第三章 X射线计算机断层成像(X-CT)2008

X 射线计算机断层扫描成像(X-CT ）一.X-CT 的发展简史1895年德国物理学家伦琴发现X 射线，当 X 射线透过人体的不同组织结构时，由于人体组织有密度和厚度的差别，它被吸收的程度不同，所以到达荧屏或胶片上的X 线量即有差异，从而形成黑白对比不红的影像。

X 射线一经发现就在医疗上显示了巨大地应用价值，如今X 射线已经成为现代医疗中不了缺少的设备。

1917年，雷登（J.Radon ）支出对二维或三维的物体可以从各个不同方向上的投影，用数学方法计算出为宜的一张重建图像。

称之为雷登变换。

但是基于雷登变换的图像重建需要处理大量的图像信息，在计算机水平并不发达的年代，这种图像重建的方法并没有被普及，但是雷登变换为X-CT 的发展奠定了数学基础。

1956年，浩斯菲尔德（Godfrey Hounsfiled ）支撑了第一台可用于临床的CT 。

1971年9月第一台头扫描CT 诞生。

1972年第一章临床CT 图像诞生。

CT 立即受到了医学界的热烈欢迎，成功震惊了整个医学界。

二、X-CT 成像的基本原理由于传统X 射线成像存在着很多缺点，比如影像重叠，即无数多个投影图的叠加平均；以及密度分辨率低，即当需要对人体X 射线吸收率相差很小的部分成像时，传统的X 射线成像系统的影像几乎无法识别。

所以人们提出，如果想得到一个切面或者断面上的影像，必须将X 射线限制在一个层面上（切面或断面）上这就血药从根本上改变X 射线机的工作方式，因此必须使用笔射束X 射线在多个不同方向上针对所选的同一层面进行扫描，对每一个方向上的X 射线的衰减进行测量，而每一个射线路径上的值通过射线积累或者射线求和的方式获得。

X-CT 成像的基本原理：X 射线球管发射X 射线达到北侧物体上，探测器接收其投影，并将其投影作为原始数据与标准数据进行比对校准，经滤波和反投影后，得到一个N*N 的图像矩阵。

投影是可以从不同的角度获取的，从各个角度获得的投影是不同的，要想挥舞元物体的形状需要获得各个角度的投影。

医学影像物理学试题及答案第三章 X射线计算机断层成像（X-CT）3-1 普通X射线摄影像与X-CT图像最大不同之处是什么?答：普通X射线摄影像是重叠的模拟像，而X-CT图像是数字化的断层图像。

3-2 何谓体层或断层? 何谓体素和像素? 在重建中二者有什么关系?答：体层或断层是指在人体上欲重建CT像的薄层。

体素是人体中欲重建CT像断层上的小体积元，是人为划分的，是采集（或获取）成像参数（衰减系数值）的最小体积元（实际中是扫描野进行划分）；像素是构成图像的最小单元，是人为在重建平面上划分的，其数值是构成CT图像数据的最小单元。

要注意的是CT图像的像素和工业上的像素不是同一个概念。

体素和像素的关系是二者一一对应。

按重建的思想是体素的坐标位置和成像参数值被对应的像素表现（坐标位置对应、衰减系数值以灰度的形式显示在CT图像上）。

3-3 何谓扫描? 扫描有哪些方式? 何谓投影?答：所谓扫描系指在CT的重建中使用的采集数据的物理技术，具体言之就是以不同的方式，沿不同的角度，按一顶的次序用X射线对受检体进行投照的过程称为扫描。

扫描方式从总体上说有平移扫描和旋转扫描两种。

扫描的目的是为了采集足够的重建数据。

所谓投影的本意系指透射物体后的光投照在屏上所得之影。

若物体完全透明，透射光强等于投照光强，则影是完全亮的；若物体半透明, 透射光强小于投照光强，则影是半明半暗；若物体完全不透明，透射光强等于零，则影是完全暗的。

按此种考虑，所谓投影的本质就是透射光的强度。

对重建CT 像过程中投影p 的直接含义就是透射人体后的X 射线强度，即书中X 射线透射一串非均匀介质（或人体）后的出射X 射线的强度I n ，即p =I n 。

广义之，这个投影p 又是由I n 决定的书中表述的i i d μ∑=p 。

3-4 请写出射线束透射下列非均匀介质后广义下的投影值（见书中习题3-4图）。

答案：(a)17；(b)∑==71n i i μ3-5 何谓层厚? 它与哪些因素有关?答：层厚的本意系指断层的厚度。

第3章医学影像成像原理医学影像成像原理是指在医学上应用的各种成像技术中，根据不同物理原理和仪器设备的操作原理，对人体内部结构和功能进行成像。

本章将重点介绍常见的医学影像成像原理。

1.X射线成像原理：X射线成像原理是利用X射线具有透射性的特性，通过对人体进行X 射线照射，再通过感光器材记录X射线通过后的影像，来获取人体内部结构信息。

成像时，X射线的吸收程度会受到不同组织的密度差异的影响，在射线影像上呈现为明暗不同的图像。

2.CT（计算机断层成像）原理：CT成像原理是通过使用X射线和计算机算法进行断层成像，一般是以旋转式X射线扫描器为基础，通过不同角度的扫描，得到多个层面的断层图像。

CT利用X射线的透射特性，测量射线通过患者身体时的吸收情况，再将这些数据转化为图像。

3.磁共振成像（MRI）原理：MRI成像原理是利用磁场和射频脉冲的相互作用来获取人体内部结构信息。

患者被置于强磁场中，通过对患者进行射频脉冲的照射，可以使患者体内的水分子发生共振，产生信号。

通过强磁场和射频信号的处理，可以形成人体内部器官的具体图像。

4.超声成像原理：超声成像原理是利用声波的特性，通过超声波的传播和反射来获取人体内部结构信息。

超声波被饰物中的组织结构反射回来，再通过接收器转化为电信号，经过处理后形成图像。

超声波具有高频、高能量的特点，对人体无创伤，被广泛应用于妇产科、心脏等领域。

5.核医学成像原理：核医学成像原理是利用放射性核素的特性，通过核素的注射等方式让其在人体内部发放放射线，并通过探测器捕获射线发射的信号，形成图像。

核素的选择和特点决定了不同核医学成像的应用领域和成像原理。

以上是常见的医学影像成像原理，不同的成像原理适用于不同的临床需求。

通过利用这些原理，医学影像学能够直观地显示人体内部结构和功能，为临床诊断和治疗提供重要的参考依据。

X射线计算机断层扫描成像CT1. 简介X射线计算机断层扫描成像（Computed Tomography，简称CT）是一种医学成像技术，通过使用X射线穿过人体或物体，获取多个不同角度的断层影像，然后利用计算机重建三维图像。

CT扫描在医学诊断、疾病监测和治疗计划等方面具有重要的应用。

本文将介绍X射线CT的工作原理、设备组成、应用领域以及未来发展方向。

2. 工作原理X射线CT的工作原理基于X射线的吸收特性。

当X射线穿过人体或物体时，不同组织或物质对X射线的吸收程度不同。

CT设备通过旋转X射线源和接收器，可以获取多个不同角度的断层图像。

利用计算机算法，这些断层图像可以重建成三维模型，提供更详细的结构和组织信息。

3. 设备组成X射线CT主要由以下几个组件组成：•X射线源：产生X射线束的装置，通常使用X射线管作为源。

•旋转平台：支撑和旋转X射线源和接收器的平台，可以在不同角度进行扫描。

•接收器：接收经过人体或物体吸收一部分X射线后的射线，转换成电信号。

•计算机系统：采集和处理接收器传输的数据，进行图像重建和显示。

4. 应用领域4.1 医学诊断X射线CT在医学诊断中有广泛的应用。

它可以提供高清晰度的人体器官结构图像，帮助医生发现疾病、损伤或异常。

CT扫描在头部、胸部、腹部和骨骼等不同部位的影像学诊断中都具有重要的作用。

例如，CT可以用于检测头部的脑卒中、脑肿瘤和颅内出血，胸部的肺癌和肺结核，腹部的肝脏疾病和肾脏结石等。

4.2 疾病监测除了医学诊断，CT扫描还可用于疾病的监测。

通过反复进行CT扫描，医生可以观察疾病的发展和治疗的效果。

例如，在癌症治疗过程中，CT扫描可以用于评估肿瘤的大小和位置变化，以指导治疗方案的调整。

4.3 治疗计划CT扫描还可以用于治疗计划的制定。

在放射治疗中，医生需要确定病灶的位置和边界，以确保给药的准确性和最大限度地保护周围健康组织。

CT扫描提供了可靠的三维解剖信息，帮助医生制定治疗计划。

第三章 X射线计算机体层成像第5题第9题第11题第14题第16题第18题第21题3-1 普通X射线影像与X-CT影像最大的不同之处是什么？答：二者最大的不同之处在于：X-CT像是断层图，而普通X射线摄影像是多器官的重叠像。

3-2 何为体层？何为体素？何为像素？在重建CT像的过程中，体素与像素有什么关系？答：所谓体层，指的是受检体中的一个薄层，又称之为切层。

在建立CT图像的扫描过程中，受检体中被X射线束透射的部分就是此切层。

所谓体素，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形如一小段火柴杆状的小体积元。

对划分好的体素要进行空间位置编码（即在层面上按体素的划分顺序，对体素进行位置编号），从而形成编好排序的体素阵列。

所谓像素系指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小面积元。

像素是按一定的大小和一定的坐标人为划分的。

对划分好的像素也要进行空间位置编码（即在图像平面上按像素的划分顺序，对像素进行位置编号），从而形成编好排序的像素阵列。

根据重建CT图像的思想，体素和像素的关系是：二者一一对应，使体素的坐标排序和像素的坐标排序要完全相同，并使各体素的特征参数（即线性吸收系数或衰减系数）值的大小被对应的像素以灰度的方式表现，从而在图像画面上形成灰度分布的图像。

3-3 重建CT图像都要通过扫描来采集足够的投影数据，请问何为扫描？扫描有哪些方式？答：扫描是采集重建图像数据而使用的物理技术。

在X-CT重建图像过程中，首先要进行的就是对受检体的扫描。

所谓扫描，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的受检体切层进行投照，这就是X-CT重并用高灵敏度的探测器接受透射各体素后的出射X线束的强度I。

建图像中采用的获取投影数值的物理技术，也即通常所说的采集数据的扫描技术。

扫描的方式有平移扫描、旋转扫描、平移加旋转扫描等。

扫描方式的选择着眼于加快重建图像的速度，同时，扫描方式的采用也与算法互相制约。

x-ct成像原理
X-CT（X射线计算机断层扫描）成像原理是基于X射线的吸
收特性。

X射线是一种高能量的电磁波，在通过不同组织或物质时，会因其密度、厚度或原子序数的不同而发生吸收和散射。

X-CT
成像利用这种吸收特性来获取内部结构的信息。

具体原理如下：
1. X射线源：X射线源发射出高能量的X射线束，经过滤波
器进行能量选择和调整。

2. 患者/样本：患者或样本位于X射线源和探测器之间。

X射
线通过被扫描物体，被物体中的组织结构吸收或散射。

3. 探测器阵列：探测器阵列位于患者/样本的另一侧。

它由多
个探测器组成，并能测量通过患者/样本后的X射线强度。

4. 旋转扫描：X射线源和探测器阵列围绕患者/样本旋转一周，连续进行多个X射线的扫描。

5. 数据采集：每个位置的探测器会测量通过的X射线强度，
并将数据传输到计算机。

6. 重建图像：计算机通过对不同位置获得的数据进行处理，使用重建算法重建出一系列二维切片图像。

7. 三维成像：通过对多个二维切片图像进行叠加和处理，计算机可以生成三维的体积数据。

利用这种原理，X-CT可以提供横断面的高分辨率图像，并且能够显示不同组织结构的密度差异，从而用于诊断和研究。