CT成像的基本原理..doc

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)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(lái)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(guó)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(guó)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(guó)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)

2、算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，CT機(jī)產(chǎn)品日新月異，每隔三至五年便推岀一種更新的產(chǎn)品。一般臨床所提及的，指的是以X光為放射源所建立CT的斷層圖像，稱為X光 。事實(shí)上，任何足以造成影像，并以計(jì)算機(jī)建立斷層CT圖的系統(tǒng)，均可稱之為；因此除X光CT外，還有超聲波(UltrasonicCT) ，CTCT電阻抗CT ( ElectricallmpedanceCT， EICT ) ， 單光子發(fā)射CT( SinglePhotonEmissionCT) ，以及核磁共振CT ( MagneticResonantImagingCT ，) 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MRI

3、CT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。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(guò)該層面的 X線，所測(cè)得的信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換（ADQ,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(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換（DAC后再形成模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的一定變換

4、處理后輸岀至顯示設(shè)備上顯示岀圖像，因此又稱為橫斷面圖像。CT的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，對(duì)病人來(lái)說(shuō)無(wú)痛苦，其密度分辯率高，可直接顯示X 線平片無(wú)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

5、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 10mm間，移動(dòng)病人通過(guò)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)

6、中的 X 光衰減 ( 吸收 ) 值(Attenuation Value) 。每個(gè)像素的直徑約為 0.25 ? 0.6mm,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(jiǎn)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( Hou nsfield Un it)為其單位。其中將水的密度設(shè)定為O值，而空氣的密

7、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(wú)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(lái)了極

8、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(guó)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(guó)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(guó)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，每隔三至五年便推岀一種更新的產(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，

9、并以計(jì)算機(jī)建立斷層圖的系統(tǒng)，均可稱之為; 因此除X光CT外，還CT有超聲波 CT( Ultras on icCT) ，電阻抗 CT(Electricallmpeda nceCT， EICT) ，單光子發(fā)射CT( SinglePhotonEmissionCT) ，以及核磁共振CT( MagneticResonantlmagingCT， 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CTo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)

10、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(guò)該層面的X 線，所測(cè)得的信號(hào)經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換(，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ADC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(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換(后再形成模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)的一定變換處理后輸岀至顯示設(shè)備上顯示岀圖像，因此又稱為橫斷面圖像。CTDAC的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，對(duì)病人來(lái)說(shuō)無(wú)痛苦，其密度分辯率高，可直接顯示 X 線平片無(wú)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

11、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級(jí)，例如能區(qū)分腦脊液() 和腦組織及區(qū)分腫瘤與CSF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

12、。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至間，移動(dòng)病人通過(guò)檢查10mn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) 。每個(gè)像素的直徑約為0.25此數(shù)值依機(jī)器的解0.6mm,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

13、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(jiǎn)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(Hou nsfield Un it) 為其單位。其中將水的密度設(shè)定為0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的密度范圍稱為 窗寬”(Window Width) ，而密度平均值則稱為 窗位”(Windo