CT成像技術(shù)概述

CT成像技術(shù)概述

西安市中心醫(yī)院放射科齊武剛X-CTcomputedtomography

tomo:Greektomos[section]希臘語(yǔ)tomos[切面]graphy:Latin-graphia,fromGreek,fromgraphein.writingorrepresentationina(specified)mannerorbya(specified)meansorofa(specified)object.1972年英國(guó)EMI公司工程師Housfield發(fā)明了用于頭顱診斷的X射線(xiàn)計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置1975年EMI公司又成功研制出全身用的CT裝置，獲得了人體各個(gè)部位鮮明清晰的斷層圖像。Hounsfield和Cormack因發(fā)明CT獲得1979年諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。CentralResearchLaboratories,EMI

LondonG.N.Hounsfield

A.M.Cormack

TuftsUniversity

Medford,MA,USAElectricandMusicalIndustries

百代唱片公司盡管許多人提出了CT的思想，但是只有Hounsfield首先把這個(gè)思想概念發(fā)展為CT掃描機(jī)。1971年英國(guó)AtdinsonMorley醫(yī)院安裝了世界上第一臺(tái)原形設(shè)備。并于1971年10月4日檢查了第一個(gè)病人。傳統(tǒng)的X射線(xiàn)裝置的缺點(diǎn)影像重疊。深度方向上的信息至疊在一起，引起混淆。密度分辨率低，對(duì)軟組織分辨能力低。所用劑量大。CT優(yōu)點(diǎn)：斷層成像密度分辨率高，對(duì)軟組織分辨能力高。（相對(duì)于X射線(xiàn)成像術(shù)）投影劑量?。ㄏ鄬?duì)于X射線(xiàn)成像術(shù)）動(dòng)態(tài)范圍大（相對(duì)于X光片）存儲(chǔ)方便X線(xiàn)醫(yī)學(xué)圖像是反映受照體內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組織或器官之間的關(guān)系。從研究醫(yī)學(xué)圖像與人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系角度分為：人體結(jié)構(gòu)

醫(yī)學(xué)圖像醫(yī)學(xué)圖像

人體結(jié)構(gòu)正解問(wèn)題

反解問(wèn)題

X線(xiàn)-CT成像裝置主要由X線(xiàn)管、準(zhǔn)直器、掃描機(jī)構(gòu)、檢測(cè)器、計(jì)算機(jī)、監(jiān)視器等部分組成。(FromPicker)(FromSiemens)控制臺(tái)（controlconsole）掃描裝置（gantrystand）病人床（patienttable）激光圖像打印機(jī)（laserimager）X線(xiàn)-CT成像裝置兩個(gè)主要裝置是數(shù)據(jù)采集和計(jì)算機(jī)圖像重建部分。各代CT掃描機(jī)1971年安裝在Wimbledon醫(yī)院。多屬頭部專(zhuān)用，有一個(gè)X線(xiàn)管和幾個(gè)NaI晶體探測(cè)器組成，由于X線(xiàn)束被準(zhǔn)直成筆形掃描束裝置，又稱(chēng)為筆形掃描束裝置。掃描時(shí)間3~5min，重建一幅圖像需要5min。一個(gè)病人做6層CT，需要35min的時(shí)間。是基本能夠滿(mǎn)足人體頭部的掃描圖像，但腹部偽影嚴(yán)重。第一代（平移+旋轉(zhuǎn)掃描方式）與第一代明顯區(qū)別是筆形X線(xiàn)束改成扇形X線(xiàn)束，探測(cè)器數(shù)目也增加到3~30個(gè)。每次掃描后的轉(zhuǎn)角由1度提高到3~30度，這樣180的掃描時(shí)間縮短到20~90s。第二代（平移+旋轉(zhuǎn)掃描方式）缺點(diǎn)：仍然不能避免腹部器官的運(yùn)動(dòng)偽影產(chǎn)生散射線(xiàn)沒(méi)有分別被準(zhǔn)直，結(jié)果使投向病人的部分射線(xiàn)照射在探測(cè)器的間隔中沒(méi)有得到有效利用平移+旋轉(zhuǎn)的方式限制了掃描速度。為減少運(yùn)動(dòng)時(shí)間而取消平移運(yùn)動(dòng)，使得X射線(xiàn)管和探測(cè)器作為整體指圍繞病人作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步縮短了掃描時(shí)間。1975年GE首先推出這種方式的CT機(jī)第三代（旋轉(zhuǎn)+旋轉(zhuǎn)掃描方式）扇形角30~45度。1~5s是目前臨床上應(yīng)用最為廣泛的一種CT機(jī)1976年，美國(guó)科學(xué)工程公司首先推出了第四代CT掃描機(jī)。用600個(gè)探測(cè)器排成圓周。掃描方式是探測(cè)器靜止，只有X線(xiàn)管旋轉(zhuǎn)。扇形線(xiàn)束角度也較大，單幅數(shù)據(jù)獲取時(shí)間縮短。第四代（旋轉(zhuǎn)+靜止掃描方式）缺點(diǎn)：對(duì)散射線(xiàn)極其敏感，因此在每只探測(cè)器旁加一小塊翼片作準(zhǔn)直器。但這卻浪費(fèi)了空間，增加了病人所受的輻射劑量。探測(cè)器數(shù)量72000個(gè)，加大了成本，并且在掃描過(guò)程中并沒(méi)有充分利用。只有極少量廠家生產(chǎn)掃描時(shí)間在毫秒級(jí)，可作心臟掃描。目前全世界生產(chǎn)的廠家只有美國(guó)的Imatron公司。兩個(gè)固定環(huán)，每個(gè)固定環(huán)上有432個(gè)探測(cè)器，共864個(gè)。優(yōu)點(diǎn)：時(shí)間分辨率高

減少運(yùn)動(dòng)偽影增加造影劑使用率第五代（靜止+靜止掃描方式）各代CT比較第一代第二代第三代第四代第五代掃描方式筆束掃描扇束掃描運(yùn)動(dòng)方式平移/旋轉(zhuǎn)方式連續(xù)掃描方式掃描時(shí)間3min10s~2min2.8s~10s1s~10s更快主要用途頭顱掃描全身掃描，觀察除心臟外的臟器可用于血管造影和心臟造影使用散熱性能好的大容量X線(xiàn)管和高效率的檢測(cè)器優(yōu)點(diǎn)：掃描時(shí)間短掃描范圍在20~30s內(nèi)達(dá)到24~30cm，避免漏掃和重掃，提高了掃描的準(zhǔn)確性。缺點(diǎn)：處理需要長(zhǎng)時(shí)間，大容量存儲(chǔ)容量噪聲大診視床運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的偽影螺旋掃描方式——螺旋CTCT新技術(shù)的應(yīng)用CT血管造影術(shù)（CTA）三維圖象重建介入CTCT仿真內(nèi)窺鏡CT在放射治療的應(yīng)用X線(xiàn)-CT成像的數(shù)據(jù)采集

X線(xiàn)-CT成像系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是利用X線(xiàn)管和檢測(cè)器的同步掃描，由檢測(cè)器檢測(cè)到的X線(xiàn)光子轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，送入到圖像計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像重建。X線(xiàn)與物質(zhì)的相互作用干涉散射光電效應(yīng)：入射X光子消失，全部能量傳給原子的內(nèi)層電子?？灯疹D效應(yīng)：X線(xiàn)與原子外層電子相互作用。在CT中起主導(dǎo)作用入射線(xiàn)透射線(xiàn)散射線(xiàn)ComptonScatteringX線(xiàn)-CT成像中，物體對(duì)X線(xiàn)的吸收占主要的作用，忽略對(duì)X線(xiàn)的散射作用。物質(zhì)對(duì)X線(xiàn)的吸收規(guī)律衰減系數(shù)u值既是物體種類(lèi)的函數(shù)，又是X射線(xiàn)能量的函數(shù)。也就是說(shuō)不同物質(zhì)對(duì)單能X線(xiàn)而言u(píng)值的大小不同；對(duì)同一種物質(zhì)而言，不同能量的X射線(xiàn)對(duì)應(yīng)衰減系數(shù)的大小也互不相同?？梢?jiàn)，只有單一單能窄束X射線(xiàn)束透射物體衰減時(shí)才有唯一準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)的衰減系數(shù)值。然而，CT使用的是具有一定能譜寬度的連續(xù)X射線(xiàn)，而不同能量的X射線(xiàn)對(duì)應(yīng)的衰減系數(shù)值大小不同，所以，在重建CT像過(guò)程中要確定每一體素的衰減系數(shù)值。線(xiàn)性吸收系數(shù)小，X線(xiàn)不易吸收。線(xiàn)性吸收系數(shù)大，X線(xiàn)容易吸收。X線(xiàn)-CT成像掃描裝置要從不同方向上進(jìn)行多次觀測(cè)，即所謂的掃描（scanning），來(lái)獲取足夠的數(shù)據(jù)建立求解吸收系數(shù)的方程。由此，經(jīng)X線(xiàn)-CT掃描裝置獲取足夠的掃描數(shù)據(jù)后，X線(xiàn)-CT圖像成像過(guò)程就轉(zhuǎn)換求解數(shù)學(xué)方程解的過(guò)程。研究圖像重建方法要求即能求出方程解，又能快速求解，這就需要計(jì)算機(jī)的計(jì)算。CT值吸收系數(shù)是一個(gè)物理量，可以賦予它代表具有生理含義的量值。在醫(yī)學(xué)上，以吸收系數(shù)為依據(jù)，用CT值統(tǒng)一表達(dá)人體組織密度的量值。如選用X線(xiàn)能量約為73KeV時(shí)，設(shè)定水的吸收系數(shù)為1，可得骨骼的吸收系數(shù)為1.9~2.0，近似為2，空氣為0.0013，近似為0。人體組織CT值人體組織CT值骨密質(zhì)1000脂肪-100鈣質(zhì)60水0腦白質(zhì)36血液16腦灰質(zhì)24凝固的血56~70螺旋掃描的優(yōu)點(diǎn)：（1）可連續(xù)掃描，使掃描范圍在24～30s內(nèi)達(dá)到24～30cm，可滿(mǎn)足絕大部分不同部位的CT檢查，可在一次屏氣中完成掃描，避免了漏掃和重掃；（2）由于避免了呼吸運(yùn)動(dòng)引起的掃描遺漏以及在選定位置及距離上進(jìn)行回顧性重建的能力，所以提高了病灶檢出率；（3）無(wú)層間隔掃描使掃描時(shí)間縮短，不但有益于危重病人的檢查，而且在注射造影劑增強(qiáng)掃描時(shí)，可使全部掃描幾乎在全部掃描都在增強(qiáng)高峰期內(nèi)完成，不但能獲得最佳增強(qiáng)效果，還可減少造影劑的用量；（4）提高了病灶密度測(cè)量的準(zhǔn)確性；（5）任何部位均可進(jìn)行多斷面或三維圖像重建；（6）掃描時(shí)間短，短時(shí)間內(nèi)對(duì)危重病人進(jìn)行快速功能性診斷。螺旋掃描的缺點(diǎn)：（1）診視床運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生偽影；（2）螺旋掃描圖像噪聲較傳統(tǒng)CT標(biāo)準(zhǔn)掃描圖像噪聲高；（3）螺旋CT圖像處理時(shí)間較長(zhǎng)及需要大容量的存儲(chǔ)能力；（4）仍受到最大掃描容積的限制（大多部位一次屏氣完成掃描）；（5）需要病人很好地屏氣配合。

X線(xiàn)-CT圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)描述CT圖像質(zhì)量的參數(shù)及影響因素1．空間分辨力2．時(shí)間分辨力（temporalresolution）3．噪聲與X線(xiàn)劑量4．對(duì)比度和對(duì)比度分辨力CT圖像與傳統(tǒng)X線(xiàn)照片評(píng)價(jià)的比較1.CT圖像沒(méi)有嚴(yán)重的散射線(xiàn)的影響。2.CT圖像沒(méi)有影像重疊。3.CT圖像中出現(xiàn)的偽影或干擾源的影響較嚴(yán)重。4.CT圖像的空間分辨力在某種情