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第二章 计算机体层成像 COMPUTED TOMOGRAPHY
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Computed Tomography 计算机控制的X线体层成像
3、经计算机处理后得到获得该层面图像4、真正的数字断层解剖图像，无断层以外组织结构干扰
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CT的发展史： 1972年 Hounsfield 第一台头部CT 1975年 全身CT问世
1985年 滑环（slip ring)问世，单向连 续扫描实现。 1989年 螺旋扫描CT问世 1992年 双层螺旋CT推出 1998年 四家公司同时推出4层螺旋CT 2001年 8、10、12、16层螺旋CT 2003年 32层、40层螺旋CT 2004年 64层螺旋CT投入临床应用 2006年以后，256、320多层CT开始临床应用
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Hounsfield
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一 基本概念
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Iout=Iin e-µd 1.1 X线衰减 attenuation
µ 组织衰减系数（决定于原子序数和电子密度，宏观上看决定于物质的密度） d 组织厚度 衰减系数是物质的固有属性
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CT的本质 ●CT是运用物理技术，以测定X射线在人体内的衰减系数为基础，采用数学方法，经计算机处理，求解出衰减系数值在人体某剖面上的二维分布矩阵，转变为图像画面上的灰度分布，从而实现重新建立断面图像的现代医学成像技术。 ■CT像的本质是衰减系数成像 ■如何确定衰减系数值在人体某剖面上的二维分布?
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重建（Reconstruction） X1+X2=5 X3+X4=12 X2+X4=9 X1+X3=8 X1(3) X2(2) X3(5)
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因此 μ1+μ2+μ3+……μn=1/X（In）I0/In就是建立CT图象的基本方程。
I1 = I0e(—μ1x) I 2= I1e(—μ2x) … … In = I0e[-(μ1 + μ2+…+ μn)]x 因此 μ1+μ2+μ3+……μn=1/X（In）I0/In就是建立CT图象的基本方程。
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体素：将选定的层面分成若干体积相同的立方体 数字矩阵：每个体素X线衰减系数排列成矩阵 像素：每个数字矩阵中的每个数字转化为由黑到白的不同灰度
1.2 像素、体素及矩阵 体素：将选定的层面分成若干体积相同的立方体 数字矩阵：每个体素X线衰减系数排列成矩阵 像素：每个数字矩阵中的每个数字转化为由黑到白的不同灰度
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像素和体素
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=衰减系数 1.3 CT值 HU(Hounsfield Unit) 某物质CT值= (某物质- H2O)/ H2O 1000
以水的衰减系数（ μw ）为标准，各组织的衰减系数μ与水的衰减系数μw的相对比值，称为CT值。 水的CT值是 0
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CT值 C T 值：用于测量CT图像中密度值的统一计量单位，表示体素的相对X线衰减度。（Hounsfield unit,Hu)
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CT值的作用： 代表物质的密度，可以帮助确认病变性质。 实质性肿瘤CT表现为高密度影 囊性肿瘤为低密度影
脑内出血区呈高密度影，CT值约45～90Hu之间
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1.4 窗口技术 窗口技术 定义：利用数字图像特点，改变亮度与CT值之间的关系，显示不同组织变化的技术。 人体组织CT值范围有2000个分度，人眼仅能分辨16个灰阶，图像即有16个分度
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窗宽 window width 图像上16个灰阶所包括的CT值范围，最亮灰阶所代表的CT值与最暗灰阶所代表CT值的跨度
例：窗宽2000，可分辨的CT值为125Hu（2000／16） 窗宽160，可分辨的CT值为10Hu（160／16） 为提高组织结构细节的显示，使CT值差别小的两种组织能够分辨，需采用不同的窗宽观察图像
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6.25Hu（100／16） 100Hu（1600／16） 窗宽越宽，可观察组织CT值的变化范围越大，但灰阶差值亦大，适合观察CT值变化范围较大的组织。如骨、肺等。 窗宽越窄，灰阶差值越小，适合观察CT值变化范围较小的组织，如颅脑、眼眶等。
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窗 位 Window level (central)
窗 位 Window level (central) 指观察某种组织结构细节时，以该组织的CT值为中心观察,这样既能显示比该组织密度高的病变，也能观察比该组织密度低的病变。 脑CT值：35Hu W 100 C 个灰阶CT值范围 -15∼85Hu,在此CT值范围内的组织均以不同的模拟灰度显示，但超出上下限值的组织无法分辨，CT值高于此范围的组织均显示为白色，低于此范围的组织均显示为黑色。
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窗口技术 增加窗宽，图像层次增多，组织对比减少，细节显示差 提高窗位，显示的图像变黑，降低窗位，图像变白
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1.5 空间分辨力及密度分辨力
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空间分辨力 空间分辨力（高对比分辨力） 是指对于物体空间大小（几何尺寸）的鉴别能力。
CT图象的空间分辨力指某一物体与其周围介质的X线吸收差异较大时，CT装置对该物体影像识别能力。 CT图像的空间分辨力是由层厚及像素的大小（尺寸）决定的。
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像素越小、层厚越薄，空间分辨力越高
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密度分辨力 密度分辨力（低对比度分辨力） 当某一物体与其周围介质的X线吸收差异较小时，CT装置对该物体的影像识别能力。
CT: 0.5—1% 普通X线片：＞5% 低对比度分辨力CT优于X片 低对比度分辨力高是CT的优势！
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像素越大、层厚越厚, 密度分辨力越高
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像素、层厚与空间分辨力、 密度分辨力的相互关系 在X线源总能量不变的条件下，像素小、数目多、空间分辨率提高。 同时，每个体素内经过的光子数量减少。密度分辨率降低。
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部分容积效应（partial volume phenomenon）
1.6 部分容积效应 部分容积效应（partial volume phenomenon） 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时,所获得的密度不能如实反映其中的任何一种组织，所测CT值是它们的平均值。这种现象就是部分容积效应。 部分容积效应会导致诊断困难或引起误诊。
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层厚越薄，部分容积效应越不明显。 所以可以通过减少层厚来避免部分容积效应。
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错构瘤 S=6.5mm S=6.5mm S=3.2mm
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1.7 伪影 伪影（artifact） 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 呼吸、心跳、躁动可形成运动伪影
体内高密度结构和异物可形成硬化伪影 机器故障可形成伪影
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二、CT成像基本原理
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1. CT图像是数字图像 a.将图像分割成若干像素 b.通过扫描或曝光测定每一像素的数字值 c.形成数字矩阵 d.重建成灰阶图像
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2、CT扫描的特点 a.X线束：CT为有一定厚度的扇型束，厚度由准直器决定。 准直器 扇形X线束 探测器
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b.接收介质：CT为探测器，接收X线后转换成电能并量化。
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3、CT成像过程 X 线束环绕人体具有一定厚度的检查部位旋转一周（360º）进行扫描，探测器接受透过该层面的X线，经过光电转换将数据转输到计算机，计算出数字距阵，数模转换成为断层图像
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三、CT设备 1.扫描部分 X线球管 探测器 扫描架 对检查部位进行扫描
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2. 计算机系统 对扫描收集的信息数据进行存储运算 3.图像显示和存储系统 将计算机处理、重建的显示在影屏上并用照相机将图像摄于胶片上或存储到光盘、硬盘上
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四、CT的分代 普通CT（常规CT）、螺旋CT 第一代 第二代 第三代 第四代 第五代 螺旋CT
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第一代：平移－旋转式；线形束 CT的初级阶段，笔形X线束，对侧仅有一个探测器，以人体为中心作同步平行移动，转换Ⅰ0扫描角度，作第二次扫描，完成一个层面采集需旋转1800。扫描孔径小，扫描时间长，仅可做头颅扫描。
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第二代：平移－旋转式；扇形束 扫描方法与一代相同，但X线束改为扇形，覆盖范围增大，探测器增至数十个，旋转角由Ⅰ0提高到扇面夹角度数，扫描时间缩短至数十秒，用于颅脑。
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第三代：旋转－旋转式；扇形束 旋转移动，X线为宽扇形，包括整个扫描视野，探测器数百或上千个排列成孤形，与管球相对固定于扫描架上，扫描与旋转同步进行，扫描速度提高至5秒内，可用于全身检查。
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第四代：旋转－固定式 扇形束旋转扫描，但探测器圆周排列，固定于扫描架上不运动，管球旋转运动，扫描速度缩短至2～5秒。
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第五代：电子束CT electron beam CT,EBCT; ultrafast CT,UFCT
不用X线管，用电子枪发射电子束轰击环靶产生X线进行扫描。最快扫描速度达50ms，可行冠状动脉造影和心脏造影,缺点是造价昂贵。
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螺旋CT spiral CT,SCT; helical CT
X线管球向一个方向连续旋转并曝光，被扫描物体同时匀速向前（或后）运动。扫描轨迹成螺旋状，故称螺旋扫描。三维采集数据，又称容积扫描。
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常规CT与螺旋CT 常规CT 球管为往返式扫描（顺时针3600，逆时针3600） 扫描时球管旋转，病人静止不动 数据采集为二维采样
难以进行高质量图像后处理
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常规扫描模式 螺旋扫描模式
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多层螺旋CT 多排探测器 旋转一周获得多层CT图像 扫描时间更短、扫描层厚更薄、扫描范围更大 有利于运动器官成像及动态观察
增强扫描时，可获得感兴趣器官、结构的各期相表现特征 获得连续层面图像，避免小病灶漏诊 完成不合作或难于制动患者的检查 无间隔扫描，容积数据，可进行多种后处理重组图像
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Multislice CT scanner
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五、CT图像特点 1、CT图像：由一定数目、不同灰度的像素按矩阵排列构成的灰阶图像。
像素大小：1.0mm×1.0mm mm ×0.5mm 像素数目：512 × ×1024 像素越小，图像越细致---空间分辨率越高 2、CT图像反映器官和组织对X线的吸收程度 黑影代表低吸收区---低密度区----肺部 白影代表高吸收区---高密度区----骨骼 CT图像以不同灰度显示密度的高低，并有量化标准 CT值 水：0 HU 气体： 骨皮质：1000
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五、CT图像特点 3、 CT具有很高的密度分辨率，人体软组织密度差别很小，在CT上也能形成对比 4、CT扫描：常规 横轴位
后处理可形成冠状位、矢状位
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六、CT检查技术 普通CT扫描 平扫、对比增强、造影扫描 高分辨力扫描 CT新技术
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6.1 普通CT扫描 1、平扫（plain scan）：不应用对比增强或造影的扫描
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6.1 普通CT扫描 2、增强扫描(contrast enhancement, CE)： 经静脉注入碘对比剂后的扫描
（常采用团注法：在几秒内将全部对比剂迅速注入） 提高正常组织与病变组织间的密度差，显示平扫未被显示或显示不清的病变
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常规增强扫描
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动态增强扫描 注射对比剂后连续扫描
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6.1 普通CT扫描 3、造影扫描：先行器官或结构造影后再行扫描
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6.2 高分辨力扫描 (high resolution scanning,HRCT):
可获得高空间分辨率的扫描技术 薄层厚( 毫米)、大矩阵(512×512至1024×1024) 主要用于 ⑴观察骨的细微结构,如显示颞骨岩部内半规管、耳蜗、听小骨等结构; ⑵观察肺内微细结构及微小病灶结构,如早期肺间质改变或各种小气道病变如支气管扩张。
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HRCT
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6.3 图像后处理 利用螺旋CT容积扫描数据，经计算机后处理，重组其他显示形式的图像 1.多方位重组 MRP 2.表面遮盖显示 SSD 3.最大密度投影 MIP 4.仿真内窥镜 CTVE 5.容积演示 VR
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1.多方位重组 在任意平面对容积数据进行多个平面分层重组，获得冠、矢、斜和曲面等任意平面图像。
图像后处理 1.多方位重组 Multi planner reformation, MPR 在任意平面对容积数据进行多个平面分层重组，获得冠、矢、斜和曲面等任意平面图像。
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主动脉夹层 P=2.0
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图像后处理 胸及躯干 MPR
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CPR 曲面重建
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2.CT三维图像重建 Surface shaded display, SSD 表面遮盖显示
图像后处理 2.CT三维图像重建 Surface shaded display, SSD 表面遮盖显示 Volume rendering techinique 容积演示 将螺旋CT扫描的容积资料在工作站3D软件支持下重建三维图像。图像可任意旋转，可加入伪彩，从任意角度观察病灶。
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肺肿块与周围结构的三维关系
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3. CT angiography,CTA CT血管成像（CTA）：静脉内注入对比剂后行血管造影CT扫描的图像重组技术，可立体显示人体血管影像 常用的后处理技术：最大密度投影（MIP）、容积演示（VR）、表面遮盖显示（SSD）。
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图像后处理 最大密度投影 MIP
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4.仿真内窥镜 Virtual endoscopy, VE
三维重建技术，模拟内镜检查的过程，可从任意方向观察管腔内部。用来显示气管、血管、胃肠道、喉、咽、窦腔等结构。 缺点：不能进行活检
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气管仿真内镜
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图像后处理 结肠仿真内窥镜
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图像后处理 结肠憩室容积演示
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COLON C.A. COLON C.A.(2)
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5. CT灌注成像（perfusion） 静脉内团注对比剂后，对受检器官选定层面连续扫描，获得灌注参数图以了解感兴趣区毛细血管血流动力学状态的功能成像技术。 主要用于：急性脑缺血病 急性心肌缺血 判断肿瘤恶性程度
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CT诊断的临床应用 1、中枢神经系统：颅内缺血、损伤及 血肿、肿瘤、脓肿、脑血管（狭窄、 闭塞、动脉瘤）、椎管内肿瘤、椎 间盘突出
2、五官：眶内肿瘤、鼻咽癌、中耳胆脂瘤、 听骨病变、内耳病变 3、胸部：肺癌、纵膈肿瘤、肺间质及肺实质 病变、肺血管发育异常及病变、胸膜及胸 壁病变
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CT诊断的临床应用 4、心血管：冠状动脉病变、心瓣膜病 变、先心病、心肌缺血 5、腹盆腔：肝、胆、胰、脾、腹腔、
腹膜后间隙、肾上腺、泌尿生殖系 统等 部位肿瘤、炎症、外伤 5、乳腺：较少应用---钼靶摄影 6、骨骼肌肉：显示骨质破坏、增生较好
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大脑中动脉瘤
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CT检查的缺点 1、X线电离辐射对人体负面影响 X线射线剂量大于普通X线摄影 2、碘对比剂的肾毒性 3、对脑组织及其他软组织分辨力不
如MRI 4、不能任意方位直接成像
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