CT成像-基本概念

1《医学影像成像原理》试题库李月卿第三章CT成像一、专业名词解释与翻译1．窗口技术：windowtechnology是显示数字图像的一种重要方法。即选择适当的窗宽和窗位来观察图像，使病变部位明显地显示出来。2．窗宽：windowwidth，WW表示数字图像所显示信号强度值的范围。(图像显示过程中代表所显示信号强度值的范围。)3．窗位：windowlevel，WL又称窗水平，是图像显示过程中代表图像灰阶的中心位置。(放大的灰度范围的平均值，所放大灰度范围的灰度中心值，即显示器所显示的中心CT值。)4．投影：projection检测器接收透过受检层面后出射的X线束的强度（I）称为投影。（CT扫描装置扫描完一个层面后，获得一个方向上的一组吸收系数之和的数值与X线束扫描位置的曲线，这个曲线称作X线束经被测人体吸收后在该方向上的投影，投影上各点数值称为投影值。）5．CT值：computedtomographynumberCT影像中每个像素所对应的物质对X线线性平均衰减量大小的表示。以水的衰减系数作为基准，CT值定义为将人体被测组织的吸收系数x与水的吸收系数w的相对值，用公式表示为：KCTwwx值6．采集时间：acquisitiontime即成像时间或扫描时间，指获取一幅图像所花费的时间。7．半程扫描时间：half-scantime是指X线管扫描移动角度在210°～240°时的扫描时间。8．全程扫描：full-scan是指为了获取比较高质量的CT图像进行360°的扫描。9．最大密度投影：maximumintensityprojection，MIP是将径线所通过的容积组织或物体中每个像素的最大强度值进行投影，最大强度代表最大CT值，故一般称为最大密度投影。10．最小密度投影：minimumintensityprojection，MinIP是在某一平面方向上对所选取的三维组织层块中的最小密度进行投影重建图像。11．空间分辨力：spatialresolution是指在某物体间对X线吸收具有高的差异、形成高对比的条件下，鉴别其微细结构的能力。12．对比度分辨力：contrastresolution是在ROI内观察细节与背景之间具有低对比度时，将一定大小的细节部分从背景中鉴别出来的能力。13．密度分辨力：densityresolution分辨人体组织密度差异的能力(分辨人体内组织密度细小的变化的能力)。14．多层螺旋CT：multisliceCT，MSCT多层面螺旋CT机X线管旋转一圈可以同时获得多幅图像，检测器在Z轴方向的数目已从一排增加到几排2直至几十排，又称多排检测器CT（multirowdetectorCT）。二、问答题1．简述CT成像原理，并画图说明(10分)。答：在CT成像中物体对X线的吸收起主要作用，在一均匀物体中，X线的衰减服从指数规律。在X线穿透人体器官或组织时，由于人体器官或组织是由多种物质成分和不同的密度构成的，所以各点对X线的吸收系数是不同的。将沿着X线束通过的物体分割成许多小单元体（体素），令每个体素的厚度相等(l)。设l足够小，使得每个体素均匀，每个体素的吸收系数为常值，如果X线的入射强度I0、透射强度I和物体体素的厚度l均为已知，沿着X线通过路径上的吸收系数之和μ1＋μ2＋……＋μn就可计算出来。为了建立CT图像，必须先求出每个体素的吸收系数μ1、μ2、μ3……μn。为求出n个吸收系数，需要建立如上式那样n个或n个以上的独立方程。CT成像装置从不同方向上进行多次扫描，来获取足够的数据建立求解吸收系数的方程。吸收系数是一个物理量，它是CT影像中每个像素所对应的物质对X线线性平均衰减量大小的表示。实际应用中均以水的衰减系数为基准，故CT值定义为将人体被测组织的吸收系数μi与水的吸收系数μw的相对值表示：1000wwiCT再将图像面上各像素的CT值转换为灰度，就得到图像面上的灰度分布，就是CT影像。{CT图像的本质是衰减系数μ成像。通过计算机对获取的投影值进行一定的算法处理，可求解出各个体素的衰减系数值，获得衰减系数值的二维分布（衰减系数矩阵）。再按CT值的定义，把各个体素的衰减系数值转换为对应像素的CT值，得到CT值的二维分布（CT值矩阵）。然后，图像面上各像素的CT值转换为灰度，就得到图像面上的灰度分布，此灰度分布就是CT影像。}2．简述CT成像技术的物理原理，并画图说明（10分）。评分标准：(1)吸收系数、CT值、灰度各2分；(2)图每个2分。答：在CT成像中物体对X线的吸收起主要作用，在一均匀物体中，X线的衰减服从指数规律。在X线穿透人体器官或组织时，由于人体器官或组织是由多种物质成分和不同的密度构成的，所以各点对X线的吸收系数是不同的。将沿着X线束通过的物体分割成许多小单元体（体素），令每个体素的厚度相等(l)。设l足够小，使得每个体素均匀，每个体素的吸收系数为常值，如果X线的入射强度I0、透射强度I和体素的厚度l均为已知，沿着X线通过路径上的吸收系数之和μ1＋μ2＋……＋μn就可计算出来。为了建立CT图像，必须先求出每个体素的吸收系数μ1、μ2、μ3……μn。为求出n个吸收系数，需要建立如上式那样n个或n个以上的独立方程。因此，CT成像装置要从不同方向上进行多次扫描，来获取足够的数据建立求解吸收系数的方程。吸收系数是一个物理量，CT影像中每个像素所对应的物质对X线线性平均衰减量大小的表示。实际应用中，均以水的衰减系数为基准，故CT值定义为将人体被测组织的吸收系数μi与水的吸收系数μw的相对值，用公式表示为：1000wwiCT再将图像面上各像素的CT值转换为灰度，就得到图像面上的灰度分布，就是CT影像。33．简述常规CT扫描方式(10分)。评分标准：五种扫描方式及解释每种2分。答：(1)单束平移-旋转方式：扫描装置由一个X线管和一个检测器组成，X线束被准直成笔直单线束形式，X线管和检测器围绕受检体作同步平移-旋转（T-R）扫描运动。这种扫描首先进行同步平移直线扫描，平移扫描完一个指定层面后，同步扫描系统转过一个角度，然后再对同一指定层面进行同步平移直线扫描。如此进行下去，直到扫描系统旋转到与初始位置成180°角为止。(2)窄扇形束平移-旋转方式：扫描装置由一个X线管和6～30个检测器组成同步扫描系统。此种扫描进行时，X线管发出一张角为3°～15°的扇形X线束，6～30个检测器同时采样，并采用T-R扫描方式。由于一次X线投照的扇形束同时被多个检测器检测，故一次扫描能同时获取多个扫描数据，这样就可以减少每个方向上平移的次数和增大扫描系统每次旋转的角度，使扫描采样的速度加快，从而使重建图像的速度加快。(3)宽扇形束旋转-旋转方式：扫描装置由一个X线管和250～700个检测器（检测器阵列）组成，后者排成一个彼此无空隙的、可在扫描架内滑动的紧密圆弧形。X线管发出张角为30°～40°，能覆盖整个受检体的宽扇形线束。(4)宽扇形束静止-旋转扫描方式：扫描装置由一个X线管和600～2000个检测器组成。这些检测器在扫描架内排列成固定静止的检测器环，X线管发出30°～50°宽扇形X线束进行旋转扫描。静止-旋转扫描方式又分为两种，一种是X线管旋转轨道设置在固定检测器圆环内的普通S-R方式；另一种是将X线管旋转轨道设置在检测器环外的章动-旋转（N-R）扫描方式。(5)电子束扫描：第五代CT扫描方式，也称超高速扫描。电子束CT由一个特殊制造的大型钟形X线管、一组864个固定检测器阵列和一个采样、整理、数据显示的计算机系统构成。大型的X线管内从电子枪发射出的电子束经过两次磁偏转高速的撞击在X线管的很大的圆环形靶上，产生不同方位的扇形X线束，通过适当的准直器后投照在受检体上。扇形束透射受检体后被衰减的X线束再投照在静止的检测器环上，便可检出来自不同方位上的投影值。4．用四个体素（设11，22，33，44）矩阵，叙述CT反投影法图像重建方法及缺点(10分)。答：反投影法是利用投影数值近似地复制出吸收系数的二维分布。它的基本原理是将所测得的投影值按其原路径平均地分配到每一点上，各个方向上投影值反投影后，在影像处进行叠加，从而推断出原图像。对四体素矩阵作0o、45o、90o、135o投影（扫描），再将投影值反投回原矩阵的对应位置（扫描过的各个体素）上，即可将原矩阵中的四体素的特征参数值解出，其过程如下图所示。5．用四个体素（设21，42，63，484）矩阵，叙述CT反投影法图像重建方法及缺点(10分)。评分标准：①反投影法文字叙述：4分；②图示：4分；③缺点：2分。答：反投影法是利用投影数值近似地复制出吸收系数的二维分布。它的基本原理是将所测得的投影值按其原路径平均地分配到每一点上，各个方向上投影值反投影后，在影像处进行叠加，从而推断出原图像。对四体素矩阵作0o、45o、90o、135o投影（扫描），再将投影值反投回原矩阵的对应位置上，即可将原矩阵中的四体素的特征参数值解出，其过程如下图所示。缺点：产生图像的边缘失锐，反投影图像会出现图像的伪影。7．简述CT图像重建方法并分析其利蔽(15分)。评分标准：4种方法各2分，利蔽分析2分。答：（1）反投影法（总和法）：是利用投影数值近似地复制出吸收系数的二维分布。它的基本原理是将所测得的投影值按其原路径平均地分配到每一点上，各个方向上投影值反投影后，在影像处进行叠加，从而推断出原图像。正方形物体反投影法重建的物体图像不是正方形，变成了“星”状物，中心处吸收系数值最大，离中心越远值越低，产生图像的边缘失锐。反投影法会造成影像边缘的不清晰。如果在一均匀的组织密度内，存在吸收系数极不均匀的部分时，反投影图像会出现图像的伪影。（2）傅里叶变换重建方法：对于每次测得的投影数据先作一维傅里叶变换，根据中心切片定理，可将此变换结果看成二维频域中同样角度下过原点的直线上的值。在不同投影角度下所得的一维变换函数可在频域中构成完整的二维傅里叶变换函数，将此二维变换函数进行逆变换，就得到了所要求的空间域中的密度函数。傅里叶变换的方法重建图像时，投影函数的一维傅里叶变换在频域中表现为极坐标的形式，把极坐标形式的数据通过插补运算转换为直角坐标形式的数据时，计算的工作量比较大。此外，在极坐标形式的频域数据中，离原点较远的频率较高的部分数据比较稀疏，当这些位置上的数据转换到直角坐标下时，需经过插补，这将引入一定程度的误差。也就是在重建的图像中，高频分量可能会有较明显的失真。（3）滤波反投影重建方法：采用先修正、再反投影的做法，得到原始的密度函数。滤波反投影重建图像的基本做法是：在某一投影角下取得投影函数（一维函数）后，对其作滤波处理，得到一个经过修正的投影函数。然后再将此修正后的投影函数作反投影运算，得出所需的密度函数。滤波反投影法在实现图像重建时，只需作一维的傅里叶变换。由于避免了费时的二维傅里叶变换，滤波反投影法明显地缩短了图像重建的时间。（4）卷积反投影法：卷积反投影函数可写成卷积的形式，表明在频域中所作的滤波运算可以等效地在时域中用卷积运算来完成。将投影函数gθ(R)与|ρ|的逆傅里叶变换式进行卷积，同样可以得到所需要的修正过的反投影函数)(Rg。这种用卷积方法修正投影函数，然后再作反投影重建图像的方法称为卷积反投影法。卷积函数的选择是卷积反投影方法中的关键问题。在实际的系统中选择卷积函数时还要考虑到许多其他的因素，包括系统的带宽、SNR与分辨力等。三、选择题1．CT的全称，正确的是（B）5A、计算机扫描摄影B、计算机体层摄影C、计算机辅助断层摄影D、计算机横断面体层扫描E、计算机横断面轴向体层摄影2．CT诞生的年份是（D）A、1895年B、1967年C、1971年D、1972年E、1979年3．CT的发明人是（D）A、考迈克B、莱德雷C、安博若斯D、亨斯菲尔德E、维廉．康拉德．伦琴4．CT与传统X线检查相比，相同点是（C）A、成像原理B、成像方式C、成像能源D、图像显示E、检查方法5．与X线体层摄影比较，CT最主要的优点是（