CT成像原理與臨床應(yīng)用

1、CT成像原理與臨床應(yīng)用內(nèi)容提要v CT發(fā)展概述v CT掃描儀的主要結(jié)構(gòu)v CT成像的基本原理（重點(diǎn)、難點(diǎn)）v CT圖像特點(diǎn)v 影響CT圖像的因素（重點(diǎn)）v CT檢查方法與臨床應(yīng)用（難點(diǎn)）v CT診斷方法v CT診斷報(bào)告的書(shū)寫(xiě)規(guī)范v CT的新進(jìn)展CT發(fā)展概述v CT（computed tomography）即計(jì)算機(jī)斷層攝影。v 發(fā)明人：英國(guó)科學(xué)家Hounsfield。v 發(fā)明時(shí)間：1969年設(shè)計(jì)成功，1972年公諸于世的。v 突出特點(diǎn)：§ 是X線(xiàn)成像與計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。§ 是橫斷面圖像顯示，沒(méi)有重疊或重疊很少。§ 密度分辨率高，圖像清晰，診斷準(zhǔn)確。v CT問(wèn)世

2、的意義：大大擴(kuò)展了影像檢查的范圍，是影像診斷學(xué)發(fā)展史上的里程碑。Hounsfield因此獲得了1979年諾貝爾獎(jiǎng)。CT的發(fā)展歷程 2004年 64層的螺旋CT問(wèn)世（3D）v 2002年 16層的螺旋CT問(wèn)世v 2000年 8層的螺旋CT問(wèn)世v 1998年 4層螺旋CT應(yīng)用于臨床v 1993年 雙排CT研制成功v 1989年 螺旋CT應(yīng)用于臨床v 1983年 電子束CT（EBCT）研制成功v 1978年 國(guó)內(nèi)開(kāi)始引進(jìn)CTv 1974年 全身CT應(yīng)用于臨床v 1972年 CT正式應(yīng)用于臨床CT發(fā)展史傳統(tǒng)CTv CT分代 掃描方式 檢測(cè)器數(shù)量 X線(xiàn)束形態(tài) 掃描時(shí)間 用途v 第一代：平移/旋轉(zhuǎn) 一個(gè)

3、直線(xiàn)形 4-5分/層 頭顱v 第二代：平移/旋轉(zhuǎn) 幾十個(gè) 小扇形 18秒/層 頭腹v 第三代：旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn) 幾百個(gè) 大扇形 2-4秒/層 全身v 第四代：旋轉(zhuǎn)/固定 幾千個(gè) 大扇形 1-4秒/層 全身v 第五代: 電子束CTv 第六代: 螺旋CTCT發(fā)展史傳統(tǒng)CTv CT分代 掃描方式 檢測(cè)器數(shù)量 X線(xiàn)束形態(tài) 掃描時(shí)間 用途v 第一代：平移/旋轉(zhuǎn) 一個(gè) 直線(xiàn)形 4-5分/層 頭顱CT發(fā)展史傳統(tǒng)CTv CT分代 掃描方式 檢測(cè)器數(shù)量 X線(xiàn)束形態(tài) 掃描時(shí)間 用途v 第二代：平移/旋轉(zhuǎn) 幾十個(gè) 小扇形 18秒/層 頭腹CT發(fā)展史傳統(tǒng)CTv CT分代 掃描方式 檢測(cè)器數(shù)量 X線(xiàn)束形態(tài) 掃描時(shí)間 用途v

4、第三代：旋轉(zhuǎn)/旋轉(zhuǎn) 幾百個(gè) 大扇形 2-4秒/層 全身CT發(fā)展史傳統(tǒng)CT小結(jié)：X線(xiàn)成像與常規(guī)CT成像的異同點(diǎn)F 相同點(diǎn)：X線(xiàn)、灰階圖像F 不同點(diǎn)F X照片:X線(xiàn)穿透人體后在膠片上形成潛影，經(jīng)顯定影處理后得到X線(xiàn)圖像。F CT成像：安裝于掃描機(jī)架上的X線(xiàn)管發(fā)射X線(xiàn)，X線(xiàn)管和探測(cè)器環(huán)繞患者做機(jī)械性往復(fù)運(yùn)動(dòng)，X線(xiàn)穿透掃描層面后被探測(cè)器檢測(cè)并轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，再轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)橫斷面圖像重建。CT發(fā)展史電子束CT 的概念v 1982年設(shè)計(jì)成功。由電子槍發(fā)射電子束，經(jīng)偏轉(zhuǎn)線(xiàn)圈偏轉(zhuǎn)，形成4束電子束同時(shí)打擊鎢靶，產(chǎn)生X線(xiàn)，并用于成像。其顯著特點(diǎn)是掃描速度快（可短到40ms/層），密度和空間分辨率高

5、。主要用于心臟大血管病變檢查。設(shè)備非常昂貴，國(guó)內(nèi)裝機(jī)量少。CT發(fā)展史螺旋CT（spiral CT）v 1989年問(wèn)世的單層螺旋CT，是在第三代或第四代CT的基礎(chǔ)上，用滑環(huán)技術(shù)替代了高壓發(fā)生器與球管之間的高壓電纜線(xiàn)，向球管提供高電壓，加上大熱容量的球管和高速運(yùn)算的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)就構(gòu)成。是CT發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。螺旋掃描與常規(guī)步進(jìn)掃描的區(qū)別多層螺旋掃描示意圖4 X 3.75mm CT裝置的基本結(jié)構(gòu)CT成像的基本原理v CT即計(jì)算機(jī)斷層攝影，是經(jīng)過(guò)準(zhǔn)值器高度準(zhǔn)值后的X線(xiàn)束繞人體某一部位作3600掃描，透過(guò)該層的X線(xiàn)由靈敏的檢測(cè)器 (detector)檢測(cè)并經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換

6、器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)高速運(yùn)算出該層面上各個(gè)基本成像單位體素（voxel）的X線(xiàn)衰減值，由這些數(shù)據(jù)組成數(shù)字矩陣，再由D/A轉(zhuǎn)換器將每個(gè)數(shù)字轉(zhuǎn)換為黑白灰度不等的小方塊像素（pixel)，按原有矩陣順序排列，即構(gòu)成了CT圖像。CT成像原理示意圖體素與像素X線(xiàn)的衰減與衰減系數(shù)X線(xiàn)的衰減與衰減系數(shù)v X線(xiàn)穿透人體后的衰減，遵從指數(shù)衰減規(guī)律：I=I0e-d?；蛘逫n=I0*e-(1+2+3+n)d I0為X線(xiàn)的入射強(qiáng)度，I為衰減后的X線(xiàn)強(qiáng)度，d為受檢部位人體組織的厚度， 為接受X線(xiàn)照射組織的線(xiàn)性吸收系數(shù)。v CT的成像過(guò)程，就是求出掃描層面內(nèi)每個(gè)體素（voxel)的衰減系數(shù)u的過(guò)程。=1/d*lnI0

7、/I 或者：1+2+3+n1/d*I0 / Inv 體素衰減系數(shù)像素越多，圖像分辨率就越高。舉例說(shuō)明求u值的過(guò)程CT 圖象特點(diǎn)1v CT 圖象是黑白灰階圖象CT 圖象特點(diǎn)2v CT 圖象密度分辨率高 § 最大特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。 § 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1020 倍， CT 圖象特點(diǎn)3v CT圖象密度可以量化CT 圖象特點(diǎn)4v CT圖象是橫斷成像§ 沒(méi)有重疊，內(nèi)部結(jié)構(gòu)清晰;§ 可以再重組成灌狀面和矢狀面及任意斜面或曲面圖象影響CT圖像的因素¡ª¡

8、70;檢查常用術(shù)語(yǔ)v 矩陣（matrix)v 象素（pixel）和體素(voxel)v 原始數(shù)據(jù)（raw data）與顯示數(shù)據(jù)(display data)v 重建(reconstruction)與重組(recombination )v 空間分辨率（Spatial Resolution）和密度分辨率（Density Resolution） v CT值（CT value）v 窗寬（window width）和窗位（window level）v 部分容積效應(yīng)（partial volume effect）v 偽影（artifact）v 噪聲（noise）矩陣v 矩陣（matrix)：§ 矩陣

9、表示一個(gè)縱橫排列的數(shù)字陣列，因此也叫數(shù)字矩陣（digital matrix） 。§ 其中的每個(gè)數(shù)字代表掃描層內(nèi)每個(gè)基本成像單位即體素（voxel）的X線(xiàn)衰減系數(shù)或吸收系數(shù)。§ 數(shù)字矩陣越大，像素越多，圖像空間分辨率越高。§ 512×512256×256體素和像素v 體素(voxel)：§ CT圖像實(shí)際上是人體某一部位有一定厚度（如1mm，10mm等）的體層圖像。將成像的體層分成按矩陣排列的若干個(gè)小的基本單元，這些基本單元稱(chēng)之為體素。§ 是一個(gè)三維的概念。v 象素（pixel）：§ 一幅CT圖像是由很多按矩陣排列的小

10、單元組成，這些組成圖像的基本單元被稱(chēng)之為像素。§ 是一個(gè)二維的概念。§ 像素越小，越能分辨圖像的細(xì)節(jié)，即圖像的分辨率越高。原始數(shù)據(jù)與顯示數(shù)據(jù)v 原始數(shù)據(jù)（raw data）§ CT掃描時(shí)，經(jīng)準(zhǔn)直的X線(xiàn)穿過(guò)人體某一層面后，探測(cè)器接收衰減后的X線(xiàn)信號(hào)，經(jīng)放大后行模數(shù)轉(zhuǎn)換所得到的數(shù)據(jù)稱(chēng)之。v 顯示數(shù)據(jù)(display data)§ 指原始數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)復(fù)雜運(yùn)算處理后得到組成CT某層面的矩陣圖像的數(shù)據(jù)。重建與重組v 重建(reconstruction)§ 用原始數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算而得到顯示數(shù)據(jù)的過(guò)程稱(chēng)為重建。v 重組(recombination )

11、67; 用橫斷面數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算得到冠狀面或矢狀面圖像的過(guò)程，稱(chēng)為重組?？臻g分辨率v 概念：§ 空間分辨率（Spatial Resolution）是指CT影像中能顯示的最小細(xì)節(jié)，通常用每厘米內(nèi)的線(xiàn)對(duì)數(shù)（LP/cm）或者用可辨別最小物體的直徑（mm）來(lái)表示。v 影響因素：§ 探測(cè)器間距§ 重建矩陣§ 采集野、顯示野大小§ 象素的大小§ 采樣頻率§ 重建算法，等。密度分辨率v 概念：§ 密度分辨率（Density Resolution）是指CT能分辨組織結(jié)構(gòu)的最小密度差的能力，以百分?jǐn)?shù)（%）來(lái)表示。§ CT的

12、密度分辨力較普通X線(xiàn)高10 20倍。v 影響因素：§ 噪聲§ 被顯示物體的大小CT值v 概念：§ CT值（CT value）是X線(xiàn)吸收系數(shù)的函數(shù)。v 計(jì)算公式：§ CT值=( -水)/水。式中K為常數(shù)，K=1000，水代表水的吸收系數(shù)，為水=1，為組織的吸收系數(shù)，CT值的單位是HU(hounsfield unit)。可以看出，值越高，CT值就越高，代表組織吸收X線(xiàn)量越多，即組織密度越高；反之亦然。窗寬與窗位v 窗寬（window width）§ 窗寬（window width）是指熒屏圖像上所包括16個(gè)灰階的CT值范圍。大于CT值上限的組織在圖

13、像上呈全白色，低于下限的組織則呈全黑色。v 窗位（window level）§ 即窗寬上限、下限的平均值，也叫窗平、窗中心。窗位的設(shè)定要依據(jù)觀察目標(biāo)而定。CT值、窗寬與窗位部分容積效應(yīng)v 部分容積效應(yīng) （partial volume effect）：在同一掃描層面內(nèi)含有兩種以上不同密度的物質(zhì)時(shí)，其所測(cè)CT值是它們的平均值，因而不能如實(shí)反映其中任何一種物質(zhì)的CT值，這種現(xiàn)象為部分容積效應(yīng)或稱(chēng)部分容積現(xiàn)象（partial volume phenomenon）。偽影v 概念：§ 偽影（Artifact）是指在被掃描物體中并不存在而圖像中卻顯示出來(lái)的各種不同類(lèi)型的影像。§

14、 偽影影響圖像質(zhì)量，在診斷時(shí)應(yīng)予注意。v 類(lèi)型§ 一類(lèi)與病人有關(guān)，一類(lèi)與CT機(jī)性能有關(guān)。§ 病人不自主運(yùn)動(dòng)，如呼吸、心跳可形成偽影。病人在檢查時(shí)不合作，躁動(dòng)可產(chǎn)生偽影。另外，病人體內(nèi)高密度結(jié)構(gòu)和異物亦可形成偽影，如巖骨、金屬假牙、鋼釘?shù)取?#167; 另一類(lèi)偽影由CT設(shè)備故障引起，有條紋狀偽影，環(huán)形偽影等。噪聲v 概念：§ 同一結(jié)構(gòu)或組織的CT值在平均值上下隨機(jī)分布，這種隨機(jī)漲落就叫噪聲（noise）。§ 噪聲與圖像質(zhì)量呈負(fù)相關(guān)。§ 噪聲與輻射劑量呈反比。v 噪聲的影響因素： § 探測(cè)器接受的光子數(shù)量 § 管電流 §

15、; 探測(cè)器的轉(zhuǎn)換率 § 重建算法等。 CT檢查方法與臨床應(yīng)用Ø 檢查前準(zhǔn)備Ø CT掃描方法Ø 臨床應(yīng)用CT檢查方法與臨床應(yīng)用檢查前準(zhǔn)備Ø 病員準(zhǔn)備Ø 去除金屬物品Ø 解釋工作Ø 腸道準(zhǔn)備Ø 對(duì)比劑敏試Ø 不合作患者及重?；颊叩臏?zhǔn)備：Ø 醫(yī)生準(zhǔn)備Ø 核對(duì)受檢者信息。Ø 閱讀申請(qǐng)單，了解病情、明確檢查部位和檢查目的Ø 根據(jù)檢查部位及診斷要求，確定掃描范圍、設(shè)計(jì)掃描程序及掃描方法。病例分析1：請(qǐng)分析、診斷v 右下肺周?chē)头伟┌榭v膈淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移？v 右下肺中央型肺癌

16、伴縱膈淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移？v 下一步怎么辦？v 手術(shù)？化療？放療？介入治療？v 都錯(cuò)了！v 病人弄錯(cuò)啦！真實(shí)情況有何啟示？核對(duì)患者信息非常重要！CT檢查方法與臨床應(yīng)用掃描方法Ø 普通掃描Ø 特殊掃描Ø 薄層掃描Ø 重疊掃描Ø 間斷掃描Ø 高分辨率掃描Ø 靶掃描Ø 增強(qiáng)掃描Ø 常規(guī)增強(qiáng)掃描Ø 動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描Ø 兩快一長(zhǎng)增強(qiáng)掃描Ø 延遲增強(qiáng)掃描Ø 螺旋CT雙期、三期掃描Ø 造影CT掃描：椎管造影掃描Ø CT灌注成像普通掃描（平掃）v 概念：§ 普通掃

17、描是指靜脈內(nèi)不注射碘對(duì)比劑的CT掃描技術(shù)，又稱(chēng)平掃（plain scan）。是增強(qiáng)掃描的基礎(chǔ)。v 要點(diǎn)：§ 注意正常組織、器官及病理組織的CT特點(diǎn)：§ 高密度：骨骼、鈣化；金屬異物、血腫、結(jié)石。§ 中等密度：軟組織、實(shí)質(zhì)臟器、腦實(shí)質(zhì)；多數(shù)腫瘤、炎性腫塊。§ 低密度：空氣、脂肪、液體；水腫、液化、壞死。§ 混雜密度：特殊掃描Ø 特殊掃描Ø 高分辨率掃描（ high resolution CT,HRCT ）：是指獲得良好空間分辨率圖像的掃描技術(shù)。要求：薄層、高分辨率算法、加大曝光量。目的：提高空間分辨率。Ø 靶掃描：&

18、#216; 其他：薄層掃描、重疊掃描、間斷掃描Ø 要點(diǎn)：根據(jù)診斷要求的不同，合理選擇特殊掃描。增強(qiáng)掃描Ø 概念：Ø 增強(qiáng)掃描（contrast enhancement scan）指經(jīng)靜脈快速注射碘對(duì)比劑后再進(jìn)行掃描的檢查方法。Ø 目的：Ø 增加組織與病變的密度差、提高病變的檢出率及診斷準(zhǔn)確性；顯示血管病變。Ø 要點(diǎn)：Ø 注意組織、器官、病變的強(qiáng)化程度、強(qiáng)化方式。Ø 類(lèi)型：Ø 常規(guī)增強(qiáng)掃描Ø 動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描Ø 兩快一長(zhǎng)增強(qiáng)掃描Ø 延遲增強(qiáng)掃描Ø 螺旋CT雙期、三期掃描增

19、強(qiáng)掃描討論為什么要增強(qiáng)掃描？討論為什么要三期增強(qiáng)掃描？討論心、血管病變?yōu)槭裁幢匦柙鰪?qiáng)掃描？CT檢查方法與臨床應(yīng)用CT的后處理功能v 多平面重組（MPR）：§ 冠狀面、矢狀面、斜面、曲面v 多平面容積重建（MPVR）：§ 最大密度投影（MIP），最小密度投影（MinIP）v 容積再現(xiàn)（VR）：§ 血管造影CTA和骨成像v 仿真內(nèi)窺鏡技術(shù)（VE）v CT灌注成像CT的后處理功能CT檢查的臨床應(yīng)用v 適應(yīng)癥：§ 外傷§ 感染性病變§ 血管性病變§ 腫瘤及腫瘤樣病變§ 先天性發(fā)育異常§ 退變性疾患§ 治療后隨訪(fǎng)復(fù)查，等。CT診斷方法v 了解CT檢查方法和CT圖像信息v 全面、系統(tǒng)地觀察CT圖像v 熟悉正常CT解剖v 尋找病變，分析異常影像v 結(jié)合臨床資料，綜合診斷：§ 定位診斷。 § 定性診斷。 § 定量診斷。 § 定期。 CT診斷報(bào)告書(shū)寫(xiě)規(guī)范v CT診斷報(bào)告書(shū)寫(xiě)的基本要求：§ 認(rèn)真細(xì)致觀察CT 影像，全面系統(tǒng)地描述； § 書(shū)寫(xiě)整潔，字跡清晰，字體規(guī)范； § 文字通順，重點(diǎn)突出，邏輯性強(qiáng)； § 一般資料（患者