專業知識-CT成像原理

CT成像原理

CT圖像的基本特徵：數字化和體積信息。數字化的最小單位是像素，而不論層厚大小，CT掃描層面始終是三維的體積概念。

1.X線衰減和衰減係數

X線衰減強度的大小通常與物質的原子序數、密度、每克電子數和源射線的能量大小有關。X線通過人體組織後的光子與源射線呈指數關係。

單一能譜射線又稱單色射線，其光子具有相同能量；多能譜射線其光子能量各不相同，CT成像中以多能譜射線為主。多能譜射線通過物體後的衰減並非呈指數衰減，而有質和量的改變，量改變指光子數目減少，質改變指平均能量增加、能譜變窄、射線硬度增加。

2.CT數據採集基本原理

CT數據採集方法：非螺旋逐層採集法螺旋容積數據採集法。

CT採樣：球管與探測器是一個精確的準直系統球管與探測器圍繞人體旋轉是為採樣球管產生的射線經有效濾過射線束寬度是根據層厚嚴格準直的探測器接收到的是透過人體後的衰減射線探測器將接受的衰減射線轉換為電信號（模擬信號）。

CT掃描基本過程：經準直器準直後的X線以窄束的形式透過人體被探測器接收，探測器將接收的衰減射線進行光電轉換，經數據採集系統放大，模數轉換後經計算機圖像重建，重建後再經數模轉換為模擬信號，以不同灰階形式在顯示器顯示，或直接以數字形式存於計算機或列印。

因此，CT圖像的形成可分為8個步驟：

球管和探測器圍繞人體旋轉掃描採集數據，準直器高度準直探測器接受衰減後的射線探測器將接受的衰減射線轉換為電信號並放大模數轉換為數字信號後送人計算機計算機對數據進行處理，主要包括校正和檢驗經校正後計算機作成像的卷積處理計算機通過濾過反投影演算法重建圖像重建後圖像經數模轉換為模擬信號在顯示器顯示，或將數字信號直接存儲列印

3.CT圖像重建的預處理

單層螺旋掃描

奧地利數學家Radon二維圖像反投影重建原理。

螺旋掃描是在檢查床移動中進行，用常規方式重建會出現運動偽影。為消除此運動偽影，必須採用數據預處理後的圖像重建方法，即線性內插法。

線性內插法的含義是：螺旋掃描數據的任一點，可採用相鄰兩點掃描數據通過插值，再採用非螺旋CT掃描的圖像重建方法，重建一幅斷層圖像。

目前常用的線性內插分為360°和180°線性內插兩種。

360°線性內插採用360°掃描數據向外的兩點通過內插形成一個平面數據。這種內插方法的主要缺點是層厚敏感曲線SSP增寬，圖像質量有所下降。

180°線性內插是採用靠近重建平面的兩點掃描數據，通過內插形成新的平面數據。兩種內插方法最大的區別是180°線性內插採用了第二個螺旋掃描的數據，並使第二個螺旋掃描數據偏移了180°角，從而能夠靠近被重建的數據平面。這種方法改善了SSP，提高了成像的分辨力，改善了重建圖像的質量。

多層螺旋掃描

多層螺旋掃描圖像重建預處理，基本是一種線性內插方法的擴展應用。

多層與單層螺旋CT相比，掃描射線束由扇形束變為錐形束，圖像重建中最主要的是掃描長軸方向梯形邊緣射線的處理。

目前多層螺旋圖像重建預處理有兩種方法，即考慮或不考慮錐形束的邊緣射線。一般4層螺旋掃描多不考慮其邊緣射線。常用的幾種重建預處理方法有：

掃描交疊採樣的修正，又稱優化採樣掃描

Z軸濾過長軸內插法

扇形束重建演算法

多層錐形束體層重建，又稱MUSCOT。

16層及16以上螺旋CT圖像重建的預處理：

西門子 自適應多平面重建AMPR，將斜面數據分隔並採用240°螺旋掃描數據GE 加權超平面重建，類似AMPR，但起始步驟不同，先將三維掃描數據分成二維繫列

東芝和飛利浦採用Feldkamp重建演算法，近似非螺旋掃描三維卷積反投影的重建方法。

心電門控心電觸發序列掃描和心電門控螺旋掃描分別用於4層和16層以上的心臟成像。

心電觸發序列掃描是在病人R波間期觸發序列掃描，觸發方式既可以選擇R-R間期百分比，也可以選擇絕對值毫秒，又稱為前瞻性心電門控觸發序列。

心電門控螺旋掃描又稱為回顧性心電門控螺旋掃描，用於16層以上心臟成像。心電門控方法是將心動周期舒張期圖像重建用於診斷，分兩個步驟：一多層螺旋內插，二採用部分掃描數據重建橫斷面圖像，採用部分數據重建，可提高心臟掃描的時間解析度。回顧性心電門控螺旋掃描可採用單個或多個扇區重建心臟圖像，一般心率較慢時採用單扇區重建。

4.CT重建方法

重建方法主要有兩種：濾過反投影重建法及迭代重建法。

濾過反投影法也稱卷積反投影法，成像過程大致分3步：獲取全部投影數據並進行預處理 經預處理後的數據成為原始數據將所得數據的對數值與濾過函數進行卷積根據不同矩陣反投影 重建後圖像大小與是否放大有關，而圖像亮度與X線通過物體後的衰減有關。

迭代重建法1956年被用於太陽圖像的重建，主要優點有：減少圖像偽影和降低輻射劑量。缺點是運算量大，對設備要求高。

與迭代重建相比，濾過反投影法的主要優點是：簡單、快速、實用，對設備要求低，主要缺點是忽略了雜訊的影響，且不能處理採樣數據不足的掃描。

螺旋CT成像原理

1.單層螺旋CT

1989年單層螺旋CT掃描技術開始臨床應用。螺旋掃描又稱CT容積掃描，採用滑環技術，連續產生X線並進行連續數據採集，檢查床沿Z軸反向勻速移動，掃描軌跡呈螺旋狀的掃描方式。

單層螺旋掃描參數：管電壓80-140kV，管電流50-450mA，掃描時間最長可持續100s，層厚由準直器寬度決定，1-10mm，檢查床移動速度1-20mm/s，球管旋轉1周約1秒。

螺距等於球管旋轉一周檢查床移動的距離與掃描層厚的比值。計算公式為：P=S/D。掃描範圍為檢查床每秒移動的距離與連續曝光時間的積。

2.多層螺旋CT

1989年底，4層螺旋CT開始應用臨床，標誌螺旋CT發展到多層時代。多層螺旋CT即MSCT，又稱多排探測器CT即MDCT。

MSCT的主要技術特點：層厚與射線束寬度無直接關係，而與被激活的探測器排數有關，並可在回顧性重建時在一定範圍改變。螺距定義為p=（球管旋轉一周進床距離）/（X線管總準直器寬度）。

MSCT主要技術參數：管電壓80-140kV，管電流10-800mA，床速100-200mm/s，層厚0.5-5mm，螺距1.0-1.5。

MSCT臨床應用優點：掃描速度明顯提高CT透視定位更準確空間解析度提高X線利用率提高。（快、准、兩率）

3.先進的MSCT

64-256層螺旋CT

參數：探測器總寬度32-80mm，最薄層厚0.3-0.625mm，螺距0.13-1.5mm，球管旋轉一周時間0.27-0.5s，Z軸掃描範圍1800-2000mm

64-256層螺旋CT的優勢：大範圍、多部位、多期相掃描可在一次增強檢查完成，1800mm範圍掃描可在10s完成X軸、Y軸和Z軸各向同性，強大的後處理可獲得接近完美的3D重組圖像智能3D自動毫安功能技術在保證圖像密度分辨力同時，可使輻射劑量下降66%心臟、冠脈成像圖像質量優異。

320層螺旋CT

參數：準直器寬度160mm，層厚0.5mm，球管旋轉一周時間0.35s，Z軸掃描範圍2000mm。

320層螺旋CT掃描方式有步進容積掃描和螺旋容積掃描兩種方式。

320層螺旋CT除具有64-256層優勢外，還有以下優勢：範圍小於160mm的器官一周掃描即可完成提高心臟檢查成功率，利於心率快或心率不齊者的心臟成像一次檢查完成全器官功能檢查實現全器官灌注成像和器官的多期相增強成像顯著提高動態顯示器官運動的時間分辨力。

雙源CT

參數：準直器總寬度19.2mm，最薄層厚0.3mm，螺距0.33-1.5,球館旋轉一周0.33-0.5s。

雙源CT優勢：時間分辨力提高可獲得雙能量CT數據心臟檢查輻射劑量降低。

版權聲明

本微信平台屬於個人公益性醫學影像類學習平台，本微信所有轉載文章系出於傳遞更多信息之目的，且明確註明來源和作者，所有轉載視頻只用於基層教學使用，且明確註明授課專家姓名，不希望被轉載的原作者及老師可與我們聯繫，我將立即進行刪除處理

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！