1、CT 的成像基本原理一、定义：电脑断层扫描（Computed Tomography 简称(CT) : 它是用 X 射线照射人体，由于人体内不同的组织或器官拥有不同的密度与厚度，故其对 X 射线产生不同程度的衰减作用，从而形成不同组织或器官的灰阶影像对比分布图，进而以病灶的相对位置、形状和大小等改变来判断病情。CT 由于有电脑的辅助运算，所以其所呈现的为断层切面且分辨率高的影像。一般临床所提及的 CT，指的是以 X 光为放射源所建立的断层图像，称为 X 光 CT。事实上，任何足以造成影像，并以计算机建立断层图的系统，均可称之为 CT；因此除 X 光 CT外，还有超声波 CT（Ultrasonic
2、CT），电阻抗 CT（ElectricalImpedanceCT，EICT），单光子发射 CT（SinglePhotonEmissionCT），以及核磁共振CT（MagneticResonantImagingCT，MRICT）等；超声波 CT 与 EICT 尚属发展阶段。二、CT 结构一部完整的 CT 系统主要包括扫描部分（包括线阵排列的电子辐射探测器、高热容量调线球管、旋转机架），快速计算机硬件和先进的图像重建、显示、记录与图像处理系统及操作控制部分。CT 设备主要有以下三部分：扫描部分由 X 线管、探测器和扫描架组成；计算机系统，将扫描收集到的信息数据进行贮存运算；图像显示和存储系统，将经
3、计算机处理、重建的图像显示在电视屏上或用多幅照相机或激光照相机将图像摄下。CT 成像流程如图 2图 2 CT 装置示意图三、原理：CT 是用 X 线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的 X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/ 数字转换器（analog/digital converter）转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel） ，见图 1。扫描所得信息经计算而获得每个体素的 X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital matrix） ，数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经
4、数字/模拟转换器（ digital/analog converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即象素（pixel） ，并按矩阵排列，即构成 CT 图像。所以，CT 图像是重建图像。每个体素的 X 线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。图 1四、CT 图像特点：1、空间分辨力 CT 图像是由一定数目由黑到白不同灰度的象素按矩阵排列所构成。这些象素反映的是相应体素的 X 线吸收系数。不同 CT 装置所得图像的象素大小及数目不同。大小可以是1.01.0mm，0.50.5mm 不等；数目可以是 256256，即 65536 个，或 512512，即 262144个不等。显然
5、，象素越小，数目越多，构成图像越细致，即空间分辨力（spatial resolution）高。 CT 图像的空间分辨力不如 X 线图像高。2、密度分辨力 CT 图像是以不同的灰度来表示，反映器官和组织对 X 线的吸收程度。因此，与 X 线图像所示的黑白影像一样，黑影表示低吸收区，即低密度区，如含气体多的肺部；白影表示高吸收区，即高密度区，如骨骼。但是 CT 与 X 线图像相比，CT 的密度分辨力高，即有高的密度分辨力（density resolutiln） 。因此，人体软组织的密度差别虽小，吸收系数虽多接近于水，也能形成对比而成像。这是 CT 的突出优点。所以， CT 可以更好地显示由软组织构
6、成的器官，如脑、脊髓、纵隔、肺、肝、胆、胰以及盆部器官等，并在良好的解剖图像背景上显示出病变的影像。3、CT 值 x 线图像可反映正常与病变组织的密度，如高密度和低密度，但没有量的概念。CT图像不仅以不同灰度显示其密度的高低，还可用组织对 X 线的吸收系数说明其密度高低的程度，具有一个量的概念。实际工作中，不用吸收系数，而换算成 CT 值，用 CT 值说明密度。单位为 Hu（Hounsfield unit） 。 【水的吸收系数为 10，CT 值定为 0Hu，人体中密度最高的骨皮质吸收系数最高，CT 值定为+1000Hu，而空气密度最低，定为 -1000Hu。人体中密度不同和各种组织的 CT 值
7、则居于 -1000Hu 到+1000Hu 的 2000 个分度之间。 】4、扫描层面多样CT 图像是层面图像，常用的是横断面。为了显示整个器官，需要多个连续的层面图像。通过 CT 设备上图像的重建程序的使用，还可重建冠状面和矢状面的层面图像，可以多角度查看器官和病变的关系。CT 检查技术五、CT 扫描方式【平扫（plain CT scan） 、造影增强扫描（contrast enhancement,CE）和造影扫描。 】（一）平扫 是指不用造影增强或造影的普通扫描。一般都是先作平扫。（二）造影扫描 是先作器官或结构的造影，然后再行扫描的方法。例如向脑池内注入碘曲仑 810ml 或注入空气 46
8、ml 行脑池造影再行扫描，称之为脑池造影 CT 扫描，可清楚显示脑池及其中的小肿瘤。（三）造影增强扫描 是经静脉注入水溶性有机碘剂，如 60%76% 泛影葡胺 60ml后再行扫描的方法。血内碘浓度增高后，器官与病变内碘的浓度可产生差别，形成密度差，可能使病变显影更为清楚。方法分团注法、静滴法和静注与静滴法几种。CT 的几个重要概念：1，分辨率：是图象对客观的分辨能力，他包括空间分辨率，密度分辨率，时间分辨率。2，CT 值：在 CT 的实际应用中，我们蒋各种组织包括空气的吸收衰减值都与水比较，并将密度固定为上限1000。将空气定为下限1000，其它数值均表示为中间灰度，从而产生了一个相对的吸收系
9、数标尺。3，窗宽和窗位【窗宽与窗位CT 能识别人体内 2000 个不同灰阶的密度差别。而人的眼睛却只能分辨 16 个灰阶度。因此，人眼在 CT 图像上能分辨的 CT 值应为 125 Hu ( 2000 / 16 ） 。换句话说，人体内不同组织 CT 值只有相差 125Hu 以上，才能为人眼所识别。人体软组织 CT 值多变化在 20 - 50 Hu 之间，人眼就无法识别。为此，必须进行分段观察，才能使 CT 的优点反映出来。观察的 CT 值范围，人们称之为窗宽 ；观察的中心 CT 值即为窗位或窗中心。（一）窗宽指 CT 图像所显示的 CT 值范围。在此 CT 值范围内的组织结构按其密度高低从白到
10、黑分为 16 个灰阶以供观察对比。例如，窗宽选定为 100 Hu ，则人眼可分辨的 CT 值为 100 / 16 =6 . 25 Hu ，即 2 种组织 CT 值相差在 6 . 25Hu 以上者即可为人眼所识别。因此，窗宽的宽窄直接影响图像的清晰度与对比度。如果使用窄的窗宽，则显示的 CT 值范围小，每一灰阶代表的 CT 值幅度小，对比度强，适于观察密度接近的组织结构（如脑组织） 。反之，如果使用宽的窗宽，则显示的 CT 值范围大，每一灰阶代表的 CT 值幅度大，则图像对比度差，但密度均匀，适于观察密度差别大的结构（如骨与软组织） 。（二）窗位（窗中心）指窗宽范围内均值或中心值。比如一幅 CT 图像，窗宽为 100Hu，窗位选在 0Hu；则以窗位为中心（0Hu） ，向上包括+50Hu ，向下包括-50Hu ，凡是在这个 100Hu 范围内的组织均可显示出来并为人眼所识别。凡是大于+50Hu 的组织均为白色；凡是小子 -50Hu 的组织均为黑色，其密度差异无法显示。人眼只能识别土 50Hu 范围内的 CT 值，每一个灰阶的 CT 值范围是 100 / 166 . 25 Hu 。原则上说窗位应该等于或接近需要观察的 CT 值；窗宽应能反映该组织或病变的 CT 值变化范围。 】4，部分容积效应5，噪声
