CT成像原理与临床应用

CT成像原理与临床应用内容提要CT发展概述CT扫描仪的主要结构CT成像的基本原理（重点、难点）CT图像特点影响CT图像的因素（重点）CT检查方法与临床应用（难点）CT诊断方法CT诊断报告的书写规范CT的新进展CT发展概述CT（computedtomography）即计算机断层摄影。发明人：英国科学家Hounsfield。发明时间：1969年设计成功，1972年公诸于世的。突出特点：是X线成像与计算机技术相结合的产物。是横断面图像显示，没有重叠或重叠很少。密度分辨率高，图像清晰，诊断准确。CT问世的意义：大大扩展了影像检查的范围，是影像诊断学发展史上的里程碑。Hounsfield因此获得了1979年诺贝尔奖。CT的发展历程2004年64层的螺旋CT问世（3D）2002年16层的螺旋CT问世2000年8层的螺旋CT问世1998年4层螺旋CT应用于临床1993年双排CT研制成功1989年螺旋CT应用于临床1983年电子束CT（EBCT）研制成功1978年国内开始引进CT1974年全身CT应用于临床1972年CT正式应用于临床CT发展史——传统CTCT分代扫描方式检测器数量X线束形态扫描时间用途第一代：平移/旋转一个直线形4-5分/层头颅第二代：平移/旋转几十个小扇形18秒/层头腹第三代：旋转/旋转几百个大扇形2-4秒/层全身第四代：旋转/固定几千个大扇形1-4秒/层全身第五代:电子束CT第六代:螺旋CTCT发展史——传统CTCT分代扫描方式检测器数量X线束形态扫描时间用途第一代：平移/旋转一个直线形4-5分/层头颅CT发展史——传统CTCT分代扫描方式检测器数量X线束形态扫描时间用途第二代：平移/旋转几十个小扇形18秒/层头腹CT发展史——传统CTCT分代扫描方式检测器数量X线束形态扫描时间用途第三代：旋转/旋转几百个大扇形2-4秒/层全身CT发展史——传统CT小结：X线成像与常规CT成像的异同点相同点：X线、灰阶图像不同点X照片:X线穿透人体后在胶片上形成潜影，经显定影处理后得到X线图像。CT成像：安装于扫描机架上的X线管发射X线，X线管和探测器环绕患者做机械性往复运动，X线穿透扫描层面后被探测器检测并转化为电流信号，再转化为数字信号，由计算机实现横断面图像重建。CT发展史——电子束CT的概念1982年设计成功。由电子枪发射电子束，经偏转线圈偏转，形成4束电子束同时打击钨靶，产生X线，并用于成像。其显著特点是扫描速度快（可短到40ms/层），密度和空间分辨率高。主要用于心脏大血管病变检查。设备非常昂贵，国内装机量少。CT发展史——螺旋CT（spiralCT）1989年问世的单层螺旋CT，是在第三代或第四代CT的基础上，用滑环技术替代了高压发生器与球管之间的高压电缆线，向球管提供高电压，加上大热容量的球管和高速运算的计算机系统就构成。是CT发展史上的一个里程碑。螺旋扫描与常规步进扫描的区别多层螺旋扫描示意图4X3.75mmCT装置的基本结构CT成像的基本原理CT即计算机断层摄影，是经过准值器高度准值后的X线束绕人体某一部位作3600扫描，透过该层的X线由灵敏的检测器(detector)检测并经过光电转换器转换成电流信号，再经过A/D转换器转换为数字信号，计算机高速运算出该层面上各个基本成像单位—体素（voxel）的X线衰减值，由这些数据组成数字矩阵，再由D/A转换器将每个数字转换为黑白灰度不等的小方块—像素（pixel)，按原有矩阵顺序排列，即构成了CT图像。CT成像原理示意图体素与像素X线的衰减与衰减系数X线的衰减与衰减系数X线穿透人体后的衰减，遵从指数衰减规律：I=I0e-μd。或者In=I0*e-(μ1+μ2+μ3+…+μn)dI0为X线的入射强度，I为衰减后的X线强度，d为受检部位人体组织的厚度，μ为接受X线照射组织的线性吸收系数。CT的成像过程，就是求出扫描层面内每个体素（voxel)的衰减系数u的过程。μ=1/d*lnI0/I或者：μ1+μ2+μ3+…+μn＝1/d*㏑I0/In体素－衰减系数－像素越多，图像分辨率就越高。举例说明求u值的过程CT图象特点1CT图象是黑白灰阶图象CT图象特点2CT图象密度分辨率高最大特点和优点。影像越黑表示密度越低。影像越白表示密度越高。CT的密度分辨率比平片高10~20倍，CT图象特点3CT图象密度可以量化CT图象特点4CT图象是横断成像没有重叠，内部结构清晰;可以再重组成灌状面和矢状面及任意斜面或曲面图象影响CT图像的因素¡ª¡ªＣＴ检查常用术语矩阵（matrix)象素（pixel）和体素(voxel)原始数据（rawdata）与显示数据(displaydata)重建(reconstruction)与重组(recombination)空间分辨率（SpatialResolution）和密度分辨率（DensityResolution）CT值（CTvalue）窗宽（windowwidth）和窗位（windowlevel）部分容积效应（partialvolumeeffect）伪影（artifact）噪声（noise）矩阵矩阵（matrix)：矩阵表示一个纵横排列的数字阵列，因此也叫数字矩阵（digitalmatrix）。其中的每个数字代表扫描层内每个基本成像单位即体素（voxel）的X线衰减系数或吸收系数。数字矩阵越大，像素越多，图像空间分辨率越高。512×512＞256×256体素和像素体素(voxel)：CT图像实际上是人体某一部位有一定厚度（如1mm，10mm等）的体层图像。将成像的体层分成按矩阵排列的若干个小的基本单元，这些基本单元称之为体素。是一个三维的概念。象素（pixel）：一幅CT图像是由很多按矩阵排列的小单元组成，这些组成图像的基本单元被称之为像素。是一个二维的概念。像素越小，越能分辨图像的细节，即图像的分辨率越高。原始数据与显示数据原始数据（rawdata）CT扫描时，经准直的X线穿过人体某一层面后，探测器接收衰减后的X线信号，经放大后行模数转换所得到的数据称之。显示数据(displaydata)指原始数据经过计算机复杂运算处理后得到组成CT某层面的矩阵图像的数据。重建与重组重建(reconstruction)用原始数据经计算机运算而得到显示数据的过程称为重建。重组(recombination)用横断面数据经计算机运算得到冠状面或矢状面图像的过程，称为重组。空间分辨率概念：空间分辨率（SpatialResolution）是指CT影像中能显示的最小细节，通常用每厘米内的线对数（LP/cm）或者用可辨别最小物体的直径（mm）来表示。影响因素：探测器间距重建矩阵采集野、显示野大小象素的大小采样频率重建算法，等。密度分辨率概念：密度分辨率（DensityResolution）是指CT能分辨组织结构的最小密度差的能力，以百分数（%）来表示。CT的密度分辨力较普通X线高10~20倍。影响因素：噪声被显示物体的大小CT值概念：CT值（CTvalue）是X线吸收系数的函数。ＣＴ计算公式：CT值=Κ(μ-μ水)/μ水。式中K为常数，K=1000，μ水代表水的吸收系数，为μ水=1，μ为组织的吸收系数，CT值的单位是HU(hounsfieldunit)。可以看出，μ值越高，CT值就越高，代表组织吸收X线量越多，即组织密度越高；反之亦然。窗宽与窗位窗宽（windowwidth）窗宽（windowwidth）是指荧屏图像上所包括16个灰阶的CT值范围。大于CT值上限的组织在图像上呈全白色，低于下限的组织则呈全黑色。窗位（windowlevel）即窗宽上限、下限的平均值，也叫窗平、窗中心。窗位的设定要依据观察目标而定。CT值、窗宽与窗位部分容积效应部分容积效应（partialvolumeeffect）：在同一扫描层面内含有两种以上不同密度的物质时，其所测CT值是它们的平均值，因而不能如实反映其中任何一种物质的CT值，这种现象为部分容积效应或称部分容积现象（partialvolumephenomenon）。伪影概念：伪影（Artifact）是指在被扫描物体中并不存在而图像中却显示出来的各种不同类型的影像。伪影影响图像质量，在诊断时应予注意。类型一类与病人有关，一类与CT机性能有关。病人不自主运动，如呼吸、心跳可形成伪影。病人在检查时不合作，躁动可产生伪影。另外，病人体内高密度结构和异物亦可形成伪影，如岩骨、金属假牙、钢钉等。另一类伪影由CT设备故障引起，有条纹状伪影，环形伪影等。噪声概念：同一结构或组织的CT值在平均值上下随机分布，这种随机涨落就叫噪声（noise）。噪声与图像质量呈负相关。噪声与辐射剂量呈反比。噪声的影响因素：探测器接受的光子数量管电流探测器的转换率重建算法等。CT检查方法与临床应用检查前准备CT扫描方法临床应用CT检查方法与临床应用——检查前准备病员准备去除金属物品解释工作肠道准备对比剂敏试不合作患者及重危患者的准备：医生准备核对受检者信息。阅读申请单，了解病情、明确检查部位和检查目的根据检查部位及诊断要求，确定扫描范围、设计扫描程序及扫描方法。病例分析1：请分析、诊断右下肺周围型肺癌伴纵膈淋巴结转移？右下肺中央型肺癌伴纵膈淋巴结转移？下一步怎么办？手术？化疗？放疗？介入治疗？都错了！病人弄错啦！真实情况有何启示？核对患者信息非常重要！CT检查方法与临床应用——扫描方法普通扫描特殊扫描薄层扫描重叠扫描间断扫描高分辨率扫描靶扫描增强扫描常规增强扫描动态增强扫描两快一长增强扫描延迟增强扫描螺旋CT双期、三期扫描造影CT扫描：椎管造影扫描CT灌注成像普通扫描（平扫）概念：普通扫描是指静脉内不注射碘对比剂的CT扫描技术，又称平扫（plainscan）。是增强扫描的基础。要点：注意正常组织、器官及病理组织的CT特点：高密度：骨骼、钙化；金属异物、血肿、结石。中等密度：软组织、实质脏器、脑实质；多数肿瘤、炎性肿块。低密度：空气、脂肪、液体；水肿、液化、坏死。混杂密度：特殊扫描特殊扫描高分辨率扫描（highresolutionCT,HRCT）：是指获得良好空间分辨率图像的扫描技术。要求：薄层、高分辨率算法、加大曝光量。目的：提高空间分辨率。靶扫描：其他：薄层扫描、重叠扫描、间断扫描要点：根据诊断要求的不同，合理选择特殊扫描。增强扫描概念：增强扫描（contrastenhancementscan）指经静脉快速注射碘对比剂后再进行扫描的检查方法。目的：增加组织与病变的密度差、提高病变的检出率及诊断准确性；显示血管病变。要点：注意组织、器官、病变的强化程度、强化方式。类型：常规增强扫描动态增强扫描两快一长增强扫描延迟增强扫描螺旋CT双期、三期扫描增强扫描讨论——为什么要增强扫描？讨论——为什么要三期增强扫描？讨论——心、血管病变为什么必需增强扫描？CT检查方法与临床应用——CT的后处理功能多平面重组（MPR）：冠状面、矢状面、斜面、曲面多平面容积重建（MPVR）：最大密度投影（MIP），最小密度投影（MinIP）容积再现（VR）：血管造影CTA和骨成像仿真内窥镜技术（VE）CT灌注成像CT的后处理功能CT检查的临床应用适应症：外伤感染性病变血管性病变肿瘤及肿瘤样病变先天性发育异常退变性疾患治疗后随访复查，等。CT诊断方法了解CT检查方法和CT图像信息全面、系统地观察CT图像熟悉正常CT解剖寻找病变，分析异常影像结合临床资料，综合诊断：定位诊断。定性诊断。定量诊断。定期。CT诊断报告书写规范CT诊断报告书写的基本要求：认真细致观察CT影像，全面系统地描述；书写整洁