2013级医学影像学总论之二

11:18:03下午1医学影像学总论之二

---CT成像原理与应用韩福刚

教授/硕导

泸州医学院临床医学院影像系、附属医院放射科11:18:03下午2案例分析思考题：CT图像是怎样获得的？与X线图像相比，CT图像有何特点？怎样观察分析CT图像？为什么要进行增强扫描？为什么要进行三期扫描？女，43岁，B超发现肝左内叶占位病变，为进一步明确诊断，要求CT扫描。11:18:03下午3内容提要概述CT扫描仪的主要结构CT成像的基本原理（重点）CT图像特点CT的基本概念（重点）CT检查技术（难点）CT的CT诊断的临床应用（重点）CT的优势与限度如何观察分析CT片（重点）CT的发展史与新进展11:18:03下午4CT（computedtomography）即计算机断层摄影。发明人：英国科学家Hounsfield。发明时间：1969年设计成功，1972年公诸于世的。突出特点：是X线成像与计算机技术相结合的产物。是横断面图像显示，没有重叠或重叠很少。密度分辨率高，图像清晰，诊断准确。CT问世的意义：大大扩展了影像检查的范围，是影像诊断学发展史上的里程碑。Hounsfield因此获得了1979年诺贝尔奖。概述于2004年8月12日在英国逝世，享年84岁11:18:03下午5CT装置的基本结构扫描装置高压发生器X线球管探测器与信号转换系统扫描床操作台计算机系统图像显示、记录、存储系统11:18:03下午6CT成像的基本原理

CT即计算机断层摄影，是经过准值器高度准值后的X线束绕人体某一部位作3600扫描，透过该层的X线由灵敏的检测器(detector)检测并经过光电转换器转换成电流信号，再经过A/D转换器转换为数字信号，计算机高速运算出该层面上各个基本成像单位—体素（voxel）的X线衰减值，由这些数据组成数字矩阵，再由D/A转换器将每个数字转换为黑白灰度不等的小方块—像素（pixel)，按原有矩阵顺序排列，即构成了CT图像。11:18:03下午7CT成像原理示意图X线→可见光→电流数字矩阵11:18:03下午8体素与像素11:18:03下午9X线的衰减与衰减系数X线穿过均匀物体X线穿过非均匀物体11:18:03下午10X线的衰减与衰减系数X线穿透人体后的衰减，遵从指数衰减规律：I=I0e-μd。或者In=I0*e-(μ1+μ2+μ3+…+μn)d

I0为X线的入射强度，I为衰减后的X线强度，d为受检部位人体组织的厚度，μ为接受X线照射组织的线性吸收系数。CT的成像过程，就是求出扫描层面内每个体素（voxel)的衰减系数u的过程。μ=1/d*lnI0/I或者：μ1+μ2+μ3+…+μn＝1/d*㏑I0/In体素－衰减系数－像素越多，图像分辨率就越高。11:18:03下午举例说明求u值的过程V4V3V2V1I0I0I0I0I1I2I3I4I1=u1+u2=I2=u3+u4=I3=u2+u4=I4=u1+u3=1234？3764低密度高密度I0I111:18:03下午12CT图象特点1CT图象是黑白灰阶图象11:18:03下午13CT图象特点2CT图象密度分辨率高最大特点和优点。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10~20倍，11:18:03下午14CT图象特点3CT图象密度可以量化11:18:03下午15CT图象特点4CT图象是横断成像没有重叠，内部结构清晰;可以再重组成灌状面和矢状面及任意斜面或曲面图象11:18:03下午1611:18:03下午17ＣＴ检查常用术语矩阵（matrix)象素（pixel）和体素(voxel)空间分辨率（SpatialResolution）和密度分辨率（DensityResolution）CT值（CTvalue）窗宽（windowwidth）和窗位（windowlevel）部分容积效应（partialvolumeeffect）伪影（artifact）11:18:03下午18矩阵（matrix)矩阵表示一个纵横排列的数字阵列，因此也叫数字矩阵（digitalmatrix）。其中的每个数字代表扫描层内每个基本成像单位即体素（voxel）的X线衰减系数或吸收系数。数字矩阵越大，像素越多，图像空间分辨率越高。512×512＞256×25611:18:03下午19体素(voxel)和像素（pixel）CT图像实际上是人体某一部位有一定厚度（如1mm，10mm等）的体层图像。将成像的体层分成按矩阵排列的若干个小的基本单元，这些基本单元称之为体素，是一个三维的概念。同样，一幅CT图像是由很多按矩阵排列的小单元组成，这些组成图像的基本单元被称之为像素，是一个二维的概念。像素越小，越能分辨图像的细节，即图像的分辨率越高。11:18:03下午20空间分辨率

（SpatialResolution）又称高对比度分辨率，在保证一定的密度差前提下，显示待分辨组织几何形态的能力。常用每厘米内的线对数或者用可辨别最小物体的直径（mm）来表示。在相同大小的采样野中，矩阵越大像素就越多，重建后的图像空间分辨率和质量越高。11:18:03下午21密度分辨率

（DensityResolution）又称对比分辨率，是指在低对比情况下分辨组织密度细小差别的能力。CT的密度分辨力较普通X线高10~20倍。11:18:03下午22CT值（CTvalue）CT值是X线吸收系数的函数。ＣＴ计算公式：CT值=Κ(μ-μ水)/μ水。式中K为常数，K=1000，μ水代表水的吸收系数，为μ水=1，μ为组织的吸收系数，CT值的单位是HU(hounsfieldunit)。可以看出，μ值越高，CT值就越高，代表组织吸收X线量越多，即组织密度越高；反之亦然。11:18:03下午2311:18:03下午24窗宽与窗位窗宽（windowwidth）窗宽（windowwidth）是指荧屏图像上所包括16个灰阶的CT值范围。大于CT值上限的组织在图像上呈全白色，低于下限的组织则呈全黑色。窗位（windowlevel）即窗宽上限、下限的平均值，也叫窗平、窗中心。窗位的设定要依据观察目标而定。10000--1000100HU500HU窗宽100窗位50100/16=6（HU），即相差6HU即可肉眼辨认密度差别窗宽1000窗位-5000-500-10001000/16=63（HU），即相差63HU才可肉眼辨认密度差别11:18:03下午26CT值、窗宽与窗位WW350WL35WW350WL-100WW350WL150WW1000WL3511:18:03下午27部分容积效应

（partialvolumeeffect）部分容积效应：在同一扫描层面内含有两种以上不同密度的物质时，其所测CT值是它们的平均值，因而不能如实反映其中任何一种物质的CT值，这种现象为部分容积效应或称部分容积现象（partialvolumephenomenon）。12311:18:03下午28伪影（Artifact）伪影是指在被扫描物体中并不存在而图像中却显示出来的各种不同类型的影像。一类与病人有关，一类与CT机性能有关。伪影影响图像质量，在诊断时应予注意。病人不自主运动，如呼吸、心跳可形成伪影。病人在检查时不合作，躁动可产生伪影。另外，病人体内高密度结构和异物亦可形成伪影，如岩骨、金属假牙、钢钉等。另一类伪影由CT设备故障引起，有条纹状伪影，环形伪影等。11:18:03下午29CT检查技术平扫与增强扫描：常规扫描与螺旋扫描：单期扫描与多期扫描：动态扫描：延迟扫描：放大扫描（靶扫描）：高分辨率扫描（HRCT）：11:18:03下午30平扫与增强扫描不静脉注射造影剂（对比剂）的普通扫描叫平扫；反之，就是增强扫描。增强扫描的目的：11:18:03下午31常规扫描与螺旋扫描常规扫描：是一种步进式扫描，即球管扫描360°后停止曝光，进床，再扫描下一层。因呼吸动度不一致有漏检病变之虑。螺旋扫描：是指检查床（人体）匀速移动同时CT球管持续曝光，扫描轨迹呈螺旋状而得名，实质上是一种容积式或体积式数据采集，故不会遗漏病变，并且可以做多种形式的二维或三维图像重建。11:18:03下午32扫描层面常规CT扫描由于病人的呼吸运动，微小的病灶可因呼吸运动而被漏检。常规CT扫描病灶11:18:03下午33单期扫描与多期扫描单期扫描：双期扫描：动脉期＋门脉期多期扫描：动脉期＋门脉期＋平衡期11:18:03下午34动态扫描是指注射造影剂以后对选定的一个或几个层面每间隔一定时间重复扫描，有利于观察病变的强化方式。11:18:03下午35是指在开始注射造影剂后5~7分钟甚至更长时间后对特定病灶进行扫描，以观察造影剂廓清的快慢，帮助鉴别病变的性质。延迟扫描CT平扫（A）示肝右叶实质有一片状低密度区，边界尚清晰；增强扫描动脉期（B）呈边缘乳头状强化；静脉期（C）强化扩大；延迟扫描（D）呈略高于肝脏实质的等密度区11:18:03下午36放大扫描扫描野缩小，矩阵不变的一种扫描方式。放大扫描可以提高较小器官病变的空间分辨率，如扫描椎间盘、中耳内耳等。11:18:03下午37高分辨率扫描（HRCT）高分辨率CT(highresolutionCT,HRCT),是指获得良好空间分辨率图像的扫描技术。要求：短的扫描时间；薄的层厚（＜1.5mm)；高分辨率算法；大的矩阵（＜512×512）；加大曝光剂量。11:18:03下午38CT检查的临床应用11:18:03下午39CT检查的临床应用检查适应症：外伤感染性病变血管性病变肿瘤及肿瘤样病变先天性发育异常退变性疾患疗效观察健康体检，等。CT检查方法平扫增强检查前准备注意事项重危患者要有主管医师陪同11:18:03下午40常见部位的扫描方式、范围颅脑CT：

扫描范围：在听眦线或上眶耳线以上。通常外伤和脑血管意外只需横断面平扫，而颅内感染性病变、血管性病变、肿瘤及肿瘤样病变需要平扫加增强扫描，必要时需加作冠状面扫描。11:18:03下午41CT在颅脑的应用11:18:03下午4211:18:03下午4311:18:03下午44常见部位的扫描方式、范围垂体病变：通常需要横断面加冠状面扫描，并且都需要增强扫描。11:18:03下午45常见部位的扫描方式、范围中耳乳突病变：需要高分辨率薄层扫描，一般行岩锥横断面平扫即可。不要笼统地申请“头颅”扫描。11:18:03下午46常见部位的扫描方式、范围眼球及眼眶区病变：通常从眶下缘至眶上缘作横断面薄层平扫，必要时加作增强或冠状面扫描。不要笼统地申请“头颅”扫描。11:18:03下午47常见部位的扫描方式、范围鼻腔和副鼻窦病变：横断面（上至额窦下至上颌窦下壁）或冠状面扫描均可，最好两者都扫，常规先平扫，必要时增强。不要笼统地申请“头颅”扫描。11:18:03下午48常见部位的扫描方式、范围颌面部病变：以外伤和肿瘤多见，通常扫描病变区域，不要笼统地申请“头颅”扫描。11:18:03下午49常见部位的扫描方式、范围鼻咽部病变：最好同时行鼻咽部横扫加冠扫，因以鼻咽癌最为常见，最好能增强以了解颈部淋巴结转移情况。不要笼统地申请“头颅”扫描。11:18:03下午50常见部位的扫描方式、范围喉咽部病变：只能作横断面扫描，要求作薄层扫描。范围：会厌软骨上缘至声门下区。11:18:03下午51常见部位的扫描方式、范围甲状腺病变：只能作横断面扫描，需要平扫加增强。11:18:03下午52常见部位的扫描方式、范围颈部肿块：只能作横断面扫描，需要平扫加增强。11:18:03下午53常见部位的扫描方式、范围胸部：只能作横断面扫描，肺、纵隔和胸壁肿块性病变需要增强扫描，大血管病变也要增强。食道炎作CT检查意义不大。11:18:03下午54常见部位的扫描方式、范围上腹部病变：包括肝、胆、胰、脾、胃十二指肠和空肠上段病变，一般都需要平扫加增强。只能作横断面扫描。11:18:03下午55常见部位的扫描方式、范围肾上腺病变：只能作横断面扫描，需要薄层扫描，扫描范围较窄，对占位性病变需要增强扫描。11:18:03下午56常见部位的扫描方式、范围肾输尿管膀胱病变：涉及的范围较大，按双部位计费，对占位性病变需要增强。11:18:03下午57常见部位的扫描方式、范围盆腔病变：口服对比剂时间相对较长，膀胱充盈要好，观察直肠病变需置带气囊的肛管，已婚女性患者最好请专科医师在阴道内填塞棉纱，已便更好地显示正常器官和病变。对于肿块性病变多需要增强。11:18:03下午5811:18:03下午59常见部位的扫描方式、范围脊柱病变：千万请注明扫描范围（颈椎？腰椎？胸椎？哪几节段？），扫描椎体？还是椎间盘？11:18:03下午60椎体的CT扫描11:18:03下午61椎间盘的CT扫描11:18:03下午62常见部位的扫描方式、范围四肢及关节病变：请注明扫描肢体或关节的名称、具体的要求，在可能的情况下将尽可能做双侧对照扫描。建议不要把CT检查作为首选检查方法。11:18:03下午63常见部位的扫描方式、范围血管病变：全身各部位各类血管病变，包括：冠状动脉病变。强大的CT血管造影功能，可进行脑血管、颈、胸、腹、肾动脉、四肢血管CT成像，图像质量达到DSA（数字减影血管造影）水平。CT血管智能分析软件,可进行狭窄血管（例如肾动脉等）的定量分析，设计血管内支架，对血管内支架使用效果进行评估。11:18:03下午6464层MSCT图像511:18:03下午65CT检查的价值与限度价值：CT在全身各部位的先天性病变、炎性病变、外伤、肿瘤及肿瘤样病变、血管性病变的诊断与鉴别诊断、手术后随访复查等都有很高的价值。限度：在病变尚未发生形态学改变以前、病变的密度和邻近组织的密度没有差别时，CT则不能发现。也可能因呼吸运动不一致而导致漏检。11:18:03下午66如何观察分析CT片正确摆放ＣＴ片。了解ＣＴ图片上各种符号的含义。先核对患者姓名、年龄、检查时间、号码和检查部位，等。参考技术条件和参数：（平扫？增强？窗宽（w）、窗中心（c）、CT值，等）定位诊断。定性诊断。定量诊断。定期。11:18:03下午67CT图像标志识别11:18:03下午68CT的发展史与新进展

2004年64层的螺旋CT问世（3D）

2002年

16层的螺旋CT问世

2000年

8层的螺旋CT问世

1998年4层螺旋CT应用于临床

1993年双排CT研制成功

1989年螺旋CT应用于临床

1983年电子束CT（EBCT）研制成功

1978年国内开始引进CT1974年全身CT应用于临床1972年CT正式应用于临床2005年双源CT2007年320层螺旋CT2008年宝石能谱CT2006年256层螺旋ＣＴ11:18:03下午69快高宽能低超高端CT的标志（业界公认）超高端CT11:18:03下午70炫速双源CT技术创新双套采集系统2x128层同步采集避免因宽探测器“锥形束”效应导致的图像质量下降，实现无“锥形束”伪影的256层/圈采集能力0.28秒/圈极速机架旋转双源系统同步旋转，达到了相当于单源系统0.15秒/圈的旋转速度。