CT成像技術(shù)概論

CT成像技術(shù)概論

1CT成像概論CT（computedtomography）即計(jì)算機(jī)X線斷層技術(shù)，又稱X線-CT。X線平片的缺點(diǎn)密度分辨率低，影像重疊。CT的發(fā)明彌補(bǔ)了X線的不足，是放射學(xué)里程碑式的重大發(fā)明，使得影像學(xué)進(jìn)入了一個(gè)全新的階段。2CT的歷史1971年英國科學(xué)家Hounsfield發(fā)明了第一臺(tái)頭顱CT，1972年應(yīng)用于臨床工作。并于1979年和美國物理學(xué)家共同獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng)。美國科學(xué)家解決了重建圖像的數(shù)學(xué)問題，讓CT得以在臨床應(yīng)用。1974年美國工程師Ledley設(shè)計(jì)出了第一臺(tái)全身CT。1989年單層螺旋CT的發(fā)明并在臨床應(yīng)用，是CT影像學(xué)的一場(chǎng)真正技術(shù)革命，是CT發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。1998年在北美放射學(xué)會(huì)（RSNA）上推出的多層螺旋CT（MSCT）或多排探測(cè)器CT（MDCT），帶來了CT的又次技術(shù)革命。2009年能譜CT的出現(xiàn)，使得CT從功能水平診斷疾病成為可能，并且它擁有更高得分辨率和更廣泛的應(yīng)用及僅為常規(guī)劑量60%的超低輻射量，將CT成像技術(shù)帶入了全新時(shí)代。3CT的進(jìn)展CT機(jī)沿用至今，無論從技術(shù)設(shè)計(jì)，硬件結(jié)構(gòu)和軟件功能等方面均有很大的進(jìn)展。

機(jī)械運(yùn)動(dòng)方式：平移-旋轉(zhuǎn)→旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)→滑環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)（螺旋）。

機(jī)型的發(fā)展：頭顱CT機(jī)（幾分鐘/層）→全身CT機(jī)（幾秒/層）→螺旋CT機(jī)、電子束CT機(jī)（16層以上/秒）→最新的能譜CT。

CT掃描方式的進(jìn)展：間隔層面式掃描和采樣（普通CT）→連續(xù)容積式掃描和采樣（MSCT.EBCT）。4CT檢查技術(shù)的進(jìn)展：平掃，增強(qiáng)→動(dòng)態(tài)增強(qiáng)→雙期或多期增強(qiáng)，后處理重建。

學(xué)科發(fā)展：單純CT診斷→CT診斷+CT介入→CT物質(zhì)定量分析診斷。

5CT成像的優(yōu)點(diǎn)

傳統(tǒng)X線影像是把具有三維的立體解剖結(jié)構(gòu)攝成二維的平面圖像，影像互相重疊，密度分辨率不高。CT克服了這些缺點(diǎn)，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、CT圖像能顯示真正的斷面圖像；無組織結(jié)構(gòu)重疊，解剖關(guān)系明確。

2、CT圖象清晰，密度分辨率高；照射范圍局限，X線散射小，可顯示X線照片無法顯示的器官和病變。因此病變檢出率和診斷準(zhǔn)確性高。

3、檢查方便、迅速而安全，無創(chuàng)傷，無痛苦。6CT設(shè)備盡管CT技術(shù)不斷發(fā)展，但是CT機(jī)基本結(jié)構(gòu)萬變不離其宗，它主要由三部分組成。

7CT設(shè)備1、掃描裝置：由X線管（發(fā)射X線），探測(cè)器（接收X線）及準(zhǔn)直器（位于X線管前方，它調(diào)節(jié)X線束的寬度）組成。

8CT設(shè)備2、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：是CT機(jī)的神經(jīng)中樞和心臟。擔(dān)負(fù)操縱整個(gè)掃描過程，處理和運(yùn)算掃描數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖像的重建和顯示等重要工作。

3、外圍設(shè)備：包括顯示終端和資料存儲(chǔ)設(shè)備兩大類。9計(jì)算機(jī)和顯示終端10CT成像原理CT基本原理高電壓作用于X線管，發(fā)出的X線束（高度準(zhǔn)直）對(duì)人體檢查部位一定厚度的層面進(jìn)行斷面掃描，由探測(cè)器接收、測(cè)定透過該層面的X線量，然后經(jīng)放大并轉(zhuǎn)換為電子流，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）轉(zhuǎn)換成數(shù)字，輸入計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存和計(jì)算，得到該層面各單位容積（體素）的X線吸收值，后經(jīng)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（D/A）轉(zhuǎn)成CT圖像，經(jīng)過顯示設(shè)備顯示圖像。因此，CT圖像是計(jì)算機(jī)計(jì)算出的圖像。11CT成像簡易圖12CT常用的掃描方法1、常規(guī)平掃：是指不注射對(duì)比劑的情況下進(jìn)行的CT掃描。2、放大掃描：通過縮小掃描視野來獲得高清晰度的放大圖像，其空間分辨率明顯提高，又稱原始放大。3、增強(qiáng)掃描：是指通過靜脈注射對(duì)比劑后再進(jìn)行掃描，分為團(tuán)注法、滴注法。4、動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描：增強(qiáng)后為獲得對(duì)比劑在血管或組織內(nèi)的濃度變化而進(jìn)行的連續(xù)不間斷掃描，包括單層動(dòng)態(tài)掃描和多層動(dòng)態(tài)掃描。135、目標(biāo)掃描：是指對(duì)感興趣區(qū)采用薄層、小視野的掃描方法，又稱靶掃描，常用于乳突、腎上腺及垂體等部位的掃描。6、穿刺定位掃描：通過CT導(dǎo)向經(jīng)皮穿刺活檢，具有定位準(zhǔn)確、穿刺安全、并發(fā)癥少的優(yōu)點(diǎn)?？梢跃_確定穿刺點(diǎn)、進(jìn)針深度、角度，避免損傷血管、神經(jīng)。7、CTA成像：利用CT對(duì)動(dòng)脈血管進(jìn)行成像一種方法。8、灌注成像：經(jīng)靜脈團(tuán)注對(duì)比劑后，在對(duì)比劑首次通過受檢組織的過程中對(duì)選定層面進(jìn)行快速掃描，而后利用軟件測(cè)定組織密度的變化，從而獲得血流動(dòng)力學(xué)的變化圖像。14CT掃描基本參數(shù)mA表示X線的強(qiáng)度，與圖像質(zhì)量、輻射量及球管壽命相關(guān)。高mA用于X線高吸收區(qū)，如脊柱、骨盆、顱底等部位。低mA用于對(duì)比度高的的區(qū)域如肺、內(nèi)耳等結(jié)構(gòu)。15基本掃描參數(shù)KV高KV使得X線變硬，更容易穿透高吸收區(qū)，而軟組織極易穿透，對(duì)成像無用，因而用于骨結(jié)構(gòu)的掃描。對(duì)于幼兒和X線敏感部位的掃描應(yīng)盡量降低KV。16基本掃描參數(shù)掃描時(shí)間由于運(yùn)動(dòng)會(huì)降低圖像質(zhì)量，所以對(duì)于運(yùn)動(dòng)器官、如肺、心臟、腹部應(yīng)盡量縮短掃描時(shí)間。增加掃描時(shí)間，在劑量一定時(shí)，可以增加圖像的空間分辨率。有時(shí)為了延長球管壽命，降低mA，增加掃描時(shí)間可以實(shí)現(xiàn)。17CT圖像1、CT圖像在顯示屏上用由黑到白的不同灰階度表示，黑表示低吸收區(qū)，即低密度區(qū)，如腦室；白表示高吸收區(qū)，即高密度區(qū)，如顱骨。這與X線照片圖像一致。

2、CT的密度分辨力高，人體軟組織的密度差別很小時(shí)，也能形成對(duì)比而成像。這是CT的突出優(yōu)點(diǎn)。所以CT能更好的顯示由軟組織構(gòu)成的器官，如腦、脊髓、縱隔、肺、肝、膽、胰、脾、腎及盆腔器官等。18CT值

X線圖像可反映正常與病變組織的密度，如高密度和低密度，但沒有量的概念。

CT圖像不僅以不同灰度顯示其密度的高低，而且還可依組織對(duì)X線的吸收系數(shù)說明其密度高低的程度，具有一個(gè)量的概念。CT值代表X線穿過組織被吸收后的衰減值。每種物質(zhì)的CT值等于該物質(zhì)的衰減相比之后乘以1000，單位為HU。即：某物質(zhì)CT值=1000×（u—u水）/u水u為組織的X線衰減系數(shù)，u水的衰減系數(shù)定義為1。19CT值人體組織的CT值范圍從空氣的-1000HU到骨皮質(zhì)+1000HU以上?？諝獾腃T值最低為-1000HU；脂肪的CT值為-50~-100；水的CT值為0（±10）HU；軟組織的CT值為20~50HU；骨皮質(zhì)的CT值高，為1000HU以上。金屬物質(zhì)的CT更高，甚至到達(dá)3000HU以上。20窗口技術(shù)：窗寬（WW）與窗位（WL）

人體組織在CT上表現(xiàn)出2000個(gè)不同的灰度，層次甚多，人眼不能分辨出如此微小的灰度差別，一般只能分辨出16個(gè)灰度。當(dāng)兩種組織的CT值相差125HU以上（2000/16=125）以上時(shí)，人眼才能分辨出來。而人體軟組織的CT值多數(shù)+20~+70HU之間，相差不足125HU。為了提高組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的顯示，使CT值差別小的組織能分辨，CT機(jī)在設(shè)計(jì)上引入了窗寬與窗位進(jìn)行調(diào)整，稱為窗口技術(shù)。21窗口技術(shù)

窗寬

(WW)

是指CT圖像上所包含的CT值范圍。在此CT值范圍內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)按其密度高低從白到黑分為16個(gè)灰階供觀察對(duì)比。例如：窗寬選定為80HU，則其CT值的差別在5HU（80/16=5）以上即可分辨出來。因此窗寬的寬窄直接影響到圖像的對(duì)比度和清晰度。窗寬約大，圖像越光滑、邊緣模糊，適用于分辨率差別較大的組織，如肺組織。相反，則適用于分辨率差別較小的組織。

22窗口技術(shù)

窗位（WL）窗位是指窗寬上下限的平均數(shù)。由于不同組織的CT值不同，要想觀察它的細(xì)微結(jié)構(gòu)，最好以該組織的CT值為窗位。

窗位越大，圖像顯示越黑，相反越白。23密度分辨率又稱低對(duì)比度分辨率，是在低對(duì)比度情況下（ΔCT值《10HU）分辨物體微小差別的能力，通常以百分單位毫米數(shù)表示（%/mm），通常CT機(jī)密度分辨率為0.25~0.5%/mm。表示1mm的物體，當(dāng)密度差別在0.25%時(shí)可以被分辨出來。影響因素：層厚、像素噪聲、重建算法、光子的數(shù)量、物體大小、物體本身的對(duì)比度和系統(tǒng)MTF的影響。24空間分辨率又稱為高對(duì)比度分辨率，是在高對(duì)比度的情況下（ΔCT值》100HU）區(qū)分相鄰最小物體的能力，它是檢測(cè)一副圖像質(zhì)量的量化指標(biāo)，通常以mm為單位或每厘米的線對(duì)數(shù)（LP/mm）表示。就是顯示最小物體的能力。影響因素：射線束的寬度、層厚、重建方法和顯示矩陣和重建矩陣。25時(shí)間分辨率是指影像設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)采集圖像的幀數(shù)。在多層螺旋CT心臟成像時(shí)，時(shí)間分辨率的高低則決定了CT機(jī)在這方面臨床應(yīng)用的適應(yīng)性和范圍。26噪聲是影響CT圖像密度分辨率的主要因素，噪聲的大小與圖像質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)，增加X線量可以降低噪聲，反之升高，探測(cè)器的轉(zhuǎn)化率越高，噪聲越低，高的空間分辨率引起高的噪聲水平。27體素和像素體素：體積單位。根據(jù)設(shè)置的層厚、矩陣的大小能被CT掃描的最小體積單位。有長、寬、高。通常長和寬都是1mm，而高度根據(jù)層厚可分別為10mm、5mm等。像素：是構(gòu)成CT圖像的最小單位，是體素在CT圖像上的表現(xiàn)。多層螺旋CT基本實(shí)現(xiàn)了各向同性，即像素在長寬高三個(gè)軸向上一致。28采集矩陣和顯示矩陣矩陣是像素以二維方式排列的陣列。它與重建后圖像質(zhì)量有關(guān)，在相同大小的采集野中，矩陣越大像素就越多，圖像質(zhì)量就高。目前常用的矩陣大小是：256×256、512×512、1024×1024.表示有512×512=262144個(gè)像素。CT圖像重建后用于顯示的矩陣稱為顯示矩陣，它通常大于或等于采集矩陣，保證了圖像的質(zhì)量。29螺旋CT簡介自1989年螺旋CT出現(xiàn)后，以其卓越的性能，進(jìn)入21世紀(jì)，它已經(jīng)一統(tǒng)天下，被廣泛應(yīng)用，成為臨床不可或缺的利器，其適應(yīng)癥越來越廣，基本上涵蓋了全身各部位，人體各系統(tǒng)。在以往認(rèn)為的應(yīng)用盲區(qū)也逐步得到了開拓應(yīng)用，如胃腸道及心血管。一些器官結(jié)構(gòu)的顯示能達(dá)到微細(xì)解剖結(jié)構(gòu)，如HRCT顯示肺小葉等。30多層螺旋CT螺旋CT的核心技術(shù)是滑環(huán)技術(shù)，X線球管在連續(xù)旋轉(zhuǎn)、曝光的同時(shí)，掃描床以一定的速度沿Z軸運(yùn)動(dòng)，探測(cè)器采集到的數(shù)據(jù)不再是傳統(tǒng)CT的單層數(shù)據(jù)信息，而是人體某一段組織的體積信息，掃描結(jié)束后可以根據(jù)不同的需要進(jìn)行不同層厚及層間距的選擇。多層螺旋CT的探測(cè)器采用固體探測(cè)器，有多排探測(cè)器陣列，呈對(duì)稱性或非對(duì)稱性排列，極大提高了X線的利用率。機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度、機(jī)械驅(qū)動(dòng)精度、數(shù)據(jù)傳輸速度，是多層螺旋CT的關(guān)鍵技術(shù)。它們與X線管和探測(cè)器結(jié)合在一起，完成高速旋轉(zhuǎn)。(磁懸浮技術(shù))X線球管，多層CT需要大功率、高熱容量的X線管，一般在6兆以上。31螺旋CT是第三代的CT，球管和探測(cè)器是以旋轉(zhuǎn)-旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，不同平移-平移（第一代）、旋轉(zhuǎn)-平移（第二代）模式；獲得的數(shù)據(jù)為容積數(shù)據(jù)，沒有信息的丟失。32普通CT與螺旋CT的比較常規(guī)CT：間隔式掃描螺旋CT：連續(xù)容積掃描，軌跡呈螺旋形33多層螺旋CT的優(yōu)點(diǎn)明顯提高了掃描速度，球管旋轉(zhuǎn)一周最快只需0.33秒，而得到的圖像現(xiàn)在可以達(dá)到256副。具有更高的密度分辨率，可以在數(shù)據(jù)采集完成后進(jìn)行更薄的層厚和層間距的選擇，進(jìn)行多平面重建及三維重建，并且實(shí)現(xiàn)了各向同性。具有更高的時(shí)間分辨率，由于掃描速度快，可以準(zhǔn)確無誤的捕捉到組織器官、病變的動(dòng)脈期、靜脈期和延遲期。（16層及以上多層螺旋CT對(duì)于血管、心臟冠脈成像及組織灌注成像具有很好的應(yīng)用前景）34改變了傳統(tǒng)的CT圖像瀏覽模式

35螺旋CT的出現(xiàn)徹底改變了以往CT只有橫斷面圖像的尷尬，為許多病變的定位、定性給出更多的信息。實(shí)現(xiàn)了各向的基本同性。36兩個(gè)螺旋CT重要參數(shù)層厚螺距37層厚單層螺旋CT的層厚就是準(zhǔn)直器的寬度。多層螺旋CT的層厚在等寬型是由探測(cè)器排的不同組合決定，在非等寬型是由探測(cè)器和準(zhǔn)直器寬度共同來決定?？蓪?shí)現(xiàn)0.5mm、0.625mm、1.0mm、1.25mm或5、10mm層厚選擇。

38層厚如一個(gè)10mm的準(zhǔn)直器發(fā)出的射線由4個(gè)2.5mm的探測(cè)器接受，則有效層厚應(yīng)為2.5mm，而不是10mm。改變層厚對(duì)于空間分辨率和密度分辨率的影響是一對(duì)矛盾體。一般認(rèn)為，層厚越薄空間分辨率越高，密度分辨率越低。39螺距在單層螺旋CT中，螺距(pitch)被定義為X射線管球旋轉(zhuǎn)1周時(shí)掃描床移動(dòng)的距離(mm)與準(zhǔn)直器寬度的比值，這里的準(zhǔn)直器寬度實(shí)際上就是層厚。即pitch=S/W，式中S是檢查床移動(dòng)速度，W是準(zhǔn)直器寬度（層厚）。在螺旋CT掃描中，螺距與床運(yùn)行方向(z軸)掃描覆蓋率及圖像的縱向分辨率有關(guān)。

40螺距在多層螺旋CT中，層厚并不是準(zhǔn)直器寬度，需要特別指出的是目前對(duì)于多層螺旋CT，螺距的定義各廠家及一些文獻(xiàn)中表述并不一致，主要區(qū)別在于用實(shí)際層厚還是用準(zhǔn)直器寬度來計(jì)算螺距，對(duì)于準(zhǔn)直寬度為4×lmm，床移動(dòng)速度為每旋轉(zhuǎn)一圈4mm的掃描方式，這里的實(shí)際層厚為lmm，如果用傳統(tǒng)方法定義，則螺距為4。如果采用準(zhǔn)直器寬度來計(jì)算，則螺距為1。在查閱相關(guān)文獻(xiàn)時(shí)，應(yīng)注意區(qū)別。41多層螺旋CT的后處理功能多平面重建（MPR）容積再現(xiàn)（VR）曲面重建（CPR）最大(小)密度投影（MIP）表面遮蓋技術(shù)（SSD）仿真內(nèi)窺鏡（VE）X線模擬投影42MPR是從原始橫斷面圖像上獲得相應(yīng)的冠狀面、矢狀面及任意斜面的二維圖像的重建方法。43VR44VR45VR46MIP它是將容積數(shù)據(jù)中最大密度的全部數(shù)據(jù)成像的一種重建方法。

雙腎動(dòng)脈47VE用于顯示空腔器官（胃腸道、血管、支氣管等）內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一種特殊重建方法，因類似于臨床常用的內(nèi)窺鏡，因此得名為仿真CT內(nèi)窺鏡技術(shù)。氣管隆突。48CPR是一種特殊的MPR技術(shù)，是將人體內(nèi)曲面結(jié)構(gòu)的組織（如強(qiáng)化血管、輸尿管、膽管、牙齒、脊柱等）全程展示的一種重建方法。

顯示輸尿管全程及結(jié)石。49CPR顯示右側(cè)冠狀動(dòng)脈中段的軟斑塊50SSD透明結(jié)腸技術(shù)51SSD52淺談能譜CT

“今天，一個(gè)全新的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)呈現(xiàn)在我們面前，它就是能譜CT”這是最新的中華放射學(xué)雜志的卷首語。CT能譜成像關(guān)鍵技術(shù)是基于新材料(寶石)探測(cè)器和瞬時(shí)變能高壓發(fā)生器的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的,用于成分和性質(zhì)的鑒別診斷,是CT成像的新模式。

能譜CT是將傳統(tǒng)的X線的混合能量分解成40~140KeV的101個(gè)連續(xù)的單能量，從而獲得不同物質(zhì)的能譜曲線，在一定的程度上實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)的定性分析和定量測(cè)定；53解剖結(jié)構(gòu)和病變顯示更清晰它具有更快的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性，在信噪比和對(duì)比噪聲方面都優(yōu)于普通CT，且輻射量明顯減低，可以提高組織的對(duì)比顯示，它可以有效降低普通CT的硬化效應(yīng)，可以重組出40~140KeV任意單能量圖像，隨著KeV的變化，不同單能量圖像間的組織對(duì)比不同，不同組織結(jié)構(gòu)和同一組織結(jié)構(gòu)的不同細(xì)節(jié)均發(fā)生改變，初步研究結(jié)果顯示，單能模式重組圖像中、組織的對(duì)比及信噪比明顯提高，圖像質(zhì)量較混合能量模式圖像質(zhì)量明顯提高，如在50KeV時(shí)血管成像的效果最好，可用于血管成像。54能譜曲線對(duì)腫瘤的定性和鑒別診斷，它可以獲得任意單能量的圖像，可以顯示病變或組織在不同的能量譜上的CT值曲線，它的成像模式，多參數(shù)分析方式可以提供更多的信息，為病灶的起源及良惡性提供有力的證據(jù)。淋巴瘤患者：能譜參數(shù)顯示不同病理類型的淋巴瘤單能量CT值存在差異，在50、60水平霍奇金淋巴瘤的CT值低于非霍奇金淋巴瘤，淋巴結(jié)方面也可以在不同性質(zhì)方面存在類似的價(jià)值。55物質(zhì)分離對(duì)病變的定量分析，利用物質(zhì)分離技術(shù)，可以得到不同基物質(zhì)的圖像（包括水、碘、鈣、脂肪等多種物質(zhì)），進(jìn)而對(duì)基物質(zhì)濃度進(jìn)行定量測(cè)定。碘是CT常用的主要成分，通過對(duì)組織碘含量的定量分析，可以有效反映組織的血流灌注狀態(tài)，從而為病變的灌注分析提供新的思路。56肺血流的灌注分析以往是通過核素顯像來完成，通過碘基圖對(duì)肺血流動(dòng)力學(xué)