Micro-CT原理及應(yīng)用
1895年,Wilhelm C. Roentgen 發(fā)現(xiàn)了 X 射線,并為夫人拍下了世界上*張 X 片 —— 戴戒指的手掌照片。1967年,Godfrey N. Hounsfield 發(fā)明了*臺(tái) CT 設(shè)備,能夠從多個(gè)角度攝片,采集被攝物體的三維信息,在不破壞物體的情況下觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。1970年代,醫(yī)院開(kāi)始使用CT診斷疾病。數(shù)十年來(lái),這一偉大技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域,例如醫(yī)學(xué)(組織器官、生理代謝過(guò)程成像)、藥學(xué)(藥效檢測(cè)、新藥開(kāi)發(fā))、材料學(xué)(新材料的開(kāi)發(fā))、工業(yè)(各種器件的質(zhì)檢和探傷)、農(nóng)業(yè)(木材和種子的質(zhì)檢和分析)、工程(建筑材料內(nèi)部孔隙度、連通度和滲透性分析)、珠寶(真?zhèn)巫R(shí)別和*切割方案設(shè)計(jì))、考古(化石的結(jié)構(gòu)和成分分析)等領(lǐng)域。(更多CT應(yīng)用……)
zui為人們所熟知的 CT 是應(yīng)用于臨床檢查的醫(yī)學(xué) CT,*幅 CT 圖片顯示的就是頭顱影像。經(jīng)過(guò)40多年的發(fā)展,Hounsfield 發(fā)明的速度極慢的平移式筆形束CT已經(jīng)發(fā)展成為種類(lèi)繁多的CT家族,例如螺旋 CT、64 排容積 CT、定量 CT。(更多CT技術(shù)背景……)
CT設(shè)備的基本分類(lèi)
類(lèi)型 | FOV | 分辨率 | 描述 |
CT | 10 | 500-1500μm | 臨床CT,以人體掃描為主,安裝定量分析軟件即成為QCT(定量CT)。螺旋CT發(fā)明以來(lái),掃描速度不斷加快,幾分鐘就可以完成全身掃描。但是受到FOV尺寸和輻射劑量 的影響,難以提高分辨率。 |
pQCT | 5 | 50-500μm | 四肢定量CT(peripheral Quantitative CT),掃描人體的 四肢,兼可用作臨床診斷和科學(xué)研究。pQCT能夠分別分析骨小梁和骨皮質(zhì), 并可以進(jìn)行生物力學(xué)分析,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)骨折風(fēng)險(xiǎn),而且不受體位、體型和骨質(zhì)增生的影響,對(duì)骨質(zhì)疏松的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估比DEXA有明顯優(yōu)勢(shì)。 |
microCT | 1 | 5-80μm | 顯微CT,采用微焦點(diǎn)X線球管,分辨率高,但是成像范圍小,用于科學(xué)研究。包括 in vitro(離體)和 in vivo(活體)兩類(lèi),前者用于骨骼等標(biāo)本,后者用于活體小動(dòng)物掃描。 |
CTM | 0.01 | 0.1-10μm | CT顯微鏡(X-Ray Computerized Tomography Microscopy),采用同步加速器產(chǎn)生的平行X線成像。分辨率zui高,達(dá)到亞微米級(jí),但是FOV極小。單能譜X線,成像質(zhì)量高。 |
1980年代,由于普通CT無(wú)法滿足科學(xué)研究對(duì)分辨率的苛刻要求,學(xué)術(shù)界開(kāi)始研發(fā)顯微CT,即MicroCT。MicroCT(也稱(chēng)為顯微CT、微焦點(diǎn)CT或者微型CT)采用了與普通臨床CT不同的微焦點(diǎn)X線球管,分辨率高達(dá)幾個(gè)微米,僅次于同步加速X線成像設(shè)備的水平,具有良好的“顯微”作用。而高分辨率付出的代價(jià)是掃描樣品的體積很小,只有幾個(gè)厘米,體現(xiàn)其“微型”的一面。
與臨床CT普遍采用的扇形X線束(Fan Beam)不同的是,MicroCT通常采用錐形X線束(Cone Beam)。采用錐形束不僅能夠獲得真正各向同性的容積圖像,提高空間分辨率,提高射線利用率,而且在采集相同3D圖像時(shí)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于扇形束CT。
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MicroCT成像原理 |
MicroCT能夠提供的 2 類(lèi)基本信息:幾何信息和結(jié)構(gòu)信息。前者包括樣品的尺寸、體積和各點(diǎn)的空間坐標(biāo),后者包括樣品的衰減值、密度和多孔性等材料學(xué)信息。除此之外,SCANCO 的有限元分析功能,還能夠提供受檢材料的彈性模量、泊松比等力學(xué)參數(shù),分析樣品的應(yīng)力應(yīng)變情況,進(jìn)行非破壞性的力學(xué)測(cè)試。
MicroCT 的 2 種基本結(jié)構(gòu)
l 樣品靜止,X線球管和探測(cè)器運(yùn)動(dòng):這種結(jié)構(gòu)和臨床螺旋CT一致, 球管繞樣品旋轉(zhuǎn)。掃描速度快,射線劑量小,空間分辨率較低,多用于活體動(dòng)物掃描。
l 樣品運(yùn)動(dòng),X線球管和探測(cè)器固定:樣品在球管和探測(cè)器之間自旋,并可做上下和前后移動(dòng)。掃描速度較慢,射線劑量大,空間分辨率高,多用于離體標(biāo)本掃描。
MicroCT 的 2 類(lèi)應(yīng)用對(duì)象
l 活體(in vivo):研究對(duì)象通常為小鼠、大鼠或兔等活體小動(dòng)物,將其麻醉或固定后掃描??梢詫?shí)現(xiàn)生理代謝功能的縱向研究,顯著減少動(dòng)物試驗(yàn)所需的動(dòng)物數(shù)量。和醫(yī)學(xué)臨床CT類(lèi)似,活體小動(dòng)物 MicroCT 也能夠進(jìn)行呼吸門(mén)控和增強(qiáng)掃描(采用造影劑)。
l 離體(in vitro):研究對(duì)象通常為離體標(biāo)本(例如骨骼、牙齒)或各種材質(zhì)的樣品,分析內(nèi)部結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性。也可以使用凝固型造影劑灌注活體動(dòng)物,對(duì)心血管系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)或消化系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)成像。
MicroCT 的主要應(yīng)用領(lǐng)域
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骨小梁 |
l 骨骼。骨骼是 MicroCT zui主要的應(yīng)用領(lǐng)域之一,其中骨小梁又是主要研究對(duì)象。骨松質(zhì)和骨皮質(zhì)的變化與骨質(zhì)疏松、骨折、骨關(guān)節(jié)炎、局部缺血和遺傳疾病等病癥有關(guān)。目前,MicroCT 技術(shù)在很大程度上取代了破壞性的組織形態(tài)計(jì)量學(xué)方法。
l 牙齒及牙周組織。 能夠從 3D 整體結(jié)構(gòu)出發(fā),對(duì)根管形態(tài)改變、齲齒破壞、牙組織密度變化、牙槽骨結(jié)構(gòu)和力學(xué)特
性的變化等情況進(jìn)行研究。
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生物材料 |
l 生物材料。例如, 分析體外制備仿生材料支架的孔隙率、強(qiáng)度等參數(shù),優(yōu)化支架設(shè)計(jì);掃描需要置換的組織樣品,獲取三維圖像后輸出為 STL 文件進(jìn)行快速成形(CAD/CAM),等等。
l 疾病機(jī)制研究。例如,研究不同基因或信號(hào)通路對(duì)骨骼的數(shù)量或質(zhì)量的影響,疾病狀態(tài)對(duì)骨骼發(fā)育/修復(fù)的影響,評(píng)價(jià)高脂血癥對(duì)心臟瓣膜鈣化的影響,細(xì)胞因子對(duì)骨折后組織修復(fù)時(shí)血管生長(zhǎng)的影響,等等。
l 新藥開(kāi)發(fā)。例如,研究新的骨質(zhì)疏松藥物藥物及療效評(píng)價(jià),MicroCT 已經(jīng)稱(chēng)為一種重要的臨床前檢測(cè)技術(shù)。
l 其它。微型器件的質(zhì)檢和探傷,建筑材料內(nèi)部孔隙度、連通度和滲透性分析,珠寶的真?zhèn)巫R(shí)別和*切割方案設(shè)計(jì),以及化石結(jié)構(gòu)分析等。
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活體小鼠胸腔成像(容積再現(xiàn)) |
以下實(shí)驗(yàn)圖片是國(guó)產(chǎn)小動(dòng)物Micro-CT系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果案例,更多信息請(qǐng)咨詢(xún)北京力途科技有限公司!
CT成像重建效果:真實(shí)小鼠經(jīng)過(guò)CT重建后結(jié)果
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經(jīng)偽彩修飾后的三維鼠 | 小鼠CT圖 | 小鼠骨骼三維圖 | |||
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大鼠骨小梁1 | 大鼠骨小梁2 | 大鼠骨小梁3 |
軟件后處理:
數(shù)據(jù)接口:DICOM、JPEG、TIFF、BMP、IM0、RAW等格式
圖像文件的輸入輸出二維處理:圖像瀏覽、選擇、處理和顯示,二維幾何變換及測(cè)量,連續(xù)圖像播放等
三維處理:三維組織分割,表面模型重建及分層顯示,切片重組
三維顯示:真實(shí)感顯示,光照參數(shù)調(diào)節(jié),三維幾何變換,三維測(cè)量
圖像分割:提供多種分割方法(Fast Marching, Level Set…)
實(shí)驗(yàn)圖片——以下圖片由中山大學(xué)腫瘤防治中心提供
注射造影劑實(shí)驗(yàn):
(采用的造影劑為Fenestra VC)
圖一:注射造影劑11min后
圖二:注射造影劑VC 45min后
圖三:注射造影劑61min后
外物植入實(shí)驗(yàn):
1.在小鼠體內(nèi)植入鎂條,觀察鎂條分解情況(圖片見(jiàn)下頁(yè))
A:植入鎂條30min后; B:植入鎂條4d 后; C:植入鎂條 14d 后;
2.人肝癌細(xì)胞植入實(shí)驗(yàn)
人肝癌細(xì)胞植入14d 后腹部形成腫瘤的小鼠
【名詞解釋】
CT值 | CT值(CT number)是以水的CT值為零,而相對(duì)于其他物質(zhì)X線的衰減值。例如,空氣的CT值為 -1000,而骨密質(zhì)的CT值為 +1000,人體除骨密質(zhì)和肺以外,CT值基本在 -100~+100之間。CT值的標(biāo)準(zhǔn)單位是 HU(Hounsfield)。組織密度越大,CT值越高。如果某一組織發(fā)生病變而致密度改變,則會(huì)影響到CT值的改變,這對(duì)CT診斷有很大價(jià)值。 |
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BMC | 骨礦含量或骨礦物質(zhì)含量(Bone Mineral Content,BMC),單位是g。 |
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BMD | 骨密度或骨礦物質(zhì)密度(Bone Mineral Density,BMD),2D BMD的單位是g/cm^2,3D BMD 的單位是mg/cc。 |
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BMP | 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(Bone Morphogenetic Protein,BMP)是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β超家族成員之一,具有誘導(dǎo)未分化的間充質(zhì)干細(xì)胞向成軟骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞定向分化與增殖的能力,能促進(jìn)新骨形成。 |
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BS | 骨表面積(Bone Surface,BS),單位是mm^2。 |
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BS/BV | 骨表面積和骨體積的比值,單位是1/mm。 |
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BS/TV | 骨表面積和組織體積的比值,單位是1/mm。 |
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BV | 骨體積(Bone Volume),單位是mm^3。 |
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BV/TV | 相對(duì)骨體積或骨體積分?jǐn)?shù),單位是%。 |
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Conn.D. | 連接密度(Connectivity Density,Conn.D.),單位是1/mm^3。 |
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Ct.Ar | 皮質(zhì)骨面積(Cortical bone Area,Ct.Ar),單位是mm^2。 |
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Ct.Th | 皮質(zhì)骨厚度(Cortical bone Thickness,Ct.Th),單位是μm。 |
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Ct.Wi | 皮質(zhì)骨寬度(Cortical bone Width,Ct.Wi),單位是μm。 |
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DA | 各向異性的程度(Degree of Anisotropy,DA),是ROI平均截距長(zhǎng)度橢圓中長(zhǎng)徑和短徑的比值。在骨質(zhì)疏松初期,承重骨小梁的DA通常增加,隨骨質(zhì)疏松加劇,DA會(huì)減小。 |
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DICOM | 醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信標(biāo)準(zhǔn)(Digital Imaging and Communications in Medicine,DICOM)是美國(guó)放射學(xué)會(huì)(American College of Radiology,ACR)和國(guó)家電子制造商協(xié)會(huì) (National Electrical Manufactorers Association,NEMA)為主制定的用于數(shù)字化醫(yī)學(xué)影像傳送、顯示與存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)。在, DICOM標(biāo)準(zhǔn)中詳細(xì)定義了影像及其相關(guān)信息的組成格式和交換方法,利用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn),人們可以在影像設(shè)備上建立一個(gè)接口來(lái)完成影像數(shù)據(jù)的輸入/輸出工作。DICOM標(biāo)準(zhǔn)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),它能幫助更有效地在醫(yī)學(xué)影像設(shè)備之間傳輸交換數(shù)字影像,這些設(shè)備不僅包括CT、MR、核醫(yī)學(xué)和超聲檢查,而且還包括CR、膠片數(shù)字化系統(tǒng)、視頻采集系統(tǒng)和 HIS/RIS 信息管理系統(tǒng)等。該標(biāo)準(zhǔn)1985年產(chǎn)生,目前版本為2003年發(fā)布的DICOM 3.0 2003版本。 |
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Distance Transformation | 距離變換(distance transformation)是定量分析骨小梁的方法之一,該方法可以計(jì)算樣品中的每一個(gè)體素與zui近的骨骼-空氣介面(背景)之間的距離。計(jì)算得到的距離可以采用以該體素為中心、距離為半徑的球體來(lái)直觀地表示,從圖片上看,該球體恰好位于該結(jié)構(gòu)內(nèi)部。計(jì)算過(guò)程中,通過(guò)大球體替代其內(nèi)部小球體的方法去處多余的球體。由該方法計(jì)算得到的Tb.N、Tb.Th和Tb.Sp是采用的。該方法的詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn)瑞士蘇黎世大學(xué)發(fā)表的論文:A new method for the model-independent assessment of thickness in three-dimensional images. J Microsc, 1997; 185:67-75 |
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FOV | 視野或檢查野(Field of View,FOV),是CT等成像設(shè)備的重要性能參數(shù)之一 ,用于衡量成像設(shè)備能夠進(jìn)行有效成像的空間尺寸。 |
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HA | 羥基磷灰石(Hydroxyapatite,HA),是組成骨骼的主要物質(zhì) 。目前,通常在體模內(nèi)置入已知密度的 HA,用于校準(zhǔn) CT 值。 |
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HU | HU(Hounsfield Units)是CT值的單位,以 CT 的發(fā)明人Godfrey Newbold Hounsfield 的名字命名,念作“胡”。 |
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IPL | 圖像處理語(yǔ)言(Image Processing Language,IPL)是 SCANCO 的 MicroCT 設(shè)備軟件中的圖像處理語(yǔ)言,由 SCANCO 的專(zhuān)家 Andres Laib 編寫(xiě)。 |
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MAR | 骨礦化沉積率(Mineral Apposition Rate。MAR),單位是μm/天。 |
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MIL | 平均截距長(zhǎng)度(Mean Intercept Length,MIL)是定量分析骨小梁的方法之一,該方法可以計(jì)算測(cè)試線在 ROI 內(nèi)部的截距長(zhǎng)度。MIL能夠測(cè)定樣品表面積與體積的比率(BS/BV),進(jìn)而估計(jì)Tb.N、Tb.Th和Tb.Sp。MIL分布能夠確定MIL橢圓體的方向和各向異性的程度(Degree of Anisotropy)。該方法的詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn):Distribution of membrane thickness determined by lineal analysis. J Microsc. 1978; 113:27-43. |
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MTF | 調(diào)制傳遞函數(shù)(Modulation Transfer Function,MTF),用于評(píng)估成像設(shè)備(例如CT機(jī)) 物理分辨率。與像素分辨率(Normial Resolution)或檢測(cè)能力(Detectability)不同,以 MTF 表示的物理分辨率是真實(shí)衡量CT等成像設(shè)備空間分辨率的客觀指標(biāo),表示為 8μm@10%MTF(10%MTF水平時(shí)的物理分辨率為 8μm)。 |
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OVX | 卵巢摘除(ovariectomy,OVX),把卵巢摘除的動(dòng)物(通常是大鼠或小鼠)作為婦女絕經(jīng)后骨質(zhì)疏松癥的動(dòng)物模型。 |
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PACS | 醫(yī)學(xué)圖像管理系統(tǒng)(Picture Archiving and Communication System,PACS)是對(duì)醫(yī)學(xué)圖像信息進(jìn)行數(shù)字化采集、存儲(chǔ)、管理、傳輸和重現(xiàn)的系統(tǒng)。它的主要作用是,利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片圖像記錄、膠片和報(bào)告的庫(kù)房存儲(chǔ)、檢查圖像的人工傳遞、在光箱上重現(xiàn)圖片。PACS充分利用了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),將醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行數(shù)字化處理,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸,利用顯示設(shè)備重現(xiàn)圖像。 |
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ROI | 感興趣區(qū)(Region of Interest,ROI)是使用軟件工具在圖像中定義得到的封閉區(qū)域,該區(qū)域通常具有相似的特性。3D圖像中定義的 ROI 也稱(chēng)為 VOI(Volume of Interest)。 |
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sham | 假手術(shù)(sham-operated),模擬卵巢摘除手術(shù)的過(guò)程,但是保留卵巢,作為OVX動(dòng)物模型的陰性對(duì)照。 |
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SMI | 結(jié)構(gòu)模型指數(shù)(Structure Model Index,SMI),定義骨小梁板狀(plate-like)和桿狀(rod-like)的程度,板狀骨小梁和桿狀骨小梁的SMI數(shù)值分別為0和3。發(fā)生骨質(zhì)疏松時(shí),骨小梁從板狀向桿狀轉(zhuǎn)變,SMI數(shù)值增加。 |
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STL | STL格式zui初出現(xiàn)于1988年美國(guó)3DSYSTEMS公司生產(chǎn)的 SLA 快速成形機(jī)中,STL就是StereoLithography(立體印刷術(shù))的縮寫(xiě),它是將三維模型的表面近似表達(dá)為小三角形平面的組合,非常相似于 有限元分析中的三結(jié)點(diǎn)平面單元。 |
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Tb.N | 骨小梁數(shù)量(Trabecular Number,Tb.N),是指給定長(zhǎng)度內(nèi)骨組織與非骨組織的交點(diǎn)數(shù)量,單位是1/mm。發(fā)生骨質(zhì)疏松時(shí),Tb.N 的值減小。 |
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TBPf | 骨小梁模式因子(Trabecular Bone Pattern factor,TBPf),衡量骨小梁凸面和凹面的程度,單位是1/mm。。低TBPf值提示骨小梁由桿狀向板狀變化,發(fā)生骨質(zhì)疏松時(shí)TBPf值增加。 |
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Tb.Sp | 骨小梁分離度(Trabecular Separation/Spacing,Tb.Sp),是指骨小梁之間的髓腔平均寬度,單位是μm。Tb.Sp增加,提示骨吸收增加,可能發(fā)生骨質(zhì)疏松。 在多孔材料中,Tb.Sp 即可理解為孔隙率。 |
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Tb.Th | 骨小梁厚度(Trabecular Thickness,Tb.Th),是指骨小梁的平局厚度,單位是μm。 |
| 發(fā)生骨質(zhì)疏松時(shí),Tb.Th 值減小。 在多孔材料中,Tb.Th 即可理解為孔壁厚度。 |
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TRI | 三角測(cè)量法(triangulation,TRI)是定量分析骨小梁的方法之一,該方法以各種不同形狀和尺寸的三角形表示ROI表面,然后計(jì)算ROI內(nèi)部四面體的體積和三角形的面積。用該方法計(jì)算BS/BV比MIL方法更為直接,也可以估算Tb.N、Tb.Th、Tb.Sp、MIL橢圓體的方向和各向異性程度。該方法的詳細(xì)內(nèi)容參見(jiàn)瑞士蘇黎世大學(xué)發(fā)表的論文:Direct Three-Dimensional Morphometric Analysis of Human Cancellous Bone: Microstructural Data from Spine, Femur, Iliac Crest, and Calcaneus. J Bone Miner Res. 1999; 14(7):1167-1174. |
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VOI | 見(jiàn)ROI。 |
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表面再現(xiàn) | 表面再現(xiàn)(surface rendering)是顯示物體表面三維圖像的方法。優(yōu)點(diǎn)是所需數(shù)據(jù)量較少、處理速度較快,缺點(diǎn)是僅有表面圖像而沒(méi)有內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。 |
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部分容積效應(yīng) | 體素不連續(xù)地顯示一個(gè)物體,使物體中的細(xì)節(jié)被平均分配,即體素內(nèi)的細(xì)節(jié)由一個(gè)加權(quán)平均值表達(dá),這種現(xiàn)象被稱(chēng)為部分容積效應(yīng)(partial volume effect),是CT成像中常見(jiàn)的圖像偽影,使密度差別較大的物體邊緣變模糊。層厚越大,部分容積效應(yīng)就越嚴(yán)重。 |
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插值 | 插值或內(nèi)插(interpolation)是采用數(shù)學(xué)方法在一抑制函數(shù)的兩端數(shù)值,估計(jì)該函數(shù)在兩端之間任一值的方法。CT掃描采集的數(shù)據(jù)是離散的、不連續(xù)的,需要從兩個(gè)相鄰的離散值求得其間的函數(shù)值。內(nèi)插的方法有很多種,例如線性?xún)?nèi)插、率過(guò)內(nèi)插和優(yōu)化采樣掃描等。 |
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重建 | 原始掃描數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)采用特定的算法處理,得到能夠用于診斷的圖像,這種處理方法或過(guò)程稱(chēng)為重建(reconstruction)。圖像重建速度是衡量CT機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。 |
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重建函數(shù)核 | 重建函數(shù)核(kernel)又稱(chēng)重建濾波器、濾波函數(shù)。CT掃描通常會(huì)包含一些必要的參數(shù),如球管的電壓、電流、層厚等,重建函數(shù)核是其中一個(gè)重要內(nèi)容。它是一種算法函數(shù),決定或影響圖像的分辨率和噪聲等。常見(jiàn)的重建函數(shù)核有高分辨率、標(biāo)準(zhǔn)和軟組織3種模式:高分辨率模式是一種強(qiáng)化邊緣、輪廓的函數(shù),能夠提高分辨率,但是圖像噪聲也相應(yīng)增加;軟組織模式是一種平滑、柔和的函數(shù),圖像對(duì)比度下降,噪聲減少,密度分辨率提高;標(biāo)準(zhǔn)模式則是沒(méi)有任何強(qiáng)化或柔和作用的算法。 |
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重組 | 重組(reformation)是不涉及原始數(shù)據(jù)處理的一種圖像處理方法,如多平面重組、三維圖像處理等,即,在橫斷面圖像的基礎(chǔ)上,重新組合或構(gòu)建成三維影像。由于使用已形成的橫斷面圖像,因此重組圖像的質(zhì)量與已形成的橫斷面圖像有密切關(guān)系。 |
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窗口 | 窗口(window)是根據(jù)人眼的視覺(jué)特性采用計(jì)算機(jī)設(shè)置的不同灰度標(biāo)尺。窗口的設(shè)置包括了全部約4000個(gè)CT值范圍,根據(jù)人眼的需要可相應(yīng)調(diào)節(jié),以適應(yīng)診斷需要。窗口技術(shù)通常采用窗寬和窗位的設(shè)置來(lái)調(diào)節(jié),窗寬以W(Width)表示,窗位以L(Level)或 C(Center)表示。 |
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定位掃描 | 定位掃描(Scout View)是用于確定后續(xù)精細(xì)掃描 區(qū)域的初掃。 |
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多平面重組 | 多平面重組(multi-planar reformation,MPR)把體素重新排列,在二維屏幕上顯示任意方向上的斷面。CT采集的一組斷層圖像,通過(guò)計(jì)算機(jī)處理后形成各向體素間距相同的三維容積數(shù)據(jù),然后用正交的3個(gè)平面(冠狀面、矢狀面和橫斷面)截取三維數(shù)據(jù),生成3幅二維斷層圖像。操作者用鼠標(biāo)移動(dòng)3個(gè)平面的位置,使3幅圖像隨之產(chǎn)生協(xié)同變化。 |
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分辨率 | 分辨率包括空間分辨率(spatial resolution)、密度分辨率(density resolution)和時(shí)間分辨率(temporal resolution)。空間分辨率是CT機(jī)在高對(duì)比度情況下分辨相鄰2個(gè)zui小物體的能力,有每厘米包含線對(duì)數(shù)(LP/cm)和毫米線徑(mm)2 種表示方法??臻g分辨率應(yīng)該在10%MTF的前提下進(jìn)行比較,目前CT的分辨率在15LP/cm(10%MTF)左右。密度分辨率是CT機(jī)在低對(duì)比度情況下分辨相鄰2個(gè)zui小物體的能力,表示方法是某一物體尺寸時(shí)密度的百分比濃度差,例如一個(gè) |
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分離 | 分離(separation)是指將一個(gè)完整的三維容積圖像分為幾個(gè)部分的過(guò)程,與圖像合并(combination)相對(duì)。 |
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傅立葉變換 | 傅立葉變換(Fourier transform)是圖像重建方法的一種,是一種將空間信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)的數(shù)學(xué)方法,可以將一個(gè)空間信號(hào)轉(zhuǎn)換為具有不同頻率和幅度的正弦和余弦函數(shù)。 |
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輻射劑量 | CT等成像設(shè)備使用過(guò)程中,操作人員和受檢動(dòng)物都需要注意射線防護(hù)。目前,通行的輻射劑量度量方法有以下幾種: l 照射量(exposure),指直接度量X射線對(duì)空氣電離能力的量,表示輻射場(chǎng)強(qiáng)度,從電荷量的角度來(lái)反映射線強(qiáng)度。單位是庫(kù)侖?千克-1(C?kg-1)或倫琴(R); l 吸收劑量(absorbed dose),指每單位質(zhì)量的被照射物質(zhì)所吸收任何電離輻射的評(píng)價(jià)能量,從能量角度反映照射量。單位是戈瑞(Gy)或拉德(rad)。 l 劑量當(dāng)量(dose equivalent),即使在吸收劑量相同的情況下,不同輻射類(lèi)型所產(chǎn)生的生物效應(yīng)的嚴(yán)重性各不相同,為了便于比較,引入劑量當(dāng)量這一概念。它是采用適當(dāng)?shù)男拚蜃訉?duì)吸收劑量進(jìn)行加權(quán),使修正后的吸收劑量更能反映輻射對(duì)肌體的危害程度。單位是希沃特(Sv)或雷姆(rem)。 因此,劑量當(dāng)量(Sv)比吸收劑量(Gy)或照射量(C?kg-1)更能反映CT機(jī)的X射線對(duì)人體的危害程度。通常情況下,自然環(huán)境輻射1-10mSv/年,全身CT掃描約10mSv/次,乘坐一次 越洋飛機(jī)接受的輻射<5μSv。 |
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光線跟蹤 | 在醫(yī)學(xué)圖像顯示過(guò)程中,通常采用陰影和光線來(lái)加強(qiáng)表現(xiàn)三維圖像中物體的立體感,zui常見(jiàn)的光線應(yīng)用方法是光線跟蹤法(ray tracing)。 |
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灰階 | 灰階(gray level/scale)是根據(jù)像素的CT值在圖像上顯示的一段不同亮度的信號(hào),把從白色到黑色之間的灰度分成若干等級(jí),則稱(chēng)為灰階或灰度級(jí)。人眼一般只能識(shí)別40級(jí)左右連續(xù)的灰階,而組織密度灰階差要大得多。在CT圖像顯示技術(shù)中,常通過(guò)窗口技術(shù)對(duì)窗寬、窗位進(jìn)行調(diào)節(jié),以適應(yīng)視覺(jué)的*范圍。 |
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甲狀旁腺激素 | 甲狀旁腺激素(parathyroid hormone , PTH)是肽類(lèi)激素,主要功能是影響體內(nèi)質(zhì)鈣與磷的代謝,作用于骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞,使骨鹽溶解,從骨動(dòng)員鈣,使血液中鈣離子濃度增高,同時(shí)還作用于腸及腎小管,使鈣的吸收增加,從而維持血鈣的穩(wěn)定。若甲狀旁腺分泌功能低下,血鈣濃度降低,出現(xiàn)手足抽搐癥;如果功能亢進(jìn),則引起骨質(zhì)過(guò)度吸收,容易發(fā)生骨折。 |
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矩陣 | 矩陣(matrix)是像素以二維方式排列的陣列,與重建后圖像的質(zhì)量有關(guān)。在相同大小的采樣野中,矩陣越大像素也就越多,重建后圖像質(zhì)量越高。目前常用的矩陣尺寸有512×512、1024×1024 和 2048×2048。 |
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卷積 | 卷積(convolution)是圖像重建運(yùn)算處理的重要步驟。卷積處理通常需要使用濾波函數(shù)來(lái)修正圖像,卷積結(jié)束后形成一個(gè)新的用于圖像重建的投影數(shù)據(jù)。 |
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美國(guó)機(jī)械 工程師協(xié)會(huì) | 美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)(the American Society of Mechanical Engineers,ASME)創(chuàng)立于1880年,是一個(gè)非盈利性的教育和技術(shù)組織,服務(wù)于來(lái)自世界各地12.5萬(wàn)的會(huì)員。其擁有的出版機(jī)構(gòu)是世界上zui大的專(zhuān)業(yè)性出版機(jī)構(gòu)之一,制定多種工業(yè)和制造業(yè)標(biāo)準(zhǔn),出版物例如 Journal of Biomechanical Engineering。 |
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逆向工程 | 針對(duì)通常情況下由模型到實(shí)物的設(shè)計(jì)步驟,從實(shí)體產(chǎn)生模型再進(jìn)行制造的過(guò)程稱(chēng)為逆向工程(Reverse Engineering,RE)。標(biāo)準(zhǔn)的逆向工程定義為:分析目標(biāo)系統(tǒng),認(rèn)定系統(tǒng)的構(gòu)件及其交互關(guān)系,并且通過(guò)高層抽象或其他形式來(lái)展現(xiàn)目標(biāo)系統(tǒng)的過(guò)程。 |
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配準(zhǔn) | 配準(zhǔn)(registration)的過(guò)程就是尋求兩幅圖像間一對(duì)一映射的過(guò)程,即,將兩幅圖像中對(duì)應(yīng)于空間同一位置的點(diǎn)起來(lái)。圖像配準(zhǔn)通常是圖像融合(infusion)的前提條件。 |
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容積掃描 | 由于螺旋CT的速度大大快于非螺旋CT,而且采集的往往是一個(gè)器官的掃描數(shù)據(jù) (容積采集區(qū)段)而不是一個(gè)層面的數(shù)據(jù),因此這種掃描方法稱(chēng)為容積掃描(volume scanning)。 |
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容積再現(xiàn) | 容積再現(xiàn)(volume rendering, VR)是顯示物體完整三維圖像的方法。與表面再現(xiàn)相比,對(duì)計(jì)算機(jī)要求較高,但是保留了物體內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息。 |
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軟射線 | 軟射線能量較低,較易為人體吸收,對(duì)人體危害大,而在CT成像中基本沒(méi)有作用。硬射線能量比較高,大部分可以直接穿透人體,人體吸收少、危害小,CT成像主要依靠硬X射線。CT機(jī)中的楔形補(bǔ)償器或?yàn)V過(guò)器,就起到阻擋軟X線、通透硬X線的目的,將球管產(chǎn)生的多能譜X線濾過(guò)成均一的硬X線。鎢靶X 射線管發(fā)射的稱(chēng)為硬射線,相對(duì)而言鉬銠等低原子序數(shù)陽(yáng)極靶材料制成的X 射線管發(fā)射的稱(chēng)為軟射線,它們發(fā)射的X 射線波長(zhǎng)較長(zhǎng)、穿透力較弱、衰減系數(shù)較高。 |
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三維可視化 | 由于人眼的解剖結(jié)構(gòu)限制,人類(lèi)無(wú)法真正直接觀察三維物體,而在顯示器屏幕上看到的三維圖像,都是計(jì)算機(jī)模擬三維顯示效果產(chǎn)生的。根據(jù)X、Y、Z軸的直角坐標(biāo)體系,人們能夠在3個(gè)坐標(biāo)軸方向上對(duì)圖像做任意旋轉(zhuǎn),借助于軟件處理,能夠看到物體的前、后、頂、底的三維空間投影圖像。這種三維顯示方法,在圖像處理專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)中稱(chēng)為三維可視化(3D visualization),在醫(yī)學(xué)上稱(chēng)為三維成像。 |
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算法 | 算法(algorithm)是針對(duì)特定輸入和輸出的一組規(guī)則。算法的主要特征是不能有任何模糊的定義,算法規(guī)則描述的步驟必須是簡(jiǎn)單、易操作并且概念明確,而且能夠有計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。 |
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提取 | 提?。?/span>segmentation)是指將圖像中具有特殊涵義的不同區(qū)域區(qū)分開(kāi),這些區(qū)域是互不交叉的,每個(gè)區(qū)域都滿足特定區(qū)域的一致性。在圖像處理中,分割是選擇感興趣區(qū)的方法之一,通常通過(guò)設(shè)定上下閾值、區(qū)域生長(zhǎng)、自動(dòng)邊緣檢測(cè)或者定義三維輪廓線(contour)等多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種方法有時(shí)也被稱(chēng)為 extraction。 |
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體模 | 體模(phantom)是在CT等成像設(shè)備中用于校準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)品,CT的體模通常由多個(gè)已知不同密度的羥基磷灰石組成。 |
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體素 | 在CT掃描中,根據(jù)斷層設(shè)置的厚度和矩陣的大小,能被CT掃描的zui小體積單位稱(chēng)為體素(voxel)。體素由長(zhǎng)、寬、高三要素表示,能任意表示物體的顏色、透明度、密度、強(qiáng)度、形變和時(shí)間,與此對(duì)應(yīng)的是二維圖像中的像素(pixel)。 |
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偽影 | 偽影(artifact)是由于設(shè)備或患者造成的、與掃描物體無(wú)關(guān)的影像,在圖像中表現(xiàn)的形狀各異,并會(huì)影響診斷的準(zhǔn)確性。偽影例如患者移動(dòng)造成的運(yùn)動(dòng)偽影、金屬物造成的放射狀偽影、多能譜X線造成的射線硬化偽影、層厚過(guò)大引起的部分容積效應(yīng)偽影等。 |
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像素 | 像素(pixel)是構(gòu)成CT圖像的zui小單位,與體素相對(duì)應(yīng),體素的大小在CT圖像上的表現(xiàn),即為像素。 |
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信噪比 | 信噪比(signal/noise ratio,SNR)即信號(hào)和噪聲的比值。任何一種信號(hào)中都會(huì)包含噪聲,但信號(hào)和噪聲之間的比值不同。在實(shí)際應(yīng)用中,該比值越大,噪聲的含量就越小,信息傳遞的質(zhì)量就越高。 |
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硬射線 | 見(jiàn)“軟射線”。 |
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原始數(shù)據(jù) | 原始數(shù)據(jù)(raw data)是對(duì)物體進(jìn)行掃描后由探測(cè)器接收到的信號(hào),經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后傳送給計(jì)算機(jī),其間已轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)未經(jīng)圖像重建處理的這部分?jǐn)?shù)據(jù)被稱(chēng)為原始數(shù)據(jù)。 |
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再現(xiàn) | 再現(xiàn)或三維再現(xiàn)(rendering),以二維形式顯示三維圖像的方法,即在顯示器上顯示三維離體圖像,通過(guò)映像、檢驗(yàn)和投影重組3個(gè)主要步驟來(lái)實(shí)現(xiàn),有表面再現(xiàn)和容積再現(xiàn)2種算法。為了增加顯示效果,再現(xiàn)過(guò)程中還可加入光線、陰影、質(zhì)地和色彩等屬性。 |
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噪聲 | 在CT中,噪聲(noise)是一均勻物質(zhì)掃描圖像中各點(diǎn)之間CT值的隨機(jī)波動(dòng),也可看作是圖像矩陣中像素值由于各種原因引起的誤差。 |
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錐形 X 線束 | 錐形束是指球管發(fā)出的X射線呈圓錐體狀照射在掃描對(duì)象上,與傳統(tǒng)的扇形X線束 (fan beam)相比,采用錐形X線束(cone beam)的CT具有明顯優(yōu)勢(shì),(1)數(shù)據(jù)采集效率高,空間分辨率高,均一性好,(2)X線利用率高,可以降低射線劑量,(3)在三維CT應(yīng)用范圍更廣。雖然錐形束CT的重建算法比較復(fù)雜,由于其運(yùn)算量較大,但是隨著近幾年硬件和算法的快速發(fā)展,醫(yī)用及工業(yè)CT正向著中等甚至大錐角三維錐束CT過(guò)渡。 |
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zui大密度投影 | 投影是把三維信息壓縮到二維的常用方法。zui大密度投影(maximum intensity projection,MIP)將三維數(shù)據(jù)向任意方向進(jìn)行投影,假想有許多投影線,取投影線經(jīng)過(guò)的所有體素中zui大的一個(gè)體素值,作為投影結(jié)果圖像的像素值。在投影線上取zui小值,就成為zui小密度投影。前者多用于顯示高密度影,如血管造影,后者多顯示低密度影,如氣道。 |
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