【正文】 1 徐州醫(yī)學(xué)院 影像技術(shù)學(xué)教研室 徐州醫(yī)學(xué)院 附屬醫(yī)院 影像科 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)學(xué) 2 CT掃描技術(shù) 內(nèi)容提要： 第一節(jié) CT成像系統(tǒng)概述 第二節(jié) CT掃描技術(shù)概述 第三節(jié) 螺旋 CT的圖像后處理技術(shù) 第四節(jié) CT圖像的質(zhì)量控制 第五節(jié) 人體各部位 CT掃描技術(shù) 3 本章節(jié)推薦教學(xué)參考書 醫(yī)學(xué)影像檢查技術(shù)學(xué) 人民衛(wèi)生出版社 于茲喜 1版 醫(yī)學(xué)影像檢查技術(shù)學(xué) 人民衛(wèi)生出版社 張?jiān)仆? 1版 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)全科綱要與考題解 湖北科學(xué)技術(shù)出版社 燕樹林 曾祥階 第 1版 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)叢書 CT掃描分冊(cè) 湖北科學(xué)技術(shù)出版社 韓萍 熊茵 第 1版 4 第一節(jié) CT成像系統(tǒng)概述 一、 CT的發(fā)明 CT（ Computed Tomography）即電子計(jì)算機(jī)體層攝影，又稱 X線 CT。 X線平片的缺點(diǎn) ?,CT 的發(fā)明解決了其不足 5 ▲ 1917年 Radon提出了圖像重建的數(shù)學(xué)方法。 ▲ 1971年英國工程師Hounsfield設(shè)計(jì)成功第一臺(tái) 顱腦 CT機(jī) ▲ 1972年應(yīng)用于臨床 ▲ 1974年，美國工程師Ledley設(shè)計(jì)出 全身 CT機(jī) . ▲ Hounsfield和美國物理學(xué)家 Cormark獲得了1979年度諾貝爾醫(yī)學(xué)生理學(xué)獎(jiǎng) 。 Hounsfield于 2022年 8月 12日在英國逝世，享年 84歲6 二、 CT的成像原理 （一） 基本原理 CT成像的 物理學(xué)基礎(chǔ)是物體對(duì) X線的吸收存在差異 。高度準(zhǔn)直的 X線束對(duì)人體某個(gè)部位按一定厚度進(jìn)行掃描 → 穿過人體的 X線由探測(cè)器接收 → 經(jīng)放大變?yōu)殡娮恿?→ A/D轉(zhuǎn)換 → 輸入計(jì)算機(jī)處理 → 計(jì)算機(jī)通過運(yùn)算得出該斷面上各 體素的 X線吸收值 ，并 排列成數(shù)字?jǐn)?shù)字矩陣 → 經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換后用不同的灰度等級(jí)在顯示器上顯示即獲得該部位的橫斷面或冠狀面的 CT圖像。 7 8 （二） CT成像中的基本概念 1． CT值 （ CT number） ? X線穿透人體時(shí)，不同的組織密度值代表不同的線性衰減系數(shù) μ，一般用它的相對(duì)值表示，稱為 CT值。 CT值＝（（ μ物質(zhì) μ水 ） /μ水 ） K K為分度因數(shù)（設(shè)為 1000），則 CT值的單位為 HU（ Hounsfield Unit） ? CT值的定義是以水為標(biāo)準(zhǔn)，其它組織與之比較后得出 。水的線性衰減系數(shù)為 1，致密骨約為 2，空氣約為 0（實(shí)際為 ）， 水的 CT值為 0HU，人們將－ 1000～ +1000分為 2022個(gè)等級(jí)來表示CT值的差別。 9 10 2． 矩陣 （ matrix） 在 CT技術(shù)中，矩陣的大小影響著圖像質(zhì)量， 矩陣大，象素?cái)?shù)量相應(yīng)增加，圖像的分辨率就高，圖像質(zhì)量越好 ， 512 51 1024 1024最為常用。 ? 重建矩陣和顯示矩陣 :重建矩陣是 X線線性衰減系數(shù)的矩陣，其大小決定了圖像分辨率；顯示矩陣是指顯示器上圖像的矩陣。 3． 體素 （ voxel） CT圖像是人體某部位一定厚度（如 1mm、 5mm、10mm）的體層像，把體層分成按矩陣排列的若干個(gè)很小的體積單元，這些體積單元稱為體素。 體素是 三維 的， 每個(gè)體素中的 μ 是一致的 。 11 4． 象素 （ pixel） 一幅 CT圖像是由許多矩陣排列的小單元組成，這些 組成圖像的基本單元稱為象素 。象素是二維的，每一個(gè)象素內(nèi)密度均一 ，象素結(jié)構(gòu)中的平均密度決定其灰度值。由于每個(gè)體素的 μ 值是一定的，它在CT圖像中是以象素的形式來反映。 象素越小，圖像的分辨率越高 ，圖像質(zhì)量越好。 12 5． 灰階 （ grey scale） CT圖像是將重建矩陣中的每一個(gè)象素經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的亮、暗信號(hào)在顯示器上顯示，這些 亮暗信號(hào)的等級(jí)差別稱為灰階 ，一般將灰階分為 16階，每階又有 4級(jí) 連續(xù)變化的灰度，共有 64個(gè)連續(xù)的過度等級(jí)，因CT值在 1000～ +1000范圍內(nèi)，所以每級(jí)分別代表約 31個(gè)連續(xù)的 CT值。 （ windows technology） 人眼不能分辨微小的灰度差異， 為了提高組織結(jié)構(gòu)的細(xì)微顯示效果，分辨相鄰組織的差別，突出顯示診斷需要的圖像信息（ 感興趣區(qū) ），通常通過調(diào)節(jié)圖像的對(duì)比度和亮度來完成， 這種技術(shù)稱為窗口技術(shù)，窗口技術(shù)分為窗寬和窗位。 13 （ 1）窗寬 (windows width， WW) ? 窗寬表示的是圖像上包含的 16個(gè)灰階的 CT值的范圍。 ? 窗寬主要影響 CT圖像的對(duì)比度 ， 窗寬窄圖像的層次少，對(duì)比度強(qiáng) ，每級(jí)灰階代表的CT值幅度較小，可 分辨密度差異較小的組織結(jié)構(gòu) ，如腦組織的 WW（ 80～ 100）。 窗寬增大 ，每級(jí)灰階代表的 CT值幅度加大，圖像對(duì)比度差，但 輪廓光滑 ， 適于分辨密度差別較大的組織 ，如肺組織的 WW為 1300～1800。 14 （ 2）窗位 （ windows level， WL） ? 窗位是窗寬上、下限 CT值的平均數(shù)。 ? 窗位主要影響 CT圖像的亮度 ， WL低圖像亮度高呈白色，而窗位高圖像亮度低呈黑色。 骨組織的 WL： 350左右 肺組織的 WL： 650左右 腹部、縱隔的 WL： 40左右 15 腦組織窗 (90,40) 骨窗 (1500,350) 肺窗 (1600,－ 650) 縱隔窗 (300,40) 16 （三） CT成像的過程 包括 數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖像重建、圖像顯示、打印等 幾步。 1．?dāng)?shù)據(jù)采集 從 X線的發(fā)生到數(shù)據(jù)信息的獲得，這個(gè)過程稱為～。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由 X線管、濾過板、準(zhǔn)直器、探測(cè)器和 A/D轉(zhuǎn)換器等組成。 17 2．?dāng)?shù)據(jù)處理 （ 1） 校正 X線束硬化效應(yīng)（線性化） ： X線管發(fā)出的射線是由不同的能量組成，作用于人體時(shí)， 低能射線比高能射線衰減的多，使得高能射線與全部射線的比率相對(duì)提高， X線束硬度增加 ，這種現(xiàn)象稱為 X線束的硬化效應(yīng)。 硬化效應(yīng)會(huì)使得采集到的數(shù)據(jù)失真，影響圖像重建效果。校正是在 A/D轉(zhuǎn)換器中進(jìn)行的。 18 （ 2） 去除空氣值 ：因探測(cè)器不是工作在真空中，所以存在一定的空氣值，須將此值去掉，才能保證數(shù)據(jù)的相對(duì)準(zhǔn)確。 （ 3） 修正零點(diǎn)漂移 ：探測(cè)器在收集和轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的過程中存在著 余輝 時(shí)間及參數(shù)的差異，加之X線管輸出量的細(xì)微變化， 使得幾次掃描時(shí)各通道的輸出稍有不同 ，有的通道是零，有的通道是正或負(fù)，這種現(xiàn)象被稱為探測(cè)器的零點(diǎn)漂移，將引起空氣的 CT值不是 1000。 （ 4） 正?；幚?：是指對(duì)探測(cè)器收集到的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行校正和檢驗(yàn)。 19 3．圖像重建 圖像重建的過程主要是如何求解 μ μ 2? 、μ n，圖像重建的處理過程包含了復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。 重建方法分直接法和間接法兩類，直接法通過直接計(jì)算線性方程式進(jìn)行，包括反矩陣法、迭代法等，現(xiàn)已不再采用；間接法是先計(jì)算傅立葉變換系數(shù)再求出衰減系數(shù)的方法，有二維傅立葉變換法、卷積法和反投影法等。 4．圖像顯示、打印及沖洗 重建出來的圖像顯示于顯示器上，將圖像調(diào)節(jié)到理想狀態(tài)后供診斷用，最后將圖像送照相機(jī)、打印機(jī)拍照，經(jīng)沖洗得到 CT照片。 20 三、 CT成像系統(tǒng)的組成 （ 一）硬件系統(tǒng) 1． 掃描機(jī)架 :X線管、準(zhǔn)直器、探測(cè)器等，機(jī)架可傾斜。 2． X線管 :大容量、旋轉(zhuǎn)陽極 X線管， “飛焦點(diǎn)” 。 3． 準(zhǔn)直器 :決定掃描層厚、減少散射線以提高圖像質(zhì)量、降低被檢者的輻射劑量。 4． 楔形濾過器 :濾掉低能射線，提高 X線束的平均能量。 5． 探測(cè)器 :接受穿透人體的剩余 射線，將其變?yōu)殡娦盘?hào)。 稀土陶瓷探測(cè)器，多排探測(cè)器。 6． 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ A/D） 7． 高壓發(fā)生器 : 8． 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) : 9． 掃描檢查床 :螺旋 CT對(duì)床移動(dòng)的精度要求很高。 10． 輔助設(shè)備 :電源系統(tǒng) 、照相機(jī)、工作站 21 （二）軟件系統(tǒng) CT機(jī)的軟件平臺(tái)多采用專用操作系統(tǒng)、Unix、 Linux等操作系統(tǒng)。 1．基本功能軟件 完成掃描、圖像處理、圖像存儲(chǔ)、照相等常規(guī)工作的軟件。 2．特殊功能軟件 包括故障診斷軟件、特殊掃描軟件（如動(dòng)態(tài)掃描、快速連續(xù)掃描、高分辨率掃描等）、圖像特殊處理軟件（如三維表面重建、模擬內(nèi)窺鏡等）、定量分析軟件等。 22 四、 CT機(jī)的發(fā)展概況 發(fā)展目標(biāo)： 提高掃描速度、提高圖像質(zhì)量、提高檢查效率及完善特殊掃描功能 等。 平板型 CT? （一）五代 CT機(jī)的主要特點(diǎn) 23 （二）滑環(huán)技術(shù)與螺旋 CT 1．滑環(huán)技術(shù) 傳統(tǒng) CT機(jī) :X線管－高壓電纜－高壓發(fā)生器 ? 1985年，滑環(huán)技術(shù) (Toshiba)? 高壓滑環(huán) 易發(fā)生放電導(dǎo)致高壓噪聲，影響采集的數(shù)據(jù)而降低圖像質(zhì)量，同時(shí)安全性差； 低壓滑環(huán) 的高壓發(fā)生器采用體積小、功率大的高頻結(jié)構(gòu)，與 X線管同裝于掃描架內(nèi)，同時(shí)旋轉(zhuǎn)，穩(wěn)定性好，危險(xiǎn)性小。 24 2．螺旋 CT (helical CT) 螺旋 CT的核心技術(shù)是滑環(huán)技術(shù)， X線管在連續(xù)旋轉(zhuǎn)、曝光的同時(shí)，掃描床以一定的速度沿 Z軸方向運(yùn)動(dòng)，探測(cè)器采集到的數(shù)據(jù)不再是傳統(tǒng) CT的單層數(shù)據(jù)信息，而是人體某段體積的信息，掃描完成后可根據(jù)需要作不同層厚和層間距的圖像重建。 螺旋 CT掃描又稱容積掃描 (volumetric scanning)。 根據(jù) X線管和探測(cè)器的運(yùn)動(dòng)方式，螺旋 CT仍屬于“ 旋轉(zhuǎn)＋旋轉(zhuǎn) ”類，即 第三代 CT機(jī)，但掃描性能大大提高、掃描時(shí)間大大縮短。 25 （ 1）螺旋 CT的成像參數(shù)： ① 螺距 （ Helical Pitch）： 床速與 X線束準(zhǔn)直寬的比值 ，螺距等于 0時(shí)，相當(dāng)于傳統(tǒng) CT掃描；螺距等于 ，X線管旋轉(zhuǎn)曝光 2周；螺距等于 1時(shí)， X線管旋轉(zhuǎn)曝光 1周；螺距等于 2時(shí)， X線管旋轉(zhuǎn)曝光半周， 螺距越大，探測(cè)器采集的信息量相對(duì)較少，圖像質(zhì)量下降 。 ② 重建間隔 (reconstruction interval)：被重建的兩相鄰斷面之間長(zhǎng)軸方向的距離。回顧性圖像重建，即先進(jìn)行螺旋掃描取得原始數(shù)據(jù)，然后根據(jù)需要作任意斷面的圖像重建。 （ 2）螺旋 CT的優(yōu)點(diǎn)： ●提高了 多平面和三維圖像重建 的質(zhì)量 ●一次屏氣完成一個(gè)部位的掃描， 不會(huì)遺漏病灶 ●可進(jìn)行任意層面的 回顧性重建 ●提高了掃描速度，使 增強(qiáng)掃描 的意義加強(qiáng)。 26 3．多層螺旋 CT (Multi Slice Helical CT， MSCT) 1991年 ，以色列的 Elscint公司推出了雙層螺旋 CT，掃描速度比普通螺旋 CT提高了一倍， 1998年底 的 RSNA年會(huì)上， Siemens、 GE、Marconi（ Picker）、 Toshiba同時(shí)推出了旋轉(zhuǎn)一周可獲得 4層連續(xù)層面圖像的多層螺旋 CT，或稱多排探測(cè)器 CT（ Multi Detector Row CT， MDCT）。 27 28 29 30 31 公元 11年（ 4f腫瘤 fbb癌癥 yuw3胃癌 d65io腸癌 .f2tr肺癌 65ff） (西漢王莽新朝三年 )，是中國古老的實(shí)證醫(yī)學(xué)萌芽。由于儒、釋、道三教合流所形成的中國文化格局，“重道輕器” （ 45傳染病 q566丙肝 964jo乙肝 28jgsx甲肝 gh）衍生出的務(wù)虛傾向，重體悟而疏實(shí)證，必然缺少邏輯推理，致使中國的實(shí)證醫(yī)學(xué)成就在日后難以與西方醫(yī)學(xué)同日而語。古埃及醫(yī)師運(yùn)用念咒、畫符和草藥治病，前二者就是巫醫(yī)。（ df高血壓 958心臟病 983u6糖尿病 87fr）西醫(yī)在古希臘時(shí)期就開始醫(yī)巫分家，亞里士多德曾詳細(xì)描述了動(dòng)物的內(nèi)臟和器官，古希臘醫(yī)學(xué)最高成就的代表人物希波克拉底將唯物主義哲學(xué)運(yùn)用于醫(yī)學(xué)之中，在 《 論圣病 》 中說：“被人們稱為‘神圣的’疾病 (指癲癇和一些精神患者 )，在我看來一點(diǎn)也不比其他病癥更神、更圣，與其他任何疾病一樣起源于自然的原因。只因這些病癥狀奇異，而人們對(duì)它們又一無所知，充滿疑惑，故而將其原因和性質(zhì)歸之于神靈。”亞里士多德所創(chuàng)立的唯物主義醫(yī)學(xué)體系，加快了醫(yī)學(xué)科學(xué)化的進(jìn)程；（ df4肺炎 88gdg青霉素 d25f肝炎 df6） （ df肺 25s血液 f369血小板 t5172紅血球 gdf55m白血球 fd2） …… 非凡（ 45傳染病 q566丙肝 964jo乙肝 28jgsx甲肝 gh）的事件都集中發(fā)