医学影像物理学考试题库及答案3.docx
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医学影像物理学考试题库及答案3
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In,即p=In。
广义之,这个投影p又是由In决定的书中表述的=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)
3-5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。
对于传统CT和单螺旋CT通常层厚由X线束在扫描野中心处扫描断层的有效厚度决定,这个厚度一般用扫描野中心处层厚灵敏度曲线的半高宽表示。
影响层厚的因素有准直器的准直孔径,检测器的有效受照宽度(尤其是MSCT),内插算法等。
以横断面为例,凡是影响在断层内外沿人体长轴方向的X射线能量分布情况的因素都将影响层厚的有效厚度。
3-6什么是重建中的反投影法?
CT的重建中,为何要用滤波反投影法?
答:
重建中的反投影法,系指把投影沿扫描路径的反方向将所得投影值反投回到各个体素中去的一种重建算法。
反投影法又称总和法,它几乎是各CT生产厂家实际采用的唯一的算法。
为克服反投影法重建产生的边缘失锐伪像,所以要对投影进行滤波后再进行反投影,这样可以消除重建的边缘失锐伪像。
3-7现有四体素阵列且在四个方向上的反投影值已填写在各个体素中,如图所示,试求四个体素的成像参数μ的数值。
解:
分三步
第一步求和:
每个体素在全部各个方向上的反投影值分别求总和,分别为20、26、23、29;
第二步减基数:
基数=成像参数总和=任一投影方向(对本题而言或为0º,45º,或为90º,或诶135º)上投影值总和,如下
基数=任一方向上投影值总和
=5+9=2+7+5=6+8=4+7+3=14
由各像素值总和20、26、23、29分别减基数14求得各体素为6、12、9、15
第三步化简:
把各体素值6、12、9、15化成相对最简数(用3约)。
3-8何谓CT值?
它与衰减系数μ的数值有什么关系?
答:
按相对于水的衰减计算出来的衰减系数的相对值被称为CT值。
国标对CT值的定义为:
CT值是CT影像中每个像素所对应的物质对X射线线性平均衰减量大小的表示。
实际中,均以水的衰减系数μw作为基准,若某种物质的平均衰减系数为μ,则其对应的CT值由下式给出
CT=k
CT值的标尺按空气的CT值=-1000HU和水的CT值=0HU作为两个固定值标定,这样标定的根据是因空气和水的CT值几乎不受X线能量影响。
CT值的单位为“亨,HU”,规定μw为能量是73keV的X射线在水中的衰减系数,μw=19m-1。
式中k称为分度因子,按CT值标尺,取k=1000,故实用的定义式应表为
CT=×1000HU
3-9何谓准直器?
准直器有什么作用?
答:
准直器系指在X-CT扫描中限定X线束的装置,用铅制成。
如传统X-CT中准直器的准直通道可限定X线束的束宽和束高。
准直器的基本作用有两条,一是限定并准直X线束,二是吸收散射线。
3-10请你简述X-CT重建过程(以传统CT为例)。
答:
一是划分体素和像素;二是扫描并采集足够的投影数据;三是采用一定的算法处理投影数据,求解出各体素的成像参数值(即衰减系数)获取μ分布,并转为对应的CT值分布;四是把CT值转为与体素对应的像素的灰度,即把CT值分布转为图像画面上的灰度分布,此灰度分布就是CT像。
3-11何谓窗口技术?
什么叫窗宽?
窗宽取得宽或窄,对图像有什么影响?
什么叫窗位?
窗位取得高或低,对图像有什么影响?
答:
所谓窗口技术系指CT机放大或增强某段灰度范围内对比度的技术。
把观察组织器官所对应的CT值范围确定为放大或增强的灰度范围,这个放大或增强的灰度范围叫做窗口。
具体做法是:
把放大或增强的灰度范围的上限以上增强为完全白,下限以下压缩为完全黑,结果就增强了观察灰度范围的对比度。
窗宽指窗口的数值范围,它等于放大或增强的灰度范围的上下限灰度值之差,用CT值表示则为:
窗宽=CTmax-CTmin;
窗宽取得宽的优点是不易丢失图像数据,不丢失信息,表现在图像上就是不丢失结构(对应组织结构);缺点是对比度差。
窗位指放大或增强的灰度范围的中心灰度值,用CT值表示则为:
窗位=
窗位取得高或低(同窗位取得标准相比)都易是图像数据丢失,表现在图像上都是丢失图像解构,窗位取得高图像偏白,窗位取得低图像偏黑。
3-12观察脑组织时,一般取窗宽为120HU,窗位为35HU,试估计脑组织的CT值范围。
解:
由于窗宽=CTmax-CTmin=120HU
窗位==35HU
可解得CTmax=95HU,CTmin=-25HU,可见脑组织的CT值范围约为-25HU~95HU。
3-13何谓对比度?
何谓对比度分辩力?
影响对比度分辩力的因素有哪些?
如何用模体检测对比度分辩力?
答:
所谓CT图像的对比度是CT图像表示不同物质密度差异、或对X射线透射度微小差异的量。
表现在图像上像素间的对比度,是它们灰度间的黑白程度的对比。
对比度的定义如下
=×100%
对比度主要由物质间的密度差(或说不同物质对X射线衰减的差异)决定,但也与X射线的能量有关。
许多其它因素,对对比度也有影响,如噪声等就会使对比度降低。
所谓对比度分辩力也叫密度分辨力,它是CT像表现不同物质的密度差异(主要是针对生物体的组织器官及病变组织等而言),或对X射线透射度微小差异的能力。
对比度分辨力通常用能分辨的最小对比度的数值表示。
可观察小对比度的组织是CT的优势,典型CT对比度分辨力为0.1%~1.0%,这比普通X射线摄影要高得多。
由于衰减系数μ与X射线的能量有关,故对比度分辨力也与X射线的能量有关。
对比度分辨力还受探测器噪声的影响,噪声越大,对比度分辨力越低、图像信噪比越低。
窗宽和窗位的选择也影响对比度分辨。
对比度分辨力高是图像能清晰显示微细组织结构的一个重要参数保证。
检测CT机的对比度分辨力方法通常给低密度体模(图3-23)做CT,然后对试模的CT像进行主观的视觉评价。
3-14何谓高对比度分辩力?
何谓低对比度分辩力?
答:
当被分辨组织器官的较小结构或病灶的线度过小时,即使在满足对比度分辨力的条件下,该较小结构或病灶也未必能被分辨或识别出来。
由此可见,CT机或CT像存在一个对物体线度大小的分辨能力问题。
此分辨能力和对比度有关,在高对比度下,或说物体与周围环境的线性衰减系数差别较大的情况下,物体的线度不很大时,就可能被分辨或识别出来;在低对比度下,或说物体与周围环境的线性衰减系数差别较小的情况下,物体线度需较大些,物体才可能被分辨或识别出来。
按国家GB标准,高对比度分辨力的定义是:
物体与匀质环境的X射线线性衰减系数差别的相对值大于10%时,CT机(从而也是CT图像)能分辨该物体的能力。
高对比度分辨力的单位是mm或Lp/cm。
国家GB标准对低对比度分辨力的定义是:
物体与匀质环境的X射线线性衰减系数差别的相对值小于1%时,CT机(从而也是图像)能分辨该物体的能力。
低对比度分辨力的单位是mm。
3-15何谓空间分辩力?
影响空间分辩力的因素有哪些?
如何用模体检测空间分辩力?
答:
空间分辨力系指CT像分辨两个距离很近的微小组织结构的能力,抽象地说就是CT图像分辨断层内两邻近点的能力。
空间分辨力可用分辨距离(即能分辨的两个点间的最小距离)表示。
显然,空间分辨力是从空间分布上表征图像分辨物体细节(微小结构)的能力。
目前在这一方面,传统X-CT同某些其它影像相比并不占优势。
以胸部检测为例,射线源焦点为1mm,焦距为1.8m时,X射线摄影的空间分辨距离为0.1~0.2mm,核素检测的γ照相为5~10mm,传统CT机的空间分辨距离介于上两者之间,约为1~2mm(这里指的是在断层表面上的空间分辨力,或称为横向空间分辨力)。
表现在断层表面上的空间分辨力,与表现在沿断层轴向上的空间分辨力(也称为纵向空间分辨力或长轴分辨力)不同。
在沿断层轴向上的空间分辨力,主要由层厚决定。
传统CT的纵向空间分辨力约为3~15mm,不如表现在体层表面上的横向空间分辨力;多层CT的纵向空间分辨力和横向空间分辨力接近,如16层CT纵向约为0.6mm,横向约为0.5mm。
CT图像的空间分辨力主要取决于检测器有效受照宽度(传统CT与线束宽度相对应)和有效受照高度(传统CT与线束高度相对应)的大小,或者说取决于在检测器前方准直器的准直孔径。
准直孔径的宽度和高度越小,检测器的有效受照宽度和高度就越小,则相应的空间分辨力就越高。
检测器的有效受照宽度基本上决定了在体层表面上的空间分辨力;而检测器的有效受照高度基本上决定了层厚,也就是基本上决定了沿体层轴向上的长轴分辨力,或纵向分辨力。
重建算法对空间分辨力也有影响,选用不同的算法将得到不同分辨力的图像质量。
图像矩阵对空间分辨力的影响是,图像矩阵越大,分辨力越高。
这是因图像矩阵是由组成图像的像素组成,像素越多(即划分的像素越小)图像就应越细腻。
表现在图像上的对比度也影响图像的空间分辨力,当邻近的两个微小结构对比度过低时,既使满足空间分辨力,也会因两个邻近微小组织结构的低对比度而造成不可分辩。
所以,只有同时具有高的对比度分辩力和高的空间分辩力,图像才能清晰显示微细组织结构。
检测CT机空间分辨力的方法通常用高密度模体(图3-24)做CT,然后对模体的CT像进行主观的视觉评价。
3-16图像噪声有哪些?
如何定量估计图像噪声?
答:
图像噪声有量子噪声,还有电子测量系统工作状态的随机变化而产生的热噪声,以及重建算法等所造成的噪声。
这些噪声随机不均匀分布在图像上的反应或表现,统称为图像噪声。
噪声会使得匀质体CT像上各像点的CT值不相同。
噪声的存在表现在CT值的统计涨落上。
增大X射线的剂量可以减小图像噪声。
图像噪声可以用像素CT值的标准偏差来表示或估计
=
CT图像的噪声量可用扫描水模的方法来测定,然后用观察感兴趣部分的图像处理技术显示该部分CT值的标准偏差。
如在书中图3-25所示的扫描水模所得体素数字矩阵中,CT值的标准偏差可求得为=1.72HU,以此来估计CT值在平均值上下的起伏程度,并以此来估计图像的噪声量。
3-17已知有16阵列的各像素CT值如
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