ2 I3 μ3 In μn
I n I n 1e n d (μ1 μ2 μn )d I n I0e
( 1 2 n )d ln
i d ln
P称投影
1 I0 i ln p d In
I0 In
I0 In
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电缆供电 扫描床静止
不 能 连 续 扫 描
时间延缓 断层间隔
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六、电子束扫描方式
第五代CT扫描 1.组成 大型X线管 静止检测器环 2.特点 电子控制 无机械运动 电子束偏转产生X射线 高速扫描 动态器官检查
3.优点
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第一节 X-CT的基础知识
一、断层与解剖断面 二、体素(voxel)与像素(pixel) 三、扫描(scanning)与投影(projection, P ) 四、CT图像重建的数理基础 五、CT值与灰度显示
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第一节 X-CT的基础知识
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1917年 奥地利数学家Radon 理论证明
X射线可重建二维断层 或三维图像
1972年
英国
第一台X-CT机 检查脑组织
1979年
英国 豪斯费尔德 美国 阿伦 马克
生理学或医学诺贝尔奖
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90°
90° 3 45°
5
13 16
19 22
3
5
135°
3 9 6 12 化简 1 3 2 4
22体素矩阵的反投影法图像重建
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四、CT图像重建的数理基础
反投影法(back projection) 反投影法优缺点 优点: 重建速度快
缺点: 边缘失锐
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反投影法(back projection)(总和法，目前常用的唯一方法） 值计算法----解方程
x1 x3 E=3
x2 x4
A= 2
B= 4 F =3
0 x1 反投影 1 x3
2 x2 3 x4
A B F
C= 1 D = 5 A: x1+x2= 2 E: x2+x3=3 B: x3+x4= 4 F: x1+x4=3 C: x1+x3 = 1 D: x2+x4= 5 A+ B = C+D
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第二节 传统X-CT的扫描方式
扫描架 X射线管 高压发生器
扫 描 装 置 示 意 图
准直器 受检体
扫描床
检测器 数据采集器 数据
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一、单束平移-旋转（T/R）方式
第一代CT扫描
1.组成 一个X射线管 一个检测器 2.特点 先直线平移 后旋转角度 3.缺点 射线利用率 扫描速度慢
人体在-1000HU—1000HU之间 2. 灰度显示
二维分布： μ值 CT值
灰度
CT影像
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第二节 传统X-CT的扫描方式
一、单束平移-旋转（T/R）方式 二、窄扇形束扫描平移-旋转（T/R）方式 三、旋转-旋转（R/R）方式 四、静止-旋转扫描（S/R）方式 五、传统CT扫描的技术缺憾 六、电子束扫描方式
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二、体素(voxel)与像素(pixel)
1.体素 断层内小体积元
体素
空间位置编码
体素阵列
脑断层体素
体素
长或宽 1～2mm 高 3～15mm
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二、体素(voxel)与像素(pixel)
2.像素 图像基本单元 像素 空间位置编码 像素矩阵
像素与体素一一对应图
二、几个典型图像处理技术
1.窗口(Window)技术 双窗技术 用两种窗宽窗位，以便观 察不同CT值范围的组织。
肺部的肺窗
肺部的纵隔窗
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二、几个典型图像处理技术
1.窗口(Window)技术 双窗技术 用两种窗宽窗位，以便观 察不同CT值范围的组织。
椎骨的软组织窗
2
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1979生理学或医学诺贝尔奖
英国 豪斯费尔德
美国 阿伦 马克
MR和ECT等各种CT成像与X-CT 图像重建类似
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第三章 X射线计算机断层成像(X-CT)
第一节 X-CT的基础知识 第二节 传统X-CT的扫描方式 第三节 X-CT后处理技术 第四节 X-CT图像的质量控制 第五节 螺旋CT
D
G
E
H
典型的 3×3图像矩阵滤波处理
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二、几个典型图像处理技术
2.图像的再加工处理
图像的过滤 平滑滤波 E
1 ( A 2B C 2D 4E 2F G 2H J ) 16 平均平滑滤波 E 1 ( A B C D E F G H J ) 8 轮廓滤波
CT图像重建原理:
X射线衰减规律
由投影值求解衰减系数分布
单能窄束X射线透射各向同性均匀连续介质衰减函数
I I 0e
x
1 I0 ln x I
CT 即求 值二维分布矩阵
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四、CT图像重建的数理基础
X射线束通过非均匀介质
μ值非连续变化
I0
I
I1 μ1
灰阶 窗宽、窗位及显示灰阶
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二、几个典型图像处理技术
2.图像的再加工处理
图像的过滤 原理 考虑每一像素与临近像素关系算 出像素新数值。 例: 对3×3矩阵像素值平滑处理。E为某点原像素值, E' 为处理后像素值， 不同滤波公式完成相应滤波计算。
A B C F J E’
窗宽= CTmax－CTmin
CTmax CTmin 窗位 2
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二、几个典型图像处理技术
1.窗口(Window)技术 例: 观察脑部血液(CT值12HU)及凝血(CT值56～76HU) 上限灰度为80 HU,下限灰度为0 HU 则 窗宽= CTmax－CTmin =80－0=80HU
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四、CT图像重建的数理基础
反投影法(back projection) 边缘失锐的抑制 滤波反投影法
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五、CT值与灰度显示
1. CT值 表示像素对应的体素对X射线平均衰减量大小(单位HU—亨)
w CT k w
水的衰减系数
k 分度因子 k=1000 CTAir= -1000 (HU) CTWater = 0 (HU)
椎骨的骨窗
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二、几个典型图像处理技术
1.窗口(Window)技术 显示灰阶 对应CT值范围的灰度分级
窗宽窄(宽) CT值范围小(大) 灰阶跨度小(大) 黑白对比度大(小) -300 窗位 -500 窗 宽 1000
-1000
利于显示密度差别小(大)的组织
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三、扫描(scanning)与投影(projection, P )
3.窄束X射线的获取 准直器
铅准直器
源 Δx 铅准直器 散射 光子 检测器
Δy
散射 光子 受检体
获取窄束X射线的装置或准直器的示意图
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四、CT图像重建的数理基础
E 2 ( A B C ) (G H J ) ( A D G) (C F J )
2 2
边缘增强滤波 E 1 (2 A B 2C D 6 E F 2G H 2 J )
2 1 ( A B C D 3E F G H J ) 阴影滤波 E 2
E
C
D x1=0 x2=2 x3=1 x4=3
解方程
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四、CT图像重建的数理基础
反投影法(back projection) 22体素矩阵重建
4 135° 135° 1 2 4 0°
所有体素 参数总和 减基数10
6
1 5
5 4
3 7
3 7
4
6
0°
45° 2 求和
种类 1.窗口技术 2.图像再加工
图像过滤
旋转位移 实质
图像加减
图像缩放 多幅显示
对CT值进行数学变换和计算
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二、几个典型图像处理技术
1.窗口(Window)技术 增强观测组织对应灰度的技术 窗口 增强的灰范围 对应
观测组织CT值范围
范围以下压缩为全黑
范围以上增强为全白 窗宽(window width W.W) 灰度范围上下限之差 窗位(window level W.L) 窗口中心灰度值
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二、几个典型图像处理技术
2.图像的再加工处理
图像的放大和缩小
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二、几个典型图像处理技术
2.图像的再加工处理
图像的放大和缩小 缺点 数据缺少 图像粗糙 插值法
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六、电子束扫描方式
第五代CT扫描
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六、电子束扫描方式
第五代CT扫描
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第三节 X-CT后处理技术
一、图像后处理技术的种类
二、几个典型图像处理技术
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一、图像后处理技术的种类
CTmax CTmin 80 0 窗位 HU 40HU 2 2
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二、几个典型图像处理技术
1.窗口(Window)技术 双窗技术 用两种窗宽窗位，以便观 察不同CT值范围的组织。
头的脑窗
头的骨窗
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