第二節(jié) CT檢查技術(shù)

第二節(jié)CT圖像

一、CT圖像特點(diǎn)

1.數(shù)字化圖像CT圖像是將像素按矩陣排列構(gòu)成。這些像素反映的是人體相應(yīng)單位容積(體素)的X線(xiàn)吸收系數(shù)。CT機(jī)機(jī)型不同其圖像的像素大小、數(shù)目均不同。像素大小有1.Omm×1.Omm，O.5mm×O.5mm，O.25mm×O.25mm之分。像素?cái)?shù)目可以是256×256個(gè)，512×512個(gè)，1024×1024個(gè)。像素越小，其數(shù)目越多，構(gòu)成的圖像越細(xì)致、清晰，空間分辨力(spatialresolution)越高。CT圖像有較高的密度分辨力，其X線(xiàn)吸收系數(shù)的測(cè)量精確度可達(dá)0.5%，能分辨密度差異較小的組織，能清楚地顯示人體某些器官的解剖結(jié)構(gòu)和器官內(nèi)密度發(fā)生變化的病變組織。CT圖像的數(shù)據(jù)采集后，可對(duì)其進(jìn)行圖像后處理。尤其是螺旋掃描的容積數(shù)據(jù)，可改變算法，進(jìn)行重建。能對(duì)橫斷層面像進(jìn)行多維、多平面的各種類(lèi)型的重組(reformation)，從任意角度，全方位觀察影像，對(duì)病變的定位、定量、定性更準(zhǔn)確。在重組圖像中，不同密度的組織可以用不同的偽彩色顯示，圖像更生動(dòng)。

2.CT值和灰階CT值(CTnumber)是簡(jiǎn)便的量化指標(biāo)。在研究CT圖像時(shí)，人們關(guān)心各組織結(jié)構(gòu)內(nèi)的密度差異，即相對(duì)密度。如果某一組織發(fā)生病變其密度就會(huì)發(fā)生變化，這對(duì)CT診斷有很大價(jià)值。但比較和計(jì)算各組織對(duì)X線(xiàn)的吸收系數(shù)非常繁瑣，于是亨氏(Hounsfield)把X線(xiàn)的吸收系數(shù)換算成CT值，單位是Hu(Hounsfieldunit)。亨氏定義水的CT值為OHu，其它不同密度組織都與它進(jìn)行比較。密度大于水的為正值，如骨皮質(zhì)CT值為+1000Hu；密度小于水的為負(fù)值，如空氣的CT值為-10OOHu。人體內(nèi)密度不同的各種組織的CT值一般位于-1000Hu～+10OOHu的2000個(gè)分度之間（圖3-1）。在實(shí)際工作中可以用測(cè)CT值的方法，大體估計(jì)組織器官的結(jié)構(gòu)情況，這樣就有了一個(gè)簡(jiǎn)便的量化指標(biāo)。此外還可以根據(jù)CT值選擇閾值進(jìn)行圖像后處理，根據(jù)CT值進(jìn)行實(shí)時(shí)增強(qiáng)監(jiān)視及骨密度測(cè)定等。但是，CT值并不是恒定的，它受X線(xiàn)管老化、電源狀況、掃描參數(shù)、溫度及鄰近組織等因素影響，因此在診斷中CT值只能作為參考，而不能作為診斷主要依據(jù)。CT圖像是將重建后矩陣中每一像素的CT值，以數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換(digitaltoanalogconversion；D/A)成相應(yīng)的不同亮暗程度的信號(hào)，并顯示在監(jiān)視器上。監(jiān)視器所表現(xiàn)的亮度信號(hào)的等級(jí)稱(chēng)為灰階(greyscale)?；译A一般有16個(gè)，但每一灰階內(nèi)又有4個(gè)連續(xù)變化的灰度，故共有64個(gè)連續(xù)的不同灰度的過(guò)渡等級(jí)。用64級(jí)灰階來(lái)顯示2000Hu范圍的結(jié)構(gòu)，每一級(jí)將分別代表31個(gè)連續(xù)的CT值：而所顯示的16級(jí)灰階的每一級(jí)含有125Hu。亦即物體的密度差在125Hu內(nèi)都將表現(xiàn)為同一灰度。由于人體多數(shù)的組織器官及其病變(特別是軟組織及實(shí)質(zhì)性臟器等)的密度差大都在1O00Hu的范圍內(nèi)，故彼此間不能區(qū)分。如將圖像顯示的灰度范圍擴(kuò)大到2000Hu時(shí)，則以上軟組織都將表現(xiàn)為一致的灰度，失去了應(yīng)有的密度對(duì)比，不利于診斷和鑒別診斷。

3.窗口技術(shù)（windowtechnology）是將CT值進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕译A圖像表達(dá)，提供給醫(yī)師診斷信息的技術(shù)，包括窗寬和窗位兩個(gè)概念。窗寬(windowwidth)是指CT圖像上所包括的CT值范圍。窗位(windowlevel)是窗寬的中心CT值。窗位是以被觀察組織CT值的中心值，又稱(chēng)窗中心。同樣的窗寬，由于窗位不同，其所包括的CT值范圍不同。例如取窗寬為1OOHu，窗位為OHu時(shí)，其CT值范圍為+5OHu～-5OHu；當(dāng)窗位為+4OHu時(shí)，其CT值范圍則為-10Hu～+9OHu。窗寬內(nèi)所有的CT值用16個(gè)灰階顯示，小于窗寬的組織結(jié)構(gòu)影像能清晰顯示，大于窗寬的組織結(jié)構(gòu)則沒(méi)有灰度差別而不能顯示。

窗寬和窗位的選擇，關(guān)系到組織結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的顯示，在實(shí)際操作中，根據(jù)計(jì)劃顯示結(jié)構(gòu)CT值的變化范圍來(lái)確定合適的窗寬、窗位。如腦實(shí)質(zhì)和顱骨的CT值分別是+35Hu和+300Hu，觀察腦實(shí)質(zhì)的窗寬為100Hu，窗位+35Hu；觀察顱骨的窗寬是1000Hu，窗位是+300Hu。當(dāng)正常組織與病變組織間密度差別較小時(shí)，應(yīng)用窄窗寬才能顯示病變。加大窗寬，圖像層次增多，組織對(duì)比減少，細(xì)節(jié)顯示差；縮窄窗寬，圖像層次減少，對(duì)比增強(qiáng)。兩者應(yīng)相互協(xié)調(diào)、平衡，才能獲得既有一定層次，又有良好對(duì)比的影像。不同的機(jī)型，因性能各有差異，窗值并不完全一致。即使同一臺(tái)機(jī)器，隨著使用時(shí)間的變化，窗值也會(huì)有所變化。此外，電流、電壓的改變，溫度、濕度也會(huì)使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生誤差，使CT值在一定程度上波動(dòng)，影響窗寬和窗位的選擇。窗寬和窗位的選擇不當(dāng)，易導(dǎo)致圖像結(jié)構(gòu)顯示不清楚，嚴(yán)重者甚至不能滿(mǎn)足診斷要求。

在同一幅圖像上利用計(jì)算機(jī)軟件功能同時(shí)給定二個(gè)不同的窗值，以同時(shí)顯示二種密度差異較大的組織影像，稱(chēng)為雙窗顯示或雙窗技術(shù)（dublewindowtechnology）。雙窗技術(shù)可提供更多的組織結(jié)構(gòu)影像信息。

雙窗技術(shù)最常用于胸部CT檢查。將肺和縱隔以及胸壁同時(shí)顯示。二、影響CT圖像質(zhì)量的變量因素

（一）算法的選擇CT圖像是數(shù)字化的圖像，圖像重建的數(shù)學(xué)演算方式有多種，根據(jù)被觀察組織的不同和診斷需要，在掃描或圖像重建時(shí)選擇不同的過(guò)濾函數(shù)，使重建圖像得到最佳的顯示，提高了圖像的空間分辨力和密度分辨力。常用的有標(biāo)準(zhǔn)算法、軟組織算法和骨算法等。

1.標(biāo)準(zhǔn)算法使圖像的密度分辨力和空間分辨力均衡，通常對(duì)分辨力沒(méi)有特殊要求的部位而設(shè)定的。適用于一般CT圖像的重建，例如顱腦、脊柱等部位的檢查。2.軟組織算法適用于需要突出密度分辨力的軟組織圖像重建，特別適于密度相差很近的軟組織顯示，圖像顯示柔和平滑。對(duì)肝、胰、脾、腎及淋巴結(jié)等腹部器官結(jié)構(gòu)，CT檢查用軟組織算法重建圖像效果較好。

3.骨算法這種圖像重建方法更突出強(qiáng)調(diào)空間分辨力。特別適于骨細(xì)節(jié)的研究，或?qū)γ芏认嗖詈艽蟮慕M織之間的分辨。圖像顯示邊緣銳利、清晰。如對(duì)內(nèi)耳、肺組織、骨盆及其他骨骼等部位的檢查，用骨算法重建圖像效果較好。算法的選擇不當(dāng)，會(huì)降低圖像的分辨力。增加X(jué)線(xiàn)量，可部分彌補(bǔ)此不足。螺旋CT掃描的容積數(shù)據(jù)可通過(guò)變換算法，進(jìn)行多種算法的圖像重建。

（二）CT分辨力CT的空間分辨力和密度分辨力，是判斷CT機(jī)性能和圖像質(zhì)量的兩個(gè)指標(biāo)。它們互相制約，密切相關(guān)。像素小，數(shù)目多，提高了空間的分辨力，圖像較清晰。但在X線(xiàn)總能量不變的條件下，每個(gè)單位容積所獲得的光子數(shù)卻按比例減少，使密度分辨力下降，使密度差異較小的組織難以顯示。若需保持原來(lái)的密度分辨力，就需要增加X(jué)線(xiàn)量。

1.對(duì)比度分辨力（contrastresolution）是指當(dāng)細(xì)節(jié)與背景之間具有低對(duì)比度時(shí)，將一定大小的細(xì)節(jié)從背景中辨別出來(lái)的能力。又稱(chēng)為密度分辨力或低對(duì)比分辨力（lowcontrastresolution）。對(duì)比度分辨力受到像素噪聲、物體的大小、物體的對(duì)比度和系統(tǒng)的MTF等影響，其中像素噪聲是主要影響因素，常用像素噪聲的標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)表示。像素噪聲的定義是勻質(zhì)水模在限定CT值范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)差，是在勻質(zhì)斷面圖像中像素的點(diǎn)與點(diǎn)間CT值的隨機(jī)波動(dòng)和平均值離散的測(cè)量。固有噪聲只有在沒(méi)有偽影的圖像中才有可能測(cè)量。

觀察對(duì)比度分辨力的另一種方法是作一條對(duì)比度-細(xì)節(jié)曲線(xiàn)，這條曲線(xiàn)描繪出對(duì)比度與細(xì)節(jié)大小之間能辨別的極限。對(duì)比度分辨力還會(huì)受到褶積濾波器類(lèi)型的影響。2.空間分辨力（spatialresolution）是指在高對(duì)比度的情況下區(qū)分相鄰兩個(gè)物體最小距離的能力。即顯示最小體積病灶或結(jié)構(gòu)的能力，又稱(chēng)高對(duì)比分辨力（highconrastresolution）。一般地說(shuō)，空間分辨力由球管焦點(diǎn)的尺寸和像素的尺寸所決定的，與X線(xiàn)劑量大小無(wú)關(guān)?？臻g分辨力可通過(guò)選擇不同的褶積濾波器而改變。

CT的空間分辨力有一定的極限，受到探測(cè)器孔徑的大小、采樣間隔（頻率）以及重建算法和掃描設(shè)備的精度等因素的限制。而X線(xiàn)膠片只受粒狀度大小的影響，這就意味著CT在高對(duì)比度的情況下使用時(shí)，如作骨骼結(jié)構(gòu)或胸腔檢查，它的空間分辨力不會(huì)超過(guò)普通X線(xiàn)。通過(guò)增加探測(cè)器的數(shù)目和減小采樣間隔，可提高的空間分辨力。

（三）噪聲均勻物體的影像中因出現(xiàn)像素的CT值參差不齊，圖像呈顆粒性，這種現(xiàn)象稱(chēng)CT的噪聲。噪聲可分為掃描噪聲和組織噪聲。掃描噪聲是由于探測(cè)器接受的光子數(shù)有限，使光子在矩陣內(nèi)各個(gè)像素上分布不均所致。掃描噪聲導(dǎo)致密度相等的組織或水在圖像上各點(diǎn)的CT值不等。掃描噪聲主要與以下因素有關(guān):①探測(cè)器因素，如探測(cè)器的數(shù)量和靈敏度、像素大小、掃描層厚等；②X線(xiàn)量及算法選擇等因素，如管電流、掃描時(shí)間等；③電子線(xiàn)路及機(jī)械方面、重建或重組方法的選擇以及散亂射線(xiàn)等也會(huì)引起噪聲。組織噪聲是由各種組織平均CT值差異所致，即同一組織可能有不同的CT值，反應(yīng)不同組織也可有同一CT值，且電壓的變化也影響CT值的測(cè)定。

噪聲使圖像的質(zhì)量降低，因此要了解噪聲產(chǎn)生的機(jī)制和原因，并加以抑制，以提高圖像質(zhì)量。如因?yàn)閄線(xiàn)穿透人體到達(dá)探測(cè)器的光子數(shù)量有限，致使光子在矩陣內(nèi)各像素上的分布不均，導(dǎo)致密度相等的組織或水在圖像上的各點(diǎn)的CT值不相等，在診斷學(xué)上稱(chēng)為掃描噪聲。掃描噪聲與X線(xiàn)量有關(guān)，因此，必須根據(jù)檢查部位的組織厚度和密度來(lái)選擇mAs。原則上以保證圖像質(zhì)量的mA乘以CT機(jī)所能達(dá)到的最快掃描速度為較好搭配。一般講增加4倍的X線(xiàn)量，可使圖像的掃描噪聲減半。

（四）部分容積效應(yīng)1.部分容積效應(yīng)在同一掃描層面內(nèi)含有二種以上不同密度的組織相互重疊時(shí)，所測(cè)得的CT值不能如實(shí)反映該單位體素內(nèi)任何一種組織真實(shí)的CT值，而是這些組織的平均CT值，這種現(xiàn)象稱(chēng)部分容積效應(yīng)(partialvolumeeffect)。部分容積效應(yīng)與CT掃描層厚和被檢組織周?chē)拿芏扔忻黠@關(guān)系，當(dāng)評(píng)價(jià)小于掃描層厚的病變時(shí)，要考慮其CT值是否有部分容積效應(yīng)的影響，薄層掃描、小掃描視野及大矩陣等，可減少部分容積效應(yīng)。

2.周?chē)g隙現(xiàn)象在同一掃描層面內(nèi)，與層面垂直的二種相鄰但密度不同的組織，其邊緣部的CT值不能準(zhǔn)確測(cè)知，因而在CT圖像上，其交界部的影像不能清楚分辨，這種現(xiàn)象即為周?chē)g隙現(xiàn)象(peripheralspacephenomenon)。這是掃描X線(xiàn)束在兩種組織的相鄰接處其測(cè)量值相互重疊造成的物理現(xiàn)象，實(shí)質(zhì)上也是一種容積效應(yīng)。

（五）偽影CT圖像中與被掃描組織結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)的異常影像稱(chēng)偽影（artifact）。其產(chǎn)生的原因有:1.設(shè)備原因由于探測(cè)器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器損壞或傳輸電纜工作狀態(tài)不穩(wěn)定，接口松脫，CT機(jī)使用前未作校準(zhǔn)、球管不在中心位置、球管極度老化或探