CT检查与诊断技术总论.ppt

1、CT检查与诊断技术第一章 总论,池州市人民医院影像教研室 钱彬,教学内容与要求,熟悉CT成像技术发展及临床应用范围 熟悉CT检查基本步骤与方法 熟悉CT诊断方法 掌握CT图像后处理及质量控制技术 理解CT有关基本概念 了解CT成像技术原理,第一节 CT成像技术概述,CT（computed tomography）：计算机X线断层成像 X线体层成像技术与计算机技术相结合的产物 CT的发明弥补了X线平片密度分辨率低、影像重叠的不足，是放射学里程碑式的重大发明，使得影像学进入了一个全新的阶段,一、CT成像技术发展史,1895年伦琴发现X射线 1917年奥地利数学家Radon图像重建理论的数学方法 19

2、71年英国科学家Hounsfield发明了第一台头CT 1974年美国工程师Ledley设计出第一台全身CT 1989年单层螺旋CT发明并在临床应用，是CT影像学的一场真正技术革命 1998年在北美放射年会上推出的多层螺旋CT（MSCT）带来了CT的又一次技术革命 2009年能谱CT的出现，使得CT从功能水平诊断疾病成为可能，,CT发展史,CT一经问世，就进入迅速发展的快车道，技术在不断更新换代 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

3、1998年 4排螺旋CT应用于临床 2000年 采集8层的螺旋CT问世 2002年 采集16层的螺旋CT问世 2004年 采集64层的螺旋CT问世,CT发展,第一代CT机 X线笔形线束 平移-旋转方式（机架直线平移） 探测器单个或数个（直线排列） 先一次平移、后旋转1度，采集160个数据 旋转180度，共得到28800个数据 一幅图像约需5min 一次检查约需35min 射线利用率低，伪影难以避免 应用范围：头颅,CT发展,第二代CT机 狭扇形X射线束，扇角15。20。 平移-旋转方式 探测器10-30个（直线排列） 先平移，后旋转（扇角度数） 一幅图像需时2060s 采样精确性增加，图像质量

4、改善；由于探测器直线排列、扇形X线束，致中心与边缘测量值不相等，图像需校准 应用范围：头颅,CT发展,第三代CT机 广角扇形X射线束，30。45。 旋转-旋转方式 探测器数目300-800个（扇形排列） 一幅图像需时约5s 应用范围：全身（心脏除外） 优点：X线利用率提高；不需平移 缺点：探测器稳定性较差，容易引起采样不足，需要校正；否则易产生环形伪影,CT发展,第四代CT机 扇束形X线，扇角50。90。 固定-旋转方式(探测器固定，球管旋转) 探测器数目600-2000个（固定在四周） 一幅图像约需2s 应用范围：全身 特点：扫描时间短，图像更清晰,探测器稳定性要求降低 缺点：不能用后准直器

5、消除散射现象；探测器数目太多，浪费（淘汰）,CT发展,第五代CT（电子束CT） 电子束扫描、动态空间扫描 扫描时间约10ms 应用范围：心肺等动态器官 缺点：昂贵，图像信噪比差；已淘汰,CT机分代,按照其问世时间先后划分 并不说明后者一定优于并取代前者 早期第三代CT，X线管电源和探测器信号通过电缆传输（非螺旋） 后来采用滑环技术传输电源和数据信号 尽管这五代CT机都已淘汰，但了解各代CT机性能构造，对学习当今CT的技术原理有所帮助 目前的螺旋CT都运用了第三代CT技术的基本设计,二、CT成像技术临床应用评价,临床应用价值 真正的断面图像，组织结构无重叠 软件后处理，获得诊断所需多方位图像 用

6、于高危人群的健康筛查、疾病随访、治疗效果评价 密度分辨率明显高于常规X线检查 定位、定量、定性分析 CT介入、功能成像 检查方便，无创伤,临床应用局限性 空间分辨率低于X线摄影 密度分辨率低于MRI 时间分辨率不及DSA 辐射损伤 CT检查费用较贵,三、CT成像技术新进展,CT技术性能的进步 覆盖面积更宽：探测器排数增加（128、256、320排） 机架旋转一周，可以覆盖单个器官 扫描速度更快：机架旋转速度，进床速度；全身扫描最快可小于5秒， 可不屏气；危重病人，儿童等 分辨率更高： 各向同性高分辨率：Z轴空间分辨率：薄层 X/Y平面空间分辨率 ：多种因素 密度分辨率：图像噪声水平 辐射剂量更

7、低：管电流自动调制、管电压智能选择、屏蔽、过滤等,CT技术应用的进展 心脏成像：冠心病筛查 灌注成像：缺血评估 能量成像：双能量扫描（不同管电压）、物质 定性分析和定量测定,第二节、CT成像原理,一、CT成像物理学基础 1、均匀物质对X射线吸收规律 X射线通过物质时，其强度I是随物质的厚度x按指数规律衰减 X：通过物质的厚度 I：通过物质后的强度 I。：入射X射线强度 U：该物质的X射线吸收系数 U越大、X射线衰减越大,2、X线通过非均匀物质,1 2 3 ,I。,In,n,X线通过的组织分割成许多小单元，每个小单元称为体素,每个体素衰减系数相加，求出衰减系数之和（u）,为方便医学使用，英国工程

8、师Hounsfield定义了CT值的概念,I。,CT值,CT值 表达组织密度的统一单位 CT值的单位是Hu 以水的吸收系数（uW=1）为标准，,K=1000，为分度因子,二、CT成像基本原理,高电压作用于X线管 发出的X线束（光信号） 对人体检查部位进行断面扫描 探测器接收某层面吸收后剩余的X射线 经放大转换成电信号 经模/数转换器（A/D）转换成数字信号 输入计算机储存和计算 得到该层面各单位容积（体素）的X线吸收值 经数/模 （D/A）转换成CT图像 显示设备显示图像 CT成像的本质是衰减系数成像（u成像）,示意图,扫描,狭束X射线的获取,准直器：允许X射线通过的细长狭窄通道 X管一侧的准

9、直器用于减少伴影的作用；探测器一侧的准直器用于减少散乱射线，并限定断层厚度,探测器,接收经人体某层面吸收后剩余的X射线 将光信号转换成电信号输入计算机,图像重建,光信号 电信号 数字信号 灰阶图像,重建,三、CT图像相关概念,图像矩阵（matrix） 二维方式排列的阵列（纵横排列） 矩阵越大，像素越多，图像质量越高 一幅CT图像可以用mxn矩阵表示 目前常用的矩阵：256x256 512x512 1024x1024 如：512x512=262144个像素,体素和像素,体素（voxel） 能被CT扫描的最小体积单元 长、宽、高（层厚） 像素（pixel） CT图像的最小单元 图像矩阵的基本单元

10、与体素相对应，是一定大小的体素在CT图像上的二维表现 多排螺旋CT实现了各向同性，即像素在长宽高三个方向上一致,重建,原始数据输入计算机 数据计算、函数运算、数模转换 得到一幅用于诊断的CT图像 以上处理过程称为重建,灰阶,图像矩阵中每个像素的不同CT值 经数/模转换成相应的不同亮度的信号 将白色到黑色之间的灰度分成若干个等级,部分容积效应,同一层面中，垂直厚度内如果有两种以上不同密度组织相互重叠，所获得的密度不能如实反映其中的任何一种组织,螺距（pitch）,螺旋扫描中，球管旋转一周，扫描床移动距离与准直器宽度之比 准直器宽度指层厚， 螺距=球管旋转360度床移动距离/层厚 使用小螺距可提高

11、图像质量，但增加了病人曝光剂量,第三节、CT数据采集方式,非螺旋CT 螺旋CT： 滑环技术 扫描床匀速平移 X线管连续曝光旋转 快速容积扫描,螺旋CT与非螺旋CT比较,常规CT 间隔式扫描,螺旋CT 容积扫描 轨迹呈螺旋形,螺旋CT与非螺旋CT比较,螺旋CT优点： 提高了扫描速度，一次屏气完成扫描 容积扫描，避免了小病灶的遗漏 任意回顾性重建 时间分辨率提高,螺旋CT扫描,单排 旋转一周一幅图像,多排 旋转一周多幅图像,多排螺旋CT（MSCT）,与单排螺旋CT的主要区别是数据采集系统的改进 核心是探测器阵列和数据采集系统（DAS） 探测器在Z轴（人体长轴）方向上的排列从一排到几排甚至几百排（2

12、、4、8、16、64、128、256、320） 探测器的排列方式：等宽型、非等宽型 等宽型：组合灵活、层厚改变方便 非等宽型：数目较少，对X线吸收较少，X线利用率较高,探测器排数越多越好吗,一般排数越多，探测器宽度越宽，一次扫描完成的范围越大 排数越多，检查时间越短，越有利于运动部位的检查，如：心脏 对于其他部位检查，差别不大，都能满足诊断需要,等宽型和非等宽型探测器,16排，等宽型（a）,34排，非等宽型（b）,8排，非等宽型（c）,电子开关 位于探测器后面 控制探测器的不同组合 将采集的信号传输给数据采集系统（DAS） 选层 探测器的不同组合 后准直器遮盖作用,数据采集通道（DAS）,MS

13、CT根据所选层厚不同，可将多排螺旋CT组合成不同的n组，构成n组数据采集通道 每个通道的数据代表同一个Z轴方向的相邻n层的数据采集，它可能来自一个探测器排，也可能是几个探测器排的数据相加 n组采集通道在扫描过程中，同时分别对各自连接的探测器接收的X线所产生的电信号进行采集、输出 数据采集通道数目（DAS）决定机架旋转一周时同步采集图像的层数,准直器,8排非对称型探测器阵列,后准直器遮盖1.5mm的0.5mm，加上中间1mm，可得到4幅1mm图像,2.5mm,5mm,1.5mm,1mm,DAS（四个数据采集通道）,8排非对称型探测器阵列,后准直器开放10mm，分别将1mm、1.5mm两个探测器组

14、合到一个通道，连同两侧得到4幅2.5mm图像,5mm,2.5mm,1.5mm,1mm,DAS（四个数据采集通道）,8排非对称型探测器阵列,后准直器开放20mm，将1mm、1.5mm、2.5mm三个探测器组合成一个通道，连同两侧，可得到4幅5mm图像,5mm,2.5mm,1.5mm,1mm,DAS（四个数据采集通道）,第四节、CT图像重建,人体组织吸收系数u重建（投影数据）,二维分布,灰阶图像,图像重建的物理基础,X线在通过物质时其强度按指数形式衰减 体素：能被CT扫描的最小体积单元 像素：一定大小的体素在CT图像上的二维表现，CT图像的最小单元 图像矩阵：二维方式排列的阵列，基本单元是像素 像

15、素的物理意义：代表组织的吸收系数（u）或CT值,CT图像重建方法,理论基础：二维或三维物体能够通过其无限多个投影来确定（1917年数学家雷顿Radon） 直接矩阵法（解方程法） 反投影法 滤波反投影法（卷积法） 傅里叶变换法,第五节、CT图像后处理,一、简单的图像处理功能 （一）窗口技术 人体组织在CT上表现为2000个不同的灰度（-1000至+1000），人眼不能分辨出如此微小的差别，一般只能分辨出16个灰度，当两种组织的CT值相差125HU（2000/16=125）以上时，人眼才能分辨，而人体组织的CT值多数相差不足125HU。 为了提高组织结构细节的显示，使CT值差别小的组织能分辨，CT

16、机在设计上引入窗宽（WW）与窗位（WL）进行调整，称为窗口技术。,窗宽（WW）,CT图像上所包含的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黑分为16个灰阶供观察对比。如：窗宽80HU，则其CT值差别在5HU（80/16=5）以上即可分辨 窗宽的宽窄直接影响图像的对比度和清晰度，窗宽越大，图像越光滑，边缘越模糊，适用于分辨率差别较大的组织，如肺组织。相反，适用于分辨率差别较小的组织。,纵膈窗 窗宽：350,窗位（WL）,窗宽上下限的平均数，即CT值的中心 由于不同组织的CT值不同，窗位的选择应大致相当于目标组织的CT值， 窗位越大，图像越黑；反之越白,肺窗 窗位：-600,（二）

17、、几何测量技术,距离 角度 面积 体积 CT值:判断病变的性质 了解病变的血供,二、高级图像后处理技术,多平面重组（MPR） 曲面重组CPR） 最大/小密度投影（MIP、MinIP） 表面阴影显示（SSD） 容积再现（VR） 仿真内镜（VE）,多平面重组MPR）,从原始断面图像上获得矢状面、冠状面及任意斜面的二维图像重建方法 适用全身组织器官的形态学改变，尤其对判断颈部、颅底、肺门、纵膈、腹部、血管等解剖结构复杂部位的病变性质、侵犯范围、毗邻关系，小骨折碎片、胆道、输尿管结石的定位具有明显优势,MPR,曲面重组（CPR）,特殊的MPR重建技术 将人体内曲面结构的组织，如强化的血管、输尿管、胆管

18、、牙齿、脊柱等全程展示的一种重建方法,显示输尿管全程及结石,最大密度投影（MIP）,利用容积数据中在视线方向上密度最大的全部像元值成像的投影技术 优点：显示高密度结构（碘对比剂、钙化、肺小结节） 缺点：信息丢失较多，不适合精细结构观察 应用：肺小结节检出、观察血管、输尿管走形等,MIP,最小密度投影（MinIP）,利用容积数据中在视线方向上密度最小的像元值成像的投影技术 优点：显示低密度结构 缺点：信息丢失较多，不适合精细结构观察 应用：肺内气体潴留评价、大气道、支气管树、胃肠道等中空结构病变的观察,表面阴影显示（SSD）,通过选定的阈值，确定容积数据中物体的表面几何信息，运用虚拟光源加上明暗

19、阴影，呈现立体感较强的三维成像技术 优点：显示立体结构 缺点：仅利用表面数据，信息丢失较多 应用：骨骼、血管、气道和胆囊等中空器官,SSD,容积再现（VR）,对全部容积数据进行遮盖成像 是目前MSCT三维图像后处理中应用最广泛的技术之一 优点：显示立体结构，美观，应用广泛 缺点：信息丢失量大，不适合精细结构观察 应用：各类三维重建,VR,VR,仿真内镜（VE）,腔内重建技术，并依靠导航技术模拟纤维光学内镜观察腔内结构 优点：无创、显示呼吸道、肠道、鼻窦、血管内等表面结构 缺点：适用范围有限，不能活检、检查前准备 应用：仿真结肠镜、胃镜、气管镜等,VE,VE,结肠镜,第六节、CT图像质量,CT图

20、像质量的优劣，影响影像诊断的准确性 获得优质图像，以下三个方面： 图像质量的评价指标 影响图像质量的技术因素 图像质量的控制方法,一、CT图像质量的评价指标,利用某些特殊的检测工具，运用物理学原理，对图像质量进行评价（客观评价） 噪声 密度分辨率 空间分辨率 伪影,噪声,均匀物质成像时，图像矩阵中各像素值的随机误差，直接影响密度分辨率，（采样过程中接收到的某些干扰正常信号的信息） 图像表现：斑点、细粒、网纹、雪花点 产生原因：量子噪声（主要原因）： 扫描剂量不足 电子噪声：探测器的性能 图像重建过程 通过扫描水模测得划定感兴趣区中CT值的标准差表示（SD）,密度分辨率（低对比度分辨率）,在低对

21、比度条件下，从背景中辨别最小物体的能力 反映图像能分辨的最小密度差别 衡量软组织对比度的重要指标 表示方法：例如：o.35%，5mm，o.35Gy 表示：物体直径5mm，病人接收剂量o.35Gy 密度分辨率为o.35% 影响因素：噪声（扫描剂量），窗口技术 像素越大，层厚越厚，密度分辨率越高,空间分辨率（高对比度分辨率）,在高对比度条件下，图像区分物体空间大小的能力 评价CT系统性能的重要指标 影响因素： X/Y平面空间分辨率：X线焦点大小、X射线束的宽度、探测器单元孔径与间距、焦点与探测器距离、重建方法、矩阵等 Z轴空间分辨率：层厚 表示方法：LP/cm（每厘米线对） 像素越小，层厚越薄，空

22、间分辨率越高,伪影,扫描过程中，由于某些因素导致CT图像中不存在而出现在CT图像中干扰图像 种类：设备引起的伪影：性能差、故障 病人造成的伪影：运动、异物 伪影种类：或明或暗的条状、带状、环状、其他形状,与设备有关的伪影,部分容积效应： 病变直径小于层厚,线束硬化伪影 X射线原因,条纹噪声伪影 光子量不足,环状和带状伪影：采集通道数据差异,与病人有关的伪影,运动伪影,金属伪影,二、技术因素对CT图像质量的影响,曝光条件：管电压、管电流、曝光时间 准直宽度和采集层厚：层厚越窄、空间分辨率越高、部分容积效应越小、但噪声增加、密度分辨率下降；反之亦然 螺距：螺距越小，图像质量越高、时间分辨率下降、接收剂量增加 重建矩阵：重建矩阵越大、空间分辨率增加、密度分辨率下降 重建层厚和重建间隔：重建间隔小于重建层厚，可显示更多的细节 卷积核：重建算法（平滑、标准、高分辨率）,三、CT图像的质量控制,保证和控制影像质量符合诊断要求：质控 质量保证（QA） 质量控制（QC）,CT质量控制内容,对X射线成像设备系统进行性能检测和监测维护的技术方法 CT值线性检测 CT值均匀性检测 非螺旋扫描层厚检测 CT辐射剂量检测,第七节、CT检查技术,CT检查适应症（全身各部位） 颅脑 头颈部 胸部 腹部 盆腔 脊柱 四肢骨关节,二、C