CT介紹：

經(jīng)典斷層成像：X射線管和膠片相對于焦平面（需要檢測的目標(biāo)平面）反向移動。使焦平面上同一點的成像一直在膠片的固定位置，使得該點的圖像一直得到增強。而非焦平面上的點其成像位置則在改變，使得其無法獲得持續(xù)增強。最終得到增強的焦平面成像和模糊的非焦平面成像。

斷層：欲成像的平面薄層，一般3_{10mm，較先進的1}3mm。
體素：斷層上人為劃分的一定大小和坐標(biāo)的小體積元。將其進行空間位置編碼則得到體素陣列。體素對應(yīng)最終成像上的像素點。體素的衰減系數(shù)對應(yīng)像素的灰度值。
投影：使用單能細束x射線對物體進行投射，出射x射線即為投影。投影的分布為投影函數(shù)
準(zhǔn)直器：使用對x射線高吸收率的材料制作的用于約束射線的器械。使x射線不發(fā)散?；颊咔昂蠖夹枰獪?zhǔn)直器。前準(zhǔn)直器用以約束x射線為細束，后準(zhǔn)直器用于減少散射干擾。斷層厚度由準(zhǔn)直器的孔隙決定。

掃描方式：
（1）平移-旋轉(zhuǎn)掃描。使用單束x射線先進行平移掃描，然后旋轉(zhuǎn)一定角度再進行掃描。直到旋轉(zhuǎn)180°為止。掃描較慢，射線利用率低，幾乎不使用。
（2）窄扇束平移-旋轉(zhuǎn)掃描。將單束x射線改為狹窄扇形x射線。
（3）寬扇束旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)掃描。使用更寬的扇形x射線。不需平移，只需旋轉(zhuǎn)x射線管和圓弧形探測器。
（4）寬扇束旋轉(zhuǎn)—靜止掃描。圓弧形探測器換為圓形探測器環(huán)。只需旋轉(zhuǎn)x射線管。
（5）螺旋掃描。X射線管旋轉(zhuǎn)掃描一個斷層，停止旋轉(zhuǎn)，平移患者到下一斷層位置，掃描該斷層。循環(huán)，直到掃描完所有需求斷層。
（6）電子束掃描。將x射線換為使用電子束激發(fā)。旋轉(zhuǎn)平移等機械運動用電子束偏移來替代。可以實現(xiàn)x射線方向的快速變化。
（7）：錐形多層螺旋掃描。扇形X射線變?yōu)殄F形x射線。探測器環(huán)變?yōu)槎鄬犹綔y器陣列。

圖像重建算法

衰減計算公式，u為衰減系數(shù)。I為出射x射線強度，為入射x射線強度，x為物體厚度。

實際算法

（1）解方程組法：物體整體衰減系數(shù)不一致，將路徑上的物體劃分為厚度d一致的小塊。當(dāng)d足夠小時，其小塊內(nèi)部衰減系數(shù)可以看作是均勻的。這些小塊就是前文中的體素，考慮路徑上所有體素帶來的衰減：

其中為第i個體素的平均衰減系數(shù)。d為體素厚度。P為投影，其值為：

p/d為確定值（對均勻物體，p=u*d）。則求n元一次方程組可得每個體素的衰減系數(shù)。方程組來自于n此旋轉(zhuǎn)-平移掃描。由于復(fù)雜度太大，現(xiàn)在一般不再使用該方法。

（2）直接反投影法。
單個體素的衰減系數(shù)可有經(jīng)過該點的射線的投影和求出。整幅圖像的重建可以看作所有方向上投影的累加。故可使用經(jīng)過一點的x射線所有投影（整條路徑的投影而非該體素的投影）相加來求取衰減系數(shù)。

由于反投影是將投影值反加給路徑上所有點?？赡軙霈F(xiàn)上圖中其值為0，但是重建后卻不為0的情況。這會導(dǎo)致重建后圖像會呈現(xiàn)為星形。這就是星狀偽影?？梢詫⑵涑話呙璐螖?shù)，使點的實際像素值接近理論像素值。
星形偽影產(chǎn)生原因：將有限點的投影（掃描路徑上的點）回加給了空間中無限的點。
去除星形偽影的方式：加上一個二維濾波器。但實際這種二維濾波器很難實現(xiàn)或不可實現(xiàn)。
濾波器時域函數(shù)q（x，y）：

其中※※代表二維卷積，對其進行傅里葉變換，得到傳遞函數(shù)Q(w1，w2)：

當(dāng)w1和w2取值為∞時，濾波器無法實現(xiàn).

（3）濾波反投影法：
在圖像重建之前對投影函數(shù)進行卷積處理（即通過一維濾波器），然后再進行重建，一定程度上可以消除星形偽影。

A即為上文提到難以實現(xiàn)的方法，b即為濾波反投影法。

濾波后一定區(qū)間為負值，使得周圍點重建后仍可能為0.
中心切片定理：濾波反投影理論依據(jù)。斷層f（x,y）中某個方向的平行投影函數(shù)的一維傅里葉變換等于其f(x,y)的二維傅里葉變換的相同方向過原點的切片。
建議熟讀Radon變換。

故理論上可以求取無窮多方向上的投影函數(shù)的傅里葉變換重建原圖的傅里葉變換。再通過逆變換即可得到原圖。

濾波反投影法過程：

濾波反投影中的具體問題：

（1）頻率域卷積必須為周期卷積或循環(huán)卷積。直接運算會導(dǎo)致卷繞效應(yīng)從而產(chǎn)生偽影。為了避免偽影，需要再傅里葉變換和卷積之前進行補零，補零個數(shù)最少為n-1，n為投影采樣數(shù)。
（2）濾波器選擇。可以選擇使用矩形函數(shù)窗限制理想濾波器。也可以使用其他窗函數(shù)進行濾波器設(shè)計以改善噪聲特性。實際使用中還會使用一些增強手段，如增強或抑制特點頻率成分
（3）計算機中的實際實現(xiàn)過程。在計算機中，圖像的重建操作是離散的?，F(xiàn)在一般有‘射線驅(qū)動’和像素驅(qū)動兩種離散操作算法。

射線驅(qū)動：沿射線以固定增量在路徑上依次確定點的值。并將強度值分配給路徑上的點及其相鄰點，需要二維插值。
像素驅(qū)動：從一個像素點出發(fā)，沿著過其中心的路徑，找到路徑與濾波投影的交點。由于濾波投影是離散的，故需對交點進行插值。其為一維插值。

即射線驅(qū)動一次處理多個點，然后把每次處理結(jié)果相疊加。每次處理較復(fù)雜。
像素驅(qū)動則每次處理一個點，但是每次處理較簡單。

重建圖像分辨率：

一般分辨率為512*512，通常增加分辨率的方法有（1）減小掃描區(qū)域（2）增大圖像矩陣。由于增大圖像矩陣尺寸對重建速度影響較大，故一般不使用該方法。

圖像質(zhì)量評估：

三個判據(jù)：
（1）歸一化均方距離判據(jù)d公式如下：

當(dāng)d為0時完全重建模型圖像，d越大則差異越大，效果越差。t和r分別表示模型圖像和重建圖像（u，v）點的像素密度，-t代表像素密度平均值
（2）歸一化平均絕對距離判據(jù)r，公式如下：

相關(guān)變量意義與（1）中一致，r=0則無誤差，r越大誤差越大。
（3）最壞情況距離判據(jù)e，公式如下：

E越大則誤差越大。
d較敏感地反應(yīng)某幾個點產(chǎn)生的誤差。r較敏感地反應(yīng)許多點均有小誤差地的情況。e較敏感地反應(yīng)重建圖像和原圖的最大重建密度差。

CT圖像顯示及后處理

由于原始的灰度值可能難以分辨，故將其轉(zhuǎn)換為ct值

(mu_w)為水的衰減系數(shù)，ct值為HU，水的ct值為0，空氣為接近-1000.人體ct值范圍為-1000~1000.
窗口技術(shù)：即ct值范圍的變換，將ct值得范圍變換到感興趣目標(biāo)的最小ct值到最大灰度值之間。公式如下：

其中ww為窗寬，即變換后ct值上下限之差。WL為窗位，即變換后灰度范圍的中值。

其他后處理方法：

三維可視化：利用不同斷層圖像重建組織模型。
放大縮?。侯櫭剂x。
確定和測量感興趣區(qū)域：可以手動標(biāo)定區(qū)域進行放大
像素修正：使用不同結(jié)構(gòu)元對圖像進行濾波

雜項

心動ct：ct成像同時采集EEG，依照EEG來進行間隔成像
雙能量ct：使用兩種不同頻率ct進行成像。對于同一組織，其對不同頻率x射線的衰減率不同。主要用作雙能量直接血管造影，雙能量去骨操作功能，雙能量虛擬平掃，雙能量肺容積灌注，雙能量肌骨成像。雙能量結(jié)石成分定量分析。
設(shè)備：略

CT圖像質(zhì)量評估

1.對比度

對比度分辨率：將一定細節(jié)從背景中分辨出的能力。與細節(jié)與背景的對比度，噪聲，細節(jié)的線度有關(guān)。
高，低對比度分辨率：

2.空間分辨率：對比度足夠大時，分辨兩個相近物體的能力

空間分辨率測定：對帶孔圓柱體體模進行斷層，孔中具有高衰減率的液體。對斷層圖像進行查看，主管能夠區(qū)分的兩點的最小距離為空間分辨率。合格標(biāo)準(zhǔn)為0.8~1mm。ct成像分辨率無優(yōu)勢。另外可以使用mtf法進行分辨率檢測

3.噪聲

(sigma)為掃描標(biāo)準(zhǔn)均勻體模的標(biāo)準(zhǔn)差。臨床上常用=σ*0.1%來表示。一般合格標(biāo)準(zhǔn)為0.5%~0.6%
噪聲來源：
（1）x射線光子隨機分布產(chǎn)生的量子噪聲。

（2）熱噪聲。來源于設(shè)備的物理結(jié)構(gòu)
（3）來源于處理算法的噪聲。一般都為高頻噪聲。因為算法中一般要求保留投影中高頻成分

4.CT值的準(zhǔn)確度：
一致性和均勻度。

一致性：對同一體模進行掃描，得到的圖像是否一致。
均勻度：對通一斷層相同組織的ct值是否相等。

5.偽影
廣義：重建過程中衰減系數(shù)與實際的差值。
狹義：

一般有條狀，陰影，環(huán)狀或弧狀。其中陰影偽像和弧形偽像易導(dǎo)致誤診。
系統(tǒng)設(shè)計中的偽影：
（1）射線的散射造成偽影。一般使用準(zhǔn)直器消除或使用軟件算法消除（初始射線平面外設(shè)置檢測器作為散射校正單元，據(jù)此使用算法消除）。
（2）混疊造成的偽影。X射線連續(xù)，采樣器離散采樣。不滿足奈奎斯特定理時會造成頻譜混疊?？墒褂弥行钠品ê徒裹c偏轉(zhuǎn)法進行校正。

（3）由部分容積效應(yīng)造成的偽影。X射線焦點大小為1mm左右。而斷層厚度為3~10mm左右。導(dǎo)致部分角度有些組織無法被x射線穿透。

（4）與射線管有關(guān)的偽像。

去除方法：加準(zhǔn)直器或使用算法消除

去除方法：自適應(yīng)濾波去除

去除方法：更換有問題部件

（5）與探測器相關(guān)偽像：
1.探測器制造工藝誤差或者老化造成的偽像。會導(dǎo)致增益，熱噪聲，輸入輸出非線性等誤差。
接近方案：進行空氣掃描，掃描空氣，依照探測器的數(shù)據(jù)進行調(diào)試。
2.晶體探測器的余輝。晶體探測器在接受光照后，若結(jié)束照射，鏡頭探測器的輸出不會立馬歸零而會緩慢下降。
消除方法：制造晶體探測器時加入部分稀土元素。

（6）由患者造成的偽像：
1.患者的運動。
接近方法： 患者屏住呼吸、縮短掃描時間、進行補償算法。
2.射束硬化：低能光子在穿過物體時更易被吸收，導(dǎo)致傳出射線包含更多高能光子。而不同頻率光子的衰減系數(shù)又不同。導(dǎo)致最終出現(xiàn)偽影（杯狀偽影）。
接近方法：濾除低能光子、軟件算法補償

CT發(fā)展趨勢

薄斷層快速掃描
低劑量
與其他檢測手段相結(jié)合
三維可視化

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的医学成像原理——计算机断层扫描（Computed Tomography，CT）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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