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中文名计算机体层摄影
外文名Computed Tomography
其他名称CT机
成像原理人体不同组织对X射线的吸收与透过率不同
发现时间1963年
主要应用医学检查、工业检测、安保检测
目录
1 成像原理2 发展历史3 设备组成4 相关参数▪ CT值▪ 分辨率
▪ 层厚与层距▪ 部分容积效应▪ 窗宽与窗位▪ 视场▪ 管电流、管电流量▪ 矩阵▪ 噪声
▪ 信噪比5 扫描方式▪ 平扫▪ 增强扫描▪ 造影扫描6 图像特点7 优势缺点
▪ 优势▪ 缺点8 核磁共振9 主要用途成像原理 图1 CT原理
CT是用X射线束对人体某部位一定厚度的层面进行扫描由探测器接收透过该层面的X射线转变为可见光后由光电转换变为电信号再经模拟/数字转换器analog/digital converter转为数字信号输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体称之为体素voxel。 [1]
扫描所得信息经计算而获得每个体素的X射线衰减系数或吸收系数再排列成矩阵即数字矩阵digital matrix数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器digital/analog converter把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块即像素pixel并按矩阵排列即构成CT图像。所以CT图像是重建图像。每个体素的X射线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。 [1]
CT的工作程序是这样的它根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量然后将测量所获取的数据输入电子计算机电子计算机对数据进行处理后就可摄下人体被检查部位的断面或立体的图像发现体内任何部位的细小病变。 [1] 发展历史 图2CT机
自从X射线发现后医学上就开始用它来探测人体疾病。但是由于人体内有些器官对X线的吸收差别极小因此X射线对那些前后重叠的组织的病变就难以发现。于是美国与英国的科学家开始了寻找一种新的东西来弥补用X线技术检查人体病变的不足。 [1]
1963年美国物理学家科马克发现人体不同的组织对X线的透过率有所不同在研究中还得出了一些有关的计算公式这些公式为后来CT的应用奠定了理论基础。 [1]
1967年英国电子工程师亨斯菲尔德(Hounsfield)在并不知道科马克研究成果的情况下也开始了研制一种新技术的工作。首先研究了模式的识别然后制作了一台能加强X射线放射源的简单的扫描装置即后来的CT用于对人的头部进行实验性扫描测量。后来他又用这种装置去测量全身获得了同样的效果。 [1]
1971年9月亨斯菲尔德又与一位神经放射学家合作在伦敦郊外一家医院安装了他设计制造的这种装置开始了头部检查。10月4日医院用它检查了第一个病人。患者在完全清醒的情况下朝天仰卧X线管装在患者的上方绕检查部位转动同时在患者下方装一计数器使人体各部位对X线吸收的多少反映在计数器上再经过电子计算机的处理使人体各部位的图像从荧屏上显示出来。这次试验非常成功。 [1]
1972年第一台 CT诞生仅用于颅脑检查4月亨斯菲尔德在英国放射学年会上首次公布了这一结果正式宣告了CT的诞生。 [1]
1974年制成全身CT检查范围扩大到胸、腹、脊柱及四肢。 [1]
第一代CT机采取旋转 /平移方式rotate/translate mode)进行扫描和收集信息。由于采用笔形X线束和只有 1~ 2个探测器所采数据少所需时间长图像质量差。 [1]
第二代CT机扫描方式跟上一代没有变化只是将X线束改为扇形探测器增至30个扩大了扫描范围增加了采集数据的能力图像质量有所提高但仍不能避免因患者生理运动所引起的伪影 (Artifact)。 [1]
第三代CT机的控测器激增至300~ 800个并与相对的X线管只作旋转运动rotate/rotate mode收集更多的数据扫描时间在 5s以内伪影大为减少图像质量明显提高。 [1]
第四代CT机控测器增加到1000~ 2400个并环状排列而固定不动只有X线管围绕患者旋转即旋转/固定式 (rotate/stationary mode)扫描速度快图像质量高。 [1]
第五代CT机将扫描时间缩短到50 ms解决了心脏扫描是一个电子枪产生的电子束electron beam射向一个环形钨靶环形排列的探测器收集信息。推出的64层CT仅用0.33 s即可获得病人的身体64层的图像空间分辨率小于0.4 mm提高了图像质量尤其是对搏动的心脏进行的成像。 [1] 设备组成
CT设备主要有以下三部分 扫描部分由X线管、探测器和扫描架组成 [2] 计算机系统将扫描收集到的信息数据进行贮存运算 [2] 图像显示和存储系统将经计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。 [2] 图册1 CT设备及成像(11张)
从提出到应用CT设备也在不断的发展。探测器从原始的1个发展到多达4800个扫描方式也从平移/旋转、旋转/旋转、旋转/固定发展到新近开发的螺旋CT扫描spiral CT scan。计算机容量大、运算快可实现立即重建图像。由于扫描时间短可避免运动产生的伪影例如呼吸运动的干扰可提高图像质量层面是连续的所以不致于漏掉病变而且可行三维重建注射造影剂作血管造影可得CT血管造影Ct angiographyCTA。 [2]
超高速CT扫描所用扫描方式与前者完全不同。扫描时间可短到40 ms以下每秒可获得多帧图像。由于扫描时间很短可摄得电影图像能避免运动所造成的伪影因此适用于心血管造影检查以及小儿和急性创伤等不能很好合作的患者检查。 [2] 相关参数 CT值
某物质的CT值等于该物质的衰减系数与水的吸收系数之差再与水的衰减系数相比之后乘以分度因素。物质的CT值反映物质的密度即物质的CT值越高相当于物质密度越高。
即CT值α×μm-μw/μw
α为分度因数其取值为1000时CT值的单位为亨氏单位Hu。
人体内不同的组织具有不同的衰减系数因而其CT值也各不相同。按照CT值的高低分别为骨组织软组织脂肪水气体水的CT值为0 Hu左右。 [3] 分辨率
CT设备的分辨率主要分为空间分辨率、密度分辨率、时间分辨率三种前者指影像中能够分辨的最小细节中者指能显示的最小密度差别后者指机体活动的最短时间间距。 [3] 层厚与层距
前者指扫描层的厚度后者指两层中心之间的距离。 [3] 部分容积效应
由于每层具有一定的厚度在此厚度内可能包括密度不同的组织因此每一像素的CT值实际所代表的是单位体积内各种组织的CT值的平均数故不能反映该组织的真实CT值。 [3] 窗宽与窗位
由于正常或异常的组织具有不同的CT值范围波动在10001000 Hu范围内而人类眼睛的分辨能力相对有限因此欲显示某一组织结构的细节时应选择适合观察该组织或病变的窗宽以及窗位以获得最佳的显示。 [3] 视场
视场FOV分为扫描野SFOV和显示野DFOV两种扫描野是X线扫描时的范围显示野是数据重建形成的图像范围扫描野大于显示野。 管电流、管电流量
即管电流、管电流量KV、mAs决定X线的硬度和光子数量的两种参数增大KV值可以使X线的穿透力增加增大mAs则增加辐射量所以面对不同年龄不同体型的病人时需要选择对应的检查选项。 矩阵
CT矩阵用于重建图像有256 x 256512 x 512等几种常用的是512 x 512矩阵。 噪声
一个均匀物体被扫描在一个确定的ROI感兴趣区范围内每个像素的CT值并不相同而是围绕一个平均值波动CT值的变化就是噪音。轴向断层图像的CT值呈现一定的涨落。即是说CT值仅仅作为一个平均值来看它可能有上下的偏差此偏差即为噪音。噪音是由辐射强度来决定的。也即是由达到探测器的X-Ray量子数来决定的。强度越大噪音越低。图像噪音依赖探测器表面之光子通量的大小。它取决于X线管的管电压管电流予过滤及准直器孔径等。重建算法也影响噪音。 [4] 信噪比
即信噪比SNR信号与招噪声的比值适当减少噪声能使图像变得更佳。 扫描方式
CT的扫描方式分为分平扫plain CT scan、造影增强扫描contrast enhancement,CE和造影扫描三种。 [4] 平扫
平扫是指不用造影增强或造影的普通扫描一般CT检查都是先作平扫。 增强扫描
增强扫描是指用高压注射器经静脉注入水溶性有机碘剂如60%76%泛影葡胺60ml后再行扫描的方法。血内碘浓度增高后器官与病变内碘的浓度可产生差别形成密度差可能使病变显影更为清楚。方法分主要有团注法和静滴法。 [4] 造影扫描
造影扫描是先作器官或结构的造影然后再行扫描的方法。例如向脑池内注入碘曲仑810 ml或注入空气46 ml进行脑池造影再行扫描称之为脑池造影CT扫描可清楚显示脑池及其中的小肿瘤。 [4] 图像特点
图3 腹部CT图像
CT图像是由一定数目由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。不同CT装置所得图像的像素大小及数目不同。大小可以是1.0 × 1.0 mm0.5 × 0.5 mm不等数目可以是256 × 256即65536个或512 × 512即262144个不等。显然像素越小数目越多构成图像越细致即空间分辨力spatial resolution高。CT图像的空间分辨力不如X线图像高。 [1]
CT图像是以不同的灰度来表示反映器官和组织对X线的吸收程度。因此与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含气体多的肺部白影表示高吸收区即高密度区如骨骼。但是CT与X线图像相比CT的密度分辨力高即有高的密度分辨力density resolution。因此人体软组织的密度差别虽小吸收系数虽多接近于水也能形成对比而成像。这是CT的突出优点。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、胰以及盆部器官等并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。 [1]
X线图像可反映正常与病变组织的密度如高密度和低密度但没有量的概念。CT图像不仅以不同灰度显示其密度的高低还可用组织对X线的吸收系数说明其密度高低的程度具有一个量的概念。实际工作中不用吸收系数而换算成CT值用CT值说明密度单位为HuHounsfield unit。 [1]
水的吸收系数为10CT值定为0 Hu人体中密度最高的骨皮质吸收系数最高CT值定为1000 Hu而空气密度最低定为-1000 Hu。人体中密度不同和各种组织的CT值则居于-1000 Hu到1000 Hu的2000个分度之间。 [1]
CT图像是层面图像常用的是横断面。为了显示整个器官需要多个连续的层面图像。通过CT设备上图像的重建程序的使用还可重建冠状面和矢状面的层面图像可以多角度查看器官和病变的关系。 [1] 优势缺点 优势
CT诊断由于它的特殊诊断价值已广泛应用于临床。 [1] 而且随着工艺水平、计算机技术的发展CT得到了飞速的发展。多排螺旋CT投入实用的机型已经发展到了320排同时各个厂家也在研究更先进的平板CT。CT与PET相结合的产物PET/CT在临床上得到普遍运用特别是在肿瘤的诊断上更是具有很高的应用价值。 [3] 缺点
CT设备比较昂贵检查费用偏高某些部位的检查诊断价值尤其是定性诊断还有一定限度所以不宜将CT检查视为常规诊断手段应在了解其优势的基础上合理的选择应用。此外CT诊断辐射剂量较普通X线机大故怀孕妇女不宜进行CT检查。 [1] 核磁共振
计算机断层扫描CT能在一个横断解剖平面上准确地探测各种不同组织间密度的微小差别是观察骨关节及软组织病变的一种较理想的检查方式。在关节炎的诊断上主要用于检查脊柱特别是骶髂关节。CT优于传统X线检查之处在于其密度分辨率高而且还能做轴位成像。由于CT的密度分辨率高所以软组织、骨与关节都能显得很清楚。加上CT可以做轴位扫描一些传统X线影像上分辨较困难的关节都能CT图像上“原形毕露”。如由于骶髂关节的关节面生来就倾斜和弯曲同时还有其他组织之重叠尽管大多数病例的骶髂关节用x线片已可能达到要求但有时X线检查发现骶髂关节炎比较困难则对有问题的病人就可做CT检查。 [3]
磁共振成像MRI)是根据在强磁场中放射波和氢核的相互作用而获得的。磁共振一问世很快就成为在对许多疾病诊断方面有用的成像工具包括骨骼肌肉系统。肌肉骨骼系统最适于做磁共振成像因为它的组织密度对比范围大。在骨、关节与软组织病变的诊断方面磁共振成像由于具有多于CT数倍的成像参数和高度的软组织分辨率使其对软组织的对比度明显高于CT。磁共振成像通过它多向平面成像的功能应用高分辨的表面线圈可明显提高各关节部位的成像质量使神经、肌腱、韧带、血管、软骨等其他影像检查所不能分辨的细微结果得以显示。磁共振成像在骨关节系统的不足之处是对于骨与软组织病变定性诊断无特异性成像速度慢在检查过程中。病人自主或不自主的活动可引起运动伪影影响诊断。 [3]
X线摄片、CT、磁共振成像可称为三驾马车三者有机地结合使当前影像学检查既扩大了检查范围又提高了诊断水平。 [3] 主要用途
医学检查
CT检查对中枢神经系统疾病的诊断价值较高应用普遍。对颅内肿瘤、脓肿与肉芽肿、寄生虫病、外伤性血肿与脑损伤、脑梗塞与脑出血以及椎管内肿瘤与椎间盘脱出等病诊断效果好诊断较为可靠。因此脑的X线造影除脑血管造影仍用以诊断颅内动脉瘤、血管发育异常和脑血管闭塞以及了解脑瘤的供血动脉以外其他如气脑、脑室造影等均已少用。螺旋CT扫描可以获得比较精细和清晰的血管重建图像即CTA而且可以做到三维实时显示有希望取代常规的脑血管造影。 [3]
CT对头颈部疾病的诊断也很有价值。例如对眶内占位病变、鼻窦早期癌、中耳小胆脂瘤、听骨破坏与脱位、内耳骨迷路的轻微破坏、耳先天发育异常以及鼻咽癌的早期发现等。但明显病变X线平片已可确诊者则无需CT检查。 [3]
对胸部疾病的诊断CT检查随着高分辨力CT的应用日益显示出它的优越性。通常采用造影增强扫描以明确纵隔和肺门有无肿块或淋巴结增大、支气管有无狭窄或阻塞对原发和转移性纵隔肿瘤、淋巴结结核、中心型肺癌等的诊断有较大的帮助。肺内间质、实质性病变也可以得到较好的显示。CT对平片检查较难显示的部分例如同心、大血管重叠病变的显圾更具有优越性。对胸膜、膈、胸壁病变也可清楚显示。 [3]
心及大血管的CT检查尤其是后者具有重要意义。心脏方面主要是心包病变的诊断。心腔及心壁的显示。由于扫描时间一般长于心动周期影响图像的清晰度诊断价值有限。但冠状动脉和心瓣膜的钙化、大血管壁的钙化及动脉瘤改变等CT检查可以很好显示。 [3]
腹部及盆部疾病的CT检查应用日益广泛主要用于肝、胆、胰、脾腹膜腔及腹膜后间隙以及泌尿和生殖系统的疾病诊断。尤其是占位性病变、炎症性和外伤性病变等。胃肠病变向腔外侵犯以及邻近和远处转移等CT检查也有很大价值。当然胃肠管腔内病变情况主要仍依赖于钡剂造影和内镜检查及病理活检。 [3]
工业检测
现代工业的发展使得CT在无损检测和逆向工程中发挥重大的作用。
采用工业CT对产品进行无损检测的结果表明工业CT技术对气孔、夹杂、针孔、缩孔、分层等各种常见缺陷具有很高的探测灵敏度并能精确地测定这些缺陷的尺寸给出其在零件中的部位。与其他常规无损检测技术相比工业CT技术的空间和密度分辨率小于0.5%成像尺寸精度高不受工件材料种类和几何形状限制可生成材料缺陷的三维图像在工程陶瓷结构尺寸、材料均匀性、微孔率精确测量和整体微裂纹、夹杂物、气孔、异常大晶粒等缺陷检测中极具研究和应用价值。 [5]
安保检测
除了医学及工业应用CT设备还可应用于安保、航空运输、港湾运输、大型货物集装箱案件装置等的检测中。
