模拟CT实验讲义(定稿).doc

MCT-D1模拟CT实验仪 使 用 说 明 书 南京流畅电子仪器有限责任公司 模拟CT 实验 一．实验目的 了解CT成像的基本原理。 学会运用迭代法进行图像重建。 理解体素、灰度等概念，了解CT值的计算。 体会进行模拟实验在临床的意义。 二．实验说明 1 . 几个基本概念 （1） 体素：将密度不均匀的介质分成若干个很小的体积元，每一个体积元可视为均匀介质，体积元中的μ值相同，该体积元称为体素。 （2） CT的定义：CT是采用高度准直的Ｘ线束从多个方面沿人体的某一选定的断层进行扫描，通过测定穿射过人体的剩余Ｘ线量，计算出该层面各个单位体积的吸收系数，即CT值，然后根据CT值重建图像的一种检查技术。 （3） 图像重建：图像的重建就是先计算每个体素的衰减系数，然后将其转换成合适的图像像素值的过程。 （4） 窗宽窗位： CT值的范围从-1000到+1000，就要用2000个灰阶来表示黑白图象，但是不管是在监视器上还是在胶片上，都无法一次显示这么多的灰阶。人眼通常最多能分辨16个灰阶。（实验中可以检测自己眼睛区分灰度的能力。）所以全部可视灰阶只能对应某一感兴趣的CT值区间，这一区间称为窗宽。窗宽范围的中心称为窗位。窗位的选择大致相当于目标结构CT值的中间值；窗宽能确定图象的对比度。要显示CT值相差非常小的组织结构，例如脑部应选择较窄的窗宽，对于相差较大的部位例如肺部或颅骨应选择较宽的窗宽，在实验中可以改变窗宽或窗位了解图象灰度的变化规律。 2 . 朗泊（Lambert）定律 单色平行X射线束通过物质时，沿入射方向X射线强度的变化服从指数衰减规律，即，式中Io为入射X的强度，I1是通过厚度为d的物质层后的射线强度，μ称为线性衰减系数。 （注：实验中使用硅光电池转换的电压表示激光照度，其转化特性见附件） 3 . 实验方法 （1） 用同种介质有机玻璃代表相同性质的不同体素的长度d , 用半导体激光器的光束代替X射线（可避免X射线对人体的伤害），经过至少两次照射即可计算出 其μ 值。 （2） 我们用四种不同介质的正方体有机玻璃组合在一起，代表四个不同密度的体素单元且用半导体激光器经过四次照射，得到四个数据，经迭代法计算出每个小正方体的线性衰减系数。迭代法的计算方法由计算机给出。 （3） 用红色的八面体代替人体的体积元，将若干个八面体摆放在一起模拟人体，通过穿射八面体模拟CT对人体的扫描，将扫描的结果转换成CT图象。 （4） 每次测量可以用万用表测量，进行手动计算。也可以输入计算机进行自动计算。 三．实验仪器 MCT-D1模拟CT实验仪 四．实验原理 1. CT值的计算： X射线穿射人体衰减的规律： 　　　　　　　 （1－1） （μ为物体的线性衰减系数，ｄ为所取人体小体素单位的长度。） 由于人体各个组织的密度并不均匀，那么把人体分成无数个的小体素后，每个体素的线性衰减系数μ也并不相同。见（图1·１） μ1 μ2 μ3 ………μn In 图 1·1 由此可得方程： 　　　 　 （1－2）　　 　　　　　　μ１+μ２+………+μｎ＝ - [ln（Ｉ０／Ｉｎ）]／ｄ　 （1－3） 经CT重建的图象应是衰减系数μ的分布。但人体内大部分软组织的μ都与水的μ很接近。水的μ为0.19cm-1 ，脂肪的μ为0.18cm-1 ,两者仅差0.01cm－1 ，其差值约为水的μ值的5%。若直接以这些μ值成像，则软组织间的差异很难用他们来区别。为了显著的反映组织间的差异，引入CT值，它的定义为： CT ＝1000×（μt - μw）/μw （1－4） 式中μt 、μw 分别为组织及水的线性衰减系数。CT值又称为Hounsfield数，简称H。显然可见，水的H为0。H0，表示μtμw ；H0，表示μtμw 。 表1.1 人体不同组织的CT值 组织分类 CT值 组织分类 CT值 空气 －1000 脑灰质 36～46 脂肪 －100 脑白质 22～32 水 0 软组织 50～150 血液 10～80 骨骼 200～1000 迭代法重建图像 经断层扫描后我们知道了某一层每个小体素单元的CT值。按CT值重建图像时要经过复杂的计算。本实验采用一种简单