CT成像的基本原理

1、 CT成像的基本原理 佛山中醫(yī)院醫(yī)療設(shè)備科 (2003-12-6) 一、CT（Computed Tomography）電子計(jì)算機(jī)體層掃描概述 電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之后，給人們的工作生活帶來了極大的便利，同時(shí)為了減少人為失誤，很多東西都采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確控制，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更不例外。CT的產(chǎn)生是醫(yī)學(xué)影像學(xué)劃時(shí)代的進(jìn)展，其實(shí)用價(jià)值已為中外醫(yī)學(xué)界所共識(shí)。自從1972年頭部CT正式應(yīng)用于臨床，1976年發(fā)展了體部CT后，我國也在70年代末引 進(jìn)了這一新技術(shù)。在短短的二十年里，全國各地乃至縣鎮(zhèn)級(jí)醫(yī)院共安裝了各種型號(hào)的CT數(shù)以千臺(tái)，CT檢查在全國范圍內(nèi)迅速地展開，成為醫(yī)學(xué)診斷不可或缺的設(shè)備。 隨著微電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)

2、技術(shù)的飛速發(fā)展，CT機(jī)產(chǎn)品日新月異，每隔三至五年便推出一種更新的產(chǎn)品。一般臨床所提及的CT，指的是以X光為放射源所建立的斷層圖像，稱為X光CT。事實(shí)上，任何足以造成影像，并以計(jì)算機(jī)建立斷層圖的系統(tǒng)，均可稱之為CT；因此除X光CT外，還有超聲波CT（UltrasonicCT），電阻抗CT（ElectricalImpedanceCT，EICT），單光子發(fā)射CT（SinglePhotonEmissionCT），以及核磁共振CT（MagneticResonantImagingCT，MRICT）等；超聲波CT與EICT尚屬發(fā)展階段。80年代初，人們按照探測(cè)器的構(gòu)造和掃描方式的不同，將CT機(jī)的發(fā)展分為第一

3、、二、三、四代，甚至有所謂的第五代CT。 二、CT結(jié)構(gòu)和原理 一部完整的CT系統(tǒng)主要包括掃描部分（包括線陣排列的電子輻射探測(cè)器、高熱容量調(diào)線球管、旋轉(zhuǎn)機(jī)架），快速計(jì)算機(jī)硬件和先進(jìn)的圖像重建、顯示、記錄與圖像處理系統(tǒng)及操作控制部分。CT系統(tǒng)及原理圖 CT是用X線束對(duì)人體的某一部分一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測(cè)器接收透過該層面的X線，所測(cè)得的信號(hào)經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC），轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而得到該層面的各個(gè)單位容積的X線吸收值即CT值，并排列成數(shù)字矩陣。這些數(shù)據(jù)信息可存儲(chǔ)于磁光盤或磁帶機(jī)中，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）后再形成模擬信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的一定變換處理后輸出至顯示設(shè)備上顯示出圖像

4、，因此又稱為橫斷面圖像。CT的特點(diǎn)是操作簡便，對(duì)病人來說無痛苦，其密度分辯率高，可直接顯示X線平片無法顯示的器官和病變，它在發(fā)現(xiàn)病變、確定病變的位置、大小、數(shù)目方面非常敏感而可靠，而在病理性質(zhì)的診斷上存在一定的限制。 CT與傳統(tǒng)X光攝影不同，在CT中使用的X光探測(cè)系統(tǒng)比攝影膠片敏感，一般使用氣體或晶體探測(cè)器，并利用計(jì)算機(jī)處理探測(cè)器所得到的資料。在這兩種檢查系統(tǒng)中都使用大致相同的方法產(chǎn)生X光。CT的特點(diǎn)在于它能區(qū)別差異極小的X光吸收值。與傳統(tǒng)X光攝影比較，CT能區(qū)分的密度范圍多達(dá)2000級(jí)以上，而傳統(tǒng)X光片大約只能區(qū)分20級(jí)密度。這種密度分辨率，不僅能區(qū)分脂肪與其它軟組織，也能分辨軟組織的密度等

5、級(jí)，例如能區(qū)分腦脊液（CSF）和腦組織及區(qū)分腫瘤與其周圍的正常組織。這種革命性技術(shù)顯著地改變了許多疾病尤其是顱內(nèi)病變的診斷方式。 在進(jìn)行CT檢查時(shí)，水平軸狀切面（Horizontal Axial Section）是目前最常應(yīng)用的斷層面。斷層層面的厚度與部位都可由檢查人員決定。常用的層面厚度在1.0至1Omm間，移動(dòng)病人通過檢查機(jī)架后，就能陸續(xù)獲得能組合成身體架構(gòu)的多張相接影像。利用較薄的切片能獲得較準(zhǔn)確的資料，但這時(shí)必須對(duì)某一體積的構(gòu)造進(jìn)行較多切片才行。 在每次曝光中所得到的資料由計(jì)算機(jī)重建形成影像。計(jì)算機(jī)會(huì)計(jì)算每個(gè)像素（Pixel）中的X光衰減（吸收）值（Attenuation Value）

6、。每個(gè)像素的直徑約為0.250.6mm，此數(shù)值依機(jī)器的解析度而定。每個(gè)像素都具有一定體積，其高度與所掃描的層面厚度一致，在計(jì)算機(jī)中所記錄的X光衰減值就代表該組織體積，亦即體積元素（Volume Element，簡稱體素Voxel）的平均值。計(jì)算機(jī)最后可將運(yùn)算所得到的影像顯示在顯示設(shè)備上，也可將其攝成膠片以作永久保存。此外，其基本資料也可以儲(chǔ)存在磁光盤或磁帶里。 CT的X光衰減值是一組隨意設(shè)定的刻度，以霍斯菲耳德氏單位（Hounsfield Unit）為其單位。其中將水的密度設(shè)定為O值，而空氣的密度為-1000單位、骨骼密度則是+1000單位（如附表）。 在顯示時(shí)所采用的密度范圍及平均值則可以在

7、計(jì)算機(jī)上操作控制。在一張影像中所見到的密度范圍稱為“窗寬”（Window Width），而密度平均值則稱為“窗位”（Window Level）或“窗中心”（Window Centre）。 人類肉眼只能分辨數(shù)種灰影（Shades of Grey）。在選取寬窗時(shí)，能見到所有結(jié)構(gòu)，但卻無法分辨微小的密度差異。在選取窄窗時(shí)，又只能分辨小范圍享氏單位的密度變化。這時(shí)整張影像中大部分不是全黑就是全白，由這些區(qū)域并不能獲得有用的診斷資料。 電子計(jì)算機(jī)產(chǎn)生之后，給人們的工作生活帶來了極大的便利，同時(shí)為了減少人為失誤，很多東西都采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行精確控制，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更不例外。CT的產(chǎn)生是醫(yī)學(xué)影像學(xué)劃時(shí)代的進(jìn)展，其實(shí)

8、用價(jià)值已為中外醫(yī)學(xué)界所共識(shí)。自從1972年頭部CT正式應(yīng)用于臨床，1976年發(fā)展了體部CT后，我國也在70年代末引 進(jìn)了這一新技術(shù)。在短短的二十年里，全國各地乃至縣鎮(zhèn)級(jí)醫(yī)院共安裝了各種型號(hào)的CT數(shù)以千臺(tái)，CT檢查在全國范圍內(nèi)迅速地展開，成為醫(yī)學(xué)診斷不可或缺的設(shè)備。 隨著微電子工業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，CT機(jī)產(chǎn)品日新月異，每隔三至五年便推出一種更新 的產(chǎn)品。一般臨床所提及的CT，指的是以X光為放射源所建立的斷層圖像，稱為X光CT。事實(shí)上，任何足以造成影像，并以計(jì)算機(jī)建立斷層圖的系統(tǒng)，均可稱之為CT；因此除X光CT外，還有超聲波CT（UltrasonicCT），電阻抗CT（ElectricalI

9、mpedanceCT，EICT），單光子發(fā)射CT（SinglePhotonEmissionCT），以及核磁共振CT（MagneticResonantImagingCT，MRICT）等；超聲波CT與EICT尚屬發(fā)展階段。80年代初，人們按照探測(cè)器的構(gòu)造和掃描方式的不同，將CT機(jī)的發(fā)展分為第一、二、三、四代，甚至有所謂的第五代CT。 一部完整的CT系統(tǒng)主要包括掃描部分（包括線陣排列的電子輻射探測(cè)器、高熱容量調(diào)線球管、旋轉(zhuǎn)機(jī)架），快速計(jì)算機(jī)硬件和先進(jìn)的圖像重建、顯示、記錄與圖像處理系統(tǒng)及操作控制部分。 CT是用X線束對(duì)人體的某一部分一定厚度的層面進(jìn)行掃描，由探測(cè)器接收透過該層面的X線，所測(cè)得的信號(hào)經(jīng)

10、過模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADC），轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息后由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，從而得到該層面的各個(gè)單位容積的X線吸收值即CT值，并排列成數(shù)字矩陣。這些數(shù)據(jù)信息可存儲(chǔ)于磁光盤或磁帶機(jī)中，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC）后再形成模擬信號(hào)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的一定變換處理后輸出至顯示設(shè)備上顯示出圖像，因此又稱為橫斷面圖像。CT的特點(diǎn)是操作簡便，對(duì)病人來說無痛苦，其密度分辯率高，可直接顯示X線平片無法顯示的器官和病變，它在發(fā)現(xiàn)病變、確定病變的位置、大小、數(shù)目方面非常敏感而可靠，而在病理性質(zhì)的診斷上存在一定的限制。 CT與傳統(tǒng)X光攝影不同，在CT中使用的X光探測(cè)系統(tǒng)比攝影膠片敏感，一般使用氣體或晶體探測(cè)器，并利用計(jì)算機(jī)處理探測(cè)器所得到的資料。

11、在這兩種檢查系統(tǒng)中都使用大致相同的方法產(chǎn)生X光。CT的特點(diǎn)在于它能區(qū)別差異極小的X光吸收值。與傳統(tǒng)X光攝影比較，CT能區(qū)分的密度范圍多達(dá)2000級(jí)以上，而傳統(tǒng)X光片大約只能區(qū)分20級(jí)密度。這種密度分辨率，不僅能區(qū)分脂肪與其它軟組織，也能分辨軟組織的密度等級(jí)，例如能區(qū)分腦脊液（CSF）和腦組織及區(qū)分腫瘤與其周圍的正常組織。這種革命性技術(shù)顯著地改變了許多疾病尤其是顱內(nèi)病變的診斷方式。 在進(jìn)行CT檢查時(shí)，水平軸狀切面（Horizontal Axial Section）是目前最常應(yīng)用的斷層面。斷層層面的厚度與部位都可由檢查人員決定。常用的層面厚度在1.0至1Omm間，移動(dòng)病人通過檢查機(jī)架后，就能陸續(xù)獲

12、得能組合成身體架構(gòu)的多張相接影像。利用較薄的切片能獲得較準(zhǔn)確的資料，但這時(shí)必須對(duì)某一體積的構(gòu)造進(jìn)行較多切片才行。 在每次曝光中所得到的資料由計(jì)算機(jī)重建形成影像。計(jì)算機(jī)會(huì)計(jì)算每個(gè)像素（Pixel）中的X光衰減（吸收）值（Attenuation Value）。每個(gè)像素的直徑約為0.250.6mm，此數(shù)值依機(jī)器的解析度而定。每個(gè)像素都具有一定體積，其高度與所掃描的層面厚度一致，在計(jì)算機(jī)中所記錄的X光衰減值就代表該組織體積，亦即體積元素（Volume Element，簡稱體素Voxel）的平均值。計(jì)算機(jī)最后可將運(yùn)算所得到的影像顯示在顯示設(shè)備上，也可將其攝成膠片以作永久保存。此外，其基本資料也可以儲(chǔ)存在磁光盤或磁帶里。 CT的X光衰減值是一組隨意設(shè)定的刻度，以霍斯菲耳德氏單位（Hounsfield Unit）為其單位。其中將水的密度設(shè)定為O值，而空氣的密度為-1000單位、骨骼密度則是+1000單位（如附表）。 在顯示時(shí)所采用的密度范圍及平均值則可以在計(jì)算機(jī)上操作控制。在一張影像中所見到