成像原理
在CT成像中物體對X線的吸收起主要作用,在一均勻物體中,X線的衰減服從指數規律。
在X線穿透人體器官或組織時,由於人體器官或組織是由多種物質成分和不同的密度構成的,所以各點對X線的吸收係數是不同的。將沿著X線束通過的物體分割成許多小單元體(體素),令每個體素的厚度相等( l)。設 l足夠小,使得每個體素均勻,每個體素的吸收係數為常值,如果X線的入射強度 I0、透射強度 I和體素的厚度 l均為已知,沿著X線通過路徑上的吸收係數之和 μ1+ μ2+……+ μn就可計算出來。為了建立CT圖像,必須先求出每個體素的吸收係數 μ1、 μ2、 μ3…… μn 。為求出n個吸收係數,需要建立如上式那樣n個或n個以上的獨立方程。因此,CT成像裝置要從不同方向上進行多次掃描,來獲取足夠的數據建立求解吸收係數的方程。吸收係數是一個物理量,CT影像中每個像素所對應的物質對X線線性平均衰減量大小的表示。實際套用中,均以水的衰減係數為基準,故CT值定義為將人體被測組織的吸收係數 μi 與水的吸收係數μw的相對值,用公式表示為: 再將圖像面上各像素的CT值轉換為灰度,就得到圖像面上的灰度分布,就是CT影像。
{CT圖像的本質是衰減係數 μ成像。通過計算機對獲取的投影值進行一定的算法處理,可求解出各個體素的衰減係數值,獲得衰減係數值的二維分布(衰減係數矩陣)。再按CT值的定義,把各個體素的衰減係數值轉換為對應像素的CT值,得到CT值的二維分布(CT值矩陣)。然後,圖像面上各像素的CT值轉換為灰度,就得到圖像面上的灰度分布,此灰度分布就是CT影像。}
歷史溯源
CT是HounsfieldG.N.1969年設計成功,1972年問世的。CT不同於普通X線成像,它是用X線束對人體層面進行掃描,取得信息,經計算機處理而獲得的重建圖像,是數字成像而不是模擬成像。它開創了數字成像的先河。CT所顯示的斷層解剖圖像,其密度分辨力(densityresolution)明顯優於X線圖像,使X線成像不能顯示的解剖結構及其病變得以顯影,從而顯著擴大了人體的檢查範圍,提高了病變檢出率和診斷的準確率。CT作為首先開發的數字成像大大促進了醫學影像學的發展。繼CT之後又開發出MRI與ECT等新的數字成像,改變了影像的成像技術。由於這一貢獻,HounsfieldG.N.獲得了1979的諾貝爾獎金。
CT是用X線束從多個方向對人體檢查部位具有一定厚度的層面進行掃描,由探測器而不用膠片接收透過該層面的X線,轉變為可見光後,由光電轉換器轉變為電信號,再經模擬/數字轉換器轉為數字,輸人計算機處理。圖像處理時將選定層面分成若干個體積相同的立方體,稱之為體素(voxel)。掃描所得數據經計算而獲得每個體素的X線衰減係數或稱吸收係數,再排列成矩陣,即構成數字矩陣。數字矩陣中的每個數字經數字/模擬轉換器轉為由黑到白不等灰度的小方塊,稱之為像素(pixel),並按原有矩陣順序排列,即構成CT圖像。所以,CT圖像是由一定數目像素組成的灰階圖像,是數字圖像,是重建的斷層圖像。每個體素X線吸收係數可通過不同的數學方法算出。