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)告的書寫規(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。CT的發(fā)展歷程 2004年 64層的螺旋CT問世（3D）v 2002年 16層的螺旋CT問世v 2000年 8層的螺旋CT問世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 國內(nèi)開始引進(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 檢測器數(shù)量 X線束形態(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 檢測器數(shù)量 X線束形態(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 檢測器數(shù)量 X線束形態(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 檢測器數(shù)量 X線束形態(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線成像與常規(guī)CT成像的異同點(diǎn)F 相同點(diǎn)：X線、灰階圖像F 不同點(diǎn)F X照片:X線穿透人體后在膠片上形成潛影，經(jīng)顯定影處理后得到X線圖像。F CT成像：安裝于掃描機(jī)架上的X線管發(fā)射X線，X線管和探測器環(huán)繞患者做機(jī)械性往復(fù)運(yùn)動，X線穿透掃描層面后被探測器檢測并轉(zhuǎn)化為電流信號，再轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，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)線圈偏轉(zhuǎn)，形成4束電子束同時(shí)打擊鎢靶，產(chǎn)生X線，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，國內(nèi)裝機(jī)量少。CT發(fā)展史螺旋CT（spiral CT）v 1989年問世的單層螺旋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，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)過準(zhǔn)值器高度準(zhǔn)值后的X線束繞人體某一部位作3600掃描，透過該層的X線由靈敏的檢測器 (detector)檢測并經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成電流信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換

6、器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，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線的衰減與衰減系數(shù)X線的衰減與衰減系數(shù)v X線穿透人體后的衰減，遵從指數(shù)衰減規(guī)律：I=I0e-d。或者In=I0*e-(1+2+3+n)d I0為X線的入射強(qiáng)度，I為衰減后的X線強(qiáng)度，d為受檢部位人體組織的厚度， 為接受X線照射組織的線性吸收系數(shù)。v CT的成像過程，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。舉例說明求u值的過程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線穿過人體某一層面后，探測器接收衰減后的X線信號，經(jīng)放大后行模數(shù)轉(zhuǎn)換所得到的數(shù)據(jù)稱之。v 顯示數(shù)據(jù)(display data)§ 指原始數(shù)據(jù)經(jīng)過計(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)的過程稱為重建。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程，稱為重組?？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)的線對數(shù)（LP/cm）或者用可辨別最小物體的直徑（mm）來表示。v 影響因素：§ 探測器間距§ 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)（%）來表示。§ CT的

12、密度分辨力較普通X線高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的各種不同類型的影像。§

14、 偽影影響圖像質(zhì)量，在診斷時(shí)應(yīng)予注意。v 類型§ 一類與病人有關(guān)，一類與CT機(jī)性能有關(guān)。§ 病人不自主運(yùn)動，如呼吸、心跳可形成偽影。病人在檢查時(shí)不合作，躁動可產(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： § 探測器接受的光子數(shù)量 § 管電流 §

15、; 探測器的轉(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 核對受檢者信息。Ø 閱讀申請單，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：請分析、診斷v 右下肺周圍型肺癌伴縱膈淋巴結(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 都錯了！v 病人弄錯啦！真實(shí)情況有何啟示？核對患者信息非常重要！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 動態(tài)增強(qiáng)掃描Ø 兩快一長增強(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)不注射碘對比劑的CT掃描技術(shù)，又稱平掃（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 類型：Ø 常規(guī)增強(qiáng)掃描Ø 動態(tài)增強(qiáng)掃描Ø 兩快一長增強(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)告書寫規(guī)范v CT診斷報(bào)告書寫的基本要求：§ 認(rèn)真細(xì)致觀察CT 影像，全面系統(tǒng)地描述； § 書寫整潔，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