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CT成像基础知识介绍 授课老师:王田力单位:北京大学第三医院

北京大学第三医院放射科 王田力

写在课前的话

CT是电子计算机体层成像装置的英文简称,是近代飞速发展的电子计算机控制技术和X线检查摄影技术相结合的产物。在短短的30年里,全国各级医院共安装了各种型号的CT机数千台,CT检查在全国范围内迅速地层开,成为医学诊断中不可缺少的设备。通过本课程学习,您将能了解CT成像基础知识。

一、CT发展简史与基本装置

1.CT 发展简史

1972 年 CT 正式应用于临床, 1974 年全身 CT 应用于临床, 1978 年国内开始引进 CT , 1983 年电子束 CT ( EBCT )研制成功, 1989 年螺旋 CT 应用于临床, 1993 年双排 CT 研制成功, 1998 年多层螺旋 CT 应用于临床, 2000 年采集 8 层的螺旋 CT 问世。

2.CT 基本装置

( 1 ) X 线系统:包括高热容量 X 线球管、高压发生器、 X 线控制器。

( 2 )扫描系统:扫描机架包括传动系统,旋转架, X 线探测器与控制电路。

( 3 )数据处理系统:包括计算机系统、图像显示和记录装置、操作控制台等。

二、 CT 成像基本原理、概念

1.CT 成像基本原理

经过准直的 X 线束对人体确定的层面进行扫描 , 由探测器接受穿过该层面衰减的 X 线 , 经光电转换 , 并数字化 , 由计算机处理得出各组织单位容积的吸收系数 , 再重建为图像的成像技术。

2.CT 值的基本概念

某种物质的 CT 值等于该物质的衰减系数与水的衰减系数之差,再与水的衰减系数相比之后乘以 1000 。 CT 值的单位名称为 Hu, CT 值是组织密度相对值,但是它不是反映组织绝对密度的单位。

3. 矩阵、体素与象素基本概念

矩阵:表示一个横成行、纵成列的数字阵列。体素:在 CT 上将成像体层分成按矩阵排列的基本结构单元,每个基本单元内物质的综合密度以一个 CT 值代表,这些小单元称之为体素。象素: CT 图象是由许多按矩阵排列的小单元组成,这些组成图象的基本单元称之为象素。


3.CT 的工作原理

⑴ 用准直后的 X 线旋转地穿过人体某一层面,用一个(组)探测器阵列接受经人体衰减后的 X 线信号,信号经放大后进行模数转换,得到原始数据。

⑵ 用计算机对原始数据进行运算得到一个显示数据矩阵 , 这个过程成为重建 ( 数模转换 ) 过程。

CT 图像重要质量参数——窗宽、窗位。窗位相当于所显示组织密度即灰阶的中心,窗宽规定 CT 值显示的组织灰阶的范围,当 CT 值≥窗位 CT 值 +1/2 窗宽,显示的图像全白;当 CT 值≤窗位 CT 值 –1/2 窗宽,显示的图像全黑。每一灰阶内 CT 值范围 = 窗宽 /16 。大脑的窗宽为 80 ~ 90 ;肺的窗宽为 1200 ~ 1600 ;肝的窗宽为 200 ~ 350 。

4. 空间分辨率和密度分辨率

⑴ 空间分辨率(高对比分辨率):指 CT 对于物体空间大小(几何尺寸)的鉴别能力。以线对数 /cm 或可分辨最小直径( mm )。影响空间分辨率的主要因素:①探测器的几何尺寸;②探测器之间的间隙;③原始数据总量(取样频率、扫描时间、接受信号探测器数目等);④重建算法等。

⑵ 密度分辨率(低对比分辨率):表示 CT 设备对密度差别的分辨能力。以 % 表示(物体直径;射线计量)。影响密度分辨率的主要因素:噪声;信噪比(探测器效率及 X 线剂量);被测物体的大小等。

关于空间分辨率,说法错误的是()

正确答案:B

解析:表示CT设备对密度差别分辨能力是密度分辨率,即低对比分辨率,而不是空间分辨率。所以说法错误的是B.

三、螺旋 CT 与普通 CT 的异同

1. 螺旋 CT 与普通 CT 的异同

螺旋 CT 是指 X 线管在扫描机架内连续旋转, X 线连续产生的同时,扫描床以一定速度连续行进,对人体进行螺旋式容积数据采集的扫描方式。螺旋 CT 显示的是三维信息(体积扫描);图象可以后处理薄层拆分。普通 CT 显示的是二维信息(单层扫描);而且图象不能薄层拆分。

 

2. 多层螺旋 CT 与单层螺旋 CT

多层螺旋 CT 与单层螺旋 CT 同是螺旋扫描体积成像;多层螺旋 CT 由于有多排探测器, X 线一次扫描可多层数据同时采集,一次多层成像,成像速度成倍加快(亚秒级扫描、亚毫米成像), X 线束呈锥形。单层螺旋 CT 一次扫描单层数据采集, X 线束呈线(扇)形。

 

多层与单层螺旋 CT 的不同

多层螺旋 CT 优势: X 线球管损耗降低;扫描覆盖范围更长;扫描时间缩短;更薄层厚, Z 轴空间分辩力提高;三维重组图像质量提高。螺距指数( Pitch ) = 床行进距离 / 层厚。无间隔扫描的 Pit=1 ,重叠扫描 Pit<1 ,间隔扫描 Pit>1 。

四、头颅 CT 影响图像质量的因素

1. 窗宽与窗位

严重的颅脑外伤,如少量硬膜下或硬膜外出血,如果按照常规的软组织窗,如窗位放到 35 ,窗宽放到 80 ,少量的硬膜下出血可能就被掩盖在高密度结构中,白色的骨板下组织显示不出来。

2. 滤过函数

可采用脑病变软组织算法或骨病变高分辨率算法,这两种算法出现同一个病人的检查数据中时,螺旋 CT 只要改变一个键即可,或者重新再算一下就行,但是临床很多技师时间比较紧,病人比较多,只改变窗位,而没有采取骨的高倍的算法,把图象就打印出去了,导致骨头上细微的骨折非常浅显,不易显示出局部骨结构的改变,往往给分析带来一定的麻烦。

3. 减轻容积效应影响或伪影

可以在一定范围内注意薄层扫描,一般不要薄于 3mm ,有时也可采用连续 2 层薄层图像相加,可以消除部分结构伪影,增加图象的清晰度。

4. 副鼻窦 CT 扫描的窗技术

副鼻窦扫描不管是冠状扫描还是轴位图象扫描,一般情况都是进行软组织成像,尤其是软组织病变,应选软组织窗。骨组织病变时,应选骨高分辨算法的骨窗。

 

5. 颞骨鳞状细胞癌

右图是头颅平扫时左右侧的沿锥肩部出现的一个明显的不规则骨缺损,这个病变的显然来自岩锥,病理证实这是一个发生在岩骨的鳞状细胞癌,做冠状位扫描时,可以看到肿块图像颅内的情况,肿块图像到颞下窝的情况。而对于显示骨的细微病变,如果采用软组织算法,细微的骨结构的边缘变得模糊。如果采用骨算法,可以清楚地看到局部骨质破坏的情况。

五、胸部 CT 扫描肺窗的探讨

CT 图像窗技术选择与诊断信息量有关。在胸部显示肺组织结构的窗宽一般在 1500 ~ 1700 Hu 之间,窗位一般为 -500 ~ -650Hu 。在胸部显示纵隔窗时,窗宽一般在 250 ~ 350Hu ,窗位一般在 20 ~ 35Hu 。下面是不同窗宽和窗位时呈现的不同图像的比较:

六、腹膜腔病变 CT 显示窗技术 

腹膜腔成像时,如果按照实质脏器的窗宽,对于腹膜、肠系膜的一些病理改变常不能清晰地显示。要清楚地显示腹膜、肠系膜小血管,一般应把窗宽放在 300 ~ 350Hu ,根据腹腔内脂肪量的多少,窗位可以放到 10 ~ 25Hu ,一般很少超过 35 Hu 。

急性胰腺炎

在合适的窗宽的基础上,可发现胰腺的腹侧可以看到假的包膜,也就是结缔组织筋膜增厚了。筋膜下脂肪组织密度增高了,所有的这些表现都指示它是一个急性水肿性胰腺炎。

病例1 急性化脓性阑尾炎

病例:患者,男, 38 岁,突发腹部疼痛 8 天余,伴恶心,时有呕吐,查体无特殊。普通 X 线平片上发现在右下腹有钙化结节。 CT 检查显示,在阑尾走形区,可以看到模糊的密度增高的一些病变征象。在向下的层面上,可以看到明显肿大的化脓性的阑尾,阑尾腔里出现一个结石。

 

病例 2 缺血性肠梗阻

病例:患者,女, 64 岁,腹部持续性疼痛 3 天余,伴恶心,时有呕吐,转移性右下腹疼。 CT 检查显示,肠系膜的根部出现一个漩涡样改变,这是一个缺血性肠梗阻,肠系膜扭转典型的一个征象,肠系膜扭转大约 270 °。在合适的窗宽下,旋转的血管、系膜根部之间所包绕的脂肪组织都可以显示的非常清楚。

CT的特点在于它能区别差异极小的X 线吸收值。与传统X线摄影比较,CT能区分的密度范围多达2000级以上,而传统X线片大约只能区分20级密度。这种密度分辨率,不仅能区分脂肪与其他软组织,也能分辨软组织的密度等级。这种革命性技术显著地改变了许多疾病的诊断方式。

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