搜索
医学影像技术学－CT计算机体层摄影（CT）ComputedTomographyCT概述1969年HOUNSFIELD设计成计算机横断体层成像装置。经神经放射诊断学家Ambrose应用于临床，取得极为满意的诊断效果。它使脑组织和脑室及病变本身显影，获得颅脑的横断面图像。此种检查方法称之为计算机体层成像，这一成果于1972年英国放射学会学术会议上发表，1973年在英国放射学杂志上报道。这种图质好、诊断价值高而无创伤、无痛苦、无危险的诊断方法是放射诊断领域的重大突破，促进医学影象诊断学的发展。由于对医学上的重大贡献，HOUNSFIELD获得了1979年的诺贝尔医学生物学奖。这种检查方法开始只能用于头部，1974年LEDLEY设计成全身CT装置，使之可以对全身各个解剖部位进行检查。此后，CT装置在设计上有了很大发展。CT概述CT图像特点•X线影像是把具有三维的立体解剖结构摄成二维的平面图像，影像相互重叠，相邻的器官或组织之间对X线的吸收差别小，不能形成对比而构成图像。•体层摄影：可以解决影像重叠问题。•造影检查：可使普通X线检查不能显示的器官显影。•影像的分辨力不高，特别是由软组织构成的器官仍不能显影。各代CT机的特点一、第一代CTX线球管为固定阳极，发射X线为直线笔形束，一个探测器，采用直线和旋转扫描相结合，即直线扫描后，旋转1度，再行直线扫描，旋转180°完成一层面扫描，扫描时间3~6分钟。矩阵象素256×256或320×320。仅用于颅脑检查。二、第二代CT与第一代无质的区别，仅由小角度（3°~30°）扇形X线束替代了直线笔形束，探测器增至几十个，扫描时间缩至10秒到1.5分钟，矩阵象素与第一代CT机相同，可用于颅脑和腹部。各代CT机的特点三、第三代CTX三线球管为旋转阳极。发射X线为扇形束，角度较大达30°~45°度，探测器多达几百个，只做旋转扫描，扫描时间为2.4~10秒，矩阵象素除256×256和320×320外，还有512×512。适用全身各部位。四、第四代CT与第三代无质的区别，探测器多达1000余个，固定安装在扫描机架四周，仅X线球管绕患者旋转，扫描时间进一步缩短至1~5秒。五、第五代CT为最新发展的电影扫描CT(cineCTscanner)，在扫描速度上有飞跃发展，采用电子枪结构，使每次扫描时间缩短至50毫秒，大大有利于心脏CT扫描。各代CT机的特点普通CT与螺旋CT的比较常规CT间隔式扫描螺旋CT：连续容积扫描，轨迹呈螺旋形CT成像系统的组成（一）硬件系统1．扫描机架:X线管、准直器、探测器等，机架可倾斜。2．X线管:大容量、旋转阳极X线管，“飞焦点”。3．准直器:决定扫描层厚、减少散射线以提高图像质量、降低被检者的辐射剂量。4．楔形滤过器:滤掉低能射线，提高X线束的平均能量。5．探测器:接受穿透人体的剩余射线，将其变为电信号。稀土陶瓷探测器，多排探测器。6．模/数转换器（A/D）7．高压发生器:8．计算机系统:9．扫描检查床:螺旋CT对床移动的精度要求很高。10．辅助设备:电源系统、照相机、工作站CT成像系统的组成（二）软件系统CT机的软件平台多采用专用操作系统、Unix、Linux等操作系统。1．基本功能软件完成扫描、图像处理、图像存储、照相等常规工作的软件。2．特殊功能软件包括故障诊断软件、特殊扫描软件（如动态扫描、快速连续扫描、高分辨率扫描等）、图像特殊处理软件（如三维表面重建、模拟内窥镜等）、定量分析软件等。CT基本结构扫描部分：x线管、探测器和扫描架，计算机系统：将扫描收集到的信息数据进行储存和运算，图像显示和存储系统：经计算机处理，重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光相机将图像摄下。DetectorTube扫描方式第五代CT机属于快速扫描，X线源用电子枪有四条阳极靶环，电子束由阳极飞向阳极靶环撞击后，产生X线。电子束沿Z轴前后移动，使扫描时间缩短到50毫秒。检查心脏消除了运动伪影。CT的工作原理CT的成像原理CT是以X线束对人体某部一定厚度的层面进行横断扫描；探测器接受该层面X线的衰减信号，经光电转换器转变为电信号，经模/数转换器，输入计算机进行处理。经计算机重建程序，排列成矩阵，经数/模转换器，在显示器上重建出CT图像。CT的成像原理CT成像原理沿着x射线束通过的路径上，物质的密度和组成等都是不均匀的。将目标分割成许多像素，每个像素的长度为w，w应足够小，使得每一个小单元均可假定为单质均匀密度体，因而每个小单元衰减系数可以假定为常值。设第一个单元入射的X线强度为I0时，第一单元的I1=I0e-μ1W（μ1为第一单元的衰减系数）CT成像原理•为了建立CT图象，就必须求出每个小单元的衰减系数。•因此μ1+μ2+μ3+……μn=1/w（In）I0/In就是建立CT图象的基本方程。•n个未知的衰减系数不可能由一次穿射二获得，因为一个方程式不可能解出多个未知数。•从不同方向进行多次的穿射，就可以收集足够多的数据，从而建立起足够数量的方程式。如果把断面等分成256×256个单元，X线在每个角度上投影256次，这样每一角度上可建立256×256个方程式，求得256×256单元所对应的衰减系数。然后电子计算机求解这些方程式，从而得出每一小单元的衰减系数。CT成像原理CT成像原理以第一代日本的CT-H2头颅CT扫描机为例，每次直线扫描可得256个信息，旋转1800，作180次扫描，可得46080个信息。因此，像素越小，探测器数目越多，计算机所测出的衰减系数就越多越精确，从而可以建立清晰的图像，以满足医学诊断上的需要。X线束对人体某部一定厚度的层面扫描，由探测器接收被该层面部分吸收的剩余X线；探测器将接收到的各方向不同强度的X线信号由光电转换器转变为电信号，再经模/数转换器转变为数字信号，传送到计算机的数据采集系统；计算机将采集的各方向的数字信息经运算处理，得出扫描层面各点的数字（扫描所得信息经过计算而获得体素的X线衰减系数），排列成数字矩阵，数字矩阵可存储于硬盘或光盘中，再经数/模转换器将数字矩阵中的每个数字转化为由黑到白不同灰度的小方块，按矩阵排列，即构成CT图像，最后调节窗宽、窗位，经显示器或照相机输出，用于临床诊断。CT成像原理（总结）CT图像CT图像是由一定数目的由黑到白不同灰度小方块（像素）按矩阵排列所构成的。这些小方块是反映相应单位容积的吸收系数。CT图像上的黑色表示低吸收区，既低密度区，如脑室；白色表示高吸收区，即高密度区，如颅骨。CT图像能分辨吸收系数只有0.1%~0.5%的差异。CT图像特点CT图像是是横断面断层图像，也是计算机重建图像，是由一定数目从黑到白不同灰度的像素按矩阵排列所构成。这些像素反映的是相应体素的X线吸收系数。CT图像特点CT图像可以用不同的灰度来表示，以反映器官和组织对X线的吸收程度。因此，CT图像与X线图像所示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如脑室、肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。CT图像特点CT图像的空间分辨力不如X线图像高，因此目前CT检查尚不能完全代替X线检查。但是，CT图像的密度分辨力比X线图像高，因此，人体软组织的密度差别虽然很小，吸收系数多接近于水，也能形成对比而成像。所以，CT可以更好地显示由软组织构成的器官，如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆腔器官等，这是CT的最大优点。脑CT图像常用概念--CT值计算机以X线扫描所得的信息，计算出每个单位容积的衰减系数μ值。这个μ值在换算成CT值。CT值的计算公式如下：CT值=（μm－μw／μw）×αα系分度因数。现在用亨氏单位（H），为1000。常用概念--CT值CT值（CTnumber）CT扫描中X线衰减系数的单位，用于表示CT影像中组织结构的线性衰减系数(吸收系数)的相对值。简言之：物体对水的相对吸收值定义为CT值。CT值用亨氏单位（Hounsfieldunit）表示，简写为HU。常用概念--CT值人体内不同密度的组织CT值均介于2000个分度之间，如果CT图像用2000个灰阶来表示，其图像层次将非常丰富。但人眼一般仅能分辨出16个灰阶，若将2000个分度划分为16个灰阶，则每个灰阶的CT值为125（2000/16）Hu，即相邻两个组织间CT值相差125Hu时，人眼才能分辨。为了能观察到CT机所具有的较高的密度分辨力，引进了窗宽和窗位。常用概念--窗口技术窗口技术是CT检查中用以观察不同密度的正常组织结构或病变组织的一种显示技术，包括窗宽（windowwidth）和窗位(windowlevel)。由于各种组织结构或病变的CT值各不相同，因此，欲显示某一组织结构细节时，应当选择合适的窗宽和窗位来显示该组织结构或病变，以获得最佳的图像。常用概念--窗口技术窗宽(windowwidth)：就是显示图象上所包括的１６个灰阶Ｃ值的范围。在此CT值范围内的组织和病变均以不同的模拟的灰度显示。数字成像方式的图像显示中，根据人眼视觉分辨力的需要，对兴趣结构所占据的灰阶范围作选择性显示的技术。窗位(windowlevel)又称窗中心，是指CT图象上黑白刻度中心点CT值范围。数字成像方式的图像显示中；以某一灰阶为中心点，选择性显示该中心上、下一定范围内的灰阶，该中心点即为窗位。同样的窗宽，由于窗位不同，其所包括CT值范围的CT值也有差异。常用概念--窗口技术举例：要观察脑实质，窗宽常为100Hu，窗位为＋40Hu，实际观察的CT值范围为-10Hu～＋90Hu，即密度在-10Hu～＋90Hu范围内的各种结构如脑实质和脑室系统等均以不同的灰度显示出来；而高于＋90Hu的组织结构如骨组织及颅内钙化等均以白影显示，无灰度差别；而低于-10Hu的组织结构如皮下脂肪、乳突气房及颅内积气等均以黑影显示，其间也无灰度差别。若窗宽保持100Hu不变时，若窗位为0Hu时，其CT值范围则为-50Hu～＋50Hu；若窗位改为50Hu，则其CT值范围为0Hu～＋100Hu。常用概念--窗口技术CT检查中窗口技术的应用,窗宽和窗位的选择，关系到组织结构细节的显示，一般根据所要显示的组织结构CT值的变化范围来确定恰当的窗宽和窗位，尤其当正常组织与病变组织间密度差别较小时，必须使用窄窗宽才能显示病变。加大窗宽，图像层次增多，组织对比减少，细节显示差；缩小窗宽，图像层次减少，组织对比增加。因此，必须选择合适的窗宽和窗位，相互协调，才能获得既有一定层次，又有良好对比的图像。常用概念--窗口技术窗位和窗宽(windowlevelandwindowwidth)密度分辨力（低对比度分辨力）当某一物体与其周围介质的X线吸收差异较小时，CT装置对该物体的影像识别能力。一般认为当对比度小于1%时为低对比度，即物体与周围介质的CT值差值在10以内。在X线源总能量不变的条件下，像素小、数目多、图象清晰，空间分辨率提高，单位容积的光子减少。密度分辨率降低。常用概念--窗口技术空间分辨力（高对比分辨力）是指对于物体空间大小（几何尺寸）的鉴别能力。CT图象的空间分辨力指某一物体与其周围介质的X线吸收差异较大时，CT装置对该物体影像识别能力。数字图象的空间分辨力是由像素的大小（尺寸）决定的。像素大小=视野大小/矩阵大小常用概念--窗口技术常用概念--部分容积效应矩阵图象重的像素代表的是一个体积，即像素面积×层厚，此体积内可能含有各种组织。因此，每一像素的CT值，代表单位体积的各种组织的平均CT值，因而这种CT值所代表的组织密度可能不存在。如骨骼与空气加在一起类似肌肉。常用概念--部分容积效应在同一扫描层面内有含有两种以上不同密度横行走行而又相互重叠的组织时，所测得的CT值不能如实反映其中任何一种组织的真实CT值，而是这些组织的平均CT值，这种现象称为部分容积效应（partialvolumeeffect）或部分容积现象(partialvolumephenomenon)。常用概念--部分容积效应部分容积效应与CT扫描层厚和被检组织周围的密度有明显关系。对于小于层厚的小病变CT虽可显影，但所测得的CT值并不能真实反映该病变组