第二章 X线计算机体层成像

第二章X线计算机

体层成像

洛书九宫图，幻方洛书九宫图，幻方x1x2x3x6x5x4x9x8x7已经数字化传统的X射线装置的缺点影像重叠。深度方向上的信息至叠在一起，引起混淆。密度分辨率低，对软组织分辨能力低。所用剂量大。X线计算机体层成像（CT）是由英国工程师HounsfieldG．N．设计并于1971年应用于临床的一种现代医学影像成像技术。CT图像是数字化成像，是经计算机处理所获得的重建模拟图像。CT的最大优点是密度分辨力（densityresolution）高，远优于X线图像，而且图像清晰、解剖关系明确，具有数字化成像的后处理功能，从而大大提高了病变的检出率和诊断准确率。由于这一贡献，HounsfieldG．N．获得了1979年度诺贝尔生理医学奖。要特别指出的是近十余年来CT设备发展迅速，尤其是近几年来多层螺旋CT包括16层CT和64层CT的开发和临床应用，极大地提高了扫描速度和图像的空间分辨力（spatialresolution）；一些新的后处理功能软件亦相继用于临床。所有这些软、硬件的发展都使得CT图像的质量和显示能力在不断提高，应用领域亦在不断拓展，已成为临床上许多疾病不可或缺的诊断方法。引言CT:computedtomographycomputerizedtomography计算机体层照相术计算机断层照相术计算机控制断层扫描术computerizedaxialtomography(CAT)计算机控制〔横〕轴向〔X线〕断层〔扫描〕术X-CTcomputedtomography

tomo:Greektomos[section]希腊语tomos[切面]graphy:Latin-graphia,fromGreek,fromgraphein.writingorrepresentationina(specified)mannerorbya(specified)meansorofa(specified)object.内容第一节CT成像的基本原理和设备第二节CT检查技术第三节CT临床应用第一节CT成像的基本原理和设备一、CT成像的基本原理二、CT成像设备成像一、CT成像的基本原理为了便于理解和掌握CT成像的基本原理，可将其分为如下三个连续过程：②经计算机处理得到扫描层面各体素的Ⅹ线衰减(attenuation）系数即吸收系数：计算机处理数字化信息时，将该层面分为若干体积相同的小立方体，称之为体素（voxel）（图2-1-1），但由于前述①由模／数转换所得数字化信息代表扫描层面内各方向上若干体素的重叠信息，计算机处理就是运用不同的算法将其分离，从而获得扫描层面各体素的X线衰减系数，并将它们依原有顺序排列为数字矩阵（digitalmatrix）（图2-1-2）；①获得扫描层面的数字化信息：用高度准直的Ⅹ线束环绕人体某部位一定厚度的横断层面进行连续扫描，由探测器（detector）接受通过该层面的Ⅹ线，并经光电转换为电信号．再经模／数转换为数字化信息；③由数字矩阵重建为CT灰阶图像：经数／模转换，依扫描层面数字矩阵各体素衰减系数值的高低，赋予由白至黑不同的灰阶，即可重建为扫描层面的CT灰阶图像。其中，由每一体素转换而来的黑白灰度不同的小方块称之为像素（pixel），其是组成CT图像的基本单位。数字矩阵数目愈多，像素面积就愈小，所组成的CT图像就愈细腻，空间分辨力亦就愈高。二、CT成像设备近三十年来，CT成像设各发展迅速，由最初只能行一个个层面扫描的CT设备发展至单层螺旋CT（spiralCT，SCT）乃至如今的16层和64层等多层螺旋CT（multislicespiralCT，MSCT）设各。此外，还出现了电子束CT（electronbeamCT，EBCT）设备。无论是层面扫描CT，还是SCT或MSCT设备均主要由以下三部分组成：①扫描系统：包括Ⅹ线发生装置、准直器、探测器（detector）、扫描机架和检查床等，用于不同部位和层厚的扫描；②计算机系统：负责整个CT装置的运行，进行CT图像重建和后处理，以及CT设备故障的检测；③图像显示和存储系统：包括显示器、激光打印机和光盘刻录机等，可进行图像显示、照片摄制和图像资料存储（图2-1-3）。与最初层面扫描方式不同，SCT和MSCT是在扫描期间，Ⅹ线管球围绕人体行快速连续多圆周旋转，同时检查床沿其长轴方向匀速平移，如此X线对人体扫描的轨迹呈螺旋状，故称螺旋扫描（图2-1-4）。这种螺旋扫描采集的数据是连续螺旋形空间的容积数据，获得的是容积的三维信息，因此亦称为容积CT扫描（volumeCTscanning）。MSCT与单层SCT的不同点主要是前者的Ⅹ线束呈锥形并具有多排探测器和多组采集信息的输出通道，因此每周旋转能够同时采集多层图像信息，相应能重建多层CT图像。电子束CT（EBCT）的扫描部分结构不同于层面CT和SCT，其是用电子枪发射电子束轰击靶环而产生Ⅹ线，进而对人体进行扫描，而信息采集、计算机处理和图像重建以及显示和存储系统则类似于层面CT和SCT。第二节CT检查技术一、CT检查方法二、CT图像后处理技术一、CT检查方法1．CT平扫通常是指不注射对比剂的（可以在消化道准备中用对比剂）情况下面进行扫描的方法，反映的是组织、器官和病变密度的自然对比。2．CT增强扫描是经静脉快速注入对比剂，人为地增加组织间的密度差，以提高CT图像对比度的方法。根据不同疾病的诊断目的要求，还可在注入对比剂的不同时期进行重复扫描，此即多期CT增强扫描；亦可对固定层面在对比剂到达前直至到达后的一段时间进行连续快速扫描，即为CT灌注（CTperfusion）扫描。

CT血管造影（CTangiography，CTA）是一种特殊的CT增强方法，即在靶血管内的对比剂浓度达到峰值期间进行扫描，其后进行重建并以三维形式立体显示靶血管的CT检查技术。

多期CT增强扫描、CT灌注扫描和CT血管造影均需使用SCT或MSCT设备进行检查。CT检查方法可分为CT平扫（plainCTscan）、CT增强扫描（contrastenhancementCT）和CT造影检查。3．CT造影扫描是先行某一器官或结构的造影，然后再行CT扫描的方法。临床上很少应用。如先将对比剂注入脊蛛网膜下腔或关节腔内，再行CT扫描，分别称之为脊髓造影CT扫描和关节造影CT扫描。CT检查除了上述三种方法外，临床上在平扫和增强时还常应用高分辨力CT（highresolutionCT，HRCT）扫描，即扫描和重建时层面要薄，为1.5mm以下，图像重建则用高分辨力算法，且矩阵数不低于512×512。二、CT图像后处理技术CT图像后处理技术就是利用计算机附带的各种后处理功能软件，对CT图像数据进行不同的后处理，能以更加直观的方式显示病变及其与周围结构的空间关系，弥补轴位图像的不足，并可提供更多的有诊断价值的信息。以下介绍的是一些临床上常用的后处理技术。（—）二维重建技术除常规应用的轴位像外，包括电影浏览（cineviewing）、多平面重建（multiplanarreformation，MPR）和曲面重建（curvedplanarreformation，CPR）。1．电影浏览是通过鼠标快速滚动轴位或其他方位的二维图像，如此可节约观察大量图像的时间，并易于评价复杂解剖结构所发生的病变，提高了病变的检出率。2．多平面重建是由容积数据重建为冠状面、矢状面乃至任何角度倾斜位的断面图像（图2-2-la、b）。用于任意角度观察病变及其与周围解剖结构的关系。3．曲面重建需要在轴位、多平面重建图像或三维图像上勾画出欲观察曲面结构的中心线，应用相应的软件，即可生成曲面重建图像。如此在单一二维层面图像上就能观察到不规则走行的结构，如血管、支气管和牙列等（图2-2-1c、d）。a.b，同一例，a.常规CT增强检查横轴位图像，b.斜矢状面重建图像；c.d，同一例，c.颌骨曲面重建的横轴位参考图像，d.颌骨曲面重建图像；

2-2-1CT图像的后处理技术（二）三维重建技术1．最大密度投影

MIP是将感兴趣容积内具有超过所规定阈值的最大CT值的体素，投影在一个方向上，所得图像即为最大密度投影（图2-2-1e）。投影的方向称为观察角。一个方向的MIP为二维图像，但应用多个观察角，即多方向的投影图像，通过旋转功能，即可连续从不同方位进行观察，从而产生三维立体效果。MIP广泛用于高密度组织结构的观察，如CT血管造影和肺部肿块等。其不足之处是不能同时显示周围结构，因而观察空间解剖结构的关系欠佳。2．最小密度投影

mIP与最大密度投影相反，是将感兴趣容积内具有低于规定阈值的最小CT值的体素，投影在一个平面上，所得图像即为最小密度投影。临床上用于气管、支气管的观察。三维重建技术包括最大密度投影（maximumintensityprojection，MIP）、最小密度投影（minimumintensityprojection，mIP）、表面遮盖显示（shadedsurfacedisplay，SSD）和容积再现技术（volumerenderingtechnique，VRT）。3．表面遮盖显示

SSD首先用CT阈值的方法提取出欲观察的器官结构，然后应用软件以一虚拟光源投照在器官结构的表面，并依与光源的距离，计算出表面上各点的明亮度，则图像上器官结构的表面就出现明暗变化，达到三维立体显示的效果，犹如人物肖像（图2-2-1f、g）。SSD主要用于明确复杂解剖结构及其病变的空间结构关系，不足之处是不能同时显示其内部结构，且重建过程中有一定信息量的丢失。4．容积再现技术

VRT是向感兴趣容积内投照光线，然后以亮度曲线进行图像重建。其综合了SSD和MIP的优点，并且利用了全部体素的CT值，因此能重建显示器官结构的表面和内部情况。VRT还可通过调整亮度曲线和窗宽、窗位，达到不同的透明效果，通过设定伪彩编码则使图像更为逼真。例如，在胸部能以不同的色彩和亮度同时显示胸壁的肌肉、骨质、肺、支气管、肺血管及纵隔内的心脏和大血管等，因而图像清晰、立体感明显。e.f.同一例，e.颅底血管CTA检查最大密度投影图像，f.颅底血管CTA检查表面遮盖显示图像；g.心脏冠状动脉CTA检查表面遮盖显示图像；h.结肠CT仿真内镜图像图2-2-1CT图像的后处理技术（三）其他常用的后处理技术其他常用的CT后处理技术还有CT仿真内镜（CTvirtualendoscopy，CTVE）、分割功能（cuttingfunction）和灌注参数图等。1．CT仿真内镜（CTVE）是应用计算机软件，将容积扫描所获得的数据进行后处理，重建出空腔器官的内表面，并在观察中利用软件功能调整视屏距、视角及方向，从而达到观察结构的不断靠近和远离，产生类似纤维内镜的动态观察效果（图2-2-1h）。如行伪彩编码，则使内腔显示更为逼真。CTVE要求空腔器官与其内、外结构有较大的衰减系数差。目前，CTVE多用于观察气管、支气管、大肠、胃、鼻窦、喉、膀胱和主动脉及其主要分支。其中，应用最广泛的是仿真支气管镜和仿真结肠镜。CTVE是非侵入性检查，安全而无痛苦，尤其适宜不能承受纤维内镜检查的患者。然而，CTVE并不能显示管腔内表面和腔内病变的真实颜色，亦不能进行组织活检。2．分割技术在三维重建时，常常用分割方法确定感兴趣容积。分割可采用切割线方法，亦可运用计算机软件方法。前者耗时，后者则能快速自动或半自动完成分割工作。在CT图像后处理中，分割功能应用广泛。如CTA检查时，去除骨结构