当前课程知识点:CT诊查技术 > 第二章 CT设备运行基本条件与成像原理 > CT成像基本原理—X线的衰减和衰减系数 > CT成像基本原理—X线的衰减和衰减系数
同学们 大家好
要想做一名优秀的CT技师
熟练而正确的完成
被检部位的CT扫描任务
熟悉和理解CT成像的
基本原理是非常重要的
下面我们就从以下几个方面来
详细的学习一下CT的成像原理
CT成像是计算机体层成像的简称
是一种根据人体对X线衰减系数
使用计算机处理并重建的
具有较高密度分辨率的
二维横断面图像成像技术
CT成像的基本过程如图所示为
X线经过人体产生的X线信息
形成采集数据
再经过重建图像
最终形成显示图像
最终形成显示图像
具体地说
CT设备的X线球管
产生的X线
产生的X线
经窗口处滤过器滤过
准直器准直后
人射到具有密度差异的被检体组织
部分X线光子被物质吸收
衰减后的X线
也就是带有被检体组织信息的X线
由探测器接收
并经模数转换器转换成二进制代码
即数字信号
然后传输到计算机进行处理 计算
并重建成横断面图像
最后经数模转换为模拟影像
显示在显示器上
接下来
我将带领大家从X线的衰减
和衰减系数
CT数据采集基本原理
CT图像重建原理等三个方面
来详细的认知CT成像的基本原理
本节课咱们主要来学习X线的衰减
和衰减系数
CT成像和X线摄影
成像的基础是一样
成像的基础是一样
都是以X线作为成像源
成像源经过被检部位
也就是信息源之后
由于被检部位的厚度
密度 原子序数的差别
对球管射出的X线产生了
不同程度的衰减
不同程度的衰减
穿透被检部位的X线的强度产生了差异
即携带了被检部位的信息
被相应的影像接收器接收后
经过一些列数据处理
就形成了相应的二维断面CT影像
和重叠的X线照片
之所以产生了不同的影像效果
是因为在信息采集
信息接收和处理过程中
二者存在很大的差别
但X线在物质中的衰减方面
二者是相同的
根据大家第一学期的
《放射物理与防护》课程
可知
X线束具有一定的能量
和一定的穿透力
当X线束遇到物体时
物体对X线会产生一定的吸收和散射
也就是物体对X线有一定的衰减作用
物体对X线的吸收能力
与物质的原子序数
密度 厚度以及X线的能量
密度 厚度以及X线的能量
等因素有关
下面我们从以下三个方面
来认知CT成像中X线的衰减
一 X线在匀质物体中的衰减特点
X线在匀质物体中的衰减规律
符合指数规律衰减
如图所示
X线沿水平方向穿过
一个厚度为l的均匀物质
假设入射的X线强度为I0
经物质吸收后射出去的X线强度为I
如均匀物质的线性衰减系数
简称衰减系数
为μ
u与物质的密度和原子序数相关
那么我们就可以得到公式
I=I0·e-μl
这是郎伯-比尔吸收定律在X线
通过物质时衰减的表达式
由以上公式可知
μ和l越大
出射的X线强度I越小
即物质对X线的吸收就越多
二 X线在非匀质物体中的衰减系数
人体组织器官均为非均匀的物质
人体组织器官由
多种不同成分或元素构成
且各种成分的密度 厚度也不尽相同
X线穿透这些人体组织器官时
组织器官对X线的衰减系数都不同
为了便于分析
沿着X线束通过物体的方向上
我们将物体分割成许多很小的
“体积单元”
也就是体素
相当于矩阵化后的结果
令每个体素的厚度相等
记为l
假设l足够小
每个体素内物质的密度
可以认为是均匀的
即体积单元为单质均匀密度体
用μ来表示该体素的衰减系数
当人射第一个体素
的X线强度为I0时
透过第一个体素的X线强度记为I1
则I1=I0·e-μ1·l
μ1是第一个体素的衰减系数
那么对于第二个体素来说
I1就是人射的X线强度
那么假设
第二个体素的衰减系数为μ2
X线经第二个体素
透射出的强度记为I2
则可得公式
I2=I1·e-μ2·l
I2=I1·e-μ2·l
将I1的公式带入I2的公式
我们就可以得到
I2=I0·e-(μ1+μ2)·l
依次类推
最后
第n个体素透射出的X线强度In
则为
I=In=I0·e-(μ1+μ2+······+μn)·l
最后经变换就可以得到
μ1+μ2+······+μn = (公式1)
那么这个式子它代表X线
穿透被减部位后的投影值
此公式1中可以看出
如果X线的入射强度I0
透射线强度I
和体素的厚度l均为已知
也就是人射X线初始强度I0
经人体吸收衰减后透射人体的强度I
可以用探测器检测
那么沿着X线通过路径上的衰减系数之和
也就是我们刚才提到的这个投影值
μ1+μ2+······+μn
这个投影值就可以计算出来
为了重建CT图像
必须先求解出每个体素的衰减系数
为求出每个层面中
每个体素的衰减系数
就需要建立像公式1这样
n个或者n个以上的
独立多元一次方程式
因此
CT成像装置要从不同方向上
对该扫描层面面进行投照
来获取足够多的数据
即公式1这样的投影值
建立求解衰减系数的足够方程
三 X线束的硬化效应
衰减系数μ
受到X线能量
物质原子序数和物质密度的影响
对于一定能量的X线
物质原子序数越大
则衰减系数u越大
反之则衰减系数u越小
对于一定能量的X线
相同原子序数的物质来说
物质的密度越大则衰减系数u越大
反之则u越小
因此
物质的原子序数
密度体现了物质的特征
同样
X线能量本身也影响u
X线能量愈高则u愈小
从《放射物理与防护》课程的
第四章内容大家可知
低能射线更容易与
物质发生作用而衰减
物质发生作用而衰减
射线能量越高与物质相互作用
的几率则越低
的几率则越低
即物质对X线的衰减越小
衰减系数μ越小
当X线在穿透物体的过程中
一部分X线光子被物质吸收
特别是能量较低的
软射线容易被物质吸收
X线光子总能量
也就是X线束中光子能量的总和
将会逐步减低
(X线束中光子能量总和)逐步降低
但X线光子的平均能量提高了
这种现象被称为X线束的硬化效应
X线束的硬化效应
使组织的有效
线衰减系数u
在X线束穿越组织过程中
逐渐减小
当X线穿过均匀物质时
在单位体积内的衰减系数也会不同
就会造成图像的不均匀性
因此
在CT图像重建过程中
必须对 X 线束硬化效应进行校正
才能减少由于X线束硬化效应
造成CT图像不均匀的影响
最后咱们做一下小结
本次课大家主要学习了
CT成像的基本流程
CT成像的基本流程
以及X线在匀质物体中的衰减特点
X线在非匀质物体中的衰减系数
和X线束的硬化效应
同学们
通过以上讲解
大家应该对X线在物质中衰减的规律
每个体素的衰减系数u
与整幅CT图像重建的关系
与整幅CT图像重建的关系
和X线束的硬化原因
和X线束的硬化原因
希望大家课后继续加强
对X线束衰减系数的理解
对X线束衰减系数的理解
本小节CT成像的基本原理之
X线的衰减和衰减系数就学习到这里
谢谢大家
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