ct原理上 ppt課件數(shù)學

CT原理及維修診斷技術高級培訓班原理及維修診斷技術高級培訓班 CTCT作為一種公認的成熟、快速、可靠的影像作為一種公認的成熟、快速、可靠的影像設備設備,正在各級醫(yī)院的診斷和治療中發(fā)揮著日益正在各級醫(yī)院的診斷和治療中發(fā)揮著日益重要的作用重要的作用,并得到廣泛的應用。并得到廣泛的應用。近八年來近八年來,多層螺旋多層螺旋CTCT的推出和新的應用軟的推出和新的應用軟件的開發(fā)件的開發(fā),使使CTCT進入又一個快速發(fā)展期進入又一個快速發(fā)展期,各種類型各種類型的的CTCT機大量推出。機大量推出。CTCT（Computed TomographyComputed Tomography）18951895年年1111月月8 8日日,德國物學家倫琴德國物學家倫琴 (W(WRaontgen)Raontgen)發(fā)現(xiàn)了發(fā)現(xiàn)了X X射線。射線。三天以后，偶然看到了倫琴的夫人手的三天以后，偶然看到了倫琴的夫人手的X X射線造影。射線造影。從此就開創(chuàng)了用從此就開創(chuàng)了用X X射線進行射線進行醫(yī)學診斷的放射學醫(yī)學診斷的放射學XX射線攝影術，射線攝影術，奠定了醫(yī)學影像攝影的基礎。奠定了醫(yī)學影像攝影的基礎。一、一、X X低氣壓放電現(xiàn)象：低氣壓放電現(xiàn)象：1836年，英國科學家法拉第發(fā)現(xiàn)，稀薄氣體放電時，年，英國科學家法拉第發(fā)現(xiàn)，稀薄氣體放電時，會產(chǎn)生一種絢麗的輝光。因為它是由陰極發(fā)出的，會產(chǎn)生一種絢麗的輝光。因為它是由陰極發(fā)出的，后來物理學家把這種輝光稱為后來物理學家把這種輝光稱為“陰極射線陰極射線”（cathode ray）。為探明陰極射線，許多科學家進。為探明陰極射線，許多科學家進行了艱巨的研究。行了艱巨的研究。一、一、X X傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的X X射線機具有的優(yōu)點：射線機具有的優(yōu)點：1.1.價格低價格低;2.2.易操作易操作;3.3.應用面廣應用面廣;但也有以下一些缺陷：但也有以下一些缺陷：1影像重疊影像重疊;2密度分辨力低密度分辨力低;3中心投影效應中心投影效應 (也叫幾何放大效應）也叫幾何放大效應）;4膠片存儲，檢索困難膠片存儲，檢索困難;一、一、X X一、一、X X一、一、X XCTCT 19171917年，雷登年，雷登(J(JRadon)Radon)提出了圖象重顯理論的數(shù)學方提出了圖象重顯理論的數(shù)學方法研究，他指出對二維或三維的物體可以從各個不同的法研究，他指出對二維或三維的物體可以從各個不同的方向上進行投影，稱為雷登變換；方向上進行投影，稱為雷登變換；然后用數(shù)學方法計然后用數(shù)學方法計算出一張重建的圖像中，也稱為雷登逆變換。算出一張重建的圖像中，也稱為雷登逆變換。19561956年，天文學家年，天文學家BracewellBracewell用這種方法處理了從太陽用這種方法處理了從太陽發(fā)射來的微波信息，發(fā)射來的微波信息，BracewellBracewell第一次將一系列由不同第一次將一系列由不同方向測得的太陽微波發(fā)射數(shù)據(jù)，運用圖像重建方法，繪方向測得的太陽微波發(fā)射數(shù)據(jù)，運用圖像重建方法，繪制了太陽微波發(fā)射圖像。制了太陽微波發(fā)射圖像。CTCT對對CTCT的研究可追溯到的研究可追溯到19671967年年,那年，那年，CTCT的發(fā)明人、英國工程的發(fā)明人、英國工程師師Godfrey Hounsfield Godfrey Hounsfield 制成制成了第一臺可用于臨床的計算機了第一臺可用于臨床的計算機X X 射線斷層攝影機。射線斷層攝影機。CTCT 1971 1971年年1010月，月，HounsfieldHounsfield設計并掃描出第一幅具有診斷價設計并掃描出第一幅具有診斷價值的頭部值的頭部CTCT圖像，從而宣告世界上第一臺圖像，從而宣告世界上第一臺CTCT掃描機的研制成功，掃描機的研制成功，因為是英國因為是英國EMIEMI公司生產(chǎn)，又稱公司生產(chǎn)，又稱EMI CTEMI CT掃描機。掃描機。19711971年年9 9月第一月第一臺頭掃描臺頭掃描CTCT機安裝在英國的一所醫(yī)院中。每一幅圖像的處理時機安裝在英國的一所醫(yī)院中。每一幅圖像的處理時間為間為2020分鐘左右。分鐘左右。CTCT第一臺第一臺CTCT機的頭部圖像機的頭部圖像CTCT 1979 1979年年,Hounsfield,Hounsfield和和Cormack,CTCormack,CT發(fā)明者，發(fā)明者，一位工程師和一位物理學家，兩位沒有專一位工程師和一位物理學家，兩位沒有專門醫(yī)學經(jīng)歷的科學家門醫(yī)學經(jīng)歷的科學家,榮獲了諾貝爾醫(yī)學榮獲了諾貝爾醫(yī)學獎，以表彰他們的突出成就。獎，以表彰他們的突出成就。HounsfieldHounsfield于于20042004年年8 8月月1212日日在英國逝世，享年在英國逝世，享年8484歲。歲。Cormack Cormack于于19981998年年5 5月月2323日日在美國逝世，享年在美國逝世，享年7474歲。歲。CTCT 19741974年，美國年，美國GeorgeGeorgeTownTown醫(yī)學中心的工程醫(yī)學中心的工程師萊德雷（師萊德雷（LedleyLedley）設計出了全身）設計出了全身CTCT掃描儀，使掃描儀，使CTCT不僅可用于顱腦，而且還可用于全身各個部位不僅可用于顱腦，而且還可用于全身各個部位的影像學檢查。的影像學檢查。CTCT圖圖a a、b b是是19741974年年SIRETOMSIRETOM拍攝的拍攝的 80X8080X80圖像圖像,矢狀面圖像矢狀面圖像是由每層厚為是由每層厚為1.3CM1.3CM斷面重建的。斷面重建的。圖圖c c、d d是容積掃描是容積掃描拍攝的拍攝的1024X1024 1024X1024 圖像圖像,矢狀面圖像可以矢狀面圖像可以說是連續(xù)的說是連續(xù)的 。CT圖像對比CTCT三、三、CTCT技術發(fā)展趨勢技術發(fā)展趨勢 CTCT的優(yōu)點的優(yōu)點 (1)真正的斷面圖像真正的斷面圖像 (2)密度分辨率高密度分辨率高 (3)可作定量分析可作定量分析 (4)數(shù)字圖像數(shù)字圖像 CTCT的局限性和不足的局限性和不足 (1)空間分辨率仍未超過常規(guī)的空間分辨率仍未超過常規(guī)的X線檢查。線檢查。(2)不是所有臟器都以不是所有臟器都以CT檢查作為首選。檢查作為首選。(3)以以X射線作為信息載體射線作為信息載體,仍對人體存在傷害。仍對人體存在傷害。(4)CT的圖像是形態(tài)學影像。的圖像是形態(tài)學影像。多層螺旋多層螺旋CTCT是主要代表是主要代表19981998年推出的多層年推出的多層CTCT使使得得CTCT在掃描速度；圖像在掃描速度；圖像質量、掃描范圍、適用質量、掃描范圍、適用器官等方面取得新的突器官等方面取得新的突破破,是是CTCT技術進入新階段技術進入新階段的標志。的標志。三、三、CTCT技術發(fā)展趨勢技術發(fā)展趨勢1.1.更低的射線劑量更低的射線劑量全球各主要全球各主要CT制造商均把更低制造商均把更低CT的劑量水平作為的劑量水平作為CT發(fā)展的研究目標，并通過各種方法及措施來降低劑量。發(fā)展的研究目標，并通過各種方法及措施來降低劑量。n限制掃描容積：限制掃描容積：n增加輻射光譜的預過濾增加輻射光譜的預過濾;n調(diào)整掃描參數(shù)調(diào)整掃描參數(shù);n對連續(xù)對連續(xù)CT和螺旋和螺旋CT掃描采用自動曝光控制掃描采用自動曝光控制;n選擇適當圖像重建參數(shù)降低圖像重建噪聲；選擇適當圖像重建參數(shù)降低圖像重建噪聲；三、三、CTCT技術發(fā)展趨勢技術發(fā)展趨勢2.2.更快的采集和重建速度更快的采集和重建速度a.可以減少運動偽影，提高圖像質量?？梢詼p少運動偽影，提高圖像質量。b.從經(jīng)濟和成本回收的角度來考慮，縮短了機器的成本從經(jīng)濟和成本回收的角度來考慮，縮短了機器的成本回收期回收期,提高醫(yī)院的經(jīng)濟效益。提高醫(yī)院的經(jīng)濟效益。c.能充分發(fā)揮造影劑的作用能充分發(fā)揮造影劑的作用,減少造影劑用量和病人費用。減少造影劑用量和病人費用。d.螺旋掃描具有速度快、運動偽影少。螺旋掃描具有速度快、運動偽影少。e.從病人接受角度來看從病人接受角度來看,有益于危重病人的診查有益于危重病人的診查。三、三、CTCT技術發(fā)展趨勢技術發(fā)展趨勢3.CT3.CT的應用已拓展到一些新的范圍的應用已拓展到一些新的范圍CT血管造影血管造影(CTA)三、三、CTCT技術發(fā)展趨勢技術發(fā)展趨勢四、四、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 高速運動的電子轟擊金屬靶時，靶就放出高速運動的電子轟擊金屬靶時，靶就放出X射線，這就是射線，這就是X射線管的工作原理。射線管的工作原理。從陰極發(fā)射的熱電子，經(jīng)陰、陽兩極間的電場加速后，電從陰極發(fā)射的熱電子，經(jīng)陰、陽兩極間的電場加速后，電子的速度已非常高。如在子的速度已非常高。如在100kV管電壓，當電子抵達靶時，管電壓，當電子抵達靶時，速度可達速度可達0.55c(c為光速為光速)。此高速電子與靶物質相互作用。此高速電子與靶物質相互作用造成能量轉移造成能量轉移,或能量損失，速度驟減。或能量損失，速度驟減。能量損失分為碰撞損失和輻射損失。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化為熱能。碰撞損失的能量將全部轉化為熱能。輻射損失是由于高速運動的電子與靶的內(nèi)層電子和原輻射損失是由于高速運動的電子與靶的內(nèi)層電子和原子核的作用。子核的作用。通過輻射損失的能量，大部分是以通過輻射損失的能量，大部分是以X射線的形式輻射射線的形式輻射出去，它不足電子總能量的出去，它不足電子總能量的1。根據(jù)作用情況的不同根據(jù)作用情況的不同,輻射損失又可分為連續(xù)輻射和輻射損失又可分為連續(xù)輻射和特征輻射。特征輻射。四、四、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生連續(xù)輻射連續(xù)輻射(韌致輻射韌致輻射)：如果被靶阻擋的電子的能量，不越過一定：如果被靶阻擋的電子的能量，不越過一定限度時，只發(fā)射連續(xù)光譜的輻射。這種輻射叫做軔致輻射。限度時，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)光譜的性質和靶材料無關。連續(xù)光譜的性質和靶材料無關。特征輻射特征輻射(標識輻射標識輻射)：當電子的能量超過一定的限度時，可以發(fā)：當電子的能量超過一定的限度時，可以發(fā)射一種不連續(xù)的，它只有幾條特殊的線狀光譜，這種發(fā)射線狀射一種不連續(xù)的，它只有幾條特殊的線狀光譜，這種發(fā)射線狀光譜的輻射叫做特征輻射。光譜的輻射叫做特征輻射。特征光譜和靶材料有關，不同的材料有不同的特征光譜這就是特征光譜和靶材料有關，不同的材料有不同的特征光譜這就是為什么稱之為為什么稱之為“特征特征”的原因。的原因。四、四、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生X射線的光譜圖射線的光譜圖X射線其波長約為射線其波長約為10nm到到102nm之間之間 W:鎢鎢 Mo：鉬：鉬Cr：鉻：鉻四、四、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生X射線的特性射線的特性 X射線之所以能夠用于醫(yī)學診斷，是由于它還具有普通光所射線之所以能夠用于醫(yī)學診斷，是由于它還具有普通光所設有的特點和作用設有的特點和作用:1.穿透作用穿透作用 穿透作用是指穿透作用是指X射線通過物質時不被吸收的本領。射線通過物質時不被吸收的本領。2.電離作用：是電離作用：是X射線損傷和治療的基礎。射線損傷和治療的基礎。物質受物質受X射線照射時，核外電子會脫離原子軌道，這射線照射時，核外電子會脫離原子軌道，這 種作用稱為電離作用。種作用稱為電離作用。3.熒光作用熒光作用 有些物質受有些物質受X射線照射后，可以輻射出可見光或紫外。射線照射后，可以輻射出可見光或紫外。它是它是X線照相的基礎。線照相的基礎。四、四、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 當當X射線穿過物體時，射線穿過物體時，X射線與物體之間主要存在著射線與物體之間主要存在著三種的相互作用過程，影響三種的相互作用過程，影響 X射線的衰減射線的衰減,它們是它們是 干涉散射干涉散射 光電效應光電效應 康普頓效應康普頓效應四、四、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生1 1、干涉散射、干涉散射CTCT的的X X射線能量大，干涉散射對射線能量大，干涉散射對CTXCTX射線的衰減影響不大。射線的衰減影響不大。四、四、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生2 2、光電效應、光電效應用光（包括用光（包括X X射線）照射一些金屬，觀察到金屬表面有射線）照射一些金屬，觀察到金屬表面有電子逸出的現(xiàn)象電子逸出的現(xiàn)象醫(yī)用醫(yī)用X X射線能量在射線能量在10-150KeV10-150KeV之間，產(chǎn)生光電效應幾率之間，產(chǎn)生光電效應幾率較大。較大。X X射線能量增大光電效應幾率減小。由于光電效射線能量增大光電效應幾率減小。由于光電效應過程中生物組織將應過程中生物組織將X X線光子完全或部分吸收，所以線光子完全或部分吸收，所以X X射線產(chǎn)生生物損傷主要源于光電效應。射線產(chǎn)生生物損傷主要源于光電效應。四、四、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生3 3、康普頓效應、康普頓效應 四、四、X X射線的產(chǎn)生射線的產(chǎn)生 實驗發(fā)現(xiàn)，當波長很短的光（電磁波），如實驗發(fā)現(xiàn)，當波長很短的光（電磁波），如X X射線、射線等通過不含雜質的均勻媒質時，會產(chǎn)射線、射線等通過不含雜質的均勻媒質時，會產(chǎn)生散射現(xiàn)象，這現(xiàn)象首先由美國物理學家康普頓生散射現(xiàn)象，這現(xiàn)象首先由美國物理學家康普頓于于19221922年發(fā)現(xiàn)，并作出理論解釋，故稱康普頓效年發(fā)現(xiàn)，并作出理論解釋，故稱康普頓效應。應。康普頓效應產(chǎn)生較多散射線，在康普頓效應產(chǎn)生較多散射線，在X X線成像過程線成像過程中會降低成像質量。中會降低成像質量。五、五、X X線的吸收定律線的吸收定律由物理學的吸收定律由物理學的吸收定律(朗伯定律朗伯定律)可知，當一可知，當一單色單色線束通線束通過一密度過一密度均勻均勻的的小物體小物體時，其能量因與物質的原子相互時，其能量因與物質的原子相互作用而減弱，減弱的程度與物質的厚度和組成成分或吸作用而減弱，減弱的程度與物質的厚度和組成成分或吸收系數(shù)有關，可用下式表達：收系數(shù)有關，可用下式表達：I=IO e-dIO O：入射的：入射的X射線強度；射線強度；I：穿過均勻密度物體后的：穿過均勻密度物體后的X射線強度；射線強度；：物質對該波長的線性衰減系數(shù)；：物質對該波長的線性衰減系數(shù)；d：穿過均勻密度物體的路徑長度；：穿過均勻密度物體的路徑長度；e：自然對數(shù)底：自然對數(shù)底 N1 N2 N3 Nn 123nxxxmxI0InIm-1ImxCTCT影像的像素計算影像的像素計算在在X射線穿過的路徑上，射線穿過的路徑上，如果已知如果已知d、IO、In，則物體的衰減系數(shù)總和則物體的衰減系數(shù)總和是可以計算出來的。是可以計算出來的。這必須作出多方向投影這必須作出多方向投影,建立多個聯(lián)立方程式，建立多個聯(lián)立方程式，才能算出所有的衰減才能算出所有的衰減系數(shù)值來。系數(shù)值來。CT圖像的重建過程，圖像的重建過程，就是求每個小單元衰減就是求每個小單元衰減系數(shù)的過程。因而上述系數(shù)的過程。因而上述方程是方程是CT圖像重建的圖像重建的基本方程之一?；痉匠讨?。五、五、X X線的吸收定律線的吸收定律六、六、CTCT圖像的形成過程圖像的形成過程 圖像掃描階段圖像掃描階段 高壓發(fā)生器供給高壓發(fā)生器供給球管電壓和燈絲球管電壓和燈絲電流，使電流，使X射線射線管產(chǎn)生管產(chǎn)生X射線。射線。X線束圍繞人體線束圍繞人體旋轉，以便從多旋轉，以便從多個角度采集數(shù)據(jù)。個角度采集數(shù)據(jù)。在掃描階段的主要任務是采集數(shù)據(jù)。在掃描階段的主要任務是采集數(shù)據(jù)。CT CT中我們怎樣測量一個物體？中我們怎樣測量一個物體？通過多角度用筆形通過多角度用筆形X X線束來測量物線束來測量物體的吸收值。體的吸收值。六、六、CTCT圖像的形成過程圖像的形成過程 圖像形成的重建階段圖像形成的重建階段 CTCT圖像產(chǎn)生的第二個階段就是圖像重建階段，這主要由圖像產(chǎn)生的第二個階段就是圖像重建階段，這主要由陣列處理機進行處理。陣列處理機進行處理。六、六、CTCT圖像的形成過程圖像的形成過程七、七、CTCT圖像的顯示圖像的顯示圖像顯示階段圖像顯示階段 圖像顯示階段的主要任務是把數(shù)字圖像圖像顯示階段的主要任務是把數(shù)字圖像轉換成視頻顯示，以便直接觀測或記錄轉換成視頻顯示，以便直接觀測或記錄在膠片上。在膠片上。CT CT值是用來表值是用來表 示與示與CTCT圖像上圖像上 單元面積有關單元面積有關 的平均的平均X X射線射線 衰減數(shù)衰減數(shù),CT CT值用值用豪斯菲豪斯菲 爾德單位爾德單位HUHU來來 表示。使用表示。使用CTCT 值后，它既表值后，它既表 示了某物質的示了某物質的 吸收衰減系數(shù)吸收衰減系數(shù) 本身，也表示本身，也表示 了各種不同密了各種不同密 度組織的相對度組織的相對 關系。關系。七、七、CTCT圖像的顯示圖像的顯示 窗口技術窗口技術數(shù)字圖像所特有的顯示技數(shù)字圖像所特有的顯示技術方法稱為窗口技術。它術方法稱為窗口技術。它包括窗位和窗寬的控制、包括窗位和窗寬的控制、調(diào)整。調(diào)整。CTCT窗寬：窗寬：window widthwindow width 監(jiān)示器中最亮和最暗灰階監(jiān)示器中最亮和最暗灰階所代表的所代表的CTCT值的跨度。值的跨度。CT CT窗位：窗位：window level window level 窗寬上下限灰階所代表的窗寬上下限灰階所代表的CTCT值的中心值。值的中心值。窗寬決定圖像窗寬決定圖像CTCT值的變化值的變化跨度，窗位則決定觀察變跨度，窗位則決定觀察變化的的區(qū)域?；牡膮^(qū)域。七、七、CTCT圖像的顯示圖像的顯示不同的窗不同的窗口條件下，口條件下，顯示人體顯示人體的不同部的不同部位圖像的位圖像的效果。效果。八、八、各代各代CTCT第一代第一代(平移平移+旋轉旋轉)v 這類掃描機多屬于頭部專用機這類掃描機多屬于頭部專用機v 由一個由一個X射線管和兩個或三個射線管和兩個或三個晶體探測器組成晶體探測器組成v 由于由于X射線束被準直成像鉛筆射線束被準直成像鉛筆芯粗細的線束，故又稱為筆形芯粗細的線束，故又稱為筆形掃描束裝置。掃描束裝置。v 掃描時間為掃描時間為35分鐘分鐘第二代第二代(平移平移+旋轉方式旋轉方式)把第一代單一筆形把第一代單一筆形,X射線束改為扇形線束射線束改為扇形線束探測器數(shù)目也增加到探測器數(shù)目也增加到330個。個。每次掃描后的旋轉角每次掃描后的旋轉角由由10提高至提高至30300。掃描時間為掃描時間為2090秒秒八、八、各代各代CTCT 第三代第三代CT機有較寬的扇形角機有較寬的扇形角(30045 0)，可包括整個被，可包括整個被掃描體截面，探測器數(shù)目極掃描體截面，探測器數(shù)目極大地增加了。大地增加了。扇形角寬扇形角寬(扇角為扇角為300450),X射線管必須環(huán)繞其中心線射線管必須環(huán)繞其中心線轉過轉過90 0。掃描時間為掃描時間為29秒，有些可秒，有些可達到達到0.5秒以內(nèi)。秒以內(nèi)。技術性較高，成本和圖像質技術性較高，成本和圖像質量方面具有較大優(yōu)勢，是目量方面具有較大優(yōu)勢，是目前臨床上應用最為廣泛的一前臨床上應用最為廣泛的一種種CT機。機。第三代第三代(旋轉一旋轉方式旋轉一旋轉方式)八、八、各代各代CTCT第四代第四代(旋轉一靜止旋轉一靜止)v 掃描方式是探測器靜止掃描方式是探測器靜止 而只有而只有X射線管旋轉。射線管旋轉。v 扇形線束角度也較大，扇形線束角度也較大，單幅的數(shù)據(jù)獲取時間單幅的數(shù)據(jù)獲取時間 縮短到縮短到15秒。秒。v 檢測器達到檢測器達到6001500個，個，多排螺旋多排螺旋CT多達多達4800個。個。v 第四代第四代CT掃描機的缺點掃描機的缺點 是對散射線極其敏感是對散射線極其敏感。八、八、各代各代CTCT EBCT EBCT與常規(guī)與常規(guī)CTCT的主要區(qū)別在于由的主要區(qū)別在于由電子束取代了電子束取代了X X線球管的機械旋線球管的機械旋轉。轉。EBCTEBCT由電子槍發(fā)射電子束，由電子槍發(fā)射電子束，再由電子束轟擊掃描架上的靶環(huán)，再由電子束轟擊掃描架上的靶環(huán)，由靶環(huán)發(fā)出由靶環(huán)發(fā)出X X線，通過電子槍內(nèi)線，通過電子槍內(nèi)的偏轉線圈使電子束掃描鎢靶，的偏轉線圈使電子束掃描鎢靶，被掃描的鎢靶產(chǎn)生往返運動的被掃描的鎢靶產(chǎn)生往返運動的X X線，以對患者進行掃描。所以線，以對患者進行掃描。所以EBTEBT無無X X線球管機械旋轉的速度限線球管機械旋轉的速度限制，掃描速度要遠遠高于多層螺制，掃描速度要遠遠高于多層螺旋旋CTCT，每周只需，每周只需5050毫秒，成像時毫秒，成像時間大大縮短。間大大縮短。第五代電子束第五代電子束CT(靜止一靜止靜止一靜止)與前與前4代有著本質的區(qū)別代有著本質的區(qū)別八、八、各代各代CTCT