X射线计算体层成像.docVIP

第八章 X射线计算机体层成像 教学大纲要求 掌握体层、像素、体素、扫描与投影、CT值、灰度、X－CT重建图像原理、窗口技术、窗宽和窗位；熟悉X－CT扫描方式、图像的再加工处理；了解评价图像质量的参数、X－CT的伪像及X－CT的展望。 重点和难点 X-CI图像重建原理、窗口技术，以及图像重建数学方法中的卷积和滤波反投影法。 教学要点 本章主要介绍X－CT的基本原理、图像重建方法、扫描方式与窗口技术等。 一、X-CT的数理基础 X射线计算机体层成像(X-ray transmission computed tomography，X－CT)是指运用一定的物理技术，以测定X射线在人体内的衰减系数为基础，采用一定数学方法，经电子计算机处理，求解出衰减系数值在人体某剖面上的二维分布矩阵，再应用电子技术把此二维分布矩阵转变为图像画面上的灰度分布，从而实现建立断层图像的现代医学成像技术。 X－CT像的本质是衰减系数成像。 建立X－CT像的指导思想是，围绕如何确定衰减系数值在人体内的分布，从而选择恰当的理论、方法和技术。 1．体层、像素、体素 (1)体层 体层指的是受检体中的一个薄层，也称之为断层，此断层的两个表面可粗略视为是平行的平面。 (2)像素 像素(piXel)是指构成图像的这些“点子”，即构成图像的基本单元。对于二维图像来说，这些像素就是图像平面的面积元。 (3)体素 体素(voxel)是指在受检体内欲成像的层面上按一定的大小和一定的坐标人为划分的小体积元。需要注意的是各体素的坐标排序一定要与各像素的坐标排序相同，亦即体素与像素在坐标上要一一对应。实际中划分体素是对扫描野(受检体所在的接受扫描的空间)进行划分。划分的方案可以有多种，比如有：160×160(=25 600个体素)、320×320(=102 400个体素)、256×256(=65 536个体素)、512×512(=262 144个体素)等划分。重建CT像的核心思想，是要使体素的坐标信息和特征参数(线性衰减系数或吸收系数)信息被对应的像素去体现，因此划分体素和像素非常重要。 2．扫描与投影 (1)扫描 扫描(scanning)是用近于单能窄束的X射线束以不同的方式、按一定的顺序、沿不同的方向对划分好体素编号的受检体体层进行投照，并用高灵敏度的探测器接收透射的一串串体素后，出射X线束的强度I。这就是X－CT重建图像中采用的获取投影数值的物理技术，也就是通常所说的采集数据的扫描技术。 (2)投影 把投照受检体后出射X线束的强度I称为投影(projection)，投影的数值称为投影值，投影值的分布，称为投影函数。 (3)扫描的方式 1)平移扫描； 2)旋转扫描； 3)平移加旋转扫描。 (4)近似单能X射线束的获取 利用标识谱线波长的性质，产生X射线，使发射的X射线束中主要是标识辐射的X射线。这样的线束再经过滤就能获得大约为70keV近于单能的线束。 (5)窄束X射线的获取 1)获取方法 利用准直器可获取窄束X射线。准直器是用一定厚度的铅制成，其准直孔径很小，通过准直孔道后的X射线束亦很细。再者准直器能吸收散射线，当入射光子与吸收物质发生相互作用时，无论是散射光子还是湮灭辐射光子，只要是偏离准直孔道的光子，都将被准直器吸收。因此，由准直器出来的射线可视为理想的窄束。亦即我们可把准直器理解为允许X射线通过的细长狭窄通道，通过准直器之后的X射线成为窄束X射线。 2)层厚 在扫描野的中心处，X射线扫描层面的有效宽度是国标上对层厚的定义。层厚通常以体层轴向上X射线能量分布曲线的半高宽表示。 3．图像重建的数学基础． 图像重建的数学原理是源于X射线通过介质时衰减的物理规律。 选择数学方法的基本思路应根据扫描所获取的投影值，来求解成像剖面上衰减系数的分布。 (1)X－CT的基本原理 1)CT成像的3个步骤 ①X线扫描数据的收集和转换X线射人人体，被人体吸收而衰减，其衰减的程度与受检层面的组织、器官和病变的密度(原子序数)有关，密度越高，对X线衰减越大。 探测器采集衰减后的X线信号将其转换为电信号并放大，并通过模/数(A／D)转换器转变为相应的数字信号后，送入计算机。 ②扫描数据处理和重建图像计算机将输入的原始数据加以校正处理，再进行重建图像。 ③图像的显示及贮存将重建图像矩阵中的数据，经过数字模拟转换，转变为不同灰暗度的光点，形成图像，可由荧光屏显示，亦可拍威照片；或以数据的形式用打印机打印；也可将图像数据录入磁带、光盘、软盘等永久保存。 2)单能窄束X射线透射均匀介质 单能窄束X射线透射均匀介质时强度衰减的物理规律——朗伯定律 式中，Io是入射的X射线强度，I是通过厚度为L的均匀介质后的X射线强度，?是均匀介质的力线性吸收系数(1inear absorption coefficient