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如多平面图像重组、三维图像处理等。
在以往英文文献中,有关图像的重建的概念也有些混淆,三维图像处理有时也接受重建(reconstruction)一词,事实上,目前CT的三维图像处理根本都是在横断面图像的根底上,重新组合或构筑形成三维影像。
由于重组是运用已形成的横断面图像,因此重组图像的质量与已形成的横断面图像有亲近的关系,尤其是层厚的大小和数目。
一般,扫描的层厚越薄、图像的数目越多,重组的效果就越好。
算法、重建函数核与滤波函数(Algorithm,Kernel)算法是针对特定输入和输出的一组规那么。
算法的主要特征是不能有任何模糊的含义,所以算法规那么描述的步骤必需是简洁、易操作并且概念明确,而且能够由机器实施。
另外,算法只能执行限定数量的步骤。
重建函数核或称重建滤波器、滤波函数。
CT的扫描通常需包含一些必要的参数,有的参数可由操作人员选择,有的那么不能。
重建函数核是一项重要的内容,它是一种算法函数,并确定和影响了图像的区分力、噪声等等。
·
在CT临床检查中,可供CT图像处理选择的滤波函数一般可有高区分力、标准和软组织三种模式,有的CT机除这三种模式外,还外加超高区分力和精细模式等。
高区分力模式事实上是一种强化边缘、轮廓的函数,它能提高区分力,但同时图像的噪声也相应增加。
软组织模式是一种平滑、松软的函数,接受软组织模式处理后,图像的比照度下降,噪声削减,密度区分力提高。
而标准模式那么是没有任何强化和松软作用的一种运算处理方法。
CT的根本概念和术语2.2.6卷积(Convolution)卷积是图像重建运算处理的重要步骤。
卷积处理通常需运用滤波函数来修正图像,卷积完毕后,形成一个新的用于图像重建的投影数据。
请参见“重建函数核”条。
2.2.7内插(Interpolation)内插是接受数学方法在一确定某函数的两端数值,估计该函数在两端之间任一值的方法。
CT扫描采集的数据是离散的、不连续的,须要从两个相邻的离散值求得其间的函数值。
目前,很多螺旋CT都接受该方法作图像的重建处理。
内插的方法有很多种,如线性内插(单层螺旋扫描CT常用)、滤过内插和优化采样扫描(多层螺旋扫描CT接受)。
2.2.8准直宽度、层厚与有效层厚(Collimation,SliceandEffectiveSlice)准直宽度是指CT机球管侧和病人侧所接受准直器的宽度,在非螺旋和单层螺旋扫描方式时,所接受的准直器宽度确定了层厚的宽度,即层厚等于准直器宽度。
但是,在多层螺旋扫描方式时,状况那么不完全一样,因为同样的准直宽度可由4排甚至16排探测器接收,而此时确定层厚的是所接受探测器排的宽度。
如同样10mm的准直宽度,可以由4个2.5mm的探测器排接收,那么层厚就是2.5mm;
假设由16个6.25mm的探测器排接收,那么层厚就变成了0.625mm。
有效层厚指扫描时实际所得的层厚,由于设备制造的精确性缘由,标称1mm甚至0.5mm的层厚设备制造厂家无法做到如此精确,一般都有必需的误差,其误差范围大约在10%~50%之间,层厚越小,误差越大。
一般,层厚的误差与扫描所接受的方式和设备的类型无关。
2.2.9螺距(Pitch)单层螺旋螺距的定义是:
扫描机架旋转一周检查床运行的距离与射线束宽度的比值〔参见螺旋扫描一节〕。
该比值(pitch)是扫描旋转架旋转一周床运动的这段时间内,运动和层面曝光的百分比。
在单层螺旋CT扫描中,床运行方向(Z轴)扫描的覆盖率或图像的纵向区分力与螺距有关。
多层螺旋螺距的定义根本与单层螺旋一样:
即扫描旋转架旋转一周检查床运行的距离与全部射线束宽度的比值。
但在单层螺旋扫描螺距等于1时,只产生一幅图像〔不考虑回忆性重建立置因素〕,而多层螺旋扫描螺距等于1时,依据不同的CT机,可以同时产生4、8、16或更多的图像。
2.2.10扫描时间和周期时间(ScaningandCircleTime)扫描时间是指X线球管和探测器阵列围绕人体旋转扫描一个层面所需的时间,常见的有全扫描〔360°
扫描〕,其它还有局部扫描〔小于360°
扫描〕和过度扫描〔大于360°
扫描〕。
目前的CT机都有几种扫描时间可供选择,以前最短的扫描时间为1秒,其它有2秒或3秒,此时此刻新的多螺旋CT机最短扫描时间可达0.33秒。
削减扫描时间除了可缩短病人的检查时间、提高效率外,并且是削减病人运动伪影的一个有效手段。
CT的根本概念和术语从起先扫描、图像的重建始终到图像的显示,这一过程称为周期时间。
一般周期时间与上述因素有关,多数状况下是上述两个因素的总和,但目前的CT机的计算机功能强大,并且都有并行处理和多任务处理的实力,所以,在一些特殊扫描方式状况下,扫描后的重建未完毕,就可以起先下一次的扫描。
所以,周期时间并非始终是扫描时间和重建时间之和。
2.2.11重建增量〔ReconstructionIncrement,ReconstructionInterval,ReconstructionSpacing〕重建增量或重建间距是螺旋扫描方式的专用术语,它的定义是:
被重建图像长轴方向的距离。
通过接受不同的重建增量,可确定螺旋扫描被重建图像层面的重叠程度,如重建增量小于层厚即为重叠重建。
重建增量大小与被重建图像的质量有关,即重建增量减小图像的质量改善,重叠重建可削减局部容积效应和改善3D后处理的图像质量。
2.2.12重建时间〔ReconstructionTime〕重建时间是指计算机的阵列处理器,将扫描原始数据重建成图像所需的时间。
缩短重建时间也可削减病人的检查时间,提高检查效率,但与削减运动伪影无关。
重建时间与被重建图像的矩阵大小有关,矩阵大,所需重建时间长;
另外,重建时间的长短也与阵列处理器的运算速度和计算机内存容量的大小有关,阵列处理器的速度快、内存的容量大,图像重建的时间短。
2.2.13扫描视野和重建视野(FieldofView,FOV)扫描野或称有效视野,是扫描前设定的可扫描范围。
依据各厂家的设置,扫描野可有一个或数个,大小范围为16~50cm,一般单个扫描野的CT机,扫描野的大小在40~50cm之间。
单扫描野的CT机,在定位相扫描后、正式扫描前,扫描野还可再次设置,以获得诊断须要的CT扫描图像,扫描完成后原始数据可再重建图像。
该有效视野的大小仍可变更此时的有效视野大小称为重建视野,理论上重建视野只能小于扫描野。
2.2.14时间区分力〔TemporalResolution〕时间区分力的主要含义是指扫描机架旋转一周的时间,但在多层螺旋CT中,它还与扫描覆
CT的根本概念和术语盖范围和重建方式有关,它也是影像设备的性能参数之一,并且与每帧图像的采集时间、重建时间以及连续成像的实力有关。
在CT中表示了设备的动态扫描功能,如在多层螺旋CT心脏成像时,时间区分力的凹凸那么确定了CT机在这方面临床应用的适应性和范围。
2.2.15层厚敏感曲线〔SliceSensitivityProfile,SSP〕层厚敏感曲线的定义是CT扫描机沿长轴方向通过机架中心测量的点分布函数〔pointspreadfunction,PSF〕的长轴中心曲线。
和非螺旋CT相比,螺旋CT的层厚敏感曲线增宽,其半值宽度(FullWidthatHalfMaximum,FWHM)也相应增加,即螺旋扫描的实际层厚增加。
通常,在其它条件不变的状况下,层厚增加X线光子量也增加,并使噪声降低和比照度增加,但也使Z轴方向的空间区分力下降和局部容积效应增大。
志向的SSP应为矩形,非螺旋CT的SSP接近矩形而螺旋CT的SSP呈铃形分布曲线。
在螺旋扫描中,曲线的形态随螺距的增加而变更,此外曲线的形态也随接受内插算法的不同而改善,如接受180°
线性内插可明显改善曲线的形态。
SSP对图像中的高比照度和低比照度的长轴区分力都很重要,它可影响小病灶的显示。
具体地说,当病灶直径小于层厚宽度时,小病灶的CT值与背景的比值会降低。
当SSP偏离志向的矩形,并且螺旋扫描接受较高的床速和360°
线性内插算法,这种负作用更明显。
但不管螺距的大小,这种负作用可由接受180°
线性内插算法而大为削减。
2.2.16球管热容量和散热率(HeatCapacityandDiffusionoftheTube)X线球管的热容量大,表示可承受的工作电流大,连续工作的时间可以延长。
所以,CT机所用的球管热容量越大越好。
与球管性能指标有关的还有散热率,同样散热率越高,该球管的性能越好。
现代的螺旋CT扫描机,对球管的要求更高,因为以前的扫描是逐层进展,层与层扫描之间还可用于散热,现今的螺旋扫描一般都要连续扫描几十秒,甚至一百秒以上,所以必需要求球管有一个良好的热容量和散热率性能。
热容量和散热率的单位分别是MHU和kHU。
2.2.17局部容积效应(PartialVolumeEffect)在CT中,局部容积效应主要有两种现象:
局部容积均化和局部容积伪影。
CT成像时CT值的形成和计算,是依据被成像组织体素的线性衰减系数计算的,假设某一体素内只包含一种物质,CT值只对该单一物质进展计算。
但是,假设一个体素内包含有三个相近组织,如血液(CT值为40)、灰质(CT值为43)、和白质(CT值为46),那么该体素CT值的计算是将这三种组织的CT值平均,最终上述测量的CT值被计算为43。
CT中的这种现象被称为“局部容积均化”。
局部容积现象由于被成像部位组织构成的不同可产生局部容积伪影,如射线束只通过一种组
CT的根本概念和术语织,得到的CT值就是该物质真实的CT值;
射线束如同时通过衰减差较大的骨骼和软组织,CT值就要依据这两种物质平均计算,由于该两种组织的衰减差异过大,导致CT图像重建时计算产生误差,局部投影于扫描平面并产生伪影被称为局部容积伪影。
局部容积伪影的形态可因物体的不同而有所不同,一般在重建后横断面图像上可见条形、环形或大片干扰的伪像,局部容积伪影最常见和典型的现象是在头颅横断面扫描时颞部出现的条纹状伪影,又被称为„Houndsfield‟氏伪影,这种现象也与射线硬化作用有关。
2.2.18四周间隙现象(PeripheralSpacePhenomenon)相邻两个不同密度组织的交界局部如处于同一层面内,即同一层厚内垂直方向同时包含这两种组织,CT图像上显示的这两种组织的交界处CT值会失真,同时交界处这两种组织变得模糊不清,这种由于射线衰减吸取差引起的图像失真和CT值变更,称为四周间隙现象(peripheralspacephenomenon)。
在两种组织差异较大时,密度高的组织边缘CT值偏低,而密度低的组织边缘CT值偏高;
当密度差异较小的组织相邻时,因其交界处影像不清,使图像上的微小密度差异难以区分。
四周间隙实质上也是一种局部容积效应。
2.2.19常规/平凡与螺旋CT扫描方式(ConventionalandSpiralMode)在螺旋扫描方式出现之前,只有一种扫描方式,故不存在CT扫描方式的区分问题。
自螺旋CT扫描方式出现以后,为了与非螺旋CT扫描方式的区分,人们有时把非螺旋扫描方式称为平凡或常规CT扫描,但目前较标准的、对螺旋CT机出现以前的逐层扫描方式通称为非螺旋CT扫描方式。
2.2.20逐层扫描与容积扫描(SequentialandVolumeScan)逐层扫描〔又称序列扫描〕和容积扫描分别表示两种不同的扫描方式。
逐层扫描是非螺旋CT扫描的根本方式。
在该扫描方式中,扫描一层图像机架一般需旋转360°
,称为全扫描。
局部扫描机架一般旋转240°
采集一层图像。
逐层扫描方式的特点是:
扫描层厚和层距设定后,每扫描一层,检查床移动必需的距离,然后作下一次扫描,如此往复循环直至完成预定的扫描范围。
早期电缆式CT和此时此刻滑环式CT都可接受逐层扫描方式,尤其是滑环式CT,它既可作逐层扫描也可作容积扫描。
螺旋CT尤其是多层螺旋CT出现后,逐层扫描方式慢慢被螺旋扫描方式替代。
目前,仅颅脑、CT介入穿刺等一些检查中,仍运用逐层扫描方式。
螺旋CT扫描通常都接受容积扫描方式,它通常以人体部位的一个器官或一个区段为单位作连续的容积采集。
这两种扫描无论是扫描方式上,还是成像的质量方面都有较大的区分。
2.2.21纵向区分力〔Z-Resolution〕
CT的根本概念和术语过去与CT有关的质量参数主要由空间区分力和密度区分力表示。
笼统地说,空间区分力主要表示CT扫描成像平面上的区分实力〔或称为平面内区分力,也有称为横向区分力,即X、Y方向〕。
在螺旋CT扫描方式出现后,由于多平面和三维的成像质量提高,出现了应用上的一个新概念即纵向区分力。
纵向区分力的含义是扫描床移动方向或人体长轴方向的图像区分力,它表示了CT机多平面和三维成像的实力。
纵向区分力的优与劣,其结果主要涉及与人体长轴方向有关的图像质量,例如矢状或冠状位的多平面图像重组。
目前,4层螺旋CT的纵向区分力约1.0mm,16层螺旋CT的纵向区分力是0.6mm,而64层的纵向区分力可达0.4mm。
2.2.22物体比照度和图像比照度(ContrastofObjectandImage)物体比照度是相邻两个物体之间在图像中的显示实力,在CT成像中,其与物体的大小、物体的原子序数、物体的密度、重建的算法和窗的设置有关。
CT值大于100HU时的比照度差,称为高比照度;
CT值小于10HU时的比照度差,称为低比照度。
图像比照度是重建后的图像与CT值有关的亮度差〔DH〕。
它与射线衰减后CT值的凹凸以及承受器亮度的调整有关。
2.2.23承受器区分力(ResolutionofAcceptor)承受器区分力包括图像监视器和胶片,它们很简洁与空间区分力与密度区分力相混淆。
CT中的空间区分力概念只指CT机本身由于系统接收和传递过程中所产生的区分力,它与接收器的区分力无关;
但是接收器区分力的优劣也影响CT机的空间区分力,假设监视器或胶片的区分力低于CT机的区分力,那么再高的系统区分力也无法在图像上得到表达。
2.2.24动态范围〔DianamicRange〕动态范围是指最大的响应值与最小可探测值之间的比值,其响应与转换的效率通常与承受器所接受的物质有关。
CT探测器中钨酸钙的吸取转换效率是99%,动态范围是1000000:
1。
2.2.25零点漂移CT成像的整个过程中,是一个系列的、多部件参与的过程。
成像中的主要部件如探测器之间由于存在扫描参数和余辉时间的差异,以及X线输出量的变更,CT机执行下一次扫描时各通道的X线量输出也不一样,有的通道是零,而另一些可能会是正数或负数,导致探测器接收到的空气CT值不是-1000,这种现象被称为探测器的零点漂移。
CT的根本概念和术语2.2.26头先进和足先进〔HeadFirstandFootFirst〕头先进和足先进是CT检查体位摆放的专用术语。
头先进含义是检查床运行时,头朝向扫描机架方向,扫描从头方期望下〔朝向足〕;
而足先进那么表示检查床运行时,足朝向扫描机架方向,扫描那么从足方期望上〔朝向头〕。
2.2.27扫描覆盖率〔CoverageofScaning〕扫描覆盖率与多层螺旋扫描方式有关,含义是指机架旋转一周扫描覆盖的范围,在一样的扫描时间内,扫描的覆盖范围又称扫描覆盖率。
扫描覆盖率的大小主要取决于以下两个因素:
一是扫描所运用探测器阵列的宽度,二是扫描机架旋转一周的速度。
如探测器阵列Z轴方向的总宽度为4cm,旋转一周即产生4cm的覆盖,因扫描机架的旋转时间不一样,乘以一次扫描所用的总时间,即为扫描覆盖率。
2.2.28灌注参数〔ParameterofPerfusion〕灌注量、组织血流量、组织血容量和平均通过时间均为CT灌注术语。
灌注量(P):
是以必需的速率注射比照剂后,通过动态扫描后得到的一个时间密度曲线。
某一器官或组织灌注量的计算公式是:
P=MS/Pa式中P表示灌注量,MS表示时间密度曲线的最大斜率,Pa表示供血动脉的最大强化值。
此处动脉常选用扫描层面内的较大动脉血管,如胸、腹部选择主动脉,颅脑选用上矢状窦。
灌注计算软件依据组织的灌注值,重建出灌注图及灌注的分布状况,通常用伪彩色的红色表示高灌注,黑色表示低灌注。
组织血流量(rBF):
组织血流量常以相对血流量表示,可由下述公式计算:
rBF=rBV/cMTT此处的相对血流量代表单位时间内流经扫描层面每一个体素的血量,因此相对血流量图与灌注图相像,都反映了组织的血流灌注状况,实际工作中有时也常用来取代灌注图,同样红色表示高灌注,黑色表示低灌注。
组织血容量(rBV):
组织血容量也是一个相对量,以组织时间密度曲线以下面积除以供血血管时间密度曲线以下面积,即求得相对组织血容量,实际应用常接受下述近似的公式:
rBV=Pt/Pv其中Pt和Pv分别代表组织和血管的最高强化值,逐个计算出像素的rBV值并重建出图像称为血容量图,通过该图像可以评价组织的血管化程度及血容量的分布状况,以伪彩色红色表
CT的根本概念和术语示高度血管化,黑色表示低度血管化。
平均通过时间(MTT):
在时间密度曲线图上,MTT是比照剂起先注射后至血管内比照剂峰值下降段的平均值,大约为起先注射至峰值的一半时间,由于检查部位的不同,比照剂经过的途径不同,该时间有差异,计算公式为:
cMTT=MTT-TAcMTT是经过校正的MTT图像,TA是起先注射比照剂后至被检查器官或组织出现比照剂强化时的这一段时间。
同样图中红色表示高灌注,黑色表示低灌注。
2.2.29单扇区和多扇区重建〔SingleSectorandMultiSectorReconstruction〕单扇区和多扇区重建是冠状动脉CT检查的专用术语。
一般,冠状动脉CT图像的重建接受180°
或240°
的扫描数据,称为单扇区重建;
接受不同心动周期、一样相位两个90°
或120°
的扫描数据合并重建为一幅图像称为双扇区重建;
接受不同心动周期、一样相位的4个60°
扫描数据〔如GE〕合并重建为一幅图像称为多扇区重建。
多扇区重建的目的主要是为了改善冠状动脉CT检查的时间区分力。
2.2.30准直螺距和层厚螺距〔CollimatonPitchandSlicePitch〕准直螺距和层厚螺距是自4层螺旋CT出现后对螺距的一些不同计算方法。
准直螺距〔或称螺距因子、射线束螺距〕的定义是:
不管是单层还是多层螺旋CT〔与每次旋转产生的层数无关〕,螺距的计算方法是扫描时准直器翻开的宽度除以所运用探测器阵列的总宽度。
如16层螺旋CT每排探测器的宽度为0.75mm,当准直器宽度翻开为12mm时,16排探测器全部运用,那么此时多层螺旋扫描的螺距为1〔16×
0.75mm=12mm,12/12=1〕。
4层螺旋CT时,如准直器翻开宽度为10mm,运用两排5mm的探测器,此时螺距同样为1。
上述螺距计算的特点是不考虑所运用探测器的排数和宽度,与单层螺旋CT螺距的计算根本概念一样,同样由于螺距变更对图像质量的影响也一样。
层厚螺距〔或称容积螺距〕的定义是:
准直器翻开的宽度〔或扫描机架旋转一周检查床移动的距离〕除以扫描时所运用探测器的宽度,如4层螺旋CT运用2排5mm的探测器,检查床移动距离10mm,那么层厚螺距为2〔10/5=2〕。
又如检查床移动距离仍为10mm,运用4排2.5mm的探测器,那么层厚螺距为4〔10/2.5=4〕。
层厚螺距的特点是着重表达了扫描时所运用探测器的排数。
2.2.31共轭采集和飞焦点采集重建〔ConjugateandFlyFocusAcquisition〕共轭采集重建是在扫描时快速地变更探测器的位置,分别采集180°
和360°
的扫描数据,并利用两组数据重建图像。
飞焦点采集重建是在扫描时使焦点在两个点之间快速变换,得到双倍的采样数据并重建图像。
共轭采集和飞焦点采集都可提高扫描图像的纵向区分力。
2.2.32窗口技术〔WindowingTechnique〕目前,CT机的CT值标尺都被设置为大于2000。
以西门子CT为例,它的CT值标尺设置为-1024~+3071,总共有4096个CT值,而显示系统灰阶的设置一般为256个灰阶。
因为人
CT的根本概念和术语眼识别灰阶的实力有限〔一般不超过60个灰阶〕,为了良好地显示人体组织的解剖构造,这种通过窗值调整来更好地显示和适应人眼视觉习惯的处理方法或技术被称为窗口技术或窗值。
2.2.33各“相”同性〔Isophasic〕“各一样性”名词的出现源于多层螺旋CT探测器技术的开展,主要指心脏冠状动脉的CT扫描。
在256层以下〔包括双源CT〕CT的冠状动脉检查中,扫描机架旋转一周无法覆盖整个心脏,一般至少需5~10次旋转,由于心脏的图像是接受回忆性重建,在多扇区心脏图像重建中,需接受一样相位、不同扫描时间的CT扫描数据。
而目前256层心脏CT扫描,其探测器阵列的宽度旋转一周足以覆盖整个心脏,即扫描覆盖的全部层面都在同一心动周期相位中。
因而这种一次旋转完成采集的心脏扫描方式,其获得的心脏图像被称为“各一样性”,即无需相位选择的一次性采集。
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